PCB電路設(shè)計課程教學(xué)初探

嚴(yán)均 周煌輝

摘 ?要：PCB電路設(shè)計是一門操作性與實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生理論知識與實(shí)踐操作的結(jié)合性較差，教學(xué)效果不理想。該文對高職院校PCB電路設(shè)計課程教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，梳理了PCB電路設(shè)計教學(xué)中存在的一些主要問題，并在此基礎(chǔ)上，提出了PCB電路設(shè)計課程優(yōu)化改革的思路，并對理論與實(shí)踐相結(jié)合的優(yōu)化方法及項目教學(xué)法的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：PCB電路設(shè)計 ?教學(xué)方法 ?項目教學(xué)法 ?教學(xué)改革

中圖分類號：G642 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（b）-0102-03

Abstract：PCB circuit design is a highly operational and practical course， under the traditional teaching mode， the combination of students' theoretical knowledge and practical operation is poor， and the teaching effect is not ideal. This paper analyzes the present situation of PCB circuit design course teaching in higher vocational colleges， combs some main problems existing in PCB circuit design teaching， and on this basis， puts forward the idea of optimization reform of PCB circuit design course， and probes into the optimization method of combining theory and practice and the application of Project teaching method.

Key Words：PCB circuit design; Teaching methods; Project teaching method; Teaching reform

《PCB設(shè)計與制作》是高等職業(yè)院校電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過該課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握印制電路板的基礎(chǔ)知識，熟練運(yùn)用Altium Designer等軟件繪制原理圖并進(jìn)行電路設(shè)計。該文基于當(dāng)前高職院校PCB電路設(shè)計課程的現(xiàn)狀，就其課程教學(xué)優(yōu)化改革進(jìn)行探討，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供一些參考與借鑒。

1 ?高職院校PCB電路設(shè)計課程教學(xué)的現(xiàn)狀

PCB電路設(shè)計是一門操作性與實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。在目前的高職院校PCB電路設(shè)計課程教學(xué)中，很多教師對于PCB電路設(shè)計課程教學(xué)的特點(diǎn)把握得并不是很準(zhǔn)確，有些教師雖然明晰該門課程教學(xué)的特點(diǎn)，但在教學(xué)方法、教學(xué)形式上還沒有形成與之相配套、符合其特點(diǎn)的模式，這在很大程度上影響了該門課程的教學(xué)效果。

在教學(xué)實(shí)踐中，很多教師還是在沿用傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式，即教師講，學(xué)生聽，教師示范操作，學(xué)生按部就班地進(jìn)行演練。教學(xué)過程還是以教師為中心，學(xué)生的學(xué)習(xí)地位沒有得到充分的體現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性較差，只是在被動地接受知識。PCB電路設(shè)計課程教學(xué)主要是讓學(xué)生掌握PCB基本的制圖技巧，以及如何使用Altium Designer軟件合理地設(shè)計原理圖[1]。但在教學(xué)過程中，很多學(xué)生只是機(jī)械地按照教師的講解進(jìn)行操作，遇到問題缺乏獨(dú)立思考能力，教師對學(xué)生的考核也不全面，對學(xué)生解決實(shí)際問題的能力不夠重視，這使得很多學(xué)生在該門課程的學(xué)習(xí)上僅僅是掌握了軟件的操作技巧，只會按照課程內(nèi)容機(jī)械式地重復(fù)整個操作流程，實(shí)際的設(shè)計能力并沒有達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)。雖然從總體上來說，高職院校學(xué)生的綜合能力與素質(zhì)參差不齊，基礎(chǔ)較為薄弱，但從PCB電路設(shè)計課程的現(xiàn)狀來看，教學(xué)方法、教學(xué)模式?jīng)]有針對高職院校學(xué)生及該門課程的特點(diǎn)來進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整創(chuàng)新，是導(dǎo)致教學(xué)效果不理想的重要方面。

2 ?PCB電路設(shè)計課程教學(xué)優(yōu)化改革

高職院校人才培養(yǎng)的目標(biāo)是適應(yīng)社會需求，培養(yǎng)高素質(zhì)、綜合能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才，其核心著重在學(xué)生能力的培養(yǎng)上。就PCB電路設(shè)計課程而言，傳統(tǒng)教學(xué)模式下培養(yǎng)出的學(xué)生往往適應(yīng)工作崗位的能力較差，這與高職院校當(dāng)前人才培養(yǎng)的目標(biāo)也相差甚遠(yuǎn)。因此，根據(jù)PCB電路設(shè)計課程的特點(diǎn)，結(jié)合高職院校學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行課程教學(xué)的優(yōu)化改革是十分必要的。

