基于“電子CAD”課程的教學(xué)方法改革研究

李霞

（桂林信息科技學(xué)院，廣西 桂林 541004）

1 研究背景

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，新型元器件層出不窮，電子線路設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，無法通過手工繪圖實(shí)現(xiàn)，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制電路圖即電子CAD設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。電子CAD設(shè)計(jì)主要是指電路設(shè)計(jì)中電路原理圖和PCB圖由計(jì)算機(jī)來協(xié)助完成?！半娮覥AD”課程是講授這門技術(shù)的重要課程。這門技術(shù)是否熟練掌握關(guān)系到學(xué)生后續(xù)的其他電子課程的實(shí)訓(xùn)和電子類專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殡娮宇悓?shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)基本都需要制作電路板搭建電路調(diào)試電路。但是針對(duì)這門重要課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法存在較多的問題，例如理論和實(shí)踐分離、教學(xué)過程設(shè)計(jì)不合理、教師和學(xué)生缺乏良性互動(dòng)、考核方式不滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的要求等問題。同時(shí)隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上的學(xué)習(xí)資源也越來越多，學(xué)生們不應(yīng)該只是采用傳統(tǒng)課堂上聽教師講課的方式獲取知識(shí)，也應(yīng)該采用其他的教學(xué)資源獲取專業(yè)知識(shí)，而MOOC無疑是這眾多學(xué)習(xí)資源中比較優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，教師有責(zé)任給現(xiàn)代的大學(xué)生介紹這一優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。本文針對(duì)“電子CAD”課程傳統(tǒng)教學(xué)中現(xiàn)存的問題，對(duì)“電子CAD”課程的教學(xué)方式、過程及考核方式進(jìn)行改革。

2 課程教學(xué)方式的改革

傳統(tǒng)教師的教學(xué)方式，一般采用先教理論，后期安排學(xué)生進(jìn)行機(jī)房試驗(yàn)操作方式，并且理論的學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于實(shí)踐的學(xué)時(shí)。這種教學(xué)方式將理論和試驗(yàn)分開教學(xué)，由于理論和試驗(yàn)時(shí)間有間隔，存在理論教學(xué)的繪圖方法，學(xué)生上機(jī)實(shí)際操作時(shí)，內(nèi)容遺忘較多，使得教師和學(xué)生都有強(qiáng)烈挫敗感，對(duì)于掌握該課程知識(shí)產(chǎn)生消極懈怠情緒。而且傳統(tǒng)的教學(xué)重視理論教學(xué)，所以理論學(xué)時(shí)較長。但是由于學(xué)生的試驗(yàn)學(xué)時(shí)太短，到最后學(xué)完課程只會(huì)紙上談兵，卻不會(huì)實(shí)操軟件繪圖，不能滿足該課程學(xué)生實(shí)踐能力的要求。因此為了防止教師和學(xué)生教學(xué)和學(xué)習(xí)產(chǎn)生挫敗的情緒，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，本文提出“電子CAD”課程采用理論和實(shí)踐結(jié)合的合一課堂模式，上課直接在機(jī)房進(jìn)行，并且為防止學(xué)生遺忘操作過程和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在教學(xué)過程的步驟上采用五步法實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生的良性互動(dòng)。

3 教學(xué)過程的改革

教學(xué)過程是指教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中狀態(tài)切換和階段流程。一個(gè)好的教學(xué)過程應(yīng)該根據(jù)具體課程內(nèi)容知識(shí)特點(diǎn)采用不同的方法，使得教師和學(xué)生能夠良性互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生的積極性?！半娮覥AD”的教學(xué)過程，采用五步教學(xué)法來開展。

