基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式電子線路CAD授課內(nèi)容規(guī)劃

任國(guó)臣

摘?要：針對(duì)電子線路CAD在教學(xué)模式方面存在的問(wèn)題和弊端，以電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具Altium?Designer為支撐平臺(tái)，依托任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，規(guī)劃了電子線路CAD教學(xué)目標(biāo)和對(duì)應(yīng)的授課內(nèi)容以及具體任務(wù)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)電子線路CAD的積極性，改善了以往考查課學(xué)生不學(xué)的弊端，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電子線路CAD;任務(wù)驅(qū)動(dòng);電原理圖;PCB

電子線路CAD的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的使用方法，使電學(xué)科學(xué)生熟悉和掌握電子線路CAD發(fā)展的最新趨勢(shì)，掌握主流電子設(shè)計(jì)工具應(yīng)用，具備獨(dú)立完成電原理圖和PCB板設(shè)計(jì)的能力。然而，傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式不能吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)積極性不強(qiáng)，課堂效果較差;為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高授課質(zhì)量，針對(duì)電子線路CAD課程特點(diǎn)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式;而任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的實(shí)施，最重要的是課程授課目標(biāo)的規(guī)劃和具體授課內(nèi)容的規(guī)劃。

1?任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式基本指導(dǎo)思想

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)最根本的就是“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”，是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的一種教學(xué)方法，將以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q問(wèn)題、完成任務(wù)為主的教學(xué)理念[1];將“填鴨式”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴浇虒W(xué)，改變以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”，以教定學(xué)的被動(dòng)教學(xué)模式，變學(xué)生為主動(dòng)、教師為指導(dǎo)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，圍繞某些具體任務(wù)而展開(kāi)的教學(xué)活動(dòng)，由于學(xué)生收到了一個(gè)具體的有針對(duì)性的教學(xué)任務(wù)，這樣在問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生會(huì)積極主動(dòng)進(jìn)行研究或探索，學(xué)生針對(duì)收到的具體的教學(xué)任務(wù)，有針對(duì)性的進(jìn)行學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)任務(wù)的完成和問(wèn)題的解決，學(xué)生會(huì)獲得成功的感覺(jué)，會(huì)激發(fā)學(xué)生的求知欲望，逐步形成一個(gè)感知心智活動(dòng)的良性循環(huán)，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立研究、探索的自學(xué)能力[1]。

2?基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式授課目標(biāo)模塊規(guī)劃

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的實(shí)施，最重要的是授課目標(biāo)的規(guī)劃，依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，確定課程的教學(xué)目標(biāo)，然后依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，合理規(guī)劃授課內(nèi)容，針對(duì)授課內(nèi)容，提煉出授課具體任務(wù)。

電子線路CAD授課目標(biāo)源于兩個(gè)層面，一是掌握電原理圖的繪制，二是掌握PCB的繪制;在電原理圖繪制層面上，需要掌握元件庫(kù)的加入、元器件查找與放置、編輯、繪圖技巧;在PCB板繪制層面，需要掌握線路板層的設(shè)置、PCB板的布局等等。因此電子線路CAD的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具軟件繪制電路原理圖和印制電路板圖的方法，依據(jù)這一總體目標(biāo)，規(guī)劃了3個(gè)大的教學(xué)模塊：電原理圖繪制基本技能、PCB板繪制基本技能、實(shí)際工程案例訓(xùn)練，其中電原理圖繪基本技能制規(guī)劃了7個(gè)模塊、PCB繪制基本技能規(guī)劃了3個(gè)模塊，實(shí)際工程案例訓(xùn)練規(guī)劃了5個(gè)模塊，規(guī)劃的教學(xué)模塊如圖1所示：

圖1?電子線路CAD授課目標(biāo)模塊規(guī)劃

3?電原理圖繪制基本技能教學(xué)模塊的規(guī)劃

該模塊主要使學(xué)生掌握電原理圖繪制基本技能，為學(xué)生在后續(xù)課程的電原理圖繪制奠定基礎(chǔ)，具體劃分了7個(gè)功能模塊，具體功能模塊規(guī)劃如下：

模塊1：模塊1的教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生掌握基于工程項(xiàng)目管理的工程建立、原理圖建立、圖紙屬性的具體設(shè)置以及繪制圖紙環(huán)境設(shè)置，取景框的應(yīng)用以及元件庫(kù)的管理等，具體任務(wù)流程如圖2所示。

圖2?模塊1任務(wù)及流程

模塊2：模塊2的教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生掌握元件放置、元件方向調(diào)整、元件撤除、元件屬性修改、連線操作、電氣節(jié)點(diǎn)放置、電源和地放置，具體任務(wù)流程如圖3所示。

