吳志祥，黃 亮，方曉毅

(常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，江蘇常州 213002)

“電子電路CAD”課程是電子、電氣、控制和機(jī)電等學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及電路、器件、機(jī)械結(jié)構(gòu)及抗干擾技術(shù)等方面的內(nèi)容，知識面廣，與工程實(shí)際結(jié)合十分緊密。是大電類學(xué)生必須掌握的基本技能。故在本課程教學(xué)中，研究及探索如何培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性、綜合性的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)與用人單位“零距離”對接，最大限度地提高課程教學(xué)效率是十分重要的。

1 電子電路CAD課程特點(diǎn)

大多數(shù)高校都采用Protel99 SE軟件作為“電子電路CAD”課程的主要教學(xué)工具，該軟件包含電路原理圖設(shè)計(jì)、電路原理圖中的元件庫繪制、原理圖網(wǎng)絡(luò)表生成、電路的層次化設(shè)計(jì)、印制電路板 PCB(Printed Circuit Board)設(shè)計(jì)、報(bào)表制作及PCB元器件繪制等內(nèi)容?！半娮与娐稢AD”課程內(nèi)容(模塊)如圖1所示。課程以設(shè)計(jì)出符合眾多要求的PCB為主要目標(biāo)。課程內(nèi)容呈現(xiàn)一貫性、多樣性及復(fù)雜性。

圖1 電子電路CAD課程模塊

結(jié)合培養(yǎng)計(jì)劃，大多數(shù)高校把“電子電路CAD”課程定位成專業(yè)基礎(chǔ)選修課程，合計(jì)32學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)為8學(xué)時(shí)。通常是2-3個(gè)班級的大班課，2學(xué)時(shí)為一個(gè)教學(xué)單元。教學(xué)過程中，授課教師通常采用PPT結(jié)合一種功能電路，講解Protel99 SE軟件各設(shè)計(jì)界面的操作方法，中間穿插(甚至最后)安排學(xué)生上機(jī)練習(xí)。教學(xué)效果有待提高。

課程考核方式通常采用粗線條式的定性考核，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性，不利于提高培養(yǎng)質(zhì)量。

2 教學(xué)方式改革

2.1 以案例教學(xué)為牽引

由于本課程內(nèi)容的連貫性，通常采用一個(gè)綜合案例從頭至尾示范教學(xué)。案例簡單，則不能包括課程內(nèi)容，案例過于復(fù)雜，學(xué)生又難以理解和接受，還受教學(xué)課時(shí)限制。案例教學(xué)法中的“案例”選擇直接影響到教學(xué)效果的優(yōu)劣［2］。因此如何精選案例是案例教學(xué)成敗的重要環(huán)節(jié)。本課程案例應(yīng)覆蓋如圖1所示的全部內(nèi)容，特別是電路原理圖中的元件庫繪制、PCB庫元件繪制及網(wǎng)絡(luò)表生成作為重點(diǎn)內(nèi)容講授。

2.2 精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)

教師擬定“項(xiàng)目任務(wù)”預(yù)案時(shí)，應(yīng)考慮項(xiàng)目構(gòu)成、目標(biāo)及效果。即事先要考慮包括工程要素在內(nèi)的實(shí)施過程。項(xiàng)目任務(wù)選用電力電子、通訊技術(shù)、測量技術(shù)、控制系統(tǒng)及家用電器等方面中的經(jīng)典或主流電路，電路原理圖中至少包括一個(gè)需要自己繪制的原理圖庫元件圖，PCB中同樣至少包括一個(gè)需要自己繪制的庫元件。項(xiàng)目任務(wù)隨機(jī)抽取，人手一題，包括PCB外形各不相同。

2.3 與工程實(shí)際相結(jié)合

原理圖層面，工程實(shí)踐中大多要求“橫平豎直(元件對齊排列)”、“疏密有致”、及內(nèi)容占圖幅的2/3～4/5之間等，美觀且可讀性強(qiáng)。

PCB層面，工程實(shí)際要求技術(shù)人員能夠在眾多限定條件下完成PCB設(shè)計(jì)，包括PCB非規(guī)則周界尺寸、元件體積大小及封裝形式、可預(yù)見的PCB電磁兼容性、元件裝貼及維修的便利性等內(nèi)容。

