“互联网+”电路板设计实验教学的改革与探索

李 海， 王 茜， 牟一卉(电子科技大学成都学院， 成都 611731)

0 引 言

人们对教育模式的概念，大多都会认为老师在讲台上讲，学生坐在下面听。但如今，随着“互联网+”这个概念在各行各业的蔓延、渗透，传统的教育模式已开始步入被改造之列。

互联网时代提供了智能服务。新的时代呼唤新的产业变革，“互联网+”的时代也呼唤教育理念、人才培养模式、教学方法及评价方式的蜕变，“互联网+教育”也将进入融合和创新阶段。通过互联网，可构建起现代信息技术与新兴的学生学习评价、教师专业发展网络平台，在师生学习发展方面，由单纯的资源提供向师生自主参与、互动反馈转变。学生能真正实现自主学习，参与测试评价，对自身学习情况进行反馈，从而获得更有针对性的学习资料，实现“提优补差、因材施教”的效果[1-3]。我学院针对学生基础弱，自觉性差，这几年在教学方式和教学内容方面做出了巨大的努力，有一定的效果，但不明显。2016年学院引入了超星学习平台后，开始正式对“互联网+教育”模式进行尝试，电路板设计实验成为本次教学改革的一门实践课程。本教学改革的模式是录制微视频发布在网络平台上让学生在课外时间在进行在线学习和学生与学生之间、学生与教师之间互动[4-6]。

1 课程定位

电路板设计实验作为高等院校电子科学与技术、微电子和通信专业的核心实践课程，它是一门技能课程，在专业课程体系中起到承上启下的核心作用，见图1。该课程主要介绍电子元器件设计电路原理图的方法和技巧：器件封装的概念和作用：器件封装的设计制作方法；电路板设计方法；电路板设计规范的学习；电路板的DRC检查；电路板的设计工艺流程等。

图1 电路板设计实验课程定位

2015年，学院在制定新的教学体系时，将电路板设计实验课程纳入到电子科学与技术、集成电路设计与集成系统和电子信息工程等专业的二级能力体系(工程方向)里面，作为单片机硬件开发方向、工业控制方向、ARM系统开发方向、FPGA设计方向、DSP设计方向和电子技能开发等就业方向的核心技能课程。该门课程一方面重点培养学生发现电路设计中的设计缺陷、提出问题所在，能够从硬件整体功能出发，分析和解决问题，从而推演出高级系统的实现步骤和思路；另外一方面通过课程的教学让学生能够通过准确阅读和理解原版用户手册资料从而设计出器件的外围电路，然后进行合理的布局布线，从而制造出性能良好的开发板。

2 改革思路

学院“电路板设计实验”总共为32学时，这32课时全部为实验实践课时，由于课时非常少，要让学生完成一块功能完整的开发板是不可能的，所以之前的教学内容主要是在课堂上以单片机电路板为案例来讲解软件的操作。本次教学改革引入翻转课堂理念[7]，将讲授的内容在课前以微视频的形式发布于超星平台，让学生在线观看视频，学习软件的使用，课堂上主要以小组形式讨论各个电路设计方案和器件的选型，外围电路的设计，这时教师参与各个小组进行讨论和检查，课后发布“学生自主学习任务书”，让学生根据任务书的参数和电路要实现的功能来整个方案的设计，最后学生提交所设计的实物并进行演示答辩。

2.1 课程内容的确定

在课程开设之前，首先组建课程组，电路板设计实验课程组的教师是由一名副教授，两名讲师和一名实验师构成的。课程组就教学内容在开学的时候进行了讨论，首先选择了电路板设计软件的使用，此次选择了Altium Designer软件代替了之前使用的Allegro。虽然之前使用的Allegro功能强大，被国内很多大公司使用，但此软件太严谨，灵活性欠佳，而且学习资料较少，上手比较困难。在有限的课时内学生就花了大部分时间去学习软件的使用，到了后面电路设计和布局布线这块就没有时间去完成老师布置的任务，所以这次选择了比较灵活的，操作简单且功能也非常强大的Altium Designer。

确立了软件使用后，课程组组长提出此次课程内容主要以“三芯三系统”为主线来进行讲授，让学生在课上课外共完成三系统的设计。其中的三芯是指：单片机、ARM和FPGA芯片；三系统是指：单片机最小系统、ARM最小系统和FPGA最小系统。这些最小系统的设计的主要根据市场上面的畅销电子产品和最近几年全国大学生电子竞赛所使用的主流芯片来进行设计，这样的课程内容让学生既能在毕业时就业上有优势外还能在电子竞赛中取得优异的成绩。

