電子線路CAD與仿真課程教學(xué)中的思考

【摘要】電子線路CAD與仿真（CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）是電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，是對(duì)動(dòng)手操作技能要求較強(qiáng)的課程。在課程中，學(xué)生比較喜歡進(jìn)行上機(jī)操作，而理論知識(shí)比較難懂。所以在教學(xué)中結(jié)合課程特點(diǎn)，先教會(huì)學(xué)生簡(jiǎn)單操作，使學(xué)生完成簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性，此時(shí)再講解設(shè)計(jì)原理及詳細(xì)內(nèi)容，學(xué)生更容易接受，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；教學(xué)；動(dòng)手操作；思考

1.引言

近年來(lái)，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電路設(shè)計(jì)也在飛速發(fā)展。目前，集成電路的設(shè)計(jì)正在向性能高、容量大、速度快、低功耗和體積小的方向發(fā)展，使得電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度不斷增加，設(shè)計(jì)規(guī)模也越來(lái)越大。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)工作，它已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員可以有效節(jié)省資源、提高設(shè)計(jì)效率并縮短設(shè)計(jì)周期的不可或缺的工具。

電子線路CAD與仿真是電路集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它是電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是作為電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)的學(xué)生必須掌握的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本技能，是學(xué)生畢業(yè)后從事專業(yè)工作的基礎(chǔ)。所以熟練地掌握并運(yùn)用電子線路CAD與仿真課程的內(nèi)容是非常重要的。

電子線路CAD與仿真課程主要講述如何繪制電路原理圖并完成印制電路板的設(shè)計(jì)，它綜合了電路原理圖繪制、印制電路板設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、電路仿真、FPGA/CPLD及邏輯器件設(shè)計(jì)等功能[1]。

2.問(wèn)題的提出

我們?cè)谥v述一門(mén)課程時(shí)，往往是先由教師在課堂上講述各種專業(yè)的理論知識(shí)，然后學(xué)習(xí)不同技術(shù)的工作原理，最后在理論課程結(jié)束時(shí)再安排時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐課程學(xué)習(xí)，例如實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和實(shí)習(xí)等，使學(xué)生可以將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐環(huán)節(jié)中，從而在實(shí)踐操作中深化對(duì)理論知識(shí)的理解。

這種方法是一般課程的講述方法，是使學(xué)生不是在無(wú)任何知識(shí)的前提下盲目的操作。這種方法雖然有其優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在以下一些弊端：

（1）在理論教學(xué)中，教師講解某些理論知識(shí)后總會(huì)問(wèn)學(xué)生是否聽(tīng)懂，是否明白，學(xué)生大部分會(huì)回答聽(tīng)懂了明白了，老師認(rèn)為他們真的聽(tīng)懂了，而其實(shí)很多學(xué)生還是一知半解，甚至什么也不懂。由于理論知識(shí)比較枯燥、繁瑣，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)興趣也不大。認(rèn)真一些的學(xué)生會(huì)靠死記硬背進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，這樣記憶的知識(shí)很容易忘掉；而懶惰一些的學(xué)生不愿意記憶，什么也記不下來(lái)。所以到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，問(wèn)題就會(huì)很突出的表現(xiàn)出來(lái)：認(rèn)真一些的學(xué)生，他們死記硬背的知識(shí)也已經(jīng)忘得差不多了；而懶惰一些的學(xué)生基本上什么理論知識(shí)都不知道。因此學(xué)生在進(jìn)行實(shí)際操作中，會(huì)不停地問(wèn)老師“這個(gè)怎么做？”“那個(gè)是怎么回事？”“為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？”等等諸如此類的問(wèn)題。老師也會(huì)很生氣地問(wèn)學(xué)生理論課上都學(xué)了些什么。為了解決這些問(wèn)題并完成實(shí)踐操作，學(xué)生要么必須重新翻書(shū)查找學(xué)習(xí)，耗費(fèi)很多時(shí)間和精力；要么應(yīng)付了事，匆匆做完實(shí)驗(yàn)?zāi)脤W(xué)分。而大多數(shù)學(xué)生會(huì)選擇后者。這樣很不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（2）電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)要求學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力，這樣才能達(dá)到工作崗位的需要。作為電子信息工程專業(yè)和通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課電子線路CAD與仿真也是一門(mén)對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作要求較高的課程，而它的理論知識(shí)相對(duì)繁雜，不容易理解記憶。

綜上所述，針對(duì)不同的專業(yè)及不同的課程，應(yīng)該采取不同的教學(xué)方法。

3.先操作后深入學(xué)習(xí)

現(xiàn)代美國(guó)教育家杜威（John Dewey）以“教育即生活”、“教育即生長(zhǎng)”、“教育即經(jīng)驗(yàn)的改造”為依據(jù)，對(duì)知與行的關(guān)系進(jìn)行了論述，并提出了舉世聞名的“從做中學(xué)”（Learning by doing）的理論。該理論實(shí)際就是要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生探究和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生從事和適應(yīng)實(shí)際工作的能力。[2]

電子線路CAD與仿真課程對(duì)操作技能要求較高，所以我們可以采用先讓學(xué)生大致懂得如何操作，之后再在操作中穿插講述理論原理及一些復(fù)雜設(shè)置。例如在講課之前，我會(huì)拿出已經(jīng)繪制完畢的某設(shè)計(jì)電路原理圖和已經(jīng)制作成型的印制電路板給學(xué)生傳看，讓學(xué)生大致了解本課程涉及的內(nèi)容?？粗呀?jīng)成型的印制電路板，學(xué)生會(huì)覺(jué)得很出色，希望自己也可以做到，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性。然后我再選取一個(gè)比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，從頭到尾得講述并示范一遍它的制作過(guò)程：從如何建立PCB項(xiàng)目文件，到如何進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)，再到如何產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表和其他報(bào)表，再到如何進(jìn)行印制電路板的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行文件打印和存儲(chǔ)。