五步法具體包括5個(gè)階段：第一階段課前預(yù)習(xí)，采用國家MOOC網(wǎng)中的相關(guān)課程進(jìn)行課前預(yù)習(xí)；第二階段采用課堂演示法，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為輔；第三階段翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，以學(xué)生為主導(dǎo)，教師為輔；第四階段課堂演示法，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為輔；第五階段課后階段采用制板實(shí)踐檢驗(yàn)法。五步教學(xué)法是針對(duì)該門課程的5個(gè)教學(xué)過程階段學(xué)生的學(xué)習(xí)知識(shí)的特點(diǎn)采用不同的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師的良性互動(dòng)，提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力、繪圖能力和學(xué)生的綜合實(shí)踐的能力，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)學(xué)生越來越高的能力要求。

3.1 第一階段MOOC預(yù)習(xí)法

第一個(gè)階段是課前的預(yù)習(xí)階段，隨著網(wǎng)絡(luò)普及化，提出在預(yù)習(xí)階段采用MOOC學(xué)習(xí)，兼具傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)習(xí)接觸到優(yōu)秀的教學(xué)資源，在學(xué)生畢業(yè)以后遇到知識(shí)的瓶頸時(shí)，也可以有渠道進(jìn)行自我知識(shí)更新。

針對(duì)本門課程第一個(gè)階段，教師引導(dǎo)學(xué)生參與中國大學(xué)MOOC（慕課）的相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，預(yù)習(xí)相關(guān)的課程內(nèi)容?，F(xiàn)在的學(xué)生可以通過手機(jī)MOOC的APP或者是電腦MOOC官網(wǎng)，參與到這個(gè)集合了全國多個(gè)優(yōu)秀大學(xué)教學(xué)資源的平臺(tái)里。這使得學(xué)生可以不受時(shí)間空間的約束進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)這也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的重要手段。在這個(gè)階段為了使得學(xué)生達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果，教師可以對(duì)MOOC的資源進(jìn)行篩選，針對(duì)本校學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)現(xiàn)狀，推薦學(xué)生一些比較合適的MOOC學(xué)習(xí)資源，建立針對(duì)“電子CAD”課程本學(xué)校本專業(yè)的SPOC的小課程。還可以針對(duì)MOOC學(xué)習(xí)資源在播放完一段知識(shí)點(diǎn)視頻后設(shè)置一些關(guān)于該知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)內(nèi)容的考核，在學(xué)生觀看MOOC資源時(shí)彈出，只有回答了問題的同學(xué)，才可以繼續(xù)觀看MOOC內(nèi)容，這樣設(shè)置既可以讓學(xué)生回顧知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)防止學(xué)生應(yīng)付預(yù)習(xí)播放MOOC資源。

3.2 第二階段課堂演示法

第二階段采用課堂演示法。課堂演示法是教師通過演示操作的方法講授“電子CAD”課程知識(shí)點(diǎn)。在這一階段為防止學(xué)生遺忘，教師應(yīng)演示操作一步，讓學(xué)生緊跟著操作一步。比如講到原理圖的一些常用的工具，由于原理圖的常用工具比較多，有元器件的編輯、刪除、選中、對(duì)齊、修改封裝屬性以及復(fù)制粘貼等等，教師不應(yīng)該一次性把這些原理圖的工具一股腦地講給學(xué)生，而是要分步地逐個(gè)工具講解，每講解一個(gè)工具要求學(xué)生馬上實(shí)操這個(gè)工具，學(xué)生緊跟教師操作，避免了傳統(tǒng)教學(xué)理論和試驗(yàn)分開使學(xué)生不能及時(shí)操作而造成的知識(shí)點(diǎn)遺忘的問題。這個(gè)階段的特點(diǎn)是教師作為主導(dǎo)，講解“電子CAD”課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的操作，學(xué)生緊跟教師講授知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)操練習(xí)。學(xué)生通過繪圖操作可以立竿見影看到教師講授知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，在實(shí)際繪圖中也提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

