《电子线路设计自动化》课程教学改革的实践研究

摘要：本文主要介绍了作者多年来从事的《电子线路设计自动化》课程教学改革研究，分别从教学方式、教学内容、教学技巧和考核方式等方面进行了叙述。结合Altium Designer软件应用性较强的特点，作者进行了“理实一体化”的改革，并取得了良好的教学效果。

关键词：Altium Designer软件；“理实一体化”；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0257-02

《电子线路设计自动化》是电子信息工程和自动化等电类专业开设的一门专业基础课，讲授Altium Designer软件的使用方法，本课程主要包含了原理图设计、印制电路板（PCB）设计、设计原理图时需加载的元件库绘制与设计PCB时需加载的元件封装库绘制，即仅涉及AD软件的PCB项目工程的设计制作部分。这门课程的实践性非常强，单纯依靠教师的讲授远不能达到让学生掌握这门工具性课程的目的，必须想办法提高学生兴趣，让学生能够主动多练习、多实践，在有限的时间内让学生更好的掌握软件使用方法。作者在十余年的教学过程中，经过不断的研究与探索，在课堂中经过多次教学改革，取得了一些成效，学生的学习主动性及动手操作能力得到提高，教学效果得到明显改善。本文结合作者《电子线路设计自动化》课程多年的教学经验，对该课程的教学改革进行了探讨。

一、教学方式研究

2002年开设本课程时，采用的教学方法是任课教师在多媒体教室上课，专任的实验教师在机房指导学生上机，课时分配上课堂授课学时较多，占■，上机学时较少，占■。上课时学生只能看任课教师操作，两次课堂学习后才能进行实际的上机练习，学生在上机操作中很容易遗忘课堂讲述的内容，而且当时学生中个人拥有计算机的并不多，除了上机课之外也不方便进行练习。上机时由专业实验教师进行指导，也不利于任课教师了解学生的学习进度，无法针对学生实际掌握情况调整后续课程的讲解。总体说来，这种教学方式，学生练习时间太少，软件使用不够熟练，教学效果并不理想。为增加学生练习时间，增强教师对学生的了解，本课程于2006年进行了第一次教学改革。本次改革将课时重新进行了分配，授课学时减少到■，上机学时增加到■，一次课堂教学后进行一次上机练习；同时，上机时由任课教师进行指导，方便任课教师了解学生的软件掌握程度。这种教学方式，增加了上机练习时间，任课教师对学生知识掌握程度有一定的了解，授课效果有所改善。但是学生课堂学习与上机练习仍然不同步，虽然增加了练习时间，但是上机时依然有些内容会被遗忘，所以，本课程的教学方式仍有很大的改善空间。本课程于2013年进行了“理实一体化”的教学改革，即理论与实践一体化的教学方法。采用小班化授课，以1个自然班（40人左右）为单位进行教学活动；本课程直接在新建的专用机房授课，不再区分授课学时和上机学时。在讲授过程中学生计算机受教师控制与教师计算机同步，学生无法操作计算机，从而提高学生的注意力，使其专心学习。一部分内容讲解之后，学生先操做一遍教师讲授的内容，再进行教师布置的新任务的练习，教师全程辅助指导。这种教学方式大大增加了学生的练习时间，也便于任课教师掌握学生的学习情况，同时对出现较集中的问题可以随时讲解演示。

二、教学内容研究

本课程主要讲授AD软件设计原理图与设计PCB板图的功能。学生在学习电路、模拟电子技术和数字电子技术等基础课程的过程中对原理图已经非常熟悉，学习起来相对容易一些。而电路板虽然在生活中常常用到，但因其都置于电子设备的内部，不易被看到，因此学生了解不多，学习起来相对困难一些。课程开设之初，任课教师仅仅是拿印制电路板厂家的成品PCB板到课堂上，让学生观察，然后结合电路板设计环境进行授课，学生在学习之后对PCB的结构仍然一知半解，不能完全掌握。之后教师将实验室做的基础PCB板带到课堂让学生观察、学习，使学生对电路板的基本组成有了进一步了解，但学生对于元件封装的型号、焊盘大小、铜膜线的线宽等细节问题仍然不够明白，缺乏实际操作经验。“理实一体化”改革之后，本课程的实践练习环节在原本仅进行上机练习的基础上增加了实物PCB板的制作与元件的焊接。一个具体的实物制作贯穿在整个课程的教学过程中，从设计原理图到设计PCB板图，再到实物PCB板的制作与元件的焊接，在整个学习过程中学生能更好的理解元件封装、焊盘、铜膜线在AD软件中与实物的对应关系，从而达到更好的掌握AD软件应用的目的。举例来说，选取心形流水彩灯电路让学生制作成品。这是一个有趣的小制作，设计制作完成之后LED灯循环点亮，非常漂亮。学生也可以将LED灯设计成其他形状，在LED位置变化的同时，可以更好的理解电路板的布局、布线规则。虽然本课程学时数有限，不能很好地掌握复杂电路的设计制作，但通过实际电路的制作，学生更好地理解了电路板上元件封装和焊盘等设计对象之间的关系，为今后在实际工作中设计制作复杂电路打下了坚实的基础。

