面向新工科的電子線路CAD課程改革

簡遠(yuǎn)鳴 熊川

摘要：文章針對(duì)新工科建設(shè)的需求，探索電子線路cAD課程的教學(xué)改革新思路，對(duì)其進(jìn)行“以學(xué)生為中心”、基于工程的課堂教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：新工科;電子線路CAD;“以學(xué)生為中心”;工程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）36-0118-02

桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)科專業(yè)建設(shè)特色鮮明，目前擁有30個(gè)本科專業(yè)、26個(gè)高職高專專業(yè)，其中工科專業(yè)占比三分之二，形成了以工學(xué)為主的專業(yè)體系，是廣西高校中工科比例最高的本科院校之一。每年相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生到航空航天民航系統(tǒng)就業(yè)率均達(dá)97%以上。因此，學(xué)校明確了探索新工科背景下航空航天民航特色人才培養(yǎng)新模式，全面落實(shí)工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，聚焦國內(nèi)外發(fā)展，及時(shí)調(diào)整教學(xué)模式，改革課程設(shè)置，培養(yǎng)更多適合社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求的新型工科人才。

一、電子線路CAD課程現(xiàn)狀

1.電子線路CADI程實(shí)用性?？萍几淖兩?。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，新型元器件不斷出現(xiàn)，電子線路越來越復(fù)雜，信號(hào)頻率越來越高，電路集成度也越來越高。PCB板（印制電路板）的設(shè)計(jì)自然有了更高的要求。電路設(shè)計(jì)工作已無法僅靠手工完成，設(shè)計(jì)人員使用高效、快捷的電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（即電子線路CAD）軟件來設(shè)計(jì)。因此，確定了該課程的核心地位。掌握好該課程，有利于電子信息類學(xué)生動(dòng)手及設(shè)計(jì)能力的提高，樹立工程應(yīng)用的思維和觀念，為后續(xù)專業(yè)課程等的學(xué)習(xí)及畢業(yè)從事專業(yè)技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.電子線路CAD課程教學(xué)問題分析。筆者之前研究結(jié)果表明，當(dāng)前本科電子線路CAD課程教學(xué)存在以下教學(xué)問題：（1）課時(shí)限制及課程性質(zhì);（2）新式教學(xué)方式應(yīng)用不完善，評(píng)價(jià)機(jī)制缺乏客觀性;（3）教學(xué)模式單一;（4）缺少對(duì)外部資源的利用。此外，還有一個(gè)最重要主觀因素是學(xué)生們的學(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，在課堂專注于與學(xué)習(xí)無關(guān)的事情。分析導(dǎo)致上述問題出現(xiàn)的原因，筆者認(rèn)為由以下三個(gè)方面造成。一是學(xué)生自身學(xué)習(xí)目的不明確，不明白該課程的工程實(shí)用性。二是教師方面，教學(xué)方法及手段等不符合新工科的發(fā)展要求。三是師生關(guān)系較傳統(tǒng)，仍以教師為課堂中心，學(xué)生被教學(xué)。因此，根據(jù)新工科發(fā)展的方向，對(duì)本課程進(jìn)行“以學(xué)生為中心”、基于工程的課堂教學(xué)改革。

二、“以學(xué)生為中心”?；诠こ痰恼n程改革

1.教學(xué)方法。采用小班授課教學(xué)法，提升課堂效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。特別在首堂課時(shí)，除課程性質(zhì)及授課內(nèi)容外，還應(yīng)結(jié)合社會(huì)實(shí)際介紹該課程對(duì)職業(yè)發(fā)展的作用。電子信息類畢業(yè)生有可能從事PCB設(shè)計(jì)工作，熟練掌握電子線路CAD這門課程，其前期工作薪資待遇及后期升職發(fā)展優(yōu)勢更明顯。因此，教師據(jù)此給學(xué)生指引努力的方向，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

采用項(xiàng)目教學(xué)法，本質(zhì)是突出學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐與研究活動(dòng)融合。結(jié)合工科特色，模擬企業(yè)項(xiàng)目狀態(tài)，將教學(xué)內(nèi)容分為若干個(gè)項(xiàng)目，從易到難，循序漸進(jìn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，將課堂實(shí)踐與后期的科研相融合，不斷積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2.教學(xué)模式。電子線路CAD課程現(xiàn)有的主要教學(xué)模式，仍是沿用較傳統(tǒng)的“以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式。老師講解、演示、操作相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)聽取授課知識(shí)，學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差。該課程是獨(dú)立實(shí)踐課，含繪圖軟件使用及手工制板。部分學(xué)生不主動(dòng)思考、不動(dòng)手操作，課程知識(shí)點(diǎn)掌握程度有限。想要改變這種現(xiàn)狀，需采取“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，注重帶動(dòng)其主觀能動(dòng)性。在新工科背景下，要求培養(yǎng)的高等工程人才是復(fù)合型技術(shù)人才，具有更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及跨屆融合的能力，具有更強(qiáng)的實(shí)踐能力，具有快速學(xué)習(xí)的能力。只有以學(xué)生為主體，發(fā)揮學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生最核心的能力——獨(dú)立思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)、快速接受新事物的能力，才能更好地掌握課程內(nèi)容。

