工程项目的《Altium Designer》教学改革研究

易民升

摘要：基于电子信息技术的快速发展背景，本研究对《Altium Designer》的教学改革进行了深入探讨。通过分析当前教学模式的不足，本研究提出了一系列创新的教学内容、方法和评价体系，旨在提升教学质量和学生的实践能力，经过对结构的优化、实践教学的强化、跨学科内容的整合以及教学资源与环境的建设等方法，得出结论认为教学改革能够有效提高学生的学习积极性和综合能力。

关键词：工程项目；《Altium Designer》；教学改革

引言

随着电子信息技术的飞速发展，印制电路板（PCB）设计作为电子工程领域的核心环节，对工程师的设计能力和技术水平提出了更高的要求。《Altium Designer》作为一款集成度高、功能强大的电子设计自动化（EDA）软件，在PCB设计教育和实践中扮演着越来越重要的角色[1]。然而，传统的教学模式往往难以满足学生对于实际操作技能和创新思维的需求，亟须进行教学改革以适应行业发展的新趋势。本研究旨在探索《Altium Designer》的教学改革策略，通过创新教学内容、方法和评价体系，提高教学质量，培养学生的实践能力和创新精神，期望为电子工程专业的教育改革提供理论依据和实践指导，为培养新时代高素质的电子工程师贡献力量。

一、《Altium Designer》内容的创新设计

（一）结构的优化

在《Altium Designer》的教学改革中，结构的优化是提高教学效果的关键。为了适应不同学生的学习需求和能力水平，结构应当设计成层次化和模块化的模式。这种结构不仅能够确保基础薄弱的学生能够跟上进度，还能为能力较强的学生提供更深层次的挑战和发展空间。

入门阶段应着重于软件的基本操作和界面介绍，让学生熟悉《Altium Designer》的工作流程。通过引导学生完成简单的PCB设计任务，如原理图的绘制、PCB板的布局和布线，以及基本的元件库创建和管理，学生可以逐步建立起对软件操作的基本理解[2]。

中级阶段的重点是提升学生的综合设计能力，在这个阶段，学生将接触到更为复杂的设计案例，如高速多层PCB的设计、信号完整性分析、电源完整性设计等。通过分析真实世界中的电子项目，学生能够学习到如何运用《Altium Designer》进行高级设计技巧，解决实际工程问题。

为了进一步提升学生的实践能力和创新思维，高级阶段的设计将更加注重项目驱动和团队合作。学生将被鼓励参与到真实或模拟的电子设计项目中，如智能硬件开发、嵌入式系统设计等[3]。在这些项目中，学生不仅需要运用《Altium Designer》完成PCB设计，还需要考虑产品的可行性、成本控制和市场定位等多方面因素。此外，还将引入跨学科的内容，如机械设计、软件开发等，使学生能够在电子设计的基础上，进行更为全面的产品设计和开发。

（二）实践教学的强化

在《Altium Designer》的教学改革中，实践教学的强化是提升学生实际操作能力和工程实践能力的重要环节，通过将理论与实践紧密结合，学生能够在真实的设计项目中应用所学知识，从而更好地理解和掌握《Altium Designer》软件的高级功能和应用技巧。

将通过一系列的实践项目来加强学生的动手能力。例如，学生可以参与到智能车控制系统的设计中，这不仅要求他们使用《Altium Designer》进行电路原理图的绘制和PCB布局布线，还需要他们考虑电路的可靠性、抗干扰能力和电磁兼容性。在这一过程中，学生将学习到如何进行多层板设计、高速信号布线，以及如何使用《Altium Designer》中的仿真工具进行信号完整性分析。此外，还将设计一些创新性的项目，如物联网设备的PCB设计，这将涉及无线通信模块的集成、传感器接口的设计以及低功耗电路的优化。通过这些项目，学生不仅能够学习到《Altium Designer》在复杂系统设计中的应用，还能够对物联网技术的发展趋势和设计挑战有更深入地理解。