圖3?模塊2的任務(wù)及流程

模塊3：模塊3的教學(xué)任務(wù)是通過(guò)繪制AT89C51與2764程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路原理圖，使學(xué)生掌握總線放置、總線分支放置、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)放置、IO端口放置及屬性修改、元件模型管理、圖文添加等具體操作方法，具體任務(wù)及流程如圖4所示。

圖4?模塊3任務(wù)及流程

模塊4：模塊4的教學(xué)任務(wù)是給定一個(gè)單管交流信號(hào)放大電路，使學(xué)生通過(guò)該原理圖的繪制，使學(xué)生掌握單個(gè)及多個(gè)對(duì)象操作及編輯、快速標(biāo)記（選定）操作對(duì)象、批量修改器件屬性、文本類信息修改、元件及圖件自動(dòng)對(duì)齊、多條平行線迅速畫出、陣列粘貼、系統(tǒng)缺省設(shè)置、Navigator導(dǎo)航器使用、元件自動(dòng)編號(hào)等原理圖編輯技巧。

模塊5：該模塊的教學(xué)任務(wù)就是使學(xué)生掌握元件電氣圖形符號(hào)編輯與創(chuàng)建，具體任務(wù)是給定一個(gè)新封裝二極管，使學(xué)生掌握原理圖元件庫(kù)文件編輯器啟動(dòng)操作方法、原理圖元件庫(kù)文件的修改操作技巧、原理圖元件庫(kù)面板（SCH?Library）使用、修改原理圖元件庫(kù)元件、批量更新原理圖內(nèi)元件、創(chuàng)建原理圖元件庫(kù)文件、創(chuàng)建元件電氣圖形符號(hào)、創(chuàng)建原理圖項(xiàng)目元件庫(kù)[2]。其中原理圖元件庫(kù)元件的修改包括一個(gè)元件的修改和批量修改2種技巧;元件電氣圖形符號(hào)創(chuàng)建有4個(gè)分步任務(wù)，分別是從頭開(kāi)始創(chuàng)建元件電氣圖形符號(hào)、從當(dāng)前庫(kù)文件中復(fù)制元件電氣圖形符號(hào)（前提是打開(kāi)已有原理圖元件庫(kù)）、從已有元件庫(kù)文件中復(fù)制元件電氣圖形符號(hào)、制作含有多個(gè)單元電路元件的電氣圖形符號(hào)等4個(gè)具體的任務(wù)。

模塊6：通過(guò)該模塊，使學(xué)生掌握多層次電路概念及特點(diǎn)、層次電路設(shè)計(jì)中不同原理圖文件之間的切換、層次電路編輯方法[2];具體任務(wù)規(guī)劃是給定2個(gè)具體的電原理圖，在此基礎(chǔ)上繪制層次電路。

模塊7：模塊7的教學(xué)任務(wù)是在獨(dú)立完成電原理圖的基礎(chǔ)上，形成元器件清單，掌握原理圖報(bào)表及文件輸出以及粘貼技巧;具體任務(wù)規(guī)劃是依托電源電路圖繪制相應(yīng)的電原理圖，在此基礎(chǔ)上，掌握原理圖的器件清單、將原理圖（帶有模板信息）及報(bào)表復(fù)制word文本、只復(fù)制粘貼選中原理圖部分（不帶模板信息）復(fù)制word文本、將其他工程原理圖中元件或電路的加到目前設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目中操作方法、原理圖打印方法（利用word文檔打印方法、直接打印方法）。

4?PCB繪制教學(xué)模塊的規(guī)劃

該模塊主要使學(xué)生掌握PCB板圖繪制，為學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練以及參加工作進(jìn)行電子產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)，具體劃分的3個(gè)模塊如下：

模塊1：模塊1的任務(wù)是掌握PCB文件創(chuàng)建，PCB編輯器界面和PCB編輯器界面應(yīng)用，手工設(shè)計(jì)單面板方法[2]，該項(xiàng)任務(wù)包括工作層設(shè)置、手動(dòng)增加板層方法、可視柵格設(shè)置、PCB環(huán)境設(shè)置、元件封裝庫(kù)的裝入[2]，畫圖工具的使用（包括元件放置、焊盤放置、電路板尺寸設(shè)置、絲印層元件序號(hào)、注釋信息編輯）。

模塊2：模塊2規(guī)劃的任務(wù)是依托電源電原理圖，自動(dòng)繪制PCB板，通過(guò)這一訓(xùn)練，使學(xué)生掌握任務(wù)PCB設(shè)計(jì)流程、PCB設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備、PCB布局、焊盤選擇、布線、地線/電源線布局規(guī)則[2]。其中焊盤選擇包括穿通元件（THC）焊盤、貼片元件焊盤、過(guò)孔，布線任務(wù)包括印制導(dǎo)線寄生參數(shù)及串?dāng)_、最小線寬選擇、最小布線間距選擇、印制導(dǎo)線走線控制、單面板中跨接線設(shè)置原則等，地線/電源線布局規(guī)則包括地線分類、地線與電源線共阻抗干擾及消除、接地方式、地線分布的一些基本原則等。

