基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的《電路CAD》課程融合教學(xué)改革探索與實(shí)踐

韋洪浪

（桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧，532100）

0 引言

《電路CAD》是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，讓學(xué)生掌握繪圖軟件的使用方法，了解電子線路原理圖和印刷電路板的設(shè)計(jì)方法，并初步具有電路和電路板設(shè)計(jì)能力，該課程為后續(xù)的專業(yè)課程的基礎(chǔ)，學(xué)好本課程有助于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)[1]。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式偏向于工具軟件操作，而忽視了實(shí)踐應(yīng)用，由于缺乏企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)踐能力，學(xué)生畢業(yè)后無法勝任工作崗位的要求。因而本文提出通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，不僅使學(xué)生掌握軟件操作的技能，還提高學(xué)生相近學(xué)科的知識水平和職業(yè)技能[2]。在課程內(nèi)容上從企業(yè)真實(shí)案例、學(xué)科競賽項(xiàng)目中精心挑選合適的項(xiàng)目案例，內(nèi)容由淺入深，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。在綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)融入《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》的課程要求，培養(yǎng)學(xué)生電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等綜合能力[3]。

1 課程特點(diǎn)

■1.1 教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)

《電路CAD》課程內(nèi)容主要包括原理圖的繪制、元器件的繪制、印制電路板的繪制、元器件封裝的繪制等[4]，這些知識都需要學(xué)生在計(jì)算機(jī)的利用繪圖軟件操作，對學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力要求較高。而且該課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，很多專業(yè)課程都是在該課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，所以可以將該課程融合到《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》、《模擬電路技術(shù)》、《數(shù)字電路設(shè)計(jì)》、《單片機(jī)原理》等課程的教學(xué)當(dāng)中進(jìn)行綜合教學(xué)[5]。

■1.2 授課對象特點(diǎn)

很多高校把《電路CAD》和《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》開課的時(shí)間定為大一上學(xué)期，這個(gè)時(shí)間段的學(xué)生剛剛從高中進(jìn)入大學(xué)，未能完全適應(yīng)大學(xué)生活，而且高中階段的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)不一樣，甚至簡單的計(jì)算機(jī)操作都不會(huì)，所以在授課時(shí)必須考慮大多數(shù)學(xué)生的接受能力，由淺入深，循序漸進(jìn)，積極引導(dǎo)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 教學(xué)改革主要措施

傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是按照課本內(nèi)容的順序，填鴨式教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生興趣不高。而且大部分教材的配套教學(xué)資源有限，無法提供一個(gè)資源豐富的電路圖庫供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。授課目的更重視繪圖軟件的使用，而忽略了崗位技能訓(xùn)練，學(xué)生知其然，不知其所以然[6]。為了克服傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，通過走訪相關(guān)企業(yè)和調(diào)研高校，提出以下改革措施：

■2.1 引入線上線下教學(xué)，充分利用課余時(shí)間

線上視頻教學(xué)的優(yōu)勢在于可以把知識點(diǎn)化的內(nèi)容固化，可以重復(fù)播放和同步訓(xùn)練，因而建設(shè)慕課和微課等視頻教學(xué)資源。慕課視頻時(shí)長為40 分鐘左右，用于講解項(xiàng)目教學(xué)的任務(wù)內(nèi)容的具體操作步驟，以便學(xué)生復(fù)現(xiàn)課本任務(wù)的設(shè)計(jì)。微課視頻時(shí)長為3 分鐘左右，主要講解課本的知識點(diǎn)，包含教學(xué)內(nèi)容的部分重點(diǎn)和難點(diǎn)，以便學(xué)生對知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)與強(qiáng)化。但是對于需要領(lǐng)會(huì)和交互的學(xué)習(xí)內(nèi)容，還是需要線下教學(xué)，當(dāng)面與學(xué)生面對面溝通。充分發(fā)揮線上線下教學(xué)的優(yōu)勢，可以讓學(xué)生合理利用課余時(shí)間，最大程度的提高學(xué)習(xí)效率。

■2.2 采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”就是將實(shí)踐項(xiàng)目融入教學(xué)內(nèi)容中，讓學(xué)生在參與項(xiàng)目實(shí)踐的過程中學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)過的知識解決實(shí)際問題。學(xué)生不僅在項(xiàng)目實(shí)踐中學(xué)到知識和技能，而且還學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié)合作，在完成項(xiàng)目后體會(huì)到成功的喜悅，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[7，8]。利用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式，首先要確定好項(xiàng)目教學(xué)的目標(biāo)，明確需要學(xué)習(xí)的項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容。本研究精選與工程實(shí)踐相關(guān)的項(xiàng)目作為教學(xué)內(nèi)容，由淺入深極大地方便學(xué)生學(xué)習(xí)。