（三）跨学科内容的整合

在《Altium Designer》的教学改革中，跨学科内容的整合是培养学生综合素质和创新能力的重要途径。通过将电子工程与计算机科学、机械工程、材料科学等相关学科的知识相结合，学生能够在更广阔的视野中理解和应用PCB设计的原理和技术。在设计中，可以引入嵌入式系统开发的内容，让学生学习如何利用《Altium Designer》进行微控制器的电路设计和PCB布局。这不仅包括基本的电路设计知识，还涉及软件编程、系统集成和硬件调试等多方面的技能。学生将通过实际案例，如智能家居控制系统的设计，学习如何将软件程序下载到微控制器中，并与传感器、执行器等外围设备进行通信和控制[4]。

同时，还可以结合机械工程的知识，教授学生如何进行PCB的机械设计和结构优化。例如，学生可以学习如何使用《Altium Designer》中的3D建模工具来设计PCB板的形状和结构，以及如何考虑散热、电磁屏蔽和机械强度等因素，以确保设计的可靠性和实用性。材料科学的内容也可以被整合到课程中，让学生了解不同材料对PCB性能的影响。学生将学习如何选择合适的基板材料、导电材料和阻焊材料，以及如何通过《Altium Designer》进行材料属性的设置和仿真分析。这将有助于学生在设计过程中考虑到成本、性能和环境因素，做出更加合理的决策。

二、教学方法与手段的改革

（一）互动式教学法的应用

在《Altium Designer》的教学改革中，互动式教学法的应用是提高学生参与度和学习效果的有效手段，通过创设多样化的教学互动环境，教师能够激发学生的学习兴趣，促进学生主动探索和深入理解内容。在互动式教学中，教师可以利用《Altium Designer》软件的特点，设计一系列的小组合作项目。例如，通过模拟一个完整的电子产品开发流程，学生需要分工合作，从市场调研、需求分析到电路设计、PCB布局，再到最终的产品测试和优化[5]。在这个过程中，学生不仅能够实际操作《Altium Designer》软件，还能够在团队合作中学习沟通协调和问题解决的技巧。教师还可以通过在线教学平台，如MOOCs或学校的教学管理系统，发布设计任务和挑战，鼓励学生在学习过程中提出问题、分享经验和交流想法。通过这种方式，学生可以在课堂之外继续学习和探讨，形成自主学习和终身学习的习惯。互动式教学还包括实时反馈和即时评价，在《Altium Designer》的教学中，教师可以利用软件的仿真和测试功能，对学生的设计进行实时评估，提供及时的反馈和建议，学生也可以通过软件的自检功能，自主发现并修正设计中的错误，从而提高他们的自我监控和自我调整能力。

（二）信息技术与教学的融合

在《Altium Designer》的教学改革中，信息技术与教学的融合是提升教学效率和学生学习体验的关键，通过整合现代信息技术，可以极大地丰富教学手段，提高教学互动性和学生的参与度。在教学中，教师可以利用云计算和虚拟实验室技术，为学生提供一个在线的《Altium Designer》操作环境。学生可以在任何地点、任何时间通过互联网访问虚拟实验室，进行PCB设计和仿真实验。这样的设置不仅方便了学生的学习，也为教师提供了实时监控学生学习进度和提供即时反馈的可能。此外，教师还可以借助在线教学平台，如MOOCs、翻转课堂等，上传教学视频、讲义和设计案例，供学生自学和复习。通过这种方式，学生可以根据自己的学习节奏和理解程度，反复观看教学视频，逐步消化和吸收知识点。同时，教师也可以通过在线平台收集学生的学习数据，分析学生的学习效果，从而针对性地调整教学策略。

（三）评价体系的多元化

在《Altium Designer》的教学改革中，建立一个多元化的评价体系是至关重要的。这种评价体系不仅关注学生的最终成果，还注重学习过程中的表现，以及学生的创新能力和团队合作精神。通过这种全面的评价方式，可以更准确地反映学生的学习成效，同时激励学生在学习过程中不断进步和提高[6]。

对学生的设计作品进行评价，这是评价学生学习成效的直接体现。教师可以根据学生提交的PCB设计项目，从设计的合理性、创新性、功能性、美观性等多个角度进行综合评价，此外，还可以邀请行业专家参与评价，使评价结果更加贴近实际工作的需求。评价体系中还应包含对学生学习过程的跟踪和反馈。通过《Altium Designer》软件的学习管理系统，教师可以实时监控学生的学习进度，及时发现学生在学习过程中遇到的困难，并给予针对性地指导和帮助。同时，学生也可以通过系统反馈，了解自己的学习情况，调整学习策略。除了对学生个人的评价，团队合作也是《Altium Designer》中不可或缺的一部分，在团队项目中，学生需要相互协作，共同完成设计任务。教师可以通过观察和评价学生的团队协作能力、沟通能力和领导能力，来衡量学生在团队合作方面的表现，也可以鼓励学生进行自我评价和互评，培养他们的自我反思能力和批判性思维。评价体系还应关注学生的创新能力，在教学中，教师可以设置一些开放性的项目任务，鼓励学生运用所学知识解决实际问题，甚至探索新的设计方案。

