应用型本科高校《电子线路设计》课程教学改革初探

程亮亮，傅 强，季于东，张震宇，黄文庆

(合肥师范学院 电子信息工程学院，安徽 合肥 230601)

在电子产品实际生产中，产品的电路设计是至关重要的，其设计是否合理直接影响到产品的成本及质量[1]。随着国家“大众创业、万众创新”“互联网+”及“智能制造”等相关政策理念的提出和实施，企业迫切需要具有创新意识、并且能将创新思想转化为产品的实践性人才。

《电子线路设计》是一门利用计算机软件辅助完成印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)设计的课程。通过课程的学习与实践，使学生掌握电路原理图及PCB的设计、分析、检查方法、元件库和PCB封装库的制作方法等。课程在教学中以培养应用型人才为目标，以实践为导向，坚持讲练结合，通过理论教学和综合实训项目，使学生掌握电子线路的独立设计技能和Protel软件的使用方法，培养学生的应用设计技能，为将来在工程实践中分析电路、设计与开发印制线路板打下坚实的基础。其直接相关的工作岗位有硬件电路工程师、PCB Layout工程师、设备工程师等。目前我校电子信息工程、通信工程、电气工程及其自动化等专业开设本课程或其相似课程。

《电子线路设计》是一门对实践性要求很高的应用型课程，传统教学中采用陈旧案例、灌输式教学方法，且在考核模式上以考试为主，而忽略了过程性考核的重要性。种种教学上的弊端导致很多学生在学完这门课后不能独立完成电路板的设计和制作，从而失去了开设该门课程的初衷。

1 传统课程教学存在的问题

(1)现代电子产品朝着低功耗、小型便携式、高集成度的方向发展[2]。贴片元件(SMD)如贴片电阻、电容、电感、集成电路等相对直插元件，具有体积小、成本低、机器焊接方便等诸多优点，随着电子技术的发展，其在产品电路板中所占比例越来越高。在传统教学过程中，教学实例仍以直插元件为主，如STC89C51单片机最小系统实例中，单片机封装普遍选用双列直插封装(DIP40)，电阻一般选用AXIAL系列直插封装，虽焊接方便，但系统所占电路板空间大大增加，不符合当前电子产品的发展趋势，也不利于学生未来的就业。

(2)《电子线路设计》课程共32学时，包含理论知识的讲解和课内实训练习。在有限学时内，学生通常只完成了电子线路板(PCB)的设计和规则检查，没有交付PCB厂家生产，故对作品的大小、形状、能否稳定工作等缺乏了解，甚至不知道应发给厂家何种文件格式，因此学生的设计积极性也逐渐降低，教学过程中，有学生认为该课程“枯燥、无趣”。

(3)此外，在课程教学考核模式上，以往考核由考试成绩和平时成绩两部分构成，分别占70%和30%。此种考核方式以期末考试成绩为主，平时成绩占比过低，因此降低了学生平时上课的学习热情，也不能完全反映学生的真实水平，学生的创造力未得到充分体现[3]。

2 课程改革的基本思路

(1)教学内容改革-贴近生活，增强学生学习兴趣

课程采用了案例教学和任务驱动教学法。在案例选择上，删除重复、陈旧案例，增加与实际生活密切相关的案例讲解，如手机充电器，无线鼠标等，并将产品拆解，剖析内部电路板原理和结构，让学生看得见、摸得着、并知其所以然，以此增强学生学习的积极性。在任务的设计上，挑选USB接口、HDMI接口等平时生活接触比较多的例子，通过任务使学生掌握相关知识点。此外，在元件的选取上，尽可能选择贴片元件代替直插元件，如0805封装的贴片电阻代替AXIAL-0.4轴向直插电阻，QFP44贴片封装代替DIP40直插封装的单片机[4]。表1为部分任务，分别对应原理图绘制、元件库制作、元件封装库制作和PCB绘制四部分内容。

表1 部分任务

(2) 教学方法改革-多样化，多渠道引导学生实践

第一，将讨论法和任务驱动教学法引入课堂。在以往的课程学习过程中，给学生布置相关任务，由学生独立完成任务，但是受时间及课下难以管理等各种因素影响，任务完成率和完成质量均不高。因此成立了讨论小组，根据班级人数，5人分为一组，设一名组长，任务由小组分工协作完成。组长将任课老师布置的任务细分到组员，并及时记录任务实现过程中遇到的问题和关键步骤[5]。在每次上课时(两节课，90分钟)，教师预留20分钟作为讨论、分享环节，各组轮流指派组员上台，对照小组完成的PPT和实物分享任务的实现过程、已解决的关键问题，尚未解决的问题。教师鼓励班级其他同学提出解决方法，并以平时分的形式给予奖励，在一些学生无法解决的难点问题上，任课教师加以细致讲解和分析。

