基于“電子CAD”課程的教學方法改革研究

李霞

（桂林信息科技學院，廣西 桂林 541004）

1 研究背景

隨著電子技術的快速發展，新型元器件層出不窮，電子線路設計越來越復雜，無法通過手工繪圖實現，采用計算機輔助設計繪制電路圖即電子CAD設計已經成為必然趨勢。電子CAD設計主要是指電路設計中電路原理圖和PCB圖由計算機來協助完成?！半娮覥AD”課程是講授這門技術的重要課程。這門技術是否熟練掌握關系到學生后續的其他電子課程的實訓和電子類專業學生的畢業設計作品實現。因為電子類實訓和畢業設計基本都需要制作電路板搭建電路調試電路。但是針對這門重要課程的傳統教學方法存在較多的問題，例如理論和實踐分離、教學過程設計不合理、教師和學生缺乏良性互動、考核方式不滿足現代社會對學生實踐能力的要求等問題。同時隨著現代社會的發展，網絡上的學習資源也越來越多，學生們不應該只是采用傳統課堂上聽教師講課的方式獲取知識，也應該采用其他的教學資源獲取專業知識，而MOOC無疑是這眾多學習資源中比較優質的網絡學習資源，教師有責任給現代的大學生介紹這一優質的教學資源。本文針對“電子CAD”課程傳統教學中現存的問題，對“電子CAD”課程的教學方式、過程及考核方式進行改革。

2 課程教學方式的改革

傳統教師的教學方式，一般采用先教理論，后期安排學生進行機房試驗操作方式，并且理論的學時遠遠超于實踐的學時。這種教學方式將理論和試驗分開教學，由于理論和試驗時間有間隔，存在理論教學的繪圖方法，學生上機實際操作時，內容遺忘較多，使得教師和學生都有強烈挫敗感，對于掌握該課程知識產生消極懈怠情緒。而且傳統的教學重視理論教學，所以理論學時較長。但是由于學生的試驗學時太短，到最后學完課程只會紙上談兵，卻不會實操軟件繪圖，不能滿足該課程學生實踐能力的要求。因此為了防止教師和學生教學和學習產生挫敗的情緒，提高學生的動手實踐能力，本文提出“電子CAD”課程采用理論和實踐結合的合一課堂模式，上課直接在機房進行，并且為防止學生遺忘操作過程和提高學生學習的積極性，在教學過程的步驟上采用五步法實現教師和學生的良性互動。

3 教學過程的改革

教學過程是指教師和學生在教學活動中狀態切換和階段流程。一個好的教學過程應該根據具體課程內容知識特點采用不同的方法，使得教師和學生能夠良性互動，充分調動教師和學生的積極性?！半娮覥AD”的教學過程，采用五步教學法來開展。

五步法具體包括5個階段：第一階段課前預習，采用國家MOOC網中的相關課程進行課前預習；第二階段采用課堂演示法，以教師為主導，學生為輔；第三階段翻轉課堂教學法，以學生為主導，教師為輔；第四階段課堂演示法，教師為主導，學生為輔；第五階段課后階段采用制板實踐檢驗法。五步教學法是針對該門課程的5個教學過程階段學生的學習知識的特點采用不同的教學方法，實現學生和教師的良性互動，提高學生自我學習能力、繪圖能力和學生的綜合實踐的能力，適應現代社會對學生越來越高的能力要求。

3.1 第一階段MOOC預習法

第一個階段是課前的預習階段，隨著網絡普及化，提出在預習階段采用MOOC學習，兼具傳統的課堂學習和網絡學習的優點，學習接觸到優秀的教學資源，在學生畢業以后遇到知識的瓶頸時，也可以有渠道進行自我知識更新。

針對本門課程第一個階段，教師引導學生參與中國大學MOOC（慕課）的相關課程的學習，預習相關的課程內容?，F在的學生可以通過手機MOOC的APP或者是電腦MOOC官網，參與到這個集合了全國多個優秀大學教學資源的平臺里。這使得學生可以不受時間空間的約束進行學習，同時這也是培養學生自主學習能力的重要手段。在這個階段為了使得學生達到較好的學習效果，教師可以對MOOC的資源進行篩選，針對本校學生的學習基礎現狀，推薦學生一些比較合適的MOOC學習資源，建立針對“電子CAD”課程本學校本專業的SPOC的小課程。還可以針對MOOC學習資源在播放完一段知識點視頻后設置一些關于該知識點的重點內容的考核，在學生觀看MOOC資源時彈出，只有回答了問題的同學，才可以繼續觀看MOOC內容，這樣設置既可以讓學生回顧知識點，同時防止學生應付預習播放MOOC資源。

