基于工程项目式的计算机辅助设计课程教学与实践改革

苏玉香 叶继英

（浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江 舟山316000）

0 引言

“计算机辅助设计”——《Altium Designer原理图与PCB设计》是我国大中专院校电类专业的EDA必修课程，主要培养学生的创新能力和电路设计能力。学习该课程可以让学生掌握Altium Designer软件的使用，掌握电路原理图绘制、元件绘制，以及PCB图的设计方法。该课程以培养学生的PCB设计能力为主，理论联系实践，以实践为主。通过《计算机辅助设计》课程的学习，为后续相关课程、电子设计大赛、综合实训、毕业实习、毕业设计和职业素养奠定良好的理论和实践基础。

目前,“计算机辅助课程设计”相关教材内容以及教师授课内容普遍缺少工程应用价值。主要表现在学生绘制的原理图其可读性、规范性及制作电路板应遵循的电气规则和制板工艺要求不够重视，致使所设计的电路板在实际应用时不能正常工作。

传统教学中的”老师教、学生学”，其教学效果不理想。加之，理论课与实践操作分开，理论课通常采用多媒体教学，实验课则另行安排在机房，不利于学生及时掌握所学知识。所以改变教学方法与教学模式，提高学生的学习能力势在必行。

1 理论教学内容改革

在“计算机辅助设计”教学实践过程中，通过采用“教师主导、学生主体”的教学模式，实现师生互动以及活跃课堂气氛，为学生就业服务，强化专业知识，培养学生的可持续发展能力，并且在教学实践基础上，积极引导学生参加电子设计竞赛和科研项目，加强实践能力、工程能力的培养，进一步培养学生的可持续发展能力。

根据“计算机辅助设计”课程操作性强的特点，贯彻以“实践为主，重在应用”的教学方针。教学内容主要从以下几方面进行改革：

1.1 采用工程项目式教学法

工程项目教学法是将一个相对独立的项目交给学生独立完成，从信息收集、方案的设计与实施，到完成后的评价，都由学生负责，而教师在教学过程中负责指导与答疑。通过一个个项目的实施，能使学生掌握设计流程以及整个过程的重点难点，形成价值判断和责任意识，增强实践动手能力。参考项目如：16路无线抢答器设计，自行车里程计/速度计设计，PWM电机驱动控制电路等。

1.2 教学内容少而精，尽量选择学生熟悉的电路图

教学示例和学生实践练习的项目应尽量选择学生熟悉的电路图，这样讲解原理图绘制时，学生会有熟悉和亲切感，容易接受，教学就变得容易进行。

教学实例可选择直流稳压电路，放大电路，PWM电机驱动控制电路，8路抢答器，开关电源等进行原理图和单面PCB板的绘制；选择单片机控制电路，自行车里程计/速度计等进行原理图和双面PCB板的绘制。

1.3 做好课程引导

第一节课，可以先简单介绍Altium Designer软件安装，然后绘制直流稳压电源的原理图和PCB图，通过这个简单实例，使学生对PCB的设计流程和基本设计方法有个基本了解，对本课程的学习就做到了心中有数。PCB绘制好后，可以观看PCB的3D效果图，来增加学生制版的成就感和学习本门课程的兴趣。

1.4 抓住设计流程，促进学生设计理念的建立

Altium Designer进行PCB设计有两个主要步骤：先完成原理图设计，然后进行PCB图设计。原理图与PCB设计又分别有各自相应的设计流程。由易到难安排数十个工程项目实例组织教学。激发学生的求知欲望，为学生今后循序渐进学习打下良好的基础。

2 教学方法与手段的改革

采用项目导向、任务驱动等教学模式,使理论教学与实践教学有机结合。让学生分组实践；课堂上

边讲边练，讲授中引入大量常见的实际案例，以激发学生兴趣，使学生在项目活动中掌握相关知识和技能。主要改革措施包括以下内容。

2.1 轻松入门,提高学生的自信心

通过一个学生熟知的简单实例，如直流稳压电源原理图和PCB设计，让学生掌握原理图与PCB设计的基本步骤和方法，轻松入门，从而提高学生学习本门课程的自信心。

2.2 “理论实践一体化”教学模式

在计算机房上课，理论授课与实践操作同时进行，学生一人一台计算机，教师的“教”与学生的“学”能够很自然的衔接，教师“教”的更加自如，学生“学”的也更加高效，可以当场消化所学知识。