3.3 第三階段項(xiàng)目教學(xué)法

第三階段采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法。翻轉(zhuǎn)教學(xué)法是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索為主的一種課堂教學(xué)模式。在上一個(gè)階段教師已經(jīng)把一個(gè)一個(gè)的小知識(shí)點(diǎn)講解清楚，在翻轉(zhuǎn)課堂階段教師通過引入一個(gè)合適的綜合性項(xiàng)目例子[1]，讓學(xué)生應(yīng)用教師講解的知識(shí)點(diǎn)自行繪圖。比如講到PCB的繪制時(shí)，在課堂上教師可以引入一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用的項(xiàng)目，讓學(xué)生針對(duì)教師提供的單片機(jī)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)該單片機(jī)項(xiàng)目的PCB布局布線。在這個(gè)階段以學(xué)生自主學(xué)習(xí)作為主導(dǎo)，教師輔助學(xué)生解決問題，教師把主導(dǎo)權(quán)交還給學(xué)生。在課堂上學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題可以和教師討論，也可以和其他同學(xué)討論，也可以自行百度搜索問題的答案，在這個(gè)相互學(xué)習(xí)探討的大課堂上，學(xué)生可以充分利用一切可以利用的學(xué)習(xí)的資源，尋求問題的解決方法。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的引入使得學(xué)生能夠在實(shí)際操作時(shí)發(fā)現(xiàn)掌握不足的問題，教師在這個(gè)過程中重點(diǎn)觀察學(xué)生們?cè)谀切﹩栴}上容易犯錯(cuò)誤，為下一個(gè)階段課堂演示法做好準(zhǔn)備工作，同時(shí)同學(xué)之間互相幫忙，也培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力以及友誼，當(dāng)教師和同學(xué)都不能給予解決的方法時(shí)可以求助于網(wǎng)絡(luò)，增加了學(xué)生自我解決問題的能力，使得學(xué)生在走上工作崗位時(shí)，教師和同學(xué)都不能提供幫助時(shí)，能夠借助互聯(lián)網(wǎng)尋求解決問題的方法，培養(yǎng)了學(xué)生接收新知識(shí)，處理信息的能力。

3.4 第四階段課堂演示法

第四階段采用課堂演示法。這個(gè)階段的課堂演示法，在經(jīng)過上個(gè)階段教師在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法觀察后，教師可以歸納總結(jié)學(xué)生出錯(cuò)比較多的知識(shí)點(diǎn)。比如在實(shí)現(xiàn)原理圖轉(zhuǎn)成PCB圖時(shí)會(huì)存在封裝丟失問題，這是大多數(shù)同學(xué)在初次做電子CAD項(xiàng)目時(shí)存在的主要的易錯(cuò)點(diǎn)，針對(duì)這個(gè)問題，教師可以進(jìn)行重點(diǎn)的講解，強(qiáng)調(diào)學(xué)生需要添加封裝庫，學(xué)生因?yàn)樽约旱拇_是在項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程中出現(xiàn)了這個(gè)問題，那么就會(huì)引起學(xué)生極大的注意力，由于教師針對(duì)性的講解，學(xué)生再次遇到此類情況，就可以解決這個(gè)問題。針對(duì)學(xué)生出錯(cuò)多容易混淆的知識(shí)點(diǎn)，教師在這個(gè)階段進(jìn)行重點(diǎn)演示講解，學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)，注意力會(huì)比較集中，學(xué)習(xí)效果相對(duì)比較好。在這個(gè)階段教師作為主導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生掌握一些易錯(cuò)點(diǎn)難點(diǎn)。

