电子线路CAD课程教学方法改革实践

李芝兰

[摘 要]随着高校越来越注重对学生实践能力的培养，电子线路CAD课程在高校教学中发挥了重要作用。这门课程的特点是实践性比较强，重点培养学生动手操作能力和电路综合设计能力。沈阳工业大学以电子线路CAD教学改革为立项项目，结合多年来课程教学经验，对该课程的教学方法改革进行了探索，特别是采取项目任务教学法，明显提高了教学质量。

[关键词]电子线路CAD；教学改革；项目任务教学法

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.45.177

计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）诞生于20世纪60年代，由美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更普遍，应用范围也逐渐变广。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，几乎所有的高校都开设有电子线路CAD课程。对于高校理工类专业CAD教学而言，目前大致分为两个方面，机械类相关专业主要学习AUTO CAD用于工业制图中绘制精密零件、模具、设备等；电气信息类相关专业主要学习Protel，用于电子工业中绘制电路原理图和设计印刷电路板。笔者从事的是电气信息类相关专业的CAD教学，这里就以电气信息类相关专业CAD教学为例，探讨一下教学中存在的问题和教学改革措施。

1 电子线路CAD课程的特点及教学现状

大部分高校的电子线路CAD课程都是在学科基础课学完之后开设的，但是在学习CAD时，很多学生也只是把学习重点放在了对Protel软件的应用方面，并不能够把前续专业知识联系起来，做到多学科内容的融会贯通。电气信息类专业的电子线路CAD课程在画电路原理图时会涉及模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理等多门课程理论知识。如果电路基础知识没有很好掌握，学生只是会照着正确的原理图绘制，是远远不够的，我们要培养的是学生能够独立设计电路图并正确绘制图纸，而且能成功印制电路板实物的能力。学生对于电子线路CAD课程的重视程度不够，虽然课堂上同学们很喜爱上机课，感觉学习软件操作比学习枯燥的理论和公式有意思的多，但实际上由于课时有限，学生仅仅靠上课的时间只能掌握软件的操作方法并不能达到熟练操作的程度。要想让学生课余时间能够主动学习，多上机操作，提高他们的主动学习兴趣是必不可少的。

2 Protel软件概述

Protel软件是电子领域中应用最为广泛的一种设计工具，利用该软件进行电子设计可以提高产品的可靠性，缩短了设计周期，降低了设计成本，该软件的发展也十分迅速，并与科技要求紧密相连。[1] Protel 功能十分强大，集原理图设计、可编程逻辑器件的建立、电路混合信号仿真、印制电路板（PCB）设计与布线、信号完整性检查以及设计规则分析等功能于一身，在电子电路设计领域占有极其重要的地位。其中最主要的两大功能分别是原理图设计功能和印制电路板功能。原理图设计功能包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器，该部分主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。印刷电路板功能包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器，该部分主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。

3 电子线路CAD课程教学改革的具体措施

针对电子线路CAD教学中存在的问题，我校进行教学改革，并在多年具体教学过程中予以实施，取得了比较好的教改效果。

3.1 充分调动学生的学习积极性和主动性

只有让学生从被动学习变为主动学习，才能最大程度地提高学习质量。所以教师要努力激发学生对电子线路CAD课程的学习兴趣，适时地拿出已经设计好的电路图纸和小电路板实物，演示出电路实际效果，激发学生产生浓厚的学习兴趣。

3.2 注重加强与前续理论课程的联系

本门课程除了要教会学生必要的电气原理图绘图方法和技巧，印制电路板的绘图方法和技巧，还有要培养学生的电路图设计能力，这就要求教师授课过程中适当涉及前续理论课程知识。比如在绘制单片机及其外围电路原理图任务中，教师可以适当讲解各部分电路图的工作原理，各部分器件选型标准，电路图的设计过程等。在电路仿真任务中，教师可以讲解要仿真电路的工作原理，需要仿真的条件，理论上改变仿真参数和仿真环境时被观察参量变化趋势，最后运行仿真程序，观察结果与理论是否一致。这些都需要涉及前续理论课程的知识，当然这对任课教师的要求也相对要高些。正因为如此，讲授电子线路CAD课程的教师一般都是专业教师而非计算机系教师。

3.3 采用启发式教学和项目任务教学法

根据电子线路CAD课程特点，上机学时会比较多。教师讲授理论时主要讲解使用Protel软件绘图方法和技巧，学生似乎都听得懂，但是真正上机操作时便会遇到实际问题，所以教师要耐心细致地帮助学生解决问题，并且鼓励学生自己找到解决办法。另外，可以在授课的每一个阶段提出一个小的设计项目，让学生课后完成。项目教学，也称为基于项目活动的研究性学习，其突出特点在于学习过程的实践与研究活动相融合。[2]通过使学生在项目的设计生产过程中，形成经验和策略，从而引导学生“做中学、学中做”。 [3]项目任务教学法并非普通意义的上机课任务。举例说，学习完电气原理图设计方法之后可以布置设计单片机最小系统的电路图，实现温度测量功能；学习完电气原理图仿真之后可以布置设计并仿真单片机掉电复位电路；设计并仿真共发射级放大电路中参数变化对电路的影响；学习完印制电路板设计方法之后布置设计并焊接完成一个小型的电路板实物等。

3.4 采取灵活的考核方式

一般课程期末采取笔试的考核方式，但是对于电子线路CAD课程并不是十分适合，因为这门课程主要是培养学生对于所学软件的应用和设计电路的能力，期末如果能够采用让学生自己设计绘制电路图项目或者制作出印制板实物的方式更能考核学生的能力。

4 结 论

教师授课要以电路板设计的基本流程为主线，由浅入深、循序渐进地介绍从电路原理图设计到印制电路板设计的整个流程。注意调动学生学习兴趣和能力培养，强化项目任务教学法，切实做到素质化教学。

参考文献：

[1]黄松，蔡苗，黄力元.电子线路CAD-Protel软件的应用与教改[J].成功（教育），2007（9）.

[2]陈冠玲，张卫纲，王素绢.项目教学法在“电气CAD”课程教改中的应用[J].电气电子教学学报，2012（3）.

[3]陈立德，闫瑞瑞.《电子CAD》课程项目化教学改革实践[J].印制电路信息，2011（2）.