基于“电子CAD”课程的教学方法改革研究

李霞

（桂林信息科技学院，广西 桂林 541004）

1 研究背景

随着电子技术的快速发展，新型元器件层出不穷，电子线路设计越来越复杂，无法通过手工绘图实现，采用计算机辅助设计绘制电路图即电子CAD设计已经成为必然趋势。电子CAD设计主要是指电路设计中电路原理图和PCB图由计算机来协助完成。“电子CAD”课程是讲授这门技术的重要课程。这门技术是否熟练掌握关系到学生后续的其他电子课程的实训和电子类专业学生的毕业设计作品实现。因为电子类实训和毕业设计基本都需要制作电路板搭建电路调试电路。但是针对这门重要课程的传统教学方法存在较多的问题，例如理论和实践分离、教学过程设计不合理、教师和学生缺乏良性互动、考核方式不满足现代社会对学生实践能力的要求等问题。同时随着现代社会的发展，网络上的学习资源也越来越多，学生们不应该只是采用传统课堂上听教师讲课的方式获取知识，也应该采用其他的教学资源获取专业知识，而MOOC无疑是这众多学习资源中比较优质的网络学习资源，教师有责任给现代的大学生介绍这一优质的教学资源。本文针对“电子CAD”课程传统教学中现存的问题，对“电子CAD”课程的教学方式、过程及考核方式进行改革。

2 课程教学方式的改革

传统教师的教学方式，一般采用先教理论，后期安排学生进行机房试验操作方式，并且理论的学时远远超于实践的学时。这种教学方式将理论和试验分开教学，由于理论和试验时间有间隔，存在理论教学的绘图方法，学生上机实际操作时，内容遗忘较多，使得教师和学生都有强烈挫败感，对于掌握该课程知识产生消极懈怠情绪。而且传统的教学重视理论教学，所以理论学时较长。但是由于学生的试验学时太短，到最后学完课程只会纸上谈兵，却不会实操软件绘图，不能满足该课程学生实践能力的要求。因此为了防止教师和学生教学和学习产生挫败的情绪，提高学生的动手实践能力，本文提出“电子CAD”课程采用理论和实践结合的合一课堂模式，上课直接在机房进行，并且为防止学生遗忘操作过程和提高学生学习的积极性，在教学过程的步骤上采用五步法实现教师和学生的良性互动。

3 教学过程的改革

教学过程是指教师和学生在教学活动中状态切换和阶段流程。一个好的教学过程应该根据具体课程内容知识特点采用不同的方法，使得教师和学生能够良性互动，充分调动教师和学生的积极性。“电子CAD”的教学过程，采用五步教学法来开展。

五步法具体包括5个阶段：第一阶段课前预习，采用国家MOOC网中的相关课程进行课前预习；第二阶段采用课堂演示法，以教师为主导，学生为辅；第三阶段翻转课堂教学法，以学生为主导，教师为辅；第四阶段课堂演示法，教师为主导，学生为辅；第五阶段课后阶段采用制板实践检验法。五步教学法是针对该门课程的5个教学过程阶段学生的学习知识的特点采用不同的教学方法，实现学生和教师的良性互动，提高学生自我学习能力、绘图能力和学生的综合实践的能力，适应现代社会对学生越来越高的能力要求。

3.1 第一阶段MOOC预习法

第一个阶段是课前的预习阶段，随着网络普及化，提出在预习阶段采用MOOC学习，兼具传统的课堂学习和网络学习的优点，学习接触到优秀的教学资源，在学生毕业以后遇到知识的瓶颈时，也可以有渠道进行自我知识更新。

针对本门课程第一个阶段，教师引导学生参与中国大学MOOC（慕课）的相关课程的学习，预习相关的课程内容。现在的学生可以通过手机MOOC的APP或者是电脑MOOC官网，参与到这个集合了全国多个优秀大学教学资源的平台里。这使得学生可以不受时间空间的约束进行学习，同时这也是培养学生自主学习能力的重要手段。在这个阶段为了使得学生达到较好的学习效果，教师可以对MOOC的资源进行筛选，针对本校学生的学习基础现状，推荐学生一些比较合适的MOOC学习资源，建立针对“电子CAD”课程本学校本专业的SPOC的小课程。还可以针对MOOC学习资源在播放完一段知识点视频后设置一些关于该知识点的重点内容的考核，在学生观看MOOC资源时弹出，只有回答了问题的同学，才可以继续观看MOOC内容，这样设置既可以让学生回顾知识点，同时防止学生应付预习播放MOOC资源。