3.5 第五階段實(shí)踐檢驗(yàn)法

第五階段采用實(shí)踐檢驗(yàn)法。這一階段實(shí)際并不在課堂上，而是在課后的時(shí)間。課堂上學(xué)生們都已成功學(xué)習(xí)了制圖的相關(guān)知識(shí)，但是繪制的PCB圖在實(shí)際制板后能否成功實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，還需要通過實(shí)踐檢驗(yàn)。桂林信息科技學(xué)院提供了激光雕刻制板打印機(jī)，可以將學(xué)生繪制的PCB圖用該機(jī)器打印出來驗(yàn)證。這個(gè)階段學(xué)生把自己設(shè)計(jì)的PCB圖通過激光雕刻機(jī)打印到銅板上并鉆孔買元器件焊接，直至學(xué)生做出成品。通過這個(gè)階段的實(shí)踐有助于學(xué)生明白繪制PCB圖，不僅要在ALTIUM DESIGNER軟件上根據(jù)實(shí)際器件說明書畫出原理圖庫和PCB庫，而且焊盤的大小除了要根據(jù)器件封裝說明書以外，還要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室鉆孔的針徑的大小進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)導(dǎo)線的寬度要根據(jù)實(shí)際電流的大小和激光雕刻機(jī)的精度調(diào)整?？傊ㄟ^一次實(shí)際制板，讓學(xué)生理解PCB制圖不僅要根據(jù)理論知識(shí)還要考慮現(xiàn)實(shí)的技術(shù)問題，不能脫離現(xiàn)實(shí)來制板。同時(shí)通過實(shí)踐檢驗(yàn)法，學(xué)生成功做出一個(gè)具有實(shí)際功能的小電路，這個(gè)過程也提高了學(xué)生的焊接水平，促進(jìn)了學(xué)生成就感的建立，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，也培養(yǎng)了學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況分析問題解決問題的能力，為學(xué)生在以后就業(yè)中能夠成為高素質(zhì)的綜合性人才打下良好的基礎(chǔ)。高素質(zhì)的綜合性人才正是當(dāng)今企業(yè)迫切需要的人才。這個(gè)階段由于制板及后續(xù)的調(diào)試修改，因此需要的時(shí)間周期比較長，教師可以給學(xué)生1～2個(gè)星期的時(shí)間，并設(shè)置相應(yīng)的課后教師答疑時(shí)間，讓學(xué)生遇到問題時(shí)可以及時(shí)請(qǐng)教教師。這個(gè)階段學(xué)生作為主導(dǎo)，教師作為引導(dǎo)者給予學(xué)生支持。經(jīng)過了這個(gè)階段的實(shí)踐測(cè)試，學(xué)生的實(shí)踐能力大大提高，自信心增強(qiáng)，通過這一過程讓學(xué)生建立職業(yè)工程師的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

3.6 教學(xué)過程中教師的情感態(tài)度

在整個(gè)教學(xué)過程中，教師的情感態(tài)度也是非常重要的，無論學(xué)生遇到了什么困難，犯了什么錯(cuò)誤，教師應(yīng)該以耐心的態(tài)度，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)，教師建立一種服務(wù)學(xué)生的態(tài)度。教師要懂得換位思考，站在學(xué)生的立場(chǎng)上思考問題，避免先入為主，認(rèn)為知識(shí)點(diǎn)都非常簡單，認(rèn)定學(xué)生是不努力導(dǎo)致學(xué)習(xí)遇到困難。針對(duì)課后答疑問題，教師設(shè)置相應(yīng)的課后面對(duì)面答疑時(shí)間，同時(shí)應(yīng)該考慮到部分學(xué)生由于時(shí)間沖突或者是因?yàn)樾愿裨?，有了問題不能或者害怕與教師面對(duì)面進(jìn)行答疑，教師需要設(shè)置QQ或者其他網(wǎng)絡(luò)答疑等方式，使得學(xué)生放下心理壓力，尋求教師的幫助。通過種種手段，考慮學(xué)生的差異[2]，以人為本，因材施教，學(xué)生才會(huì)在沒有壓力的氛圍和教師建立有效的溝通，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和信心，進(jìn)而進(jìn)行主動(dòng)的學(xué)習(xí)，建立本門課程需要的各種職業(yè)能力。

