1、应用型本科高校电子线路设计课程教学改革初探 程亮亮 傅强 季于东 张震宇 黄文庆 合肥师范学院电子信息工程学院 摘 要： 针对应用型本科高校办学特点, 在结合自身教学、指导学生竞赛及项目经验的基础上, 总结了目前在电子线路设计课程教学中存在的一些问题, 做了一些有益的教学改革尝试:在教学内容上, 采用应用性更强的案例和任务;教学方法上, 将任务驱动教学法、讨论法和案例教学法运用到教学中, 提高学生的学习效率;考核模式上, 以过程性考核作为主要考核方式。经过实际的教学验证, 取得了较好的教学效果。关键词： 电子线路设计; 教学改革; 应用型本科高校; 作者简介：程亮亮 (1987-) , 男,
2、安徽池州人, 硕士, 合肥师范学院教师, 主要从事物联网方向的研究。收稿日期：2017-03-10基金：合肥师范学院重点自设类双真课程建设项目 (2016yj15) Exploration of the Course Teaching Reform of Electronic Circuit Design in Application-Oriented UniversityCHENG Liangliang FU Qiang JI Yudong ZHANG Zhenyu HUANG Wenqing School of Electronic and Information Engineering,
3、 Hefei Normal University; Abstract： According to characteristic of application-oriented universities, in view of my own teaching, guiding students in competition and project experience, the author summarizes some problems existing in Electronic circuit design course teaching, and has made some benef
4、icial attempt to reform the teaching.More cases and teaching tasks are used in the teaching content;In the teaching method, task-driven teaching, discussion method and case teaching method are applied, in order to improve students learning efficiency;Process assessment is the main assessment model.T
5、hrough verification of practical teaching, good teaching results have been achieved.Keyword： Electronic Circuit Design; teaching reform; application-oriented universities; Received： 2017-03-10在电子产品实际生产中, 产品的电路设计是至关重要的, 其设计是否合理直接影响到产品的成本及质量1。随着国家“大众创业、万众创新”“互联网+”及“智能制造”等相关政策理念的提出和实施, 企业迫切需要具有创新意识、并且能
6、将创新思想转化为产品的实践性人才。电子线路设计是一门利用计算机软件辅助完成印制电路板 (Printed Circuit Board, 简称 PCB) 设计的课程。通过课程的学习与实践, 使学生掌握电路原理图及 PCB 的设计、分析、检查方法、元件库和 PCB 封装库的制作方法等。课程在教学中以培养应用型人才为目标, 以实践为导向, 坚持讲练结合, 通过理论教学和综合实训项目, 使学生掌握电子线路的独立设计技能和 Protel软件的使用方法, 培养学生的应用设计技能, 为将来在工程实践中分析电路、设计与开发印制线路板打下坚实的基础。其直接相关的工作岗位有硬件电路工程师、PCB Layout 工程
7、师、设备工程师等。目前我校电子信息工程、通信工程、电气工程及其自动化等专业开设本课程或其相似课程。电子线路设计是一门对实践性要求很高的应用型课程, 传统教学中采用陈旧案例、灌输式教学方法, 且在考核模式上以考试为主, 而忽略了过程性考核的重要性。种种教学上的弊端导致很多学生在学完这门课后不能独立完成电路板的设计和制作, 从而失去了开设该门课程的初衷。1 传统课程教学存在的问题(1) 现代电子产品朝着低功耗、小型便携式、高集成度的方向发展2。贴片元件 (SMD) 如贴片电阻、电容、电感、集成电路等相对直插元件, 具有体积小、成本低、机器焊接方便等诸多优点, 随着电子技术的发展, 其在产品电路板中
8、所占比例越来越高。在传统教学过程中, 教学实例仍以直插元件为主, 如STC89C51 单片机最小系统实例中, 单片机封装普遍选用双列直插封装 (DIP40) , 电阻一般选用 AXIAL 系列直插封装, 虽焊接方便, 但系统所占电路板空间大大增加, 不符合当前电子产品的发展趋势, 也不利于学生未来的就业。(2) 电子线路设计课程共 32 学时, 包含理论知识的讲解和课内实训练习。在有限学时内, 学生通常只完成了电子线路板 (PCB) 的设计和规则检查, 没有交付 PCB 厂家生产, 故对作品的大小、形状、能否稳定工作等缺乏了解, 甚至不知道应发给厂家何种文件格式, 因此学生的设计积极性也逐渐降