3.基于工程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置。課程的教學(xué)改革，其中很重要的一點(diǎn)是完善教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)體系。在新工科背景下，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)跟實(shí)際工程結(jié)合。教師根據(jù)教學(xué)要求，深入挖掘?qū)嶒?yàn)室現(xiàn)有設(shè)備的功能及潛力，設(shè)置出更多更好的基于工程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目。

單片機(jī)技術(shù)也是電子技術(shù)類專業(yè)核心課程。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于家用電器、儀器儀表、航空航天、專用設(shè)備智能管理及過程控制等領(lǐng)域，幾乎所有電子相關(guān)硬件產(chǎn)品都會(huì)集成單片機(jī)。電子線路CAD課程的教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)與單片機(jī)軟硬件結(jié)合，設(shè)置一個(gè)以經(jīng)典51單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心的項(xiàng)目內(nèi)容，將CAD課程的所有內(nèi)容滲入學(xué)習(xí)?！耙詫W(xué)生為中心”，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成從繪制電路原理圖、制作元件庫、設(shè)計(jì)PcB、手工制板、調(diào)試、應(yīng)用的完整開發(fā)過程。有利于學(xué)生對(duì)后續(xù)其他專業(yè)課程的理解與應(yīng)用，就業(yè)時(shí)能快速與工程師要求接軌。

電子線路CAD課程總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，周學(xué)時(shí)為2學(xué)時(shí)。根據(jù)培養(yǎng)方案的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)大綱制定了以經(jīng)典51單片機(jī)最小系統(tǒng)（電路原理圖見圖1）為主線的七個(gè)項(xiàng)目內(nèi)容。學(xué)生首先樹立工程項(xiàng)目（project）的意識(shí)并掌握AItium Designer軟件的使用方法，會(huì)進(jìn)行相關(guān)環(huán)境的設(shè)置等，熟練原理圖元件庫、PCB封裝庫及集成庫的設(shè)計(jì)，能根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求繪制相應(yīng)的電路原理圖、層次原理圖及設(shè)計(jì)印制電路板圖（PCB圖見圖2）;其次再熟悉手工制板工藝并進(jìn)行實(shí)物制作。過程如下：原理圖設(shè)計(jì)、PcB設(shè)計(jì)、打印PCB圖、轉(zhuǎn)印到單面銅板上、腐蝕、鉆孔、整型裝配元器件、焊接、調(diào)試電路。課程最終的考核由平時(shí)成績、原理圖設(shè)計(jì)、手工制板及實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合評(píng)定。

基于工程設(shè)置的經(jīng)典51單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成手工制板。電路調(diào)試成功后，教學(xué)內(nèi)容還能進(jìn)一步延伸并與單片機(jī)核心課程相結(jié)合。調(diào)試成功的電路板可與計(jì)算機(jī)連接，下載程序到單片機(jī)上，實(shí)現(xiàn)一些簡單的功能。根據(jù)培養(yǎng)方案，單片機(jī)課程開設(shè)在電子線路CAD課程之后，可擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容存在很多可能性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的興趣，對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)有促進(jìn)作用，很大程度上提高了學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新及融合不同知識(shí)的能力。

三、結(jié)語

文章針對(duì)“電子線路CAD”課程的教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)了常規(guī)繪圖軟件Altium Designer（簡稱AD）繪制電路原理圖、繪制各類元件及其庫、繪制層次原理圖、設(shè)計(jì)PCB圖等的基礎(chǔ)上，引入“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式、基于工程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置，使學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)制作目標(biāo)電路，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路到實(shí)際電路制作——電路圖變實(shí)物的工作流程。通過實(shí)際電路的制作，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)通過實(shí)際電路的調(diào)試與實(shí)現(xiàn)及創(chuàng)新，鍛煉了學(xué)生的科研能力。以課程內(nèi)容為基本，貫徹創(chuàng)新意識(shí)，貫通理論與實(shí)踐，將知識(shí)工程化，實(shí)現(xiàn)新工科的培養(yǎng)理念。