電子線路CAD與仿真課程教學中的思考

【摘要】電子線路CAD與仿真（CAD即計算機輔助設計）是電子信息工程專業和通信工程專業的一門專業基礎課，是對動手操作技能要求較強的課程。在課程中，學生比較喜歡進行上機操作，而理論知識比較難懂。所以在教學中結合課程特點，先教會學生簡單操作，使學生完成簡單設計，從而激發學生的學習興趣，調動學生學習課程的積極性，此時再講解設計原理及詳細內容，學生更容易接受，從而達到良好的教學效果。

【關鍵詞】計算機輔助設計；教學；動手操作；思考

1.引言

近年來，伴隨著科學技術的不斷進步，電路設計也在飛速發展。目前，集成電路的設計正在向性能高、容量大、速度快、低功耗和體積小的方向發展，使得電路系統設計的復雜度不斷增加，設計規模也越來越大。計算機輔助設計是利用計算機及其圖形設備幫助設計人員完成設計工作，它已經成為設計人員可以有效節省資源、提高設計效率并縮短設計周期的不可或缺的工具。

電子線路CAD與仿真是電路集成設計系統，它是電子信息工程專業和通信工程專業的專業基礎課，是作為電子信息工程專業和通信工程專業的學生必須掌握的電路系統設計基本技能，是學生畢業后從事專業工作的基礎。所以熟練地掌握并運用電子線路CAD與仿真課程的內容是非常重要的。

電子線路CAD與仿真課程主要講述如何繪制電路原理圖并完成印制電路板的設計，它綜合了電路原理圖繪制、印制電路板設計、設計規則檢查、電路仿真、FPGA/CPLD及邏輯器件設計等功能[1]。

2.問題的提出

我們在講述一門課程時，往往是先由教師在課堂上講述各種專業的理論知識，然后學習不同技術的工作原理，最后在理論課程結束時再安排時間進行實踐課程學習，例如實驗、實訓和實習等，使學生可以將理論知識應用到實踐環節中，從而在實踐操作中深化對理論知識的理解。

這種方法是一般課程的講述方法，是使學生不是在無任何知識的前提下盲目的操作。這種方法雖然有其優點，但是仍然存在以下一些弊端：

（1）在理論教學中，教師講解某些理論知識后總會問學生是否聽懂，是否明白，學生大部分會回答聽懂了明白了，老師認為他們真的聽懂了，而其實很多學生還是一知半解，甚至什么也不懂。由于理論知識比較枯燥、繁瑣，學生學習起來興趣也不大。認真一些的學生會靠死記硬背進行理論知識的學習，這樣記憶的知識很容易忘掉；而懶惰一些的學生不愿意記憶，什么也記不下來。所以到實踐教學環節時，問題就會很突出的表現出來：認真一些的學生，他們死記硬背的知識也已經忘得差不多了；而懶惰一些的學生基本上什么理論知識都不知道。因此學生在進行實際操作中，會不停地問老師“這個怎么做？”“那個是怎么回事？”“為什么會出現這樣的現象？”等等諸如此類的問題。老師也會很生氣地問學生理論課上都學了些什么。為了解決這些問題并完成實踐操作，學生要么必須重新翻書查找學習，耗費很多時間和精力；要么應付了事，匆匆做完實驗拿學分。而大多數學生會選擇后者。這樣很不利于學生的學習。

（2）電子信息工程專業和通信工程專業要求學生有較強的動手操作能力，這樣才能達到工作崗位的需要。作為電子信息工程專業和通信工程專業的專業基礎課電子線路CAD與仿真也是一門對學生動手操作要求較高的課程，而它的理論知識相對繁雜，不容易理解記憶。

綜上所述，針對不同的專業及不同的課程，應該采取不同的教學方法。

3.先操作后深入學習

現代美國教育家杜威（John Dewey）以“教育即生活”、“教育即生長”、“教育即經驗的改造”為依據，對知與行的關系進行了論述，并提出了舉世聞名的“從做中學”（Learning by doing）的理論。該理論實際就是要加強對學生實際操作能力的培養，培養學生探究和解決問題的能力，培養學生從事和適應實際工作的能力。[2]