2.1 PCB電路設(shè)計課程優(yōu)化改革的思路

首先來說，在教學(xué)理念上，必須要對傳統(tǒng)的教學(xué)觀念進(jìn)行革新，摒棄以往教學(xué)中存在的簡單粗放式的“教、學(xué)、練”的以教師為主體的思想，樹立以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為核心的教學(xué)理念，以此為基礎(chǔ)，對教學(xué)模式、教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化革新。

其次，根據(jù)PCB電路設(shè)計課程的特點(diǎn)，深化理論與實(shí)踐改革，切實(shí)采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式和指導(dǎo)性的教學(xué)模式，著重利用實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生對PCB電路設(shè)計的綜合應(yīng)用能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性。

最后，設(shè)置典型案例，應(yīng)用項目教學(xué)法，以任務(wù)驅(qū)動，使學(xué)生能夠體驗(yàn)到PCB的實(shí)際設(shè)計過程與工作流程，提高學(xué)生的崗位工作能力、團(tuán)隊協(xié)作能力以及獨(dú)立思考能力等[2]。

2.2 理論與實(shí)踐相結(jié)合的優(yōu)化方法

很多教師都明白理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法其教學(xué)效率是最高的，但在教學(xué)實(shí)踐中，如何真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，卻不是一件容易的事。就PCB電路設(shè)計課程教學(xué)而言，傳統(tǒng)的教學(xué)組織形式，從某種程度而言，只是理論+實(shí)踐的教學(xué)形式，將理論與實(shí)踐相結(jié)合往往只體現(xiàn)在實(shí)踐部分，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生將理論應(yīng)用到實(shí)踐中，而非在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。在這種教學(xué)組織形式下，教師先系統(tǒng)地講解所需的各種知識和工具，然后再上機(jī)進(jìn)行練習(xí)，學(xué)生在理論學(xué)習(xí)時只是機(jī)械地聽講、記憶，待到上機(jī)練習(xí)時能夠?qū)⒔處熕v解的知識應(yīng)用到實(shí)踐操作中的少之又少，大多數(shù)學(xué)生也只是按教師的講解進(jìn)行演練。基于此，優(yōu)化理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，必須要在教學(xué)實(shí)踐中打破原有的教學(xué)模式，采用邊學(xué)邊練的形式，將教師講課、學(xué)生練習(xí)和教學(xué)輔導(dǎo)有機(jī)地結(jié)合在一起，切實(shí)做到讓學(xué)生掌握教師所講解的內(nèi)容，掌握實(shí)際技能。在講課過程展示實(shí)際電子元器件，帶領(lǐng)學(xué)生繪制實(shí)際電子元器件的封裝形式，使學(xué)生充分理解電子元器件與其所對應(yīng)的PCB封裝之間的關(guān)系，為PCB的繪制打下堅實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

2.3 項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法

項目教學(xué)法是以真實(shí)的案例為依托，圍繞項目組織和開展教學(xué)，讓學(xué)生直接參與項目全過程的一種教學(xué)方法。項目教學(xué)法在職業(yè)教育發(fā)達(dá)的德國十分盛行，其側(cè)重項目完成的過程，在培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，對培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力與創(chuàng)新能力也十分有益。PCB電路設(shè)計課程操作性、實(shí)踐性強(qiáng)，最終的學(xué)習(xí)目標(biāo)是與企業(yè)的工作崗位要求實(shí)現(xiàn)對接。因此，項目教學(xué)法應(yīng)用于PCB電路設(shè)計課程教學(xué)具有較強(qiáng)的適用性。

在具體的應(yīng)用過程中，教師可以根據(jù)課程教學(xué)的要求與內(nèi)容來設(shè)置“典型案例”，每個典型案例對應(yīng)不同的核心技能，案例的選擇要遵循由簡單到復(fù)雜、由易到難，循序漸進(jìn)的原則，充分考慮到高職院校學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)。每個案例項目，可以分解為不同的任務(wù)，每個任務(wù)隱含不同的知識與技能，教師要引導(dǎo)學(xué)生對教學(xué)任務(wù)進(jìn)行分析、討論，提出問題并設(shè)法解決問題。在完成任務(wù)的過程中，教師要以學(xué)生為中心，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，著力培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題的能力。在項目的選擇上，其來源可以通過校企合作單位，甄選其適用性強(qiáng)，已經(jīng)完成的真實(shí)項目，結(jié)合企業(yè)對實(shí)際工作崗位的要求，可以使項目的選擇更具實(shí)踐性[4]。

