基于任務驅動教學模式電子線路CAD授課內容規劃

任國臣

摘?要：針對電子線路CAD在教學模式方面存在的問題和弊端，以電路原理圖和PCB設計工具Altium?Designer為支撐平臺，依托任務驅動式教學模式，規劃了電子線路CAD教學目標和對應的授課內容以及具體任務，采用任務驅動法調動學生主動學習電子線路CAD的積極性，改善了以往考查課學生不學的弊端，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：電子線路CAD;任務驅動;電原理圖;PCB

電子線路CAD的教學目標是使學生熟練掌握計算機輔助設計軟件的使用方法，使電學科學生熟悉和掌握電子線路CAD發展的最新趨勢，掌握主流電子設計工具應用，具備獨立完成電原理圖和PCB板設計的能力。然而，傳統的課程教學模式不能吸引學生的注意力，學生主動獲取知識積極性不強，課堂效果較差;為了提高學生學習的積極性，提高授課質量，針對電子線路CAD課程特點，采用任務驅動教學模式;而任務驅動教學模式的實施，最重要的是課程授課目標的規劃和具體授課內容的規劃。

1?任務驅動教學模式基本指導思想

“任務驅動”教學最根本的就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”，是建立在建構主義學習理論基礎上的一種教學方法，將以傳授知識為主的傳統教學理念轉變為解決問題、完成任務為主的教學理念[1];將“填鴨式”的教學模式轉變為探究式教學，改變以往“教師講，學生聽”，以教定學的被動教學模式，變學生為主動、教師為指導。學生在教師的指導下，圍繞某些具體任務而展開的教學活動，由于學生收到了一個具體的有針對性的教學任務，這樣在問題動機的驅動下，學生會積極主動進行研究或探索，學生針對收到的具體的教學任務，有針對性的進行學習，在學習過程中，通過對任務的完成和問題的解決，學生會獲得成功的感覺，會激發學生的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環，有利于培養學生獨立研究、探索的自學能力[1]。

2?基于任務驅動教學模式授課目標模塊規劃

任務驅動教學模式的實施，最重要的是授課目標的規劃，依據工程教育認證標準，確定課程的教學目標，然后依據教學目標，合理規劃授課內容，針對授課內容，提煉出授課具體任務。

電子線路CAD授課目標源于兩個層面，一是掌握電原理圖的繪制，二是掌握PCB的繪制;在電原理圖繪制層面上，需要掌握元件庫的加入、元器件查找與放置、編輯、繪圖技巧;在PCB板繪制層面，需要掌握線路板層的設置、PCB板的布局等等。因此電子線路CAD的教學目標是使學生掌握運用計算機工具軟件繪制電路原理圖和印制電路板圖的方法，依據這一總體目標，規劃了3個大的教學模塊：電原理圖繪制基本技能、PCB板繪制基本技能、實際工程案例訓練，其中電原理圖繪基本技能制規劃了7個模塊、PCB繪制基本技能規劃了3個模塊，實際工程案例訓練規劃了5個模塊，規劃的教學模塊如圖1所示：

圖1?電子線路CAD授課目標模塊規劃

3?電原理圖繪制基本技能教學模塊的規劃

該模塊主要使學生掌握電原理圖繪制基本技能，為學生在后續課程的電原理圖繪制奠定基礎，具體劃分了7個功能模塊，具體功能模塊規劃如下：

模塊1：模塊1的教學任務是使學生掌握基于工程項目管理的工程建立、原理圖建立、圖紙屬性的具體設置以及繪制圖紙環境設置，取景框的應用以及元件庫的管理等，具體任務流程如圖2所示。

圖2?模塊1任務及流程

模塊2：模塊2的教學任務是使學生掌握元件放置、元件方向調整、元件撤除、元件屬性修改、連線操作、電氣節點放置、電源和地放置，具體任務流程如圖3所示。

圖3?模塊2的任務及流程

模塊3：模塊3的教學任務是通過繪制AT89C51與2764程序存儲器擴展電路原理圖，使學生掌握總線放置、總線分支放置、網絡標號放置、IO端口放置及屬性修改、元件模型管理、圖文添加等具體操作方法，具體任務及流程如圖4所示。

圖4?模塊3任務及流程

模塊4：模塊4的教學任務是給定一個單管交流信號放大電路，使學生通過該原理圖的繪制，使學生掌握單個及多個對象操作及編輯、快速標記（選定）操作對象、批量修改器件屬性、文本類信息修改、元件及圖件自動對齊、多條平行線迅速畫出、陣列粘貼、系統缺省設置、Navigator導航器使用、元件自動編號等原理圖編輯技巧。

模塊5：該模塊的教學任務就是使學生掌握元件電氣圖形符號編輯與創建，具體任務是給定一個新封裝二極管，使學生掌握原理圖元件庫文件編輯器啟動操作方法、原理圖元件庫文件的修改操作技巧、原理圖元件庫面板（SCH?Library）使用、修改原理圖元件庫元件、批量更新原理圖內元件、創建原理圖元件庫文件、創建元件電氣圖形符號、創建原理圖項目元件庫[2]。其中原理圖元件庫元件的修改包括一個元件的修改和批量修改2種技巧;元件電氣圖形符號創建有4個分步任務，分別是從頭開始創建元件電氣圖形符號、從當前庫文件中復制元件電氣圖形符號（前提是打開已有原理圖元件庫）、從已有元件庫文件中復制元件電氣圖形符號、制作含有多個單元電路元件的電氣圖形符號等4個具體的任務。

模塊6：通過該模塊，使學生掌握多層次電路概念及特點、層次電路設計中不同原理圖文件之間的切換、層次電路編輯方法[2];具體任務規劃是給定2個具體的電原理圖，在此基礎上繪制層次電路。