電子線路CAD與仿真課程對操作技能要求較高，所以我們可以采用先讓學生大致懂得如何操作，之后再在操作中穿插講述理論原理及一些復雜設置。例如在講課之前，我會拿出已經繪制完畢的某設計電路原理圖和已經制作成型的印制電路板給學生傳看，讓學生大致了解本課程涉及的內容。看著已經成型的印制電路板，學生會覺得很出色，希望自己也可以做到，從而提高學生學習課程的興趣，并調動學生學習課程的積極性。然后我再選取一個比較簡單的設計，從頭到尾得講述并示范一遍它的制作過程：從如何建立PCB項目文件，到如何進行電路原理圖的設計，再到如何產生網絡表和其他報表，再到如何進行印制電路板的設計，最后進行文件打印和存儲。

在我講解并示范結束之后，學生會躍躍欲試，希望自己也可以成功地繪制出電路原理圖并完成印制電路板的設計。在操作的過程中，由于學生是第一次接觸，所以難免會有某些步驟記不清楚，但是由于事例比較簡單，所以經過自己的努力和老師的幫助會順利地解決問題，并且在操作過程中遇到的問題也會隨著它們的解決而印象深刻。

當然這個事例會選取的比較簡單，這樣學生比較容易完成，另外我對這個事例制作過程的講解也不會太詳細。這樣學生會在自己的不斷嘗試和探索中完成第一個簡單的設計，使學生可以在學習課程的開始階段就看到自己的成果，體驗了成功的喜悅，情緒高漲，增加了學生學習課程的興趣，激發了學生希望繼續學習課程知識的主動性。所以，學生的求知欲增強。從心理學的角度分析，當一個人處于情緒高漲、興奮的時候，他渴望學習到知識的欲望會增加，對知識的接受能力和理解能力也會增強。此時教師再向學生講解詳細的操作設置和原理知識等，他們會更容易理解，從而達到事半功倍的效果。

當學生完成了自己的第一份設計之后，我會在各個步驟中穿插詳細的內容：

（1）在建立項目文件部分，我詳細講解了如何建立PCB項目文件，如何保存項目文件，如何在項目中添加相應的原理圖文件、PCB文件及庫文件等內容。這樣使學生對文件的組織結構更深入地理解。

（2）在電路原理圖設計部分，我講解了如何啟動Protel DXP的原理圖編輯器，如何進行電路原理圖的圖紙及選項的基本設置，如何進行電路原理圖的繪制達到設計要求，如何進行電路原理圖的ERC（電氣規則檢查）檢查，如何制作電路原理圖庫中沒有的元件。從而使學生全面地學習電路原理圖設計的規則和要求等。

（3）在裝入網絡報表和元件封裝部分，我講解了如何查看裝載過程中出現的錯誤，如何分析并改正錯誤。從而使學生了解在從電路原理圖向印制電路板設計過渡中可能會出現的錯誤，并在設計中合理安排避免錯誤。

（4）在PCB設計部分，我從如何啟動PCB編輯器，如何進行包括元件的電氣規則、布局規則和布線規則的印制電路板設計的基本設置，如何進行PCB板元件的合理布局，如何進行PCB板的自動布線，并對不合理的布線進行手動調整，如何進行PCB板的DRC（設計規則檢查）檢查等方面講解。從而使學生深入地認識印制電路板設計的規則和要求，在設計中盡量做到全面考慮，避免錯誤。

通過這樣詳細的講解之后，使學生更加全面地了解一個設計的具體設置以及針對不同項目進行設計的規則原理。達到了掌握課程并運用課程的要求。

4.結束語

結合電子線路CAD與仿真課程要求動手操作能力較強而理論知識較難理解的特點，我在教學中采用先讓學生通過自己動手操作完成小型設計，然后再詳細講解原理及步驟的教學方式，較好地提高了學生的學習興趣，調動了學生深入學習課程的積極性，使學生很好地完成課程的學習。

參考文獻

[1]姜立東，姜雪松.Protel DXP原理圖與PCB設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2004.9.

[2]劉鴻雁.杜威的“從做中學”理論在高職教學中的應用研究[J].讀與寫，2010.7：75.

[3]薛楠.Protel DXP 2004原理圖與PCB設計實用教程[M].北京：機械工業出版社，2012.3.

作者簡介：烏仁格日樂（1983—），女，蒙古族，內蒙古呼和浩特人，碩士研究生，內蒙古工業大學信息工程學院教師，主要研究方向：電子信息工程與通信工程。