模塊3：具體任務(wù)規(guī)劃是給定一個(gè)新的PCB封裝元件，使學(xué)生掌握PCB封裝圖元件庫(kù)文件創(chuàng)建、在PCB庫(kù)文件中創(chuàng)建元件的PCB封裝圖了解PCB封裝圖庫(kù)元件管理與維護(hù)以及3D模型添加[2]。其中PCB封裝圖元件庫(kù)文件創(chuàng)建要掌握在用戶集成庫(kù)文件中創(chuàng)建PCB封裝圖元件庫(kù)文件、在設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)創(chuàng)建PCB封裝圖元件庫(kù)文件、創(chuàng)建項(xiàng)目PCB封裝圖庫(kù)等3種方法;在PCB庫(kù)文件中創(chuàng)建元件的PCB封裝圖要掌握在PCB封裝庫(kù)文件中手工創(chuàng)建元件的PCB封裝圖、利用向?qū)В╟omponent?wizard）制作元件封裝圖、利用IPC?Footprint?Wizard制作表面貼裝元件封裝圖、利用元件復(fù)制功能制作元件封裝圖等方法。

5?實(shí)際工程案例訓(xùn)練任務(wù)規(guī)劃

該模塊的主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生熟練掌握電原理圖和PCB板繪制基本技能，并通過(guò)該教學(xué)模塊讓學(xué)生掌握直流穩(wěn)壓電源、CPU最小系統(tǒng)、單管交流信號(hào)放大電路、交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制電路，具體5個(gè)模塊規(guī)劃如圖5所示。

圖5?工程實(shí)際案例訓(xùn)練

模塊1是實(shí)用電路原理圖繪制，該模塊訓(xùn)練目標(biāo)是完成基于89C51單片機(jī)最系統(tǒng)原理圖繪制，選作內(nèi)容是基于89C51單片機(jī)最系統(tǒng)原理圖線路板的繪制;模塊2是自制元件電路原理圖繪制，該模塊的訓(xùn)練目標(biāo)是完成基于89C51單片機(jī)控制的可控硅調(diào)壓電路繪制，分2個(gè)具體任務(wù)，其中任務(wù)1制作光控可控硅MOC3062器件電氣圖形符號(hào)，任務(wù)2是完成基于89C51單片機(jī)控制的可控硅調(diào)壓電路繪制;模塊3是實(shí)用電路PCB板的基本繪制，該模塊的訓(xùn)練任務(wù)是警示燈PCB板繪制，繪制警示燈的電原理圖和PCB板繪制，具體任務(wù)包括2個(gè)，其中任務(wù)1是繪制警示燈的電原理圖，任務(wù)2是完成警示燈PCB板的繪制，并給定PCB板具體尺寸、電源線寬度、信號(hào)線寬度、器件封裝等;模塊4是實(shí)用電路PCB板的規(guī)范繪制，主要任務(wù)是繪制基于555振蕩器控制的警示燈電原理圖和PCB板，具體規(guī)劃了3個(gè)任務(wù)，其中任務(wù)1是繪制基于555振蕩器控制的警示燈電原理圖，任務(wù)2是完成基于555振蕩器控制的警示燈PCB板的繪制，并給定PCB板具體尺寸、電源線寬度、信號(hào)線寬度、器件封裝等;任務(wù)3是形成器件清單。模塊5是實(shí)用電路特殊結(jié)構(gòu)PCB板繪制，該模塊的主要任務(wù)是繪制特殊結(jié)構(gòu)PCB板，具體規(guī)劃了2任務(wù)，其中任務(wù)1是繪制基于555振蕩器控制的警示燈電原理圖，任務(wù)2是完成基于555振蕩器控制的警示燈特殊結(jié)構(gòu)PCB繪制。

6?結(jié)論

在規(guī)劃教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)模塊的基礎(chǔ)上，每次上課，教師首先布置教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)任務(wù)，并概要講解具體實(shí)施方法及措施，然后學(xué)生自己主動(dòng)學(xué)習(xí)上機(jī)操作，依托每一次課老師給定的具體任務(wù)，進(jìn)行技能學(xué)習(xí)和研究，然后教師總結(jié)，畫龍點(diǎn)睛，點(diǎn)撥學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及學(xué)生沒(méi)有掌握的基本技能，最后讓學(xué)生依據(jù)老師的點(diǎn)撥的技巧加以實(shí)踐，使學(xué)生能徹底掌握課授課的內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，該教學(xué)方法在經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐教學(xué)，收到了很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅偉昌.中職學(xué)校計(jì)算機(jī)應(yīng)用類課程教學(xué)中的“授人以漁”——淺析任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在中職學(xué)校《辦公軟件綜合應(yīng)用》教學(xué)中的運(yùn)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（06）：108-109.

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