三、教学资源与环境的建设

（一）教材与辅助材料的更新

在《Altium Designer》的教学改革中，教材与辅助材料的更新是提高教学质量和学习效果的重要环节。随着电子技术的快速发展和《Altium Designer》软件功能的不断升级，教材和辅助材料必须与时俱进，以确保学生能够学习到最新的知识和技能。

教材的更新应当紧密结合《Altium Designer》的最新版本，详细介绍软件的新功能和新特性。例如，可以包含对最新版本中增强的设计规则检查、层叠管理、高级布线策略等方面的讲解。教材应当提供丰富的实例和案例分析，使学生能够通过具体的项目学习软件的应用。同时，教材中还应当包含对电子设计领域的最新发展趋势和技术动态的介绍，帮助学生了解行业背景和市场需求。可以提供一系列的视频教程，涵盖《Altium Designer》的基础操作、高级技巧和最佳实践等内容。这些视频教程应当由经验丰富的讲师录制，确保信息的准确性和实用性。此外，还可以开发一系列的在线模拟工具和小游戏，使学生能够在轻松愉快的氛围中学习电路设计和PCB布局的基本概念。

（二）实验室与实训基地的建设

在《Altium Designer》的教学改革中，实验室与实训基地的建设是提升学生实践能力和创新精神的重要保障。一个配备先进设备和丰富资源的实验室环境，能够为学生提供模拟真实工作场景的实践机会，使他们能够在实际操作中深化理论知识，提高解决实际问题的能力。

实验室的建设应当围绕《Altium Designer》软件的核心功能和应用领域进行规划。实验室内应配备足够数量的计算机工作站，每台工作站都应安装最新版本的《Altium Designer》软件及相关辅助工具。此外，实验室还应提供各类电子元件、测试设备和测量仪器，使学生能够在设计PCB之后，进行实际的电路搭建和测试验证。实训基地的建设则更侧重于模拟真实的工程环境，提供更为综合的实践平台。实训基地可以与电子制造企业合作，引进先进的PCB生产设备，如PCB打样机、激光切割机、SMT贴片机等，让学生了解并掌握PCB制造的全过程。同时，实训基地还应提供电子组装和调试的设施，使学生能够亲手完成从PCB设计到最终产品组装的整个流程。

结语

随着《Altium Designer》教学改革的深入实施，期待看到学生在电子设计领域的能力得到显著提升。通过本次改革，学生不仅能够掌握最新的电子设计技术和工具，还能够培养出解决复杂工程问题的能力，以及在多变的工作环境中适应和创新的能力。在后续的实践中，通过不断地教学实践和评估，教学改革将更加贴合行业需求，更好地服务于学生的职业发展和个人成长。

参考文献：

[1]孙雷.基于专业认证的Altium Designer教学实践[J].集成电路应用，2022，39（10）：288-290.

[2]刘立勋.线上线下混合教学模式探讨——以“电路CAD-Altium Designer”课程为例[J].科教文汇（上旬刊），2021（16）：114-115.

[3]李军.基于Keil C和Altium Designer软件的“单片机原理与应用”课程计算机仿真教学的研究与实践[J].青岛远洋船员职业学院学报，2020，41（02）：54-56+82.

[4]李翠梅，李天源，徐磊.Altium Designer 10软件在《电子线路CAD》课程中的应用[J].科技风，2018（31）：75.

[5]何富运，罗玉玲，刘俊秀等.项目驱动在电子电路CAD课程教学实践中的研究——以Altium Designer为例[J].教育现代化，2018，5（40）：209-210.

[6]许峰，王晓红.Altium Designer在电子技术与工艺实践教学新增项目开发中的应用研究[J].黑龙江科学，2018，9（07）：48-49.