2.3 工程实际项目讲解，以激发学生兴趣，提高工程实践能力。

通过精心设计的几个工程实例的讲解，让学生独立完成另外几个工程实例，教师进行点评，通过这些来提高学生的工程实践能力。

2.4 学生分组实践，成绩互评

学生分组实践，互相帮助，成绩互评，增强学生的竞争意识和成就感。

2.5 采用任务驱动的教与学的方式

采用项目导向、任务驱动等教学模式，使理论与实践教学有机结合。让学生分组实践；课堂上边讲边练，讲授中引入大量的工程项目实例，以激发学生兴趣，并掌握相关知识和技能。任务驱动教学方式，为学生提供体验实践和感悟问题的情境，围绕任务开展学习，以任务的完成结果检验和总结学习过程，改变学生的学习状态，由被动学习改为主动学习。

2.6 理论联系工程实际，提高学生的学习兴趣

计算机辅助设计具有极强的实践性内容,尤其是PCB图的设计。因此在上课前,带上几块学生自己设计、制作的印制电路板,让学生先熟悉一下。激发学生的学习兴趣。

3 实践教学内容改革

实践课与理论课安排在计算机房同时进行，边讲边练，当场消化吸收所学知识。实践教学16学时，与理论课程的16学时并重，加强上机实践环节，注重实践教学。

精心安排实践任务，采用工程项目式上机练习。

考虑到学生接受能力的差异，可在每次上机实践时布置两项任务，一个为基本任务，比较简单，所有的学生都必须完成；另一个较难，学得好、速度快的同学，在完成基本任务后可进行深入练习。

加强上机辅导。在上机练习时，学生总会碰到不能独立解决的问题，如找不到所需的原理图元件、元件封装不合适、不能处理编译错误等，教师可有针对性地进行演示辅导或提示点拨，帮助学生按时完成实践任务。此外，教师要主动地、不时地进行巡视，及时发现学生的误操作并予以纠正；引导学生掌握各种操作技巧，少走弯路，提高设计效率。

创建良好的学习氛围。在机房练习时，应充分发挥学生的主体地位。鼓励学生自主学习。机房内一人一机，可以互相探讨。向全班及时通报完成实践任务的前六位学生。一方面，可使遇到困难的学生找到求助对象，另一方面，树立好榜样，激发学生的竞争意识和学习积极性。

4 采取公平合理的考核方式

计算机辅助设计的考核方式采取综合考评方式，学生最终成绩由以下几部分组成：教师打分+学生小组评议打分+上机操作+上机考试+大作业。每一次上机都有实践任务，根据学生实践任务完成量、难度及速度记录成绩。上机考试是在规定时间内完成某工程项目的设计，根据完成情况积分。最终大作业也按难易程度和分值大小安排两个，作业一：项目简单，设计量小，分值低，内容包含原理图设计和PCB图设计；作业二：分值高，项目略复杂，设计内容除原理图与PCB图外，还有元件设计和封装设计。学生可根据自己的实际情况二选一。

教师组织学生依照项目考核实施标准，对每次练习的项目进行自评、小组互评，最终由教师点评并公布成绩。

5 结论

教学实践与工程项目实例结合，做到学以致用。在教学过程中，精选数十个工程项目实例，所涉及知识由简入难，循序渐进。采取“理论实践一体化”教学模式，在机房边授课边进行实践操作，学生一人一机，学生可以当场操作，消化所学知识。“围绕实践，重在应用”，加强实践操作，实践操作16学时，和理论课16学时相当，着重对学生进行应用能力的培养。采用公平合理的课程考核方式，教师打分+学生小组评议打分+上机操作+大作业。注重上机操作。因材施教，结合专业特点，理论知识以适度、够用、实用为原则，突出对学生综合能力的培养。

经过两年的教学改革实践，取得了良好效果，所培养的学生在电子设计大赛以及“飞思卡尔“智能车竞赛中屡创佳绩，为学生的职业素养的培养打下了坚实的基础。

［1］闫胜利.Altium Designer实用宝典-原理图与PCB设计[M].电子工业出版社,2007.

［2］奚洋,汪涛.电子线路CAD课程教改初探[J].科教导刊,2009.

［3］王立峰,刘龙,苏余昌.工程实例教学法在CAD教学中的应用[J].黑龙江交通科技，2013(10).