9、低, 教学过程中, 有学生认为该课程“枯燥、无趣”。(3) 此外, 在课程教学考核模式上, 以往考核由考试成绩和平时成绩两部分构成, 分别占 70%和 30%。此种考核方式以期末考试成绩为主, 平时成绩占比过低, 因此降低了学生平时上课的学习热情, 也不能完全反映学生的真实水平, 学生的创造力未得到充分体现3。2 课程改革的基本思路(1) 教学内容改革-贴近生活, 增强学生学习兴趣课程采用了案例教学和任务驱动教学法。在案例选择上, 删除重复、陈旧案例, 增加与实际生活密切相关的案例讲解, 如手机充电器, 无线鼠标等, 并将产品拆解, 剖析内部电路板原理和结构, 让学生看得见、摸得着、并知其所以
10、然, 以此增强学生学习的积极性。在任务的设计上, 挑选 USB 接口、HDMI 接口等平时生活接触比较多的例子, 通过任务使学生掌握相关知识点。此外, 在元件的选取上, 尽可能选择贴片元件代替直插元件, 如 0805 封装的贴片电阻代替AXIAL-0.4 轴向直插电阻, QFP44 贴片封装代替 DIP40 直插封装的单片机4。表 1 为部分任务, 分别对应原理图绘制、元件库制作、元件封装库制作和 PCB绘制四部分内容。表 1 部分任务 下载原表 (2) 教学方法改革-多样化, 多渠道引导学生实践第一, 将讨论法和任务驱动教学法引入课堂。在以往的课程学习过程中, 给学生布置相关任务, 由学生独
11、立完成任务, 但是受时间及课下难以管理等各种因素影响, 任务完成率和完成质量均不高。因此成立了讨论小组, 根据班级人数, 5 人分为一组, 设一名组长, 任务由小组分工协作完成。组长将任课老师布置的任务细分到组员, 并及时记录任务实现过程中遇到的问题和关键步骤5。在每次上课时 (两节课, 90 分钟) , 教师预留 20 分钟作为讨论、分享环节, 各组轮流指派组员上台, 对照小组完成的 PPT 和实物分享任务的实现过程、已解决的关键问题, 尚未解决的问题。教师鼓励班级其他同学提出解决方法, 并以平时分的形式给予奖励, 在一些学生无法解决的难点问题上, 任课教师加以细致讲解和分析。第二, 以电子
12、类竞赛为契机, 将电子线路设计课程与竞赛深入融合。在各类竞赛中, 全国大学生智能汽车竞赛、电子设计竞赛、物联网设计竞赛均要求参赛学生完成电子线路的设计、焊接和调试, 相关知识主要来自电子线路设计课程。因此, 学生对课程的掌握程度直接影响竞赛成绩, 同时竞赛也提升了课程的教学质量。在过去的两年里, 部分学生参与了以上竞赛, 参赛学生取得了一等奖、二等奖等不错的成绩, 但对班级整体而言, 学生的参与度依然不高。针对以上问题, 提出如下建议:首先, 吸引更多学生参与其中, 通过参与竞赛, 加强他们对课程的了解, 培养他们的学习热情。其次, 在课堂上, 鼓励专业基础扎实的参赛学生演示比赛作品、讲解设计
13、过程, 并分享比赛心得, 帮助其他学生共同提高, 同时吸引更多学生参与到竞赛中6。第三, 教师根据课程内容将教研、科研等项目设计成四个教学案例, 分别对应“原理图设计”、“元件库制作”、“PCB 设计”、“封装库制作”四个主要知识点, 并在上课的不同时期, 结合已完成的实物, 向学生讲解项目中电路设计的关键注意事项, 包括电路板尺寸和板层设置、电源分割、元件布局布线, 抗干扰措施等。第四, 电子线路设计课程是电路分析基础、模拟电子线路、数字电子技术的后续课程, 同时也是单片机课程设计、毕业设计等的先修课程。在以往教学实践中, 由于这些课程大多在不同学期授课, 因此不能很好的将这些相关课程结合。
14、本次教学改革在案例讲解和任务布置上, 尽量做到与先修课程和后续课程的衔接, 如根据单片机课程设计的教学要求, 课内实训任务可布置单片机最小系统原理图、PCB 的绘制, 并鼓励大家制板、焊接、调试, 从而与单片机课程设计课程相辅相成, 完成的线路板可直接作为大四下学期毕业设计课题的硬件开发平台。(3) 考核模式改革-以能力考核为主过程考核, 即针对学生学习过程进行多方面、多形式、分阶段的考核, 侧重于对学生认知过程和综合应用能力的形成进行监督和评价, 构成教与学和教学质量监控的重要环节7, 电子线路设计是实践性课程, 应采用以过程性考核为主的考核方式, 总评成绩由过程考核、期末考核两大部分构成,
15、 前者所占比例由之前的 30%改为 70%, 后者所占比例改为 30%。其中期末考核采用课程设计报告的形式, 考查学生的电路设计能力和软件熟练度;过程性考核形式除考勤、课堂提问及课后作业等传统形式外, 增加新的考核形式, 如实物制作情况、竞赛及项目参与度、任务完成质量等, 从而更全面的考核学生的真实水平7。通过考核模式的修改, 加大学生实践应用能力考查的比重, 引导学生动手实践制作 PCB, 从而更有效灵活的掌握电路的设计、制作和焊接流程, 培养学生对电子电路设计的兴趣。3 结束语本文以应用型本科高校电子类专业的培养方向为指导, 以提高学生的电子设计素养为目标, 响应当前企业的专业人才需求,
16、并结合笔者多年来的教学经验, 在电子线路设计课程教学内容、方法和考核模式上提出了一些改进措施8, 经过教学实践已初显成效。今后, 笔者将继续从教学中发现问题, 努力探索一条适合应用型本科高校的教学之路。参考文献1宋莉.浅谈 Protel 电子线路设计的项目教学方法J.新西部旬刊, 2013 (7) :188-188. 2彭远芳, 张静.电子线路板设计实训课程教学改革实践J.教育现代化, 2016 (8) . 3谭飚.电子线路实验教学的改革与实践J.科技信息, 2008 (26) :14+17. 4农亮勤, 黄开连, 梁建烈, 等.电子线路课程实践教学探索J.高教论坛, 2004 (6) :115-117. 5张崇善.探究式:课堂教学改革之理想选择J.教育理论与实践, 2001 (11) :39-42. 6张娟.电子线路设计自动化课程教学改革的实践研究J.教育教学论坛, 2016 (15) :257-258. 7武田艳, 丁文胜, 孙雨明等.过程考核在应用型本科教学中的应用J.河南科技学院学报, 2016, 36 (10) :52-54. 8夏晶晖.应用型本科教学中技能型课程考核方式的改革J.西南师范大学学报 (自然科学版) , 2013, 38 (6) :193-196.
