基于任务驱动教学模式电子线路CAD授课内容规划

任国臣

摘 要：针对电子线路CAD在教学模式方面存在的问题和弊端，以电路原理图和PCB设计工具Altium Designer为支撑平台，依托任务驱动式教学模式，规划了电子线路CAD教学目标和对应的授课内容以及具体任务，采用任务驱动法调动学生主动学习电子线路CAD的积极性，改善了以往考查课学生不学的弊端，取得了良好的教学效果。

关键词：电子线路CAD;任务驱动;电原理图;PCB

电子线路CAD的教学目标是使学生熟练掌握计算机辅助设计软件的使用方法，使电学科学生熟悉和掌握电子线路CAD发展的最新趋势，掌握主流电子设计工具应用，具备独立完成电原理图和PCB板设计的能力。然而，传统的课程教学模式不能吸引学生的注意力，学生主动获取知识积极性不强，课堂效果较差;为了提高学生学习的积极性，提高授课质量，针对电子线路CAD课程特点，采用任务驱动教学模式;而任务驱动教学模式的实施，最重要的是课程授课目标的规划和具体授课内容的规划。

1 任务驱动教学模式基本指导思想

“任务驱动”教学最根本的就是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”，是建立在建构主义学习理论基础上的一种教学方法，将以传授知识为主的传统教学理念转变为解决问题、完成任务为主的教学理念[1];将“填鸭式”的教学模式转变为探究式教学，改变以往“教师讲，学生听”，以教定学的被动教学模式，变学生为主动、教师为指导。学生在教师的指导下，围绕某些具体任务而展开的教学活动，由于学生收到了一个具体的有针对性的教学任务，这样在问题动机的驱动下，学生会积极主动进行研究或探索，学生针对收到的具体的教学任务，有针对性的进行学习，在学习过程中，通过对任务的完成和问题的解决，学生会获得成功的感觉，会激发学生的求知欲望，逐步形成一个感知心智活动的良性循环，有利于培养学生独立研究、探索的自学能力[1]。

2 基于任务驱动教学模式授课目标模块规划

任务驱动教学模式的实施，最重要的是授课目标的规划，依据工程教育认证标准，确定课程的教学目标，然后依据教学目标，合理规划授课内容，针对授课内容，提炼出授课具体任务。

电子线路CAD授课目标源于两个层面，一是掌握电原理图的绘制，二是掌握PCB的绘制;在电原理图绘制层面上，需要掌握元件库的加入、元器件查找与放置、编辑、绘图技巧;在PCB板绘制层面，需要掌握线路板层的设置、PCB板的布局等等。因此电子线路CAD的教学目标是使学生掌握运用计算机工具软件绘制电路原理图和印制电路板图的方法，依据这一总体目标，规划了3个大的教学模块：电原理图绘制基本技能、PCB板绘制基本技能、实际工程案例训练，其中电原理图绘基本技能制规划了7个模块、PCB绘制基本技能规划了3个模块，实际工程案例训练规划了5个模块，规划的教学模块如图1所示：

图1 电子线路CAD授课目标模块规划

3 电原理图绘制基本技能教学模块的规划

该模块主要使学生掌握电原理图绘制基本技能，为学生在后续课程的电原理图绘制奠定基础，具体划分了7个功能模块，具体功能模块规划如下：

模块1：模块1的教学任务是使学生掌握基于工程项目管理的工程建立、原理图建立、图纸属性的具体设置以及绘制图纸环境设置，取景框的应用以及元件库的管理等，具体任务流程如图2所示。

图2 模块1任务及流程

模块2：模块2的教学任务是使学生掌握元件放置、元件方向调整、元件撤除、元件属性修改、连线操作、电气节点放置、电源和地放置，具体任务流程如图3所示。

图3 模块2的任务及流程

模块3：模块3的教学任务是通过绘制AT89C51与2764程序存储器扩展电路原理图，使学生掌握总线放置、总线分支放置、网络标号放置、IO端口放置及属性修改、元件模型管理、图文添加等具体操作方法，具体任务及流程如图4所示。

图4 模块3任务及流程

模块4：模块4的教学任务是给定一个单管交流信号放大电路，使学生通过该原理图的绘制，使学生掌握单个及多个对象操作及编辑、快速标记（选定）操作对象、批量修改器件属性、文本类信息修改、元件及图件自动对齐、多条平行线迅速画出、阵列粘贴、系统缺省设置、Navigator导航器使用、元件自动编号等原理图编辑技巧。

模块5：该模块的教学任务就是使学生掌握元件电气图形符号编辑与创建，具体任务是给定一个新封装二极管，使学生掌握原理图元件库文件编辑器启动操作方法、原理图元件库文件的修改操作技巧、原理图元件库面板（SCH Library）使用、修改原理图元件库元件、批量更新原理图内元件、创建原理图元件库文件、创建元件电气图形符号、创建原理图项目元件库[2]。其中原理图元件库元件的修改包括一个元件的修改和批量修改2种技巧;元件电气图形符号创建有4個分步任务，分别是从头开始创建元件电气图形符号、从当前库文件中复制元件电气图形符号（前提是打开已有原理图元件库）、从已有元件库文件中复制元件电气图形符号、制作含有多个单元电路元件的电气图形符号等4个具体的任务。