以長方形圖形作為PCB設(shè)計(jì)周界的項(xiàng)目，在工程實(shí)踐中極少出現(xiàn)且相對簡單。常見的PCB周界形狀如圖2所示。圖形多半由直線與圓弧線組成，這些圖形可供學(xué)生設(shè)計(jì)PCB時(shí)作參考，每個(gè)學(xué)生采用不同的圖形進(jìn)行設(shè)計(jì)，并力求總體面積最小化。為了快速繪制出這些非規(guī)則圖形，課程中講授DXF(Autodesk Drawing Exchange Format)文件與Protel99 SE的交差使用方法，進(jìn)一步拓展學(xué)生的工程能力。

圖2 項(xiàng)目任務(wù)PCB的周界圖形

2.4 教學(xué)形式轉(zhuǎn)變

課程取消上機(jī)實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，學(xué)生全部自帶筆記本電腦上課，教學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)槿虒?shí)驗(yàn)教學(xué)。課程以2學(xué)時(shí)為一個(gè)單元，案例教學(xué)與任務(wù)驅(qū)動同步進(jìn)行。課程教學(xué)的上半場，教師采用案例示教為主，并要求學(xué)生完成隨堂練習(xí)以鞏固學(xué)習(xí)效果;下半場則鼓勵學(xué)生實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目任務(wù)。2次授課后，參考“帕累托法則”，按20%優(yōu)秀學(xué)生帶動80%一般學(xué)生的方法，將每8個(gè)學(xué)生分為一組，同時(shí)讓每個(gè)學(xué)生抽選好自己的項(xiàng)目任務(wù)［3］。

學(xué)生為完成無可復(fù)制的項(xiàng)目任務(wù)變被動學(xué)習(xí)為邊學(xué)邊創(chuàng)造。教師要求學(xué)生每周提交隨堂練習(xí)與項(xiàng)目任務(wù)電子文件DDB(Device Dependent Bitmap)，評價(jià)計(jì)分后將成績統(tǒng)計(jì)表電子文檔群發(fā)給各小組組長。一方面可及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在的問題，快速補(bǔ)充;另一方面可及時(shí)掌握學(xué)生完成項(xiàng)目的進(jìn)度、過程難點(diǎn)及容易混淆的共性問題，同時(shí)可有效激發(fā)學(xué)生自我學(xué)習(xí)—創(chuàng)造的主動性。

3 精細(xì)化考核新嘗試

與大多數(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)類課程相同，本課程常見的考評方式多半為:平時(shí)成績占10%(根據(jù)學(xué)生的出勤率、課堂表現(xiàn)和學(xué)習(xí)態(tài)度等方面給以評分);實(shí)驗(yàn)成績占30%(根據(jù)學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的情況給以評分);實(shí)踐作業(yè)占30%(根據(jù)學(xué)生完成項(xiàng)目的整體情況，制作的電路板功能能否完成，外觀上看是否合理)［5-7］。

這種考評方式頗為粗糙，教師方主觀性過大，學(xué)生方(即便分小組考核)相互雷同情況也頗為嚴(yán)重。且這種事后的考核方式，學(xué)生既不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己存在的問題，也不利于有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

我們提出的精細(xì)化考核方法由四部份組成:①人手一題—進(jìn)行全過程透明式考評;②隨堂練習(xí)—案例部分的考評，可及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、理解能力及出勤情況;③任務(wù)驅(qū)動—獨(dú)立作業(yè)部分，既可以發(fā)揮學(xué)生各自的創(chuàng)造性，又杜絕了相互“拷貝”的情況;④拓展內(nèi)容—考評學(xué)生AUTOCAD、Office Visio及Multisim等關(guān)聯(lián)軟件的使用能力。