3.2 第二阶段课堂演示法

第二阶段采用课堂演示法。课堂演示法是教师通过演示操作的方法讲授“电子CAD”课程知识点。在这一阶段为防止学生遗忘，教师应演示操作一步，让学生紧跟着操作一步。比如讲到原理图的一些常用的工具，由于原理图的常用工具比较多，有元器件的编辑、删除、选中、对齐、修改封装属性以及复制粘贴等等，教师不应该一次性把这些原理图的工具一股脑地讲给学生，而是要分步地逐个工具讲解，每讲解一个工具要求学生马上实操这个工具，学生紧跟教师操作，避免了传统教学理论和试验分开使学生不能及时操作而造成的知识点遗忘的问题。这个阶段的特点是教师作为主导，讲解“电子CAD”课程相关知识点的操作，学生紧跟教师讲授知识点进行实操练习。学生通过绘图操作可以立竿见影看到教师讲授知识点的应用，提高学生的学习兴趣，增强学生的学习信心，在实际绘图中也提高了学生的实践能力。

3.3 第三阶段项目教学法

第三阶段采用翻转课堂教学法。翻转教学法是以学生自主学习探索为主的一种课堂教学模式。在上一个阶段教师已经把一个一个的小知识点讲解清楚，在翻转课堂阶段教师通过引入一个合适的综合性项目例子[1]，让学生应用教师讲解的知识点自行绘图。比如讲到PCB的绘制时，在课堂上教师可以引入一个单片机应用的项目，让学生针对教师提供的单片机项目，实现该单片机项目的PCB布局布线。在这个阶段以学生自主学习作为主导，教师辅助学生解决问题，教师把主导权交还给学生。在课堂上学生发现问题可以和教师讨论，也可以和其他同学讨论，也可以自行百度搜索问题的答案，在这个相互学习探讨的大课堂上，学生可以充分利用一切可以利用的学习的资源，寻求问题的解决方法。翻转课堂教学法的引入使得学生能够在实际操作时发现掌握不足的问题，教师在这个过程中重点观察学生们在那些问题上容易犯错误，为下一个阶段课堂演示法做好准备工作，同时同学之间互相帮忙，也培养学生的团队合作能力以及友谊，当教师和同学都不能给予解决的方法时可以求助于网络，增加了学生自我解决问题的能力，使得学生在走上工作岗位时，教师和同学都不能提供帮助时，能够借助互联网寻求解决问题的方法，培养了学生接收新知识，处理信息的能力。

3.4 第四阶段课堂演示法

第四阶段采用课堂演示法。这个阶段的课堂演示法，在经过上个阶段教师在翻转课堂教学法观察后，教师可以归纳总结学生出错比较多的知识点。比如在实现原理图转成PCB图时会存在封装丢失问题，这是大多数同学在初次做电子CAD项目时存在的主要的易错点，针对这个问题，教师可以进行重点的讲解，强调学生需要添加封装库，学生因为自己的确是在项目的实现过程中出现了这个问题，那么就会引起学生极大的注意力，由于教师针对性的讲解，学生再次遇到此类情况，就可以解决这个问题。针对学生出错多容易混淆的知识点，教师在这个阶段进行重点演示讲解，学生进行针对性学习，注意力会比较集中，学习效果相对比较好。在这个阶段教师作为主导引导学生掌握一些易错点难点。

3.5 第五阶段实践检验法

第五阶段采用实践检验法。这一阶段实际并不在课堂上，而是在课后的时间。课堂上学生们都已成功学习了制图的相关知识，但是绘制的PCB图在实际制板后能否成功实现相应的功能，还需要通过实践检验。桂林信息科技学院提供了激光雕刻制板打印机，可以将学生绘制的PCB图用该机器打印出来验证。这个阶段学生把自己设计的PCB图通过激光雕刻机打印到铜板上并钻孔买元器件焊接，直至学生做出成品。通过这个阶段的实践有助于学生明白绘制PCB图，不仅要在ALTIUM DESIGNER软件上根据实际器件说明书画出原理图库和PCB库，而且焊盘的大小除了要根据器件封装说明书以外，还要根据实验室钻孔的针径的大小进行调整，同时导线的宽度要根据实际电流的大小和激光雕刻机的精度调整。总之通过一次实际制板，让学生理解PCB制图不仅要根据理论知识还要考虑现实的技术问题，不能脱离现实来制板。同时通过实践检验法，学生成功做出一个具有实际功能的小电路，这个过程也提高了学生的焊接水平，促进了学生成就感的建立，增强了学生的自信心，也培养了学生根据实际情况分析问题解决问题的能力，为学生在以后就业中能够成为高素质的综合性人才打下良好的基础。高素质的综合性人才正是当今企业迫切需要的人才。这个阶段由于制板及后续的调试修改，因此需要的时间周期比较长，教师可以给学生1～2个星期的时间，并设置相应的课后教师答疑时间，让学生遇到问题时可以及时请教教师。这个阶段学生作为主导，教师作为引导者给予学生支持。经过了这个阶段的实践测试，学生的实践能力大大提高，自信心增强，通过这一过程让学生建立职业工程师的思维，培养了学生的职业素养。

