面向新工科的電子線路CAD課程改革

簡遠鳴 熊川

摘要：文章針對新工科建設的需求，探索電子線路cAD課程的教學改革新思路，對其進行“以學生為中心”、基于工程的課堂教學改革。

關鍵詞：新工科;電子線路CAD;“以學生為中心”;工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）36-0118-02

桂林航天工業學院學科專業建設特色鮮明，目前擁有30個本科專業、26個高職高專專業，其中工科專業占比三分之二，形成了以工學為主的專業體系，是廣西高校中工科比例最高的本科院校之一。每年相關專業畢業生到航空航天民航系統就業率均達97%以上。因此，學校明確了探索新工科背景下航空航天民航特色人才培養新模式，全面落實工程教育專業認證理念，聚焦國內外發展，及時調整教學模式，改革課程設置，培養更多適合社會經濟需求的新型工科人才。

一、電子線路CAD課程現狀

1.電子線路CADI程實用性。科技改變生活。隨著電子技術的快速發展，新型元器件不斷出現，電子線路越來越復雜，信號頻率越來越高，電路集成度也越來越高。PCB板（印制電路板）的設計自然有了更高的要求。電路設計工作已無法僅靠手工完成，設計人員使用高效、快捷的電子線路計算機輔助設計（即電子線路CAD）軟件來設計。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生動手及設計能力的提高，樹立工程應用的思維和觀念，為后續專業課程等的學習及畢業從事專業技術工作打下堅實的基礎。

2.電子線路CAD課程教學問題分析。筆者之前研究結果表明，當前本科電子線路CAD課程教學存在以下教學問題：（1）課時限制及課程性質;（2）新式教學方式應用不完善，評價機制缺乏客觀性;（3）教學模式單一;（4）缺少對外部資源的利用。此外，還有一個最重要主觀因素是學生們的學習態度。學生學習積極性不高，在課堂專注于與學習無關的事情。分析導致上述問題出現的原因，筆者認為由以下三個方面造成。一是學生自身學習目的不明確，不明白該課程的工程實用性。二是教師方面，教學方法及手段等不符合新工科的發展要求。三是師生關系較傳統，仍以教師為課堂中心，學生被教學。因此，根據新工科發展的方向，對本課程進行“以學生為中心”、基于工程的課堂教學改革。

二、“以學生為中心”。基于工程的課程改革

1.教學方法。采用小班授課教學法，提升課堂效率，激發學生學習興趣。特別在首堂課時，除課程性質及授課內容外，還應結合社會實際介紹該課程對職業發展的作用。電子信息類畢業生有可能從事PCB設計工作，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展優勢更明顯。因此，教師據此給學生指引努力的方向，激發學生學習的動力。

采用項目教學法，本質是突出學習過程中的實踐與研究活動融合。結合工科特色，模擬企業項目狀態，將教學內容分為若干個項目，從易到難，循序漸進，旨在培養學生獨立思考的能力，將課堂實踐與后期的科研相融合，不斷積累設計經驗。

2.教學模式。電子線路CAD課程現有的主要教學模式，仍是沿用較傳統的“以教師為主導”的教學模式。老師講解、演示、操作相關教學內容，學生被動聽取授課知識，學習主動性較差。該課程是獨立實踐課，含繪圖軟件使用及手工制板。部分學生不主動思考、不動手操作，課程知識點掌握程度有限。想要改變這種現狀，需采取“以學生為中心”的教學模式，注重帶動其主觀能動性。在新工科背景下，要求培養的高等工程人才是復合型技術人才，具有更高的創新創業能力及跨屆融合的能力，具有更強的實踐能力，具有快速學習的能力。只有以學生為主體，發揮學生的潛能，培養學生最核心的能力——獨立思考、主動學習、快速接受新事物的能力，才能更好地掌握課程內容。

3.基于工程的教學內容設置。課程的教學改革，其中很重要的一點是完善教學內容，優化教學體系。在新工科背景下，教學內容應跟實際工程結合。教師根據教學要求，深入挖掘實驗室現有設備的功能及潛力，設置出更多更好的基于工程的實驗實踐項目。

單片機技術也是電子技術類專業核心課程。單片機廣泛應用于家用電器、儀器儀表、航空航天、專用設備智能管理及過程控制等領域，幾乎所有電子相關硬件產品都會集成單片機。電子線路CAD課程的教學內容、設計與單片機軟硬件結合，設置一個以經典51單片機最小系統為核心的項目內容，將CAD課程的所有內容滲入學習。“以學生為中心”，引導學生獨立完成從繪制電路原理圖、制作元件庫、設計PcB、手工制板、調試、應用的完整開發過程。有利于學生對后續其他專業課程的理解與應用，就業時能快速與工程師要求接軌。

電子線路CAD課程總學時為32學時，周學時為2學時。根據培養方案的教學目標，教學大綱制定了以經典51單片機最小系統（電路原理圖見圖1）為主線的七個項目內容。學生首先樹立工程項目（project）的意識并掌握AItium Designer軟件的使用方法，會進行相關環境的設置等，熟練原理圖元件庫、PCB封裝庫及集成庫的設計，能根據設計任務要求繪制相應的電路原理圖、層次原理圖及設計印制電路板圖（PCB圖見圖2）;其次再熟悉手工制板工藝并進行實物制作。過程如下：原理圖設計、PcB設計、打印PCB圖、轉印到單面銅板上、腐蝕、鉆孔、整型裝配元器件、焊接、調試電路。課程最終的考核由平時成績、原理圖設計、手工制板及實驗報告綜合評定。

基于工程設置的經典51單片機最小系統實踐教學內容，學生在實驗室完成手工制板。電路調試成功后，教學內容還能進一步延伸并與單片機核心課程相結合。調試成功的電路板可與計算機連接，下載程序到單片機上，實現一些簡單的功能。根據培養方案，單片機課程開設在電子線路CAD課程之后，可擴展的實驗內容存在很多可能性，激發學生自主學習單片機課程的興趣，對后續的學習有促進作用，很大程度上提高了學生的實踐、創新及融合不同知識的能力。

三、結語

文章針對“電子線路CAD”課程的教學內容，在學習了常規繪圖軟件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、設計PCB圖等的基礎上，引入“以學生為中心”的教學模式、基于工程的教學內容設置，使學生獨立設計制作目標電路，并實現設計思路到實際電路制作——電路圖變實物的工作流程。通過實際電路的制作，鍛煉了學生的實踐能力，同時通過實際電路的調試與實現及創新，鍛煉了學生的科研能力。以課程內容為基本，貫徹創新意識，貫通理論與實踐，將知識工程化，實現新工科的培養理念。