課程考核中隨堂練習(xí)部分占30%，獨(dú)立作業(yè)(項(xiàng)目任務(wù))占60%，拓展內(nèi)容占10%。

隨堂練習(xí)與獨(dú)立作業(yè)可采用相同的計(jì)分方法，原理圖考評表及PCB考核表分別見表1及表2。

表1 原理圖考評表

表2 PCB考核表

表1中，原理圖的正確性考查導(dǎo)線使用、元件序號是否按電路模塊連續(xù)標(biāo)號、元件之間的連接關(guān)系以及為簡化電路連接所采用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等。美觀性，按工程化要求考核。與原理圖緊密相關(guān)的庫文件，是學(xué)生自由創(chuàng)造必須掌握的重點(diǎn)內(nèi)容，考查自建元件的參考點(diǎn)是否為0點(diǎn)、引腳名與引腳編號、引腳的電氣特性(輸入、開漏)等。表2中，正確性考查PCB是否正確使用了“層”;周界設(shè)計(jì)、過孔與焊盤概念、密度是否合理;是否最短連線等內(nèi)容。美觀性和庫文件和表1的大同小異。

這里設(shè)計(jì)的精細(xì)化考評表，詳細(xì)至每個(gè)步驟，合計(jì)分值為30分，直接適用于隨堂練習(xí)的評價(jià)。分值擴(kuò)大二倍后，直接適用于項(xiàng)目任務(wù)的評價(jià)?？荚u表以1分至2分為計(jì)分單位，一是有效地避免了的學(xué)生成績考核時(shí)的人為誤差;二是通過及時(shí)反饋，學(xué)生可迅速知道自己失分的原因;三是教師對各欄目里的“小分”作統(tǒng)計(jì)后，立即可得知上一教學(xué)單元的教學(xué)情況，并可反思上一教學(xué)單元的教學(xué)方法是否合理，教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)到。

4 結(jié)語

本文介紹的“電子電路CAD”課程教學(xué)改革，可歸納為:

(1)轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，在既定的學(xué)時(shí)里，傳授盡可能多的基本技能，滿足工程實(shí)踐的普遍性技術(shù)要求，盡可能選擇綜合性好的示范案例，盡可能設(shè)計(jì)好各不相同的項(xiàng)目任務(wù);

(2)教師自身具備良好的工程素質(zhì)，所謂名師出高徒。教師還需具備對每個(gè)學(xué)生不同項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤、及時(shí)批改與反饋等巨大工作量的奉獻(xiàn)精神。

(3)有效的課程考核方式，可起到事半功倍的效果。

同步進(jìn)行的透明化、公開化且及時(shí)反饋的精細(xì)化考核(表)——精細(xì)化考核機(jī)制，貫穿整個(gè)教學(xué)過程。精細(xì)化成績考評方法，有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，教學(xué)效果顯著提升。

［1］ 楊智.電子信息類卓越工程師培養(yǎng)模式探討［J］.武漢:武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版)，2012，58(10):9-12.

［2］ 劉鳳春，陳希有，牟憲民.“電工技術(shù)”課程工程教學(xué)案例設(shè)計(jì)實(shí)例［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(1):25-28.

［3］ 張小鳴，萬軍，何可人.基于帕累托法則的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)優(yōu)化［J］.常州:常州工學(xué)院學(xué)報(bào)2012.25(6):80-86.

［4］ 陳孜，盧溪，石健.大學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和考試作弊的現(xiàn)狀調(diào)查［J］.哈爾濱:黑龍江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，31(3):78-81.

［5］ 林科.“電子電路CAD”課程教學(xué)改革的探索［J］濟(jì)南:科技信息，2012(17):143+178.

［6］ 劉浩，解寧，吳建華等.電工電子實(shí)訓(xùn)考核評價(jià)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)踐［J］.天津:實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16(6):136-138.

［7］ 霍艷飛.電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課考核模式的研究與實(shí)踐［J］.北京:中國電力教育，2013(11):93-94+96