3.6 教学过程中教师的情感态度

在整个教学过程中，教师的情感态度也是非常重要的，无论学生遇到了什么困难，犯了什么错误，教师应该以耐心的态度，帮助学生完成学习，教师建立一种服务学生的态度。教师要懂得换位思考，站在学生的立场上思考问题，避免先入为主，认为知识点都非常简单，认定学生是不努力导致学习遇到困难。针对课后答疑问题，教师设置相应的课后面对面答疑时间，同时应该考虑到部分学生由于时间冲突或者是因为性格原因，有了问题不能或者害怕与教师面对面进行答疑，教师需要设置QQ或者其他网络答疑等方式，使得学生放下心理压力，寻求教师的帮助。通过种种手段，考虑学生的差异[2]，以人为本，因材施教，学生才会在没有压力的氛围和教师建立有效的沟通，提高学生学习的兴趣和信心，进而进行主动的学习，建立本门课程需要的各种职业能力。

4 “电子CAD”课程总评方法改革

4.1 考核方法改革

传统的“电子CAD”考核方式采用理论纸质方式进行考核，这使得学生更加不重视试验课程，即使死记硬背记住了课程的理论知识，但实际操作非常生疏，达不到当今社会对于应用型人才的要求[3]。因此迫切需要对“电子CAD”课程的考核方式进行改革。“电子CAD”课程考核方法改为采用上机制图方式作为考核的方式。通常考试内容安排采用一个完整的项目。考试项目中包含该门课程的主要知识点：原理图绘制，原理图库制作和PCB库制作及形成集成库，最后实现PCB图绘制。上机考核方式使得学生不得不重视实践操作，在平时的实际操作中不能偷懒，并且积极和同学教师沟通遇到的问题，能够在操作时养成及时保存的好习惯，考试完毕后将学生的考试工程文件上传到教师机进行保存，教师根据学生的实际制图水平进行评价。采用机试的考核方式学生会把自己当成工程师来要求，养成工程师职业工作习惯，满足国家重视职业教学的教学要求，建立学生的职业能力，为以后学生服务于企业打下良好的基础。

4.2 成绩构成改革

同时传统的CAD考试总评成绩由考核成绩100%决定，导致学生不能积极参与课堂的学习，学生存在旷课、迟到以及不按时交作业等现象。将平时成绩作为总评成绩的一部分可以约束学生的平时学习行为，为取得最后的考核成绩做保证。因此需要将CAD考试总评成绩改成平时成绩占30%和考核成绩占70%。平时成绩组成分为考勤、课堂表现和作业成绩。其中考勤成绩占20%，课堂表现占20%，作业成绩占60%。考勤保证学生能够积极参与课程，课堂表现保证学生能够积极参与回答问题，作业成绩保证学生能够及时巩固所学的知识。

5 结束语

经过实践表明，教学过程采用五步法进行教学方法改革后，课堂的教学资源和网络的教学资源得到了充分的利用，同时针对学生的差异，教师在情感态度上充分尊重学生，给学生提供线上线下的各种答疑，并且学校提供了激光雕刻设备，方便学生进行PCB板的实践平台。

总之，尽一切手段给学生提供了良好的学习条件，开发学生学习的潜力，提高了学生学习兴趣和学生动手实践能力，而且通过实践项目增强了学生的自信心，学生学习成绩提高明显，学生的职业素养得以培养。以2个班作为教学改革方法试验组，以2个班作为传统教学方法班级，学生同时参加国家CAD的高级工程师认证，采用教学方法改革后，实验组学生的国家CAD高级工程师认证通过率达到80%以上，而传统教学方法组学生该考试认证的通过率低于50%。可见“电子CAD”课程教学改革中采取的方法对于该课程教学具有重要的实践借鉴意义。