電路CAD技術課程引入項目式教學模式研究

【摘要】探討在電路CAD技術課程中引入項目式教學模式的措施，提出關于電路CAD技術課程的各項要求。

【關鍵詞】電路CAD技術 項目式教學研究

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）08C-0141-02

電路CAD技術是一門綜合性、技術性和實踐性較強的專業課程，涉及多方面的電子基礎知識和生產實踐知識。在傳統的教學方法中，電路CAD技術以一門理論課程的方式開展教學。由教師介紹印制電路板設計軟件的功能、特點和使用方法，學生則在實驗課時練習軟件的操作方法。在這種教學模式下，學生缺乏思考以及思考的主動性，沒有真正提高電路設計能力，其創新思維、創新意識、創新能力的發展有限。為培養學生動手能力，滿足當代社會對電子技術人才的需求，應對傳統的教學方式進行改革，研究一種引導學生自行設計，以靈活創新的方法解決問題，從而培養學生創新思維、創新能力的教學方式。本文對電路CAD技術課程教學進行研究。

一、電路CAD技術課程項目式教學

電路CAD技術課程的中心思想是讓學生綜合利用自己學到的知識進行創新性設計，以此來培養他們的科研動手能力、基本試驗能力以及發現問題和解決問題的能力，并且在設計中得到提高。正是以這一指導思想為基礎，制定符合現代教學要求的實驗教學方法，提出引入項目式教學方式。讓學生根據學過的理論知識來設計一個實際應用的電子電路項目，同時運用電路設計工具軟件，繪制電路原理圖以及PCB板圖，并且對原理圖進行仿真和校驗。

項目式教學法目前在德國等發達國家普遍采用，是一種以學生為本的活動教學法，實踐性較強。其具體實施方式是由學校和企業共同組成項目小組，深入實際，在解決問題的同時，學習和應用已有的知識，在實踐第一線培養解決問題的能力。在一個預先計劃好的項目中，由學生組成小組，有一項確定的工作，每個工作環節如何實施由學生自行策劃。

（一）教學組織方式

由教師提出實際項目主題，學生的理論學習在項目完成過程中同步進行。在項目過程中，教師僅為學生提供低限度的提示，學生應在完成項目具體任務中自行規劃，獨立解決問題。如此，盡可能讓學生通過自身努力獲得成功，鍛煉實踐能力。

（二）項目劃分

將整個課程分為演示項目、練習項目及綜合項目三大類。每類項目都包含三個大項目：原理圖設計、PCB板圖設計及制作。

原理圖分為：原理圖環境設計、原理圖庫操作、原理圖設計、檢查原理圖及生成網絡表四個小項目。

PCB圖分為：PCB環境設計、PCB庫操作、PCB布局、PCB布線和設計規則檢查四個小項目。

項目實施：策劃方案、認識器件、上機設計、動手制作、項目檢查、學生自評互評、案例分析。

（三）具體過程

1 策劃方案。多名學生組成項目小組，針對下達的項目進行討論，制定和論證可行方案。根據最終確定的最佳方案分解項目任務，分配工作內容。

2 上機設計。教師指導學生了解和熟悉電路CAD軟件中常用元器件以及如何使用各種軟件功能，學生在教師指導下繪制項目的原理圖和PCB板圖。

3 電路制作。原理圖與PCB圖設計完成后，將PCB板圖復制在PCB板上。通過光刻、腐蝕、漂洗等工序之后進行元件的焊接、組裝。最后進行調試。

4 項目檢查。教師在項目進行過程中對項目跟蹤檢查，并給出評分。既應重視項目中間過程的評價，也應重視對實踐操作能力的檢驗。

5 自評互評。項目完成后，各項目組內成員之間和各項目組之間應開展自評和互評活動，進行自我評價和相互探討。注重對學生的工作態度、團隊協作及溝通能力的檢驗。

6 案例分析。在項目最終完成后，教師組織學生就一個完成較好的項目進行案例分析，讓學生了解此項目的優點和不足，從中吸取經驗。

二、教學要求

電路CAD技術課程的中心思想是讓學生綜合利用自己學到的知識進行創新性設計，以此來培養他們的科研動手能力、基本試驗能力以及發現問題和解決問題的能力，并且在設計中得到提高。以這一指導思想為基礎，為保證實驗教學方法符合現代教學要求，提出關于課程的各項要求。