3.2 第二階段課堂演示法

第二階段采用課堂演示法。課堂演示法是教師通過演示操作的方法講授“電子CAD”課程知識點。在這一階段為防止學生遺忘，教師應演示操作一步，讓學生緊跟著操作一步。比如講到原理圖的一些常用的工具，由于原理圖的常用工具比較多，有元器件的編輯、刪除、選中、對齊、修改封裝屬性以及復制粘貼等等，教師不應該一次性把這些原理圖的工具一股腦地講給學生，而是要分步地逐個工具講解，每講解一個工具要求學生馬上實操這個工具，學生緊跟教師操作，避免了傳統教學理論和試驗分開使學生不能及時操作而造成的知識點遺忘的問題。這個階段的特點是教師作為主導，講解“電子CAD”課程相關知識點的操作，學生緊跟教師講授知識點進行實操練習。學生通過繪圖操作可以立竿見影看到教師講授知識點的應用，提高學生的學習興趣，增強學生的學習信心，在實際繪圖中也提高了學生的實踐能力。

3.3 第三階段項目教學法

第三階段采用翻轉課堂教學法。翻轉教學法是以學生自主學習探索為主的一種課堂教學模式。在上一個階段教師已經把一個一個的小知識點講解清楚，在翻轉課堂階段教師通過引入一個合適的綜合性項目例子[1]，讓學生應用教師講解的知識點自行繪圖。比如講到PCB的繪制時，在課堂上教師可以引入一個單片機應用的項目，讓學生針對教師提供的單片機項目，實現該單片機項目的PCB布局布線。在這個階段以學生自主學習作為主導，教師輔助學生解決問題，教師把主導權交還給學生。在課堂上學生發現問題可以和教師討論，也可以和其他同學討論，也可以自行百度搜索問題的答案，在這個相互學習探討的大課堂上，學生可以充分利用一切可以利用的學習的資源，尋求問題的解決方法。翻轉課堂教學法的引入使得學生能夠在實際操作時發現掌握不足的問題，教師在這個過程中重點觀察學生們在那些問題上容易犯錯誤，為下一個階段課堂演示法做好準備工作，同時同學之間互相幫忙，也培養學生的團隊合作能力以及友誼，當教師和同學都不能給予解決的方法時可以求助于網絡，增加了學生自我解決問題的能力，使得學生在走上工作崗位時，教師和同學都不能提供幫助時，能夠借助互聯網尋求解決問題的方法，培養了學生接收新知識，處理信息的能力。

3.4 第四階段課堂演示法

第四階段采用課堂演示法。這個階段的課堂演示法，在經過上個階段教師在翻轉課堂教學法觀察后，教師可以歸納總結學生出錯比較多的知識點。比如在實現原理圖轉成PCB圖時會存在封裝丟失問題，這是大多數同學在初次做電子CAD項目時存在的主要的易錯點，針對這個問題，教師可以進行重點的講解，強調學生需要添加封裝庫，學生因為自己的確是在項目的實現過程中出現了這個問題，那么就會引起學生極大的注意力，由于教師針對性的講解，學生再次遇到此類情況，就可以解決這個問題。針對學生出錯多容易混淆的知識點，教師在這個階段進行重點演示講解，學生進行針對性學習，注意力會比較集中，學習效果相對比較好。在這個階段教師作為主導引導學生掌握一些易錯點難點。

3.5 第五階段實踐檢驗法

第五階段采用實踐檢驗法。這一階段實際并不在課堂上，而是在課后的時間。課堂上學生們都已成功學習了制圖的相關知識，但是繪制的PCB圖在實際制板后能否成功實現相應的功能，還需要通過實踐檢驗。桂林信息科技學院提供了激光雕刻制板打印機，可以將學生繪制的PCB圖用該機器打印出來驗證。這個階段學生把自己設計的PCB圖通過激光雕刻機打印到銅板上并鉆孔買元器件焊接，直至學生做出成品。通過這個階段的實踐有助于學生明白繪制PCB圖，不僅要在ALTIUM DESIGNER軟件上根據實際器件說明書畫出原理圖庫和PCB庫，而且焊盤的大小除了要根據器件封裝說明書以外，還要根據實驗室鉆孔的針徑的大小進行調整，同時導線的寬度要根據實際電流的大小和激光雕刻機的精度調整?？傊ㄟ^一次實際制板，讓學生理解PCB制圖不僅要根據理論知識還要考慮現實的技術問題，不能脫離現實來制板。同時通過實踐檢驗法，學生成功做出一個具有實際功能的小電路，這個過程也提高了學生的焊接水平，促進了學生成就感的建立，增強了學生的自信心，也培養了學生根據實際情況分析問題解決問題的能力，為學生在以后就業中能夠成為高素質的綜合性人才打下良好的基礎。高素質的綜合性人才正是當今企業迫切需要的人才。這個階段由于制板及后續的調試修改，因此需要的時間周期比較長，教師可以給學生1～2個星期的時間，并設置相應的課后教師答疑時間，讓學生遇到問題時可以及時請教教師。這個階段學生作為主導，教師作為引導者給予學生支持。經過了這個階段的實踐測試，學生的實踐能力大大提高，自信心增強，通過這一過程讓學生建立職業工程師的思維，培養了學生的職業素養。

