應(yīng)用型本科高?！峨娮泳€(xiàn)路設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革初探

程亮亮，傅 強(qiáng)，季于東，張震宇，黃文慶

(合肥師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

在電子產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，其設(shè)計(jì)是否合理直接影響到產(chǎn)品的成本及質(zhì)量[1]。隨著國(guó)家“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”“互聯(lián)網(wǎng)+”及“智能制造”等相關(guān)政策理念的提出和實(shí)施，企業(yè)迫切需要具有創(chuàng)新意識(shí)、并且能將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的實(shí)踐性人才。

《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》是一門(mén)利用計(jì)算機(jī)軟件輔助完成印制電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱(chēng)PCB)設(shè)計(jì)的課程。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，使學(xué)生掌握電路原理圖及PCB的設(shè)計(jì)、分析、檢查方法、元件庫(kù)和PCB封裝庫(kù)的制作方法等。課程在教學(xué)中以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以實(shí)踐為導(dǎo)向，堅(jiān)持講練結(jié)合，通過(guò)理論教學(xué)和綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)生掌握電子線(xiàn)路的獨(dú)立設(shè)計(jì)技能和Protel軟件的使用方法，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用設(shè)計(jì)技能，為將來(lái)在工程實(shí)踐中分析電路、設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)印制線(xiàn)路板打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其直接相關(guān)的工作崗位有硬件電路工程師、PCB Layout工程師、設(shè)備工程師等。目前我校電子信息工程、通信工程、電氣工程及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)本課程或其相似課程。

《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》是一門(mén)對(duì)實(shí)踐性要求很高的應(yīng)用型課程，傳統(tǒng)教學(xué)中采用陳舊案例、灌輸式教學(xué)方法，且在考核模式上以考試為主，而忽略了過(guò)程性考核的重要性。種種教學(xué)上的弊端導(dǎo)致很多學(xué)生在學(xué)完這門(mén)課后不能獨(dú)立完成電路板的設(shè)計(jì)和制作，從而失去了開(kāi)設(shè)該門(mén)課程的初衷。

1 傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

(1)現(xiàn)代電子產(chǎn)品朝著低功耗、小型便攜式、高集成度的方向發(fā)展[2]。貼片元件(SMD)如貼片電阻、電容、電感、集成電路等相對(duì)直插元件，具有體積小、成本低、機(jī)器焊接方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，其在產(chǎn)品電路板中所占比例越來(lái)越高。在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)實(shí)例仍以直插元件為主，如STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)例中，單片機(jī)封裝普遍選用雙列直插封裝(DIP40)，電阻一般選用AXIAL系列直插封裝，雖焊接方便，但系統(tǒng)所占電路板空間大大增加，不符合當(dāng)前電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，也不利于學(xué)生未來(lái)的就業(yè)。

(2)《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》課程共32學(xué)時(shí)，包含理論知識(shí)的講解和課內(nèi)實(shí)訓(xùn)練習(xí)。在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生通常只完成了電子線(xiàn)路板(PCB)的設(shè)計(jì)和規(guī)則檢查，沒(méi)有交付PCB廠(chǎng)家生產(chǎn)，故對(duì)作品的大小、形狀、能否穩(wěn)定工作等缺乏了解，甚至不知道應(yīng)發(fā)給廠(chǎng)家何種文件格式，因此學(xué)生的設(shè)計(jì)積極性也逐漸降低，教學(xué)過(guò)程中，有學(xué)生認(rèn)為該課程“枯燥、無(wú)趣”。

(3)此外，在課程教學(xué)考核模式上，以往考核由考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)兩部分構(gòu)成，分別占70%和30%。此種考核方式以期末考試成績(jī)?yōu)橹?，平時(shí)成績(jī)占比過(guò)低，因此降低了學(xué)生平時(shí)上課的學(xué)習(xí)熱情，也不能完全反映學(xué)生的真實(shí)水平，學(xué)生的創(chuàng)造力未得到充分體現(xiàn)[3]。

2 課程改革的基本思路

(1)教學(xué)內(nèi)容改革-貼近生活，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

課程采用了案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。在案例選擇上，刪除重復(fù)、陳舊案例，增加與實(shí)際生活密切相關(guān)的案例講解，如手機(jī)充電器，無(wú)線(xiàn)鼠標(biāo)等，并將產(chǎn)品拆解，剖析內(nèi)部電路板原理和結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生看得見(jiàn)、摸得著、并知其所以然，以此增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在任務(wù)的設(shè)計(jì)上，挑選USB接口、HDMI接口等平時(shí)生活接觸比較多的例子，通過(guò)任務(wù)使學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。此外，在元件的選取上，盡可能選擇貼片元件代替直插元件，如0805封裝的貼片電阻代替AXIAL-0.4軸向直插電阻，QFP44貼片封裝代替DIP40直插封裝的單片機(jī)[4]。表1為部分任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)原理圖繪制、元件庫(kù)制作、元件封裝庫(kù)制作和PCB繪制四部分內(nèi)容。

表1 部分任務(wù)