三、教学技巧研究

《电子线路设计自动化》课程的操作性极强，学生要想熟练的掌握AD软件的应用，单纯靠教师的讲授是不行的，而且在有限的学时中教师也无法讲解全部的软件内容。因此，在课堂教学中教师更重要的任务是引导学生自主学习，以项目任务驱动学生兴趣，使软件的学习能有一个延续性。课程开设之初，由于所讲授的软件版本（Protel99se）较低且内容较少，因此课堂授课时间相对充足，授课内容比较详细，教师可以在授课过程中按照每个设计环境下的菜单及工具箱进行逐一讲解。学生虽然课堂上听的内容细致，但是听课学时多、上机学时少，到上机练习的时候具体操作方法反而记住的少、遗忘的多，因此操作中出现的问题也多，软件掌握情况较差。授课学时与上机学时调整后，教师仍然按照各设计环境下的菜单及工具箱逐一讲解，有些注意事项则留到学生进行上机练习时再做说明，同时亦根据学生的掌握程度差异进行不同的指导。上机课过后的授课学时中，教师再将上机时学生提问较多或出错较多的问题进行集中讲解，学生对软件操作过程加深了印象，取得了较好的学习效果。进行“理实一体化”改革之后，“教”“学”同步，教师将每节课按项目进行划分，每个项目的操作中包含不同的工具和设计对象，学生完成项目之后即掌握了这些工具的具体操作方法和设计对象的属性设置。每个项目包含的工具和设计对象不同，而各工具和设计对象之间是有共性的，比如各设计对象的属性设置，各个设计环境的参数设置等。项目教学的实施提高了学生的自学能力，使学生们可以举一反三，在将来遇到其他未曾使用过的工具和设计对象时，就可按照在课堂上的学习方法去学习新工具的使用。结束课堂练习后学生们再进行分组讨论，将自己的学习心得与大家分享，帮助同学们更快的掌握软件使用方法，也激发大家自主学习的兴趣。

四、考核方式改革

本课程实践性较强，而实践性强的课程在考核时采用单纯的笔试并不容易考察出学生的真实水平。课程开设之初，受机房设备等限制，只能采用笔试，笔试的考核仅反映了学生对软件的菜单、工具箱、设计对象的属性设置和PCB设计流程等的掌握程度，而不能反映学生在实际操作中可能出现的问题。但软件的使用，最重要的就是实际应用，因此这种考核方式成为了在教学条件限制下所采用的无奈之举。随着教学改革的逐步推进和机房设备的逐渐完善，课程考核采取笔试与上机考试相结合的方法。在机房进行考试，试卷上理论题占10%，上机操作设计PCB板所占比例为90%，此考核方式较大程度上反映了学生对软件实际应用的掌握程度。“理实一体化”改革之后，课程考核不再集中到期末一次进行，而是在课堂教学中增加两次考核，所有的考核全部采用上机考试模式，实行“2+2+6”考核模式。“2+2+6”考核模式的具体实施为：完成设计原理图的学习和设计PCB板的学习之后，分别进行一次考核，在最终成绩中各占20%，完成所有课程的学习之后再进行一次综合考试，占最终成绩的60%，最终成绩满分为100分。这种考核方式反映了学生对软件的掌握程度，并可以随时掌握学生的学习情况，也可以激励学生在学习整个课程的过程中刻苦努力，不会出现考试前集中突击的现象。

五、结论

《电子线路设计自动化》课程经过两次教学改革，尤其是实现“理实一体化”的教学模式后，激发了同学们的学习兴趣，创造了良好的学习氛围，取得了较好的学习效果。然而，Altium Designer软件是在不断更新的，随着软件的更新其内容会越来越多，而课堂学时毕竟有限，因此，如何在课堂上更好的让学生掌握软件应用，进而激起学生热爱电子设计制作的热情，从而自发去学习课堂上无法涉及的软件操作及电子设计制作的相关内容，是教学中要持续探索的。

参考文献：

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