■2.3 將真實(shí)的元器件和電路圖帶入課堂，形象生動(dòng)便于理解

給學(xué)生授課的時(shí)候盡量使用真實(shí)的元器件和電路圖作為演示案例，這樣“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方式形象生動(dòng)，學(xué)生直觀地看到實(shí)物，容易理解課程內(nèi)容。比如講到原理圖庫和封裝庫時(shí)，使用實(shí)際的元器件演示給學(xué)生看，學(xué)生一看就知道原理圖庫和封裝庫之間的關(guān)系。講解PCB 的時(shí)候也可以拿現(xiàn)成的PCB 電路板演示給學(xué)生，讓學(xué)生知道電路板的各個(gè)層之間的關(guān)系、布線布局的要求。

■2.4 建立資源共享庫，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神

將學(xué)生自主學(xué)習(xí)的優(yōu)秀電路、學(xué)科競賽電路、行業(yè)企業(yè)典型案例等電路整合起來，建立一個(gè)具有實(shí)際使用價(jià)值的資源共享庫。這樣不僅可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，而且還能積累資源，共享優(yōu)秀電路，為將來的專業(yè)課學(xué)習(xí)、學(xué)科競賽和就業(yè)工作做準(zhǔn)備。

■2.5 將企業(yè)典型案例引入教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生就業(yè)競爭力

走訪和調(diào)研企業(yè)對電路設(shè)計(jì)人才的最新需求和技能要求，明確人才培養(yǎng)新目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，并將企業(yè)實(shí)際的研發(fā)項(xiàng)目和優(yōu)秀案例引入教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在真實(shí)的企業(yè)案例中學(xué)到企業(yè)需要的職業(yè)技能，實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)和企業(yè)需求的完美對接，提高學(xué)生就業(yè)的競爭力。

■2.6 將《電路CAD》融入《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》教學(xué)，提升綜合能力

《電路CAD》和《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》都是電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，都非常重視學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。《電路CAD》注重培養(yǎng)學(xué)生使用繪圖軟件繪制印制電路板的能力，而《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》更偏向培養(yǎng)學(xué)生電路裝配和調(diào)試的能力。雖然兩者側(cè)重點(diǎn)不一樣，但是可以結(jié)合兩者的特點(diǎn)融合教學(xué)，讓學(xué)生把元器件焊接到自己設(shè)計(jì)的印制電路板上，驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的電路是否實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，同時(shí)也提高學(xué)生電路裝配和調(diào)試能力。

3 教學(xué)內(nèi)容組織

授課過程采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式，以課程實(shí)例為主線，以完成任務(wù)為目標(biāo)，將繪圖軟件的操作融入到項(xiàng)目實(shí)踐當(dāng)中，在完成項(xiàng)目的過程中快速、輕松地掌握軟件的使用方法和技巧。本著“理論夠用，精講多練，教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”的原則把課程內(nèi)容分成主要以下5 個(gè)項(xiàng)目，如表1所示。

表1 教學(xué)內(nèi)容組織

授課內(nèi)容是根據(jù)印制電路板的設(shè)計(jì)與制作流程而制定的，學(xué)生通過項(xiàng)目練習(xí)就可以由淺入深地完成學(xué)習(xí)，能夠熟練運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)出自己的電路。課程內(nèi)容的設(shè)置有如下特點(diǎn)：

(1)內(nèi)容由淺入深，便于學(xué)生自學(xué)。教學(xué)整體內(nèi)容分為五個(gè)項(xiàng)目，順序是原理圖繪制、元器件繪制、印制電路板繪制、元器件封裝繪制、綜合練習(xí)等，由最簡單的原理圖操作，到完成復(fù)雜的綜合性電路，一步步提高難度“螺旋上升”符合學(xué)生接受知識的習(xí)慣。不僅如此，在項(xiàng)目內(nèi)部也是由淺入深設(shè)置教學(xué)任務(wù)，比如項(xiàng)目一的原理圖繪制首先由簡單電路圖開始，讓學(xué)生學(xué)會(huì)簡單畫圖，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，最后到復(fù)雜電路圖繪制提高學(xué)生綜合繪圖能力。