3.6 教學過程中教師的情感態度

在整個教學過程中，教師的情感態度也是非常重要的，無論學生遇到了什么困難，犯了什么錯誤，教師應該以耐心的態度，幫助學生完成學習，教師建立一種服務學生的態度。教師要懂得換位思考，站在學生的立場上思考問題，避免先入為主，認為知識點都非常簡單，認定學生是不努力導致學習遇到困難。針對課后答疑問題，教師設置相應的課后面對面答疑時間，同時應該考慮到部分學生由于時間沖突或者是因為性格原因，有了問題不能或者害怕與教師面對面進行答疑，教師需要設置QQ或者其他網絡答疑等方式，使得學生放下心理壓力，尋求教師的幫助。通過種種手段，考慮學生的差異[2]，以人為本，因材施教，學生才會在沒有壓力的氛圍和教師建立有效的溝通，提高學生學習的興趣和信心，進而進行主動的學習，建立本門課程需要的各種職業能力。

4 “電子CAD”課程總評方法改革

4.1 考核方法改革

傳統的“電子CAD”考核方式采用理論紙質方式進行考核，這使得學生更加不重視試驗課程，即使死記硬背記住了課程的理論知識，但實際操作非常生疏，達不到當今社會對于應用型人才的要求[3]。因此迫切需要對“電子CAD”課程的考核方式進行改革?！半娮覥AD”課程考核方法改為采用上機制圖方式作為考核的方式。通?？荚噧热莅才挪捎靡粋€完整的項目?？荚図椖恐邪撻T課程的主要知識點：原理圖繪制，原理圖庫制作和PCB庫制作及形成集成庫，最后實現PCB圖繪制。上機考核方式使得學生不得不重視實踐操作，在平時的實際操作中不能偷懶，并且積極和同學教師溝通遇到的問題，能夠在操作時養成及時保存的好習慣，考試完畢后將學生的考試工程文件上傳到教師機進行保存，教師根據學生的實際制圖水平進行評價。采用機試的考核方式學生會把自己當成工程師來要求，養成工程師職業工作習慣，滿足國家重視職業教學的教學要求，建立學生的職業能力，為以后學生服務于企業打下良好的基礎。

4.2 成績構成改革

同時傳統的CAD考試總評成績由考核成績100%決定，導致學生不能積極參與課堂的學習，學生存在曠課、遲到以及不按時交作業等現象。將平時成績作為總評成績的一部分可以約束學生的平時學習行為，為取得最后的考核成績做保證。因此需要將CAD考試總評成績改成平時成績占30%和考核成績占70%。平時成績組成分為考勤、課堂表現和作業成績。其中考勤成績占20%，課堂表現占20%，作業成績占60%?？记诒ＷC學生能夠積極參與課程，課堂表現保證學生能夠積極參與回答問題，作業成績保證學生能夠及時鞏固所學的知識。

5 結束語

經過實踐表明，教學過程采用五步法進行教學方法改革后，課堂的教學資源和網絡的教學資源得到了充分的利用，同時針對學生的差異，教師在情感態度上充分尊重學生，給學生提供線上線下的各種答疑，并且學校提供了激光雕刻設備，方便學生進行PCB板的實踐平臺。

總之，盡一切手段給學生提供了良好的學習條件，開發學生學習的潛力，提高了學生學習興趣和學生動手實踐能力，而且通過實踐項目增強了學生的自信心，學生學習成績提高明顯，學生的職業素養得以培養。以2個班作為教學改革方法試驗組，以2個班作為傳統教學方法班級，學生同時參加國家CAD的高級工程師認證，采用教學方法改革后，實驗組學生的國家CAD高級工程師認證通過率達到80%以上，而傳統教學方法組學生該考試認證的通過率低于50%?？梢姟半娮覥AD”課程教學改革中采取的方法對于該課程教學具有重要的實踐借鑒意義。