2.2 网络课程资源的建设

以往的电路板设计实验教学方式是通过多媒体或者软件演示的形式对课程内容进行讲解，学生被动的去接收[8]。在上课时由于部分学生动手操作能力欠缺，没有跟上老师的进度，导致这门课程学习成绩不好，然后会导致失去对后续课程的一些兴趣。所以2016年借助于学院CDIO教学改革之机，基于“互联网+”的理念，对该课程教学方式方法和教学内容等各方面的改革进行探索。

此次改革分为课前、中、后三部分。课前的课程组老师首先要利用寒暑假的时间把所有的课程资源全部建设好，课程资源建设的整体框架如图2所示。

图2 课程资源建设框架

在课程资源里面首先是课程教案，课程教案里面就包含了开发板里面所有器件的数据手册，这样学生在设计器件外围电路和画器件封装的时候就可以查看教案里面的资料。由于该门课程的参考书籍较少，有几部教材也只是简单的介绍了下软件的使用，相当于软件的数据手册，不能满足教学需要，所以课程组老师利用课余时间针对教学内容编写了实验讲义，学生在上课前可以将每一章节打印下来。 不管是课程教案还是实验讲义，这些与传统教学相差无几，部分学生看到长篇文字后很容易失去兴趣，所以本次改革课程组还录制了教学视频放在超星平台这一互联网上让学生利用PC机或者手机来进行在线观看学习，通过这种人机交互的方式，激发了学生的学习兴趣。本次视频录制了18个，主要是以AVR开发板上的器件和电路为例来进行讲解录制(见表1)。为了防止部分学生不观看视频，课程中把视频观看时长及次数纳入到最后的考核中。此次互联网平台可以将录制好的视频进行编辑，插入一些客观题让学生在观看一段知识点或者软件操作后进行解答，这样学生通过对问题的解答的准确性来判断他们对知识点的掌握程度。学生可以通过在线重复观看视频，加深印象，以便学生能熟练的掌握各个软件使用的各个环节。

表1 电路板设计实验微视频的设计

在课堂中由传统的满堂灌变为教师组织学生进行知识点的讨论，引导、启发学生自主提问[7]，然后教师对学生进行答疑辅导，对大家讨论最多和错误率最高的一些问题进行解答。当同学对软件熟练使用后，引入项目让学生在后续课堂中进行设计，最后进行检查。在设计的过程中教师协作学生进行电路前期设计的功能仿真，让每一个学生能根据自己的特长来选择器件，然后实现出学生感兴趣的功能，在这种教学模式下，学生的主动性和创造性得到了提升[9]。

课后通过讨论天地进行线上互动交流，课后答疑，实现教师与学生的零距离。通过互联网平台发布学生自主学习任务书，这样学生在课后的学习就有目的性，而不再是盲目的去学习，学习完以后让学生把作业上传到平台上，老师进行修改，并将结果实时反馈给学生。

2.3 全方位的考核体系

本课程重点是在评价学生学习过程中的主动性、创造性和团队协作能力。通过引入三芯最小系统的设计项目来促使学生在课余时间利用互联网的平台进行学习、交流和答疑。课程总分为100分，最终的成绩由四部分构成：①过程考核占30%，过程考核为软件平台根据学生课余时间的学习时长、客观题的准确率和交流的情况自动给出分数；②三芯最小系统设计的项目完成情况(40%)；③最终实物完成的功能(20%)④平时出勤率(10%)。

如果课程学习特别优秀者，可以推荐参加四川省电子设计竞赛和全国电子设计竞赛。如果能够利用课余时间开出多层板，那么可以推荐到相应公司去实习和就业，通过这一些列方法来提高学生学习这门课程的主动性和积极性[10-12]。

3 结 语

结合“互联网+教育”的改革模式更加适合于当今大学生个性化学习的需求[13]，学生可以更加合理地利用手机来进行学习，而不是娱乐。通过对学生进行问卷调查可以得出学生对微视频的接受度和满意度更好，更重要的是学生能够通过对视频的反复观看来更好地完成学习任务[14]，对遗忘的知识点进行巩固。有的学生甚至还发短信来感谢老师让他们有机会利用周末的大好时光与全专业的学生共同学习、探讨，从没有感受到与老师如此零距离接近。

通过对该课程教学的改革成效来看，学生对电路板设计的能力得到了提高。在2016年的四川省TI杯电子设计竞赛中，学生自己设计出电路实现了竞赛要求的各项指标，从而获得了省赛一等奖两项；在2016年教育部组织的创新创业大赛中，学生利用电路板设计课程中所学知识设计出模块式HIFI数字音乐播放器获得四川省金奖和全国三等奖[15]。通过以上取得的成绩可以得出此次改革模式是成功的，为其他实验实践课程的教学改革提供成功的案例。

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