在我講解并示范結(jié)束之后，學(xué)生會(huì)躍躍欲試，希望自己也可以成功地繪制出電路原理圖并完成印制電路板的設(shè)計(jì)。在操作的過(guò)程中，由于學(xué)生是第一次接觸，所以難免會(huì)有某些步驟記不清楚，但是由于事例比較簡(jiǎn)單，所以經(jīng)過(guò)自己的努力和老師的幫助會(huì)順利地解決問(wèn)題，并且在操作過(guò)程中遇到的問(wèn)題也會(huì)隨著它們的解決而印象深刻。

當(dāng)然這個(gè)事例會(huì)選取的比較簡(jiǎn)單，這樣學(xué)生比較容易完成，另外我對(duì)這個(gè)事例制作過(guò)程的講解也不會(huì)太詳細(xì)。這樣學(xué)生會(huì)在自己的不斷嘗試和探索中完成第一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，使學(xué)生可以在學(xué)習(xí)課程的開(kāi)始階段就看到自己的成果，體驗(yàn)了成功的喜悅，情緒高漲，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，激發(fā)了學(xué)生希望繼續(xù)學(xué)習(xí)課程知識(shí)的主動(dòng)性。所以，學(xué)生的求知欲增強(qiáng)。從心理學(xué)的角度分析，當(dāng)一個(gè)人處于情緒高漲、興奮的時(shí)候，他渴望學(xué)習(xí)到知識(shí)的欲望會(huì)增加，對(duì)知識(shí)的接受能力和理解能力也會(huì)增強(qiáng)。此時(shí)教師再向?qū)W生講解詳細(xì)的操作設(shè)置和原理知識(shí)等，他們會(huì)更容易理解，從而達(dá)到事半功倍的效果。

當(dāng)學(xué)生完成了自己的第一份設(shè)計(jì)之后，我會(huì)在各個(gè)步驟中穿插詳細(xì)的內(nèi)容：

（1）在建立項(xiàng)目文件部分，我詳細(xì)講解了如何建立PCB項(xiàng)目文件，如何保存項(xiàng)目文件，如何在項(xiàng)目中添加相應(yīng)的原理圖文件、PCB文件及庫(kù)文件等內(nèi)容。這樣使學(xué)生對(duì)文件的組織結(jié)構(gòu)更深入地理解。

（2）在電路原理圖設(shè)計(jì)部分，我講解了如何啟動(dòng)Protel DXP的原理圖編輯器，如何進(jìn)行電路原理圖的圖紙及選項(xiàng)的基本設(shè)置，如何進(jìn)行電路原理圖的繪制達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如何進(jìn)行電路原理圖的ERC（電氣規(guī)則檢查）檢查，如何制作電路原理圖庫(kù)中沒(méi)有的元件。從而使學(xué)生全面地學(xué)習(xí)電路原理圖設(shè)計(jì)的規(guī)則和要求等。

（3）在裝入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表和元件封裝部分，我講解了如何查看裝載過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，如何分析并改正錯(cuò)誤。從而使學(xué)生了解在從電路原理圖向印制電路板設(shè)計(jì)過(guò)渡中可能會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并在設(shè)計(jì)中合理安排避免錯(cuò)誤。

（4）在PCB設(shè)計(jì)部分，我從如何啟動(dòng)PCB編輯器，如何進(jìn)行包括元件的電氣規(guī)則、布局規(guī)則和布線規(guī)則的印制電路板設(shè)計(jì)的基本設(shè)置，如何進(jìn)行PCB板元件的合理布局，如何進(jìn)行PCB板的自動(dòng)布線，并對(duì)不合理的布線進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，如何進(jìn)行PCB板的DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）檢查等方面講解。從而使學(xué)生深入地認(rèn)識(shí)印制電路板設(shè)計(jì)的規(guī)則和要求，在設(shè)計(jì)中盡量做到全面考慮，避免錯(cuò)誤。

通過(guò)這樣詳細(xì)的講解之后，使學(xué)生更加全面地了解一個(gè)設(shè)計(jì)的具體設(shè)置以及針對(duì)不同項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)的規(guī)則原理。達(dá)到了掌握課程并運(yùn)用課程的要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合電子線路CAD與仿真課程要求動(dòng)手操作能力較強(qiáng)而理論知識(shí)較難理解的特點(diǎn)，我在教學(xué)中采用先讓學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手操作完成小型設(shè)計(jì)，然后再詳細(xì)講解原理及步驟的教學(xué)方式，較好地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生深入學(xué)習(xí)課程的積極性，使學(xué)生很好地完成課程的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]姜立東，姜雪松.Protel DXP原理圖與PCB設(shè)計(jì)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.9.

[2]劉鴻雁.杜威的“從做中學(xué)”理論在高職教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].讀與寫(xiě)，2010.7：75.

[3]薛楠.Protel DXP 2004原理圖與PCB設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.3.

作者簡(jiǎn)介：烏仁格日樂(lè)（1983—），女，蒙古族，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士研究生，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院教師，主要研究方向：電子信息工程與通信工程。