第二，以电子类竞赛为契机，将《电子线路设计》课程与竞赛深入融合。在各类竞赛中，全国大学生智能汽车竞赛、电子设计竞赛、物联网设计竞赛均要求参赛学生完成电子线路的设计、焊接和调试，相关知识主要来自《电子线路设计》课程。因此，学生对课程的掌握程度直接影响竞赛成绩，同时竞赛也提升了课程的教学质量。在过去的两年里，部分学生参与了以上竞赛，参赛学生取得了一等奖、二等奖等不错的成绩，但对班级整体而言，学生的参与度依然不高。针对以上问题，提出如下建议：首先，吸引更多学生参与其中，通过参与竞赛，加强他们对课程的了解，培养他们的学习热情。其次，在课堂上，鼓励专业基础扎实的参赛学生演示比赛作品、讲解设计过程，并分享比赛心得，帮助其他学生共同提高，同时吸引更多学生参与到竞赛中[6]。

第三，教师根据课程内容将教研、科研等项目设计成四个教学案例，分别对应 “原理图设计”、 “元件库制作”、“PCB设计”、“封装库制作”四个主要知识点，并在上课的不同时期，结合已完成的实物，向学生讲解项目中电路设计的关键注意事项，包括电路板尺寸和板层设置、电源分割、元件布局布线，抗干扰措施等。

第四，《电子线路设计》课程是《电路分析基础》、《模拟电子线路》、《数字电子技术》的后续课程，同时也是《单片机课程设计》、毕业设计等的先修课程。在以往教学实践中，由于这些课程大多在不同学期授课，因此不能很好的将这些相关课程结合。本次教学改革在案例讲解和任务布置上，尽量做到与先修课程和后续课程的衔接，如根据《单片机课程设计》的教学要求，课内实训任务可布置单片机最小系统原理图、PCB的绘制，并鼓励大家制板、焊接、调试，从而与《单片机课程设计》课程相辅相成，完成的线路板可直接作为大四下学期毕业设计课题的硬件开发平台。

(3)考核模式改革-以能力考核为主

过程考核，即针对学生学习过程进行多方面、多形式、分阶段的考核，侧重于对学生认知过程和综合 应用能力的形成进行监督和评价，构成教与学和教学质量监控的重要环节[7]，《电子线路设计》是实践性课程，应采用以过程性考核为主的考核方式，总评成绩由过程考核、期末考核两大部分构成，前者所占比例由之前的30%改为70%，后者所占比例改为30%。其中期末考核采用课程设计报告的形式，考查学生的电路设计能力和软件熟练度；过程性考核形式除考勤、课堂提问及课后作业等传统形式外，增加新的考核形式，如实物制作情况、竞赛及项目参与度、任务完成质量等，从而更全面的考核学生的真实水平[7]。通过考核模式的修改，加大学生实践应用能力考查的比重，引导学生动手实践制作PCB，从而更有效灵活的掌握电路的设计、制作和焊接流程，培养学生对电子电路设计的兴趣。

3 结束语

本文以应用型本科高校电子类专业的培养方向为指导，以提高学生的电子设计素养为目标，响应当前企业的专业人才需求，并结合笔者多年来的教学经验，在《电子线路设计》课程教学内容、方法和考核模式上提出了一些改进措施[8]， 经过教学实践已初显成效。今后，笔者将继续从教学中发现问题，努力探索一条适合应用型本科高校的教学之路。

[1] 宋莉.浅谈Protel电子线路设计的项目教学方法[J].新西部旬刊,2013(7):188-188.

[2] 彭远芳,张静.电子线路板设计实训课程教学改革实践[J].教育现代化,2016(8).

[3] 谭飚.电子线路实验教学的改革与实践[J].科技信息,2008(26):14+17.

[4] 农亮勤,黄开连,梁建烈,等.电子线路课程实践教学探索[J].高教论坛, 2004(6):115-117.

[5] 张崇善.探究式:课堂教学改革之理想选择[J].教育理论与实践,2001(11):39-42.

[6] 张娟.《电子线路设计自动化》课程教学改革的实践研究[J].教育教学论坛, 2016(15):257-258.

[7] 武田艳,丁文胜,孙雨明等.过程考核在应用型本科教学中的应用[J].河南科技学院学报, 2016, 36(10):52-54.

[8] 夏晶晖.应用型本科教学中技能型课程考核方式的改革[J].西南师范大学学报(自然科学版),2013, 38(6):193-196.