模塊7：模塊7的教學任務是在獨立完成電原理圖的基礎上，形成元器件清單，掌握原理圖報表及文件輸出以及粘貼技巧;具體任務規劃是依托電源電路圖繪制相應的電原理圖，在此基礎上，掌握原理圖的器件清單、將原理圖（帶有模板信息）及報表復制word文本、只復制粘貼選中原理圖部分（不帶模板信息）復制word文本、將其他工程原理圖中元件或電路的加到目前設計工程項目中操作方法、原理圖打印方法（利用word文檔打印方法、直接打印方法）。

4?PCB繪制教學模塊的規劃

該模塊主要使學生掌握PCB板圖繪制，為學生創新訓練以及參加工作進行電子產品研制開發打下基礎，具體劃分的3個模塊如下：

模塊1：模塊1的任務是掌握PCB文件創建，PCB編輯器界面和PCB編輯器界面應用，手工設計單面板方法[2]，該項任務包括工作層設置、手動增加板層方法、可視柵格設置、PCB環境設置、元件封裝庫的裝入[2]，畫圖工具的使用（包括元件放置、焊盤放置、電路板尺寸設置、絲印層元件序號、注釋信息編輯）。

模塊2：模塊2規劃的任務是依托電源電原理圖，自動繪制PCB板，通過這一訓練，使學生掌握任務PCB設計流程、PCB設計前準備、PCB布局、焊盤選擇、布線、地線/電源線布局規則[2]。其中焊盤選擇包括穿通元件（THC）焊盤、貼片元件焊盤、過孔，布線任務包括印制導線寄生參數及串擾、最小線寬選擇、最小布線間距選擇、印制導線走線控制、單面板中跨接線設置原則等，地線/電源線布局規則包括地線分類、地線與電源線共阻抗干擾及消除、接地方式、地線分布的一些基本原則等。

模塊3：具體任務規劃是給定一個新的PCB封裝元件，使學生掌握PCB封裝圖元件庫文件創建、在PCB庫文件中創建元件的PCB封裝圖了解PCB封裝圖庫元件管理與維護以及3D模型添加[2]。其中PCB封裝圖元件庫文件創建要掌握在用戶集成庫文件中創建PCB封裝圖元件庫文件、在設計項目內創建PCB封裝圖元件庫文件、創建項目PCB封裝圖庫等3種方法;在PCB庫文件中創建元件的PCB封裝圖要掌握在PCB封裝庫文件中手工創建元件的PCB封裝圖、利用向導（component?wizard）制作元件封裝圖、利用IPC?Footprint?Wizard制作表面貼裝元件封裝圖、利用元件復制功能制作元件封裝圖等方法。

5?實際工程案例訓練任務規劃

該模塊的主要教學任務是使學生熟練掌握電原理圖和PCB板繪制基本技能，并通過該教學模塊讓學生掌握直流穩壓電源、CPU最小系統、單管交流信號放大電路、交流無觸點開關控制電路，具體5個模塊規劃如圖5所示。

圖5?工程實際案例訓練

模塊1是實用電路原理圖繪制，該模塊訓練目標是完成基于89C51單片機最系統原理圖繪制，選作內容是基于89C51單片機最系統原理圖線路板的繪制;模塊2是自制元件電路原理圖繪制，該模塊的訓練目標是完成基于89C51單片機控制的可控硅調壓電路繪制，分2個具體任務，其中任務1制作光控可控硅MOC3062器件電氣圖形符號，任務2是完成基于89C51單片機控制的可控硅調壓電路繪制;模塊3是實用電路PCB板的基本繪制，該模塊的訓練任務是警示燈PCB板繪制，繪制警示燈的電原理圖和PCB板繪制，具體任務包括2個，其中任務1是繪制警示燈的電原理圖，任務2是完成警示燈PCB板的繪制，并給定PCB板具體尺寸、電源線寬度、信號線寬度、器件封裝等;模塊4是實用電路PCB板的規范繪制，主要任務是繪制基于555振蕩器控制的警示燈電原理圖和PCB板，具體規劃了3個任務，其中任務1是繪制基于555振蕩器控制的警示燈電原理圖，任務2是完成基于555振蕩器控制的警示燈PCB板的繪制，并給定PCB板具體尺寸、電源線寬度、信號線寬度、器件封裝等;任務3是形成器件清單。模塊5是實用電路特殊結構PCB板繪制，該模塊的主要任務是繪制特殊結構PCB板，具體規劃了2任務，其中任務1是繪制基于555振蕩器控制的警示燈電原理圖，任務2是完成基于555振蕩器控制的警示燈特殊結構PCB繪制。

6?結論

在規劃教學目標及教學模塊的基礎上，每次上課，教師首先布置教學目標及教學任務，并概要講解具體實施方法及措施，然后學生自己主動學習上機操作，依托每一次課老師給定的具體任務，進行技能學習和研究，然后教師總結，畫龍點睛，點撥學生在實踐過程中遇到的問題以及學生沒有掌握的基本技能，最后讓學生依據老師的點撥的技巧加以實踐，使學生能徹底掌握課授課的內容，達到教學目標，該教學方法在經過一個學期的實踐教學，收到了很好的教學效果。

參考文獻：

[1]羅偉昌.中職學校計算機應用類課程教學中的“授人以漁”——淺析任務驅動教學法在中職學?！掇k公軟件綜合應用》教學中的運用[J].電腦知識與技術，2018，14（06）：108-109.

[2]潘永雄，沙河.電子線路CAD實用教程——基于Altium?Designer平臺，西安電子科技大學出版社，2016.12.