“电子电路CAD”课程教学方式和精细化考核改革

2015-08-23吴志祥方晓毅

电气电子教学学报 2015年5期

吴志祥，黄亮，方晓毅

(常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州 213002)

“电子电路CAD”课程是电子、电气、控制和机电等学科的一门专业基础课，涉及电路、器件、机械结构及抗干扰技术等方面的内容，知识面广，与工程实际结合十分紧密。是大电类学生必须掌握的基本技能。故在本课程教学中，研究及探索如何培养学生系统性、综合性的实践能力，实现与用人单位“零距离”对接，最大限度地提高课程教学效率是十分重要的。

1 电子电路CAD课程特点

大多数高校都采用Protel99 SE软件作为“电子电路CAD”课程的主要教学工具，该软件包含电路原理图设计、电路原理图中的元件库绘制、原理图网络表生成、电路的层次化设计、印制电路板 PCB(Printed Circuit Board)设计、报表制作及PCB元器件绘制等内容。“电子电路CAD”课程内容(模块)如图1所示。课程以设计出符合众多要求的PCB为主要目标。课程内容呈现一贯性、多样性及复杂性。

图1 电子电路CAD课程模块

结合培养计划，大多数高校把“电子电路CAD”课程定位成专业基础选修课程，合计32学时，其中实验为8学时。通常是2-3个班级的大班课，2学时为一个教学单元。教学过程中，授课教师通常采用PPT结合一种功能电路，讲解Protel99 SE软件各设计界面的操作方法，中间穿插(甚至最后)安排学生上机练习。教学效果有待提高。

课程考核方式通常采用粗线条式的定性考核，不利于激发学生学习的主动性和创新性，不利于提高培养质量。

2 教学方式改革

2.1 以案例教学为牵引

由于本课程内容的连贯性，通常采用一个综合案例从头至尾示范教学。案例简单，则不能包括课程内容，案例过于复杂，学生又难以理解和接受，还受教学课时限制。案例教学法中的“案例”选择直接影响到教学效果的优劣［2］。因此如何精选案例是案例教学成败的重要环节。本课程案例应覆盖如图1所示的全部内容，特别是电路原理图中的元件库绘制、PCB库元件绘制及网络表生成作为重点内容讲授。

2.2 精心设计项目任务

教师拟定“项目任务”预案时，应考虑项目构成、目标及效果。即事先要考虑包括工程要素在内的实施过程。项目任务选用电力电子、通讯技术、测量技术、控制系统及家用电器等方面中的经典或主流电路，电路原理图中至少包括一个需要自己绘制的原理图库元件图，PCB中同样至少包括一个需要自己绘制的库元件。项目任务随机抽取，人手一题，包括PCB外形各不相同。

2.3 与工程实际相结合

原理图层面，工程实践中大多要求“横平竖直(元件对齐排列)”、“疏密有致”、及内容占图幅的2/3～4/5之间等，美观且可读性强。

PCB层面，工程实际要求技术人员能够在众多限定条件下完成PCB设计，包括PCB非规则周界尺寸、元件体积大小及封装形式、可预见的PCB电磁兼容性、元件装贴及维修的便利性等内容。

以长方形图形作为PCB设计周界的项目，在工程实践中极少出现且相对简单。常见的PCB周界形状如图2所示。图形多半由直线与圆弧线组成，这些图形可供学生设计PCB时作参考，每个学生采用不同的图形进行设计，并力求总体面积最小化。为了快速绘制出这些非规则图形，课程中讲授DXF(Autodesk Drawing Exchange Format)文件与Protel99 SE的交差使用方法，进一步拓展学生的工程能力。

图2 项目任务PCB的周界图形

2.4 教学形式转变

课程取消上机实践操作环节，学生全部自带笔记本电脑上课，教学过程转变为全程实验教学。课程以2学时为一个单元，案例教学与任务驱动同步进行。课程教学的上半场，教师采用案例示教为主，并要求学生完成随堂练习以巩固学习效果;下半场则鼓励学生实现项目任务。2次授课后，参考“帕累托法则”，按20%优秀学生带动80%一般学生的方法，将每8个学生分为一组，同时让每个学生抽选好自己的项目任务［3］。

学生为完成无可复制的项目任务变被动学习为边学边创造。教师要求学生每周提交随堂练习与项目任务电子文件DDB(Device Dependent Bitmap)，评价计分后将成绩统计表电子文档群发给各小组组长。一方面可及时发现教学过程中存在的问题，快速补充;另一方面可及时掌握学生完成项目的进度、过程难点及容易混淆的共性问题，同时可有效激发学生自我学习—创造的主动性。

3 精细化考核新尝试

与大多数实验实习类课程相同，本课程常见的考评方式多半为:平时成绩占10%(根据学生的出勤率、课堂表现和学习态度等方面给以评分);实验成绩占30%(根据学生每次实验的情况给以评分);实践作业占30%(根据学生完成项目的整体情况，制作的电路板功能能否完成，外观上看是否合理)［5-7］。

这种考评方式颇为粗糙，教师方主观性过大，学生方(即便分小组考核)相互雷同情况也颇为严重。且这种事后的考核方式，学生既不能及时发现自己存在的问题，也不利于有效激发学生的学习热情。

我们提出的精细化考核方法由四部份组成:①人手一题—进行全过程透明式考评;②随堂练习—案例部分的考评，可及时掌握学生的学习态度、理解能力及出勤情况;③任务驱动—独立作业部分，既可以发挥学生各自的创造性，又杜绝了相互“拷贝”的情况;④拓展内容—考评学生AUTOCAD、Office Visio及Multisim等关联软件的使用能力。

课程考核中随堂练习部分占30%，独立作业(项目任务)占60%，拓展内容占10%。

随堂练习与独立作业可采用相同的计分方法，原理图考评表及PCB考核表分别见表1及表2。

表1 原理图考评表

表2 PCB考核表

表1中，原理图的正确性考查导线使用、元件序号是否按电路模块连续标号、元件之间的连接关系以及为简化电路连接所采用的网络标号等。美观性，按工程化要求考核。与原理图紧密相关的库文件，是学生自由创造必须掌握的重点内容，考查自建元件的参考点是否为0点、引脚名与引脚编号、引脚的电气特性(输入、开漏)等。表2中，正确性考查PCB是否正确使用了“层”;周界设计、过孔与焊盘概念、密度是否合理;是否最短连线等内容。美观性和库文件和表1的大同小异。

这里设计的精细化考评表，详细至每个步骤，合计分值为30分，直接适用于随堂练习的评价。分值扩大二倍后，直接适用于项目任务的评价。考评表以1分至2分为计分单位，一是有效地避免了的学生成绩考核时的人为误差;二是通过及时反馈，学生可迅速知道自己失分的原因;三是教师对各栏目里的“小分”作统计后，立即可得知上一教学单元的教学情况，并可反思上一教学单元的教学方法是否合理，教学目标是否达到。