(2) 教學(xué)方法改革-多樣化，多渠道引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐

第一，將討論法和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法引入課堂。在以往的課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，給學(xué)生布置相關(guān)任務(wù)，由學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)，但是受時(shí)間及課下難以管理等各種因素影響，任務(wù)完成率和完成質(zhì)量均不高。因此成立了討論小組，根據(jù)班級(jí)人數(shù)，5人分為一組，設(shè)一名組長(zhǎng)，任務(wù)由小組分工協(xié)作完成。組長(zhǎng)將任課老師布置的任務(wù)細(xì)分到組員，并及時(shí)記錄任務(wù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和關(guān)鍵步驟[5]。在每次上課時(shí)(兩節(jié)課，90分鐘)，教師預(yù)留20分鐘作為討論、分享環(huán)節(jié)，各組輪流指派組員上臺(tái)，對(duì)照小組完成的PPT和實(shí)物分享任務(wù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程、已解決的關(guān)鍵問(wèn)題，尚未解決的問(wèn)題。教師鼓勵(lì)班級(jí)其他同學(xué)提出解決方法，并以平時(shí)分的形式給予獎(jiǎng)勵(lì)，在一些學(xué)生無(wú)法解決的難點(diǎn)問(wèn)題上，任課教師加以細(xì)致講解和分析。

第二，以電子類(lèi)競(jìng)賽為契機(jī)，將《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》課程與競(jìng)賽深入融合。在各類(lèi)競(jìng)賽中，全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽均要求參賽學(xué)生完成電子線(xiàn)路的設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試，相關(guān)知識(shí)主要來(lái)自《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》課程。因此，學(xué)生對(duì)課程的掌握程度直接影響競(jìng)賽成績(jī)，同時(shí)競(jìng)賽也提升了課程的教學(xué)質(zhì)量。在過(guò)去的兩年里，部分學(xué)生參與了以上競(jìng)賽，參賽學(xué)生取得了一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)等不錯(cuò)的成績(jī)，但對(duì)班級(jí)整體而言，學(xué)生的參與度依然不高。針對(duì)以上問(wèn)題，提出如下建議：首先，吸引更多學(xué)生參與其中，通過(guò)參與競(jìng)賽，加強(qiáng)他們對(duì)課程的了解，培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)熱情。其次，在課堂上，鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)的參賽學(xué)生演示比賽作品、講解設(shè)計(jì)過(guò)程，并分享比賽心得，幫助其他學(xué)生共同提高，同時(shí)吸引更多學(xué)生參與到競(jìng)賽中[6]。

第三，教師根據(jù)課程內(nèi)容將教研、科研等項(xiàng)目設(shè)計(jì)成四個(gè)教學(xué)案例，分別對(duì)應(yīng) “原理圖設(shè)計(jì)”、 “元件庫(kù)制作”、“PCB設(shè)計(jì)”、“封裝庫(kù)制作”四個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)，并在上課的不同時(shí)期，結(jié)合已完成的實(shí)物，向?qū)W生講解項(xiàng)目中電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵注意事項(xiàng)，包括電路板尺寸和板層設(shè)置、電源分割、元件布局布線(xiàn)，抗干擾措施等。

第四，《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》課程是《電路分析基礎(chǔ)》、《模擬電子線(xiàn)路》、《數(shù)字電子技術(shù)》的后續(xù)課程，同時(shí)也是《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》、畢業(yè)設(shè)計(jì)等的先修課程。在以往教學(xué)實(shí)踐中，由于這些課程大多在不同學(xué)期授課，因此不能很好的將這些相關(guān)課程結(jié)合。本次教學(xué)改革在案例講解和任務(wù)布置上，盡量做到與先修課程和后續(xù)課程的銜接，如根據(jù)《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》的教學(xué)要求，課內(nèi)實(shí)訓(xùn)任務(wù)可布置單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖、PCB的繪制，并鼓勵(lì)大家制板、焊接、調(diào)試，從而與《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》課程相輔相成，完成的線(xiàn)路板可直接作為大四下學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

(3)考核模式改革-以能力考核為主

過(guò)程考核，即針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行多方面、多形式、分階段的考核，側(cè)重于對(duì)學(xué)生認(rèn)知過(guò)程和綜合 應(yīng)用能力的形成進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)，構(gòu)成教與學(xué)和教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)[7]，《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》是實(shí)踐性課程，應(yīng)采用以過(guò)程性考核為主的考核方式，總評(píng)成績(jī)由過(guò)程考核、期末考核兩大部分構(gòu)成，前者所占比例由之前的30%改為70%，后者所占比例改為30%。其中期末考核采用課程設(shè)計(jì)報(bào)告的形式，考查學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力和軟件熟練度；過(guò)程性考核形式除考勤、課堂提問(wèn)及課后作業(yè)等傳統(tǒng)形式外，增加新的考核形式，如實(shí)物制作情況、競(jìng)賽及項(xiàng)目參與度、任務(wù)完成質(zhì)量等，從而更全面的考核學(xué)生的真實(shí)水平[7]。通過(guò)考核模式的修改，加大學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力考查的比重，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐制作PCB，從而更有效靈活的掌握電路的設(shè)計(jì)、制作和焊接流程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的興趣。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以應(yīng)用型本科高校電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方向?yàn)橹笇?dǎo)，以提高學(xué)生的電子設(shè)計(jì)素養(yǎng)為目標(biāo)，響應(yīng)當(dāng)前企業(yè)的專(zhuān)業(yè)人才需求，并結(jié)合筆者多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容、方法和考核模式上提出了一些改進(jìn)措施[8]， 經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐已初顯成效。今后，筆者將繼續(xù)從教學(xué)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，努力探索一條適合應(yīng)用型本科高校的教學(xué)之路。

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