面向新工科的电子线路CAD课程改革

简远鸣 熊川

摘要：文章针对新工科建设的需求，探索电子线路cAD课程的教学改革新思路，对其进行“以学生为中心”、基于工程的课堂教学改革。

关键词：新工科;电子线路CAD;“以学生为中心”;工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）36-0118-02

桂林航天工业学院学科专业建设特色鲜明，目前拥有30个本科专业、26个高职高专专业，其中工科专业占比三分之二，形成了以工学为主的專业体系，是广西高校中工科比例最高的本科院校之一。每年相关专业毕业生到航空航天民航系统就业率均达97%以上。因此，学校明确了探索新工科背景下航空航天民航特色人才培养新模式，全面落实工程教育专业认证理念，聚焦国内外发展，及时调整教学模式，改革课程设置，培养更多适合社会经济需求的新型工科人才。

一、电子线路CAD课程现状

1.电子线路CADI程实用性。科技改变生活。随着电子技术的快速发展，新型元器件不断出现，电子线路越来越复杂，信号频率越来越高，电路集成度也越来越高。PCB板（印制电路板）的设计自然有了更高的要求。电路设计工作已无法仅靠手工完成，设计人员使用高效、快捷的电子线路计算机辅助设计（即电子线路CAD）软件来设计。因此，确定了该课程的核心地位。掌握好该课程，有利于电子信息类学生动手及设计能力的提高，树立工程应用的思维和观念，为后续专业课程等的学习及毕业从事专业技术工作打下坚实的基础。

2.电子线路CAD课程教学问题分析。笔者之前研究结果表明，当前本科电子线路CAD课程教学存在以下教学问题：（1）课时限制及课程性质;（2）新式教学方式应用不完善，评价机制缺乏客观性;（3）教学模式单一;（4）缺少对外部资源的利用。此外，还有一个最重要主观因素是学生们的学习态度。学生学习积极性不高，在课堂专注于与学习无关的事情。分析导致上述问题出现的原因，笔者认为由以下三个方面造成。一是学生自身学习目的不明确，不明白该课程的工程实用性。二是教师方面，教学方法及手段等不符合新工科的发展要求。三是师生关系较传统，仍以教师为课堂中心，学生被教学。因此，根据新工科发展的方向，对本课程进行“以学生为中心”、基于工程的课堂教学改革。

二、“以学生为中心”。基于工程的课程改革

1.教学方法。采用小班授课教学法，提升课堂效率，激发学生学习兴趣。特别在首堂课时，除课程性质及授课内容外，还应结合社会实际介绍该课程对职业发展的作用。电子信息类毕业生有可能从事PCB设计工作，熟练掌握电子线路CAD这门课程，其前期工作薪资待遇及后期升职发展优势更明显。因此，教师据此给学生指引努力的方向，激发学生学习的动力。

采用项目教学法，本质是突出学习过程中的实践与研究活动融合。结合工科特色，模拟企业项目状态，将教学内容分为若干个项目，从易到难，循序渐进，旨在培养学生独立思考的能力，将课堂实践与后期的科研相融合，不断积累设计经验。

2.教学模式。电子线路CAD课程现有的主要教学模式，仍是沿用较传统的“以教师为主导”的教学模式。老师讲解、演示、操作相关教学内容，学生被动听取授课知识，学习主动性较差。该课程是独立实践课，含绘图软件使用及手工制板。部分学生不主动思考、不动手操作，课程知识点掌握程度有限。想要改变这种现状，需采取“以学生为中心”的教学模式，注重带动其主观能动性。在新工科背景下，要求培养的高等工程人才是复合型技术人才，具有更高的创新创业能力及跨届融合的能力，具有更强的实践能力，具有快速学习的能力。只有以学生为主体，发挥学生的潜能，培养学生最核心的能力——独立思考、主动学习、快速接受新事物的能力，才能更好地掌握课程内容。

3.基于工程的教学内容设置。课程的教学改革，其中很重要的一点是完善教学内容，优化教学体系。在新工科背景下，教学内容应跟实际工程结合。教师根据教学要求，深入挖掘实验室现有设备的功能及潜力，设置出更多更好的基于工程的实验实践项目。

单片机技术也是电子技术类专业核心课程。单片机广泛应用于家用电器、仪器仪表、航空航天、专用设备智能管理及过程控制等领域，几乎所有电子相关硬件产品都会集成单片机。电子线路CAD课程的教学内容、设计与单片机软硬件结合，设置一个以经典51单片机最小系统为核心的项目内容，将CAD课程的所有内容渗入学习。“以学生为中心”，引导学生独立完成从绘制电路原理图、制作元件库、设计PcB、手工制板、调试、应用的完整开发过程。有利于学生对后续其他专业课程的理解与应用，就业时能快速与工程师要求接轨。

电子线路CAD课程总学时为32学时，周学时为2学时。根据培养方案的教学目标，教学大纲制定了以经典51单片机最小系统（电路原理图见图1）为主线的七个项目内容。学生首先树立工程项目（project）的意识并掌握AItium Designer软件的使用方法，会进行相关环境的设置等，熟练原理图元件库、PCB封装库及集成库的设计，能根据设计任务要求绘制相应的电路原理图、层次原理图及设计印制电路板图（PCB图见图2）;其次再熟悉手工制板工艺并进行实物制作。过程如下：原理图设计、PcB设计、打印PCB图、转印到单面铜板上、腐蚀、钻孔、整型装配元器件、焊接、调试电路。课程最终的考核由平时成绩、原理图设计、手工制板及实验报告综合评定。

基于工程设置的经典51单片机最小系统实践教学内容，学生在实验室完成手工制板。电路调试成功后，教学内容还能进一步延伸并与单片机核心课程相结合。调试成功的电路板可与计算机连接，下载程序到单片机上，实现一些简单的功能。根据培养方案，单片机课程开设在电子线路CAD课程之后，可扩展的实验内容存在很多可能性，激发学生自主学习单片机课程的兴趣，对后续的学习有促进作用，很大程度上提高了学生的实践、创新及融合不同知识的能力。

三、结语

文章针对“电子线路CAD”课程的教学内容，在学习了常规绘图软件Altium Designer（简称AD）绘制电路原理图、绘制各类元件及其库、绘制层次原理图、设计PCB图等的基础上，引入“以学生为中心”的教学模式、基于工程的教学内容设置，使学生独立设计制作目标电路，并实现设计思路到实际电路制作——电路图变实物的工作流程。通过实际电路的制作，锻炼了学生的实践能力，同时通过实际电路的调试与实现及创新，锻炼了学生的科研能力。以课程内容为基本，贯彻创新意识，贯通理论与实践，将知识工程化，实现新工科的培养理念。