(2)以項(xiàng)目為載體，任務(wù)驅(qū)動(dòng)。精心挑選實(shí)踐案例，制定恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)任務(wù)，所有教學(xué)案例都是后期課程學(xué)習(xí)或者參加學(xué)科競賽的經(jīng)典電路，涉及到電子信息技術(shù)的方方面面，如模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)結(jié)合電路等多種電路類型。以項(xiàng)目一為例，其中的任務(wù)一和任務(wù)二是模擬電路課程中的經(jīng)典電路，任務(wù)三是單片機(jī)原理課程中的入門電路，任務(wù)四是數(shù)字電路課程中的典型電路。

(3)由一般到特殊，提高繪圖效率。在對原理圖庫和封裝庫的教學(xué)設(shè)計(jì)中，首先介紹常規(guī)的繪圖方法，目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)庫文件編輯環(huán)境和基本繪圖方法。然后再提出利用已有庫進(jìn)行修改或利用設(shè)計(jì)向?qū)煞庋b的方法，這樣不僅拓展繪圖設(shè)計(jì)的方法，而且大大提高繪圖的效率。

4 課程融合教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

在進(jìn)行綜合練習(xí)部分教學(xué)時(shí)，將《電路CAD》和《電子基礎(chǔ)技能訓(xùn)練》進(jìn)行融合教學(xué)，讓學(xué)生了解整個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)全流程，在實(shí)踐中檢驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)的電路和電路裝配調(diào)試能力，以此形成一個(gè)“閉環(huán)的學(xué)習(xí)反饋過程”，同時(shí)提高兩門課的專業(yè)技能。具體實(shí)施步驟如下：

（1）繪制原理圖：根據(jù)綜合項(xiàng)目的要求，首先安排學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成原理圖繪制，然后教師檢查原理圖的繪制效果和規(guī)范程度，進(jìn)行記錄評分。

（2）繪制PCB 圖：將原理圖導(dǎo)入PCB 文件，按照布局要求把元器件布局好，然后結(jié)合手工布線與自動(dòng)線，把所有線布完，布線的過程中必須要考慮布線規(guī)則。教師根據(jù)布局、布線的要求對學(xué)生繪制的PCB 圖進(jìn)行評分。

（3）印制電路板的制作：讓學(xué)生拿著繪制好的PCB 圖到腐蝕室手工做出印制電路板，以此同時(shí)也讓學(xué)生把自己的一份PCB 發(fā)給廠家做一份完整的工廠板。讓學(xué)生在對比學(xué)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)的電路圖是否合理，教師分別對手工制板和工廠制板進(jìn)行點(diǎn)評和評分。

圖1 學(xué)生做的印制電路板

（4）元器件安裝與調(diào)試：讓學(xué)生把元器件安裝到電路板上，安裝完之后利用實(shí)驗(yàn)儀器對電路板進(jìn)行調(diào)試與測試，最終得到一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的電子作品，這樣學(xué)生的成就感十足，同時(shí)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性也得到很大的提高。

每個(gè)綜合項(xiàng)目練習(xí)都通過以上的四步操作和評分，得到單項(xiàng)綜合練習(xí)的得分，最后通過三項(xiàng)綜合練習(xí)，取平均分即可得到學(xué)生綜合練習(xí)成績。

5 課程評價(jià)體系

改革后的總成績主要由3 部分構(gòu)成，平時(shí)成績（30%）、期末考試成績（40%）、綜合練習(xí)成績（30%）。平時(shí)成績由課堂簽到、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)等構(gòu)成，主要考核學(xué)生平時(shí)上課的綜合表現(xiàn)。期末考試采用上機(jī)考試的形式，即教師出一份電路圖，讓學(xué)生在學(xué)校的機(jī)房，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按要求完成原理圖和PCB 圖的繪制，根據(jù)繪制的效果評分。綜合練習(xí)成績主要考核學(xué)生綜合能力，即完成三項(xiàng)綜合練習(xí)的成績。

6 總結(jié)

本文針對《電路CAD》課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端，嘗試采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式與課程融合的教學(xué)模式，通過合理安排項(xiàng)目化的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置課程融合的綜合訓(xùn)練項(xiàng)目，并引入企業(yè)的典型工作案例，收集課程共享資源庫等手段對課程教學(xué)進(jìn)行改革，結(jié)果取得了良好的教學(xué)效果，提高了學(xué)生繪制電路圖的能力，也提高學(xué)生裝配和調(diào)試電路的能力，同時(shí)也為將來的專業(yè)課學(xué)習(xí)、學(xué)科競賽和就業(yè)工作做充足的準(zhǔn)備。