（一）關于教學項目的要求（以單片機測試系統的項目為例）

1 項目涉及的芯片必須包含MCS-51系列單片機最小系統。

2 帶有一路傳感器及相應的調理電路，可以涉及位移、溫度、壓力等。

3 帶有AD轉換芯片，實現檢測物理量的模數轉換功能。

4 能在4位LED中顯示測試的物理量。

5 要帶設置按鈕，能根據實際情況做出相應的調整（例如溫度的上、下限設置，壓力的報警值等）。

6 系統要包含聲光報警電路。即檢測量超過設定值后，具有自動報警功能。

根據上述要求，項目基本構成如圖1所示。

（二）關于學生實踐內容的要求

1 要求學生設計多種方案，從中選擇最佳方案繪制原理圖。

2 原理圖要求原理正確要有根有據。元器件的選擇要合理，達到使用目的的同時考慮實際的經濟效益，力爭達到最優。

3 傳感器工作穩定、能滿足精度等要求。如果傳感器存在溫度漂移等情況，要采用軟件或者硬件補償，并且給出補償的原理，使得傳感器工作可靠、穩定。

4 由于PCB的設計規則非常豐富，幾乎覆蓋設計任務的全過程，這些規則涉及間距、對象幾何形狀、布局、并行問題、阻抗控制、信號完整性、布線優先級、布線拓撲等。規則共分為電子規則、布線規則、元件規則、阻焊規則、內部電源層規則、測試點規則、制造規則、高速電路規則和布局規則這幾大類。這里要求學生繪制PCB之前，要從實際制造的角度，對上述各項規則進行正確的設置，力爭所設計的PCB板既能正確地實現原理圖中的功能，又要布局合理美觀，便于裝配調試。

5 提供一份完整的設計說明書，詳細說明電路圖的工作原理、元件選擇依據、PCB設計規則以及加工PCB所需的文件等。

（三）關于仿真分析和校驗的要求

在PCB設計之前，需要對設計的原理圖進行仿真分析和校驗。在設計軟件PROTEL99SE中，可以直接進行模擬電路、數字電路和數模混合電路的仿真。項目設計要求對傳感器調理電路部分進行仿真。電路仿真的步驟通常為繪制仿真電路、加電源、定義觀察的節點、設置希望收集、顯示、存儲的仿真數據、設置仿真分析參數、運行仿真分析和觀察仿真結果。根據仿真的結果來校驗傳感器調理是否正確。因此在原理圖設計和仿真分析之間存在一個反復的過程。電路的放大倍數是否合理，工作能否正常，都需要加以分析，從而對選擇的參數進行調整，使繪制的原理圖符合要求。

（四）關于項目實現的要求

各元件的參數以及原理圖，不僅要求學生回顧以往所學過的理論知識，還要查閱相關參考資料，如元件的技術參數、元件的引腳說明等，明確自己的設計方向，并且從大量的理論知識中提煉出自己需要的部分。學生需要充分發揮開闊的思維，設計分析不同方案的優劣，然后預測不同方案的經濟效益以及實用情況，最后得出一個最佳方案。這個階段需要教師給予學生適當的啟發性指導，既不限制他們的思維，又要有利于他們的創新。

（五）關于教學開展的要求

為保證教學效果，項目式教學應保持長期進行。試驗性教學應開展至少三期以上教學活動并統計相關數據，以便就各階段教學成果進行對比分析。

三、總結

電路CAD技術課程設計采用了以學生為主、教師為輔、培養創新精神和創造能力的實驗教學方式，同過去的驗證性、純教學性的實驗教學方式相比，取得了良好的效果。在試驗性教學中，為一批學生設計了三個課程項目，開展了連續三期實踐課程，課程成果統計數據見表1。

項目式教學方式使學生學到了課本中無法學到的東西，增強了學生的綜合設計能力，使學生學會綜合運用計算機技術、傳感器技術、模擬電路、數字電路等課程中的知識來解決實際中的問題，是從理論到實踐的提高。學生對以前學得一知半解的知識有了更深刻的理解，特別是對測控電路的應用，同時掌握了設計軟件PROTEL99SE的常用工具，為今后的設計以及工作打下了良好的基礎。

（責編 蘇洋）