模块6：通过该模块，使学生掌握多层次电路概念及特点、层次电路设计中不同原理图文件之间的切换、层次电路编辑方法[2];具体任务规划是给定2个具体的电原理图，在此基础上绘制层次电路。

模块7：模块7的教学任务是在独立完成电原理图的基础上，形成元器件清单，掌握原理图报表及文件输出以及粘贴技巧;具体任务规划是依托电源电路图绘制相应的电原理图，在此基础上，掌握原理图的器件清单、将原理图（带有模板信息）及报表复制word文本、只复制粘贴选中原理图部分（不带模板信息）复制word文本、将其他工程原理图中元件或电路的加到目前设计工程项目中操作方法、原理图打印方法（利用word文档打印方法、直接打印方法）。

4 PCB绘制教学模块的规划

该模块主要使学生掌握PCB板图绘制，为学生创新训练以及参加工作进行电子产品研制开发打下基础，具体划分的3个模块如下：

模块1：模块1的任务是掌握PCB文件创建，PCB编辑器界面和PCB编辑器界面应用，手工设计单面板方法[2]，该项任务包括工作层设置、手动增加板层方法、可视栅格设置、PCB环境设置、元件封装库的装入[2]，画图工具的使用（包括元件放置、焊盘放置、电路板尺寸设置、丝印层元件序号、注释信息编辑）。

模块2：模块2规划的任务是依托电源电原理图，自动绘制PCB板，通过这一训练，使学生掌握任务PCB设计流程、PCB设计前准备、PCB布局、焊盘选择、布线、地线/电源线布局规则[2]。其中焊盘选择包括穿通元件（THC）焊盘、贴片元件焊盘、过孔，布线任务包括印制导线寄生参数及串扰、最小线宽选择、最小布线间距选择、印制导线走线控制、单面板中跨接线设置原则等，地线/电源线布局规则包括地线分类、地线与电源线共阻抗干扰及消除、接地方式、地线分布的一些基本原则等。

模块3：具体任务规划是给定一个新的PCB封装元件，使学生掌握PCB封装图元件库文件创建、在PCB库文件中创建元件的PCB封装图了解PCB封装图库元件管理与维护以及3D模型添加[2]。其中PCB封装图元件库文件创建要掌握在用户集成库文件中创建PCB封装图元件库文件、在设计项目内创建PCB封装图元件库文件、创建项目PCB封装图库等3种方法;在PCB库文件中创建元件的PCB封装图要掌握在PCB封装库文件中手工创建元件的PCB封装图、利用向导（component wizard）制作元件封装图、利用IPC Footprint Wizard制作表面贴装元件封装图、利用元件复制功能制作元件封装图等方法。

5 实际工程案例训练任务规划

该模块的主要教学任务是使学生熟练掌握电原理图和PCB板绘制基本技能，并通过该教学模块让学生掌握直流稳压电源、CPU最小系统、单管交流信号放大电路、交流无触点开关控制电路，具体5个模块规划如图5所示。

圖5 工程实际案例训练

模块1是实用电路原理图绘制，该模块训练目标是完成基于89C51单片机最系统原理图绘制，选作内容是基于89C51单片机最系统原理图线路板的绘制;模块2是自制元件电路原理图绘制，该模块的训练目标是完成基于89C51单片机控制的可控硅调压电路绘制，分2个具体任务，其中任务1制作光控可控硅MOC3062器件电气图形符号，任务2是完成基于89C51单片机控制的可控硅调压电路绘制;模块3是实用电路PCB板的基本绘制，该模块的训练任务是警示灯PCB板绘制，绘制警示灯的电原理图和PCB板绘制，具体任务包括2个，其中任务1是绘制警示灯的电原理图，任务2是完成警示灯PCB板的绘制，并给定PCB板具体尺寸、电源线宽度、信号线宽度、器件封装等;模块4是实用电路PCB板的规范绘制，主要任务是绘制基于555振荡器控制的警示灯电原理图和PCB板，具体规划了3个任务，其中任务1是绘制基于555振荡器控制的警示灯电原理图，任务2是完成基于555振荡器控制的警示灯PCB板的绘制，并给定PCB板具体尺寸、电源线宽度、信号线宽度、器件封装等;任务3是形成器件清单。模块5是实用电路特殊结构PCB板绘制，该模块的主要任务是绘制特殊结构PCB板，具体规划了2任务，其中任务1是绘制基于555振荡器控制的警示灯电原理图，任务2是完成基于555振荡器控制的警示灯特殊结构PCB绘制。

6 结论

在规划教学目标及教学模块的基础上，每次上课，教师首先布置教学目标及教学任务，并概要讲解具体实施方法及措施，然后学生自己主动学习上机操作，依托每一次课老师给定的具体任务，进行技能学习和研究，然后教师总结，画龙点睛，点拨学生在实践过程中遇到的问题以及学生没有掌握的基本技能，最后让学生依据老师的点拨的技巧加以实践，使学生能彻底掌握课授课的内容，达到教学目标，该教学方法在经过一个学期的实践教学，收到了很好的教学效果。

参考文献：

[1]罗伟昌.中职学校计算机应用类课程教学中的“授人以渔”——浅析任务驱动教学法在中职学校《办公软件综合应用》教学中的运用[J].电脑知识与技术，2018，14（06）：108-109.

[2]潘永雄，沙河.电子线路CAD实用教程——基于Altium Designer平台，西安电子科技大学出版社，2016.12.