4 “電子CAD”課程總評(píng)方法改革

4.1 考核方法改革

傳統(tǒng)的“電子CAD”考核方式采用理論紙質(zhì)方式進(jìn)行考核，這使得學(xué)生更加不重視試驗(yàn)課程，即使死記硬背記住了課程的理論知識(shí)，但實(shí)際操作非常生疏，達(dá)不到當(dāng)今社會(huì)對(duì)于應(yīng)用型人才的要求[3]。因此迫切需要對(duì)“電子CAD”課程的考核方式進(jìn)行改革?！半娮覥AD”課程考核方法改為采用上機(jī)制圖方式作為考核的方式。通常考試內(nèi)容安排采用一個(gè)完整的項(xiàng)目?？荚図?xiàng)目中包含該門課程的主要知識(shí)點(diǎn)：原理圖繪制，原理圖庫制作和PCB庫制作及形成集成庫，最后實(shí)現(xiàn)PCB圖繪制。上機(jī)考核方式使得學(xué)生不得不重視實(shí)踐操作，在平時(shí)的實(shí)際操作中不能偷懶，并且積極和同學(xué)教師溝通遇到的問題，能夠在操作時(shí)養(yǎng)成及時(shí)保存的好習(xí)慣，考試完畢后將學(xué)生的考試工程文件上傳到教師機(jī)進(jìn)行保存，教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際制圖水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用機(jī)試的考核方式學(xué)生會(huì)把自己當(dāng)成工程師來要求，養(yǎng)成工程師職業(yè)工作習(xí)慣，滿足國家重視職業(yè)教學(xué)的教學(xué)要求，建立學(xué)生的職業(yè)能力，為以后學(xué)生服務(wù)于企業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

4.2 成績構(gòu)成改革

同時(shí)傳統(tǒng)的CAD考試總評(píng)成績由考核成績100%決定，導(dǎo)致學(xué)生不能積極參與課堂的學(xué)習(xí)，學(xué)生存在曠課、遲到以及不按時(shí)交作業(yè)等現(xiàn)象。將平時(shí)成績作為總評(píng)成績的一部分可以約束學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)行為，為取得最后的考核成績做保證。因此需要將CAD考試總評(píng)成績改成平時(shí)成績占30%和考核成績占70%。平時(shí)成績組成分為考勤、課堂表現(xiàn)和作業(yè)成績。其中考勤成績占20%，課堂表現(xiàn)占20%，作業(yè)成績占60%?？记诒ＷC學(xué)生能夠積極參與課程，課堂表現(xiàn)保證學(xué)生能夠積極參與回答問題，作業(yè)成績保證學(xué)生能夠及時(shí)鞏固所學(xué)的知識(shí)。

5 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐表明，教學(xué)過程采用五步法進(jìn)行教學(xué)方法改革后，課堂的教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)資源得到了充分的利用，同時(shí)針對(duì)學(xué)生的差異，教師在情感態(tài)度上充分尊重學(xué)生，給學(xué)生提供線上線下的各種答疑，并且學(xué)校提供了激光雕刻設(shè)備，方便學(xué)生進(jìn)行PCB板的實(shí)踐平臺(tái)。

總之，盡一切手段給學(xué)生提供了良好的學(xué)習(xí)條件，開發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的潛力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，而且通過實(shí)踐項(xiàng)目增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，學(xué)生學(xué)習(xí)成績提高明顯，學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)得以培養(yǎng)。以2個(gè)班作為教學(xué)改革方法試驗(yàn)組，以2個(gè)班作為傳統(tǒng)教學(xué)方法班級(jí)，學(xué)生同時(shí)參加國家CAD的高級(jí)工程師認(rèn)證，采用教學(xué)方法改革后，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的國家CAD高級(jí)工程師認(rèn)證通過率達(dá)到80%以上，而傳統(tǒng)教學(xué)方法組學(xué)生該考試認(rèn)證的通過率低于50%?？梢姟半娮覥AD”課程教學(xué)改革中采取的方法對(duì)于該課程教學(xué)具有重要的實(shí)踐借鑒意義。