以項目“單片機(jī)多功能開發(fā)測試板”的系統(tǒng)原理圖及電路板設(shè)計為例來說，該項目的總體目標(biāo)是讓學(xué)生建立一個完整、實(shí)用的原理圖與PCB，了解和掌握PCB制作的全過程。該項目的任務(wù)要求是能夠獨(dú)立完成單片機(jī)最小功能的系統(tǒng)原理圖、PCB圖設(shè)計，知識目標(biāo)是讓學(xué)生掌握智能系統(tǒng)的核心電路，初步掌握多層電路板的設(shè)計方法;技能目標(biāo)則是能新建元件（庫）;能進(jìn)行原理圖的設(shè)計;能完成原理圖檢查及網(wǎng)絡(luò)表生成;能掌握PCB封裝設(shè)計;能熟練進(jìn)行PCB的布局與布線。在具體的項目教學(xué)中，可以將該項目拆分成若干子項目，如原理圖庫操作、原理圖設(shè)計、原理圖檢查及網(wǎng)絡(luò)表生成、PCB庫操作、PCB布局及布線。各子項目功能獨(dú)立;學(xué)生可以自主選擇子項目，以3～4人為一組進(jìn)行團(tuán)隊協(xié)作;項目選定后，可以分工合作來完成“單片機(jī)多功能開發(fā)測試板”的設(shè)計和制作;在各組項目完成后，實(shí)施以小組為單位的項目評價與答辯。

在考核方面，傳統(tǒng)的PCB設(shè)計課程采用閉卷考試的形式，這樣的考試形式，忽略了PCB設(shè)計課程的最終教學(xué)目的，容易使學(xué)生形成應(yīng)付考試的心理。采用項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式，其考核可以采取開放式的形式，也就是以完成項目任務(wù)的形式來進(jìn)行考核，學(xué)生可以完成自己想要完成的項目，也可以在教師所提供的項目中進(jìn)行選擇，然后完成PCB的繪制，在PCB的繪制過程中，學(xué)生可以求助于教師、同學(xué)或者網(wǎng)絡(luò)，完成一個實(shí)際項目PCB的繪制工作。在PCB繪制完成后，再進(jìn)行PCB的生產(chǎn)，然后進(jìn)行調(diào)試。最后教師可以組織學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一答辯，以最終的PCB調(diào)試結(jié)果作為考核標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3 ?結(jié)語

項目教學(xué)法基于真實(shí)案例，以任務(wù)驅(qū)動的形式，為學(xué)生構(gòu)建了一個真實(shí)的工作情境，使學(xué)生學(xué)到的知識技能可以應(yīng)用于工作實(shí)踐，不僅能夠有效提高學(xué)生PCB電路設(shè)計的技能，對于學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、獨(dú)立工作能力以及解決問題能力等方面來說，具有十分重要的促進(jìn)作用，契合了高職院校培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)與能力的教學(xué)目標(biāo)與要求，是進(jìn)行課程教學(xué)優(yōu)化改革的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 張孝冬，劉思恒，廖建軍.PCB電路設(shè)計課程教學(xué)改革探索研究[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（1）：73-74，101.

[2] 蔣雪琴.《PCB設(shè)計與制作》課程教學(xué)創(chuàng)新模式研究[J].科技資訊，2016，14（8）：99-100.

[3] 曹義，邢玉秀，張琳，等.PCB設(shè)計課程項目驅(qū)動教學(xué)改革的探索[J].電子世界，2014（1）：176-177.

[4] 周大鵬，何光普.項目導(dǎo)向任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式的探索和實(shí)踐——以《電子CAD》課程教學(xué)為例[J].樂山師范學(xué)院學(xué)報，2011，26（5）：122-125.

[5] 勞文薇，劉俊.項目驅(qū)動教學(xué)法在《電子CAD》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)械職業(yè)教育，2011（3）：33-35.

Reference

[1] Zhang Xiaodong， Liu Siheng， Liao Jianjun. Exploratory Research on Teaching Reform of PCB Circuit Design Course[J].Education Modernization，2018，5（1）：73-74，101.

[2] Jiang Xueqin.Research on the Teaching Innovation Model of PCB Design and Manufacture[J].Science & Technology Information，2016，14（8）：99-100.

[3] Cao Yi，Xing Yuxiu，Zhang Lin，et al.Exploration of Project-driven Teaching Reform in PCB Design Course[J].Electronic World，2014（1）：176-177.

[4] Zhou Dapeng， He Guangpu. Exploration and Practice of Project-oriented Task-driven Teaching Model： Taking the Teaching of Electronic CAD as an Example [J]. Journal of Leshan Normal University，2011，26（5）：122-125.

[5] Lau Wenwei， Liu Jun.Application of Project-driven Teaching Method in the Teaching of Electronic CAD[J]. Vocational Education for Mechanical Industry，2011（3）： 33-35.