【摘 要】“Altium Designer”是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，是應(yīng)用型高校電子專業(yè)教學(xué)中的必修課程。本文針對(duì)該課程教學(xué)當(dāng)前存在的問題以及應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)的實(shí)際情況，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)考核等方面提出具體的教學(xué)改革實(shí)施措施。

【關(guān)鍵詞】Altium Designer PCB 實(shí)踐教學(xué) 教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674－4810（2011）08－0013－02

對(duì)電子技術(shù)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)電子技術(shù)理論知識(shí)的同時(shí)，還必須學(xué)會(huì)利用電路設(shè)計(jì)軟件繪制電路原理圖和印制電路板PCB圖。Altium Designer是Altium公司繼Protel系列產(chǎn)品后的高端設(shè)計(jì)軟件，它擁有強(qiáng)大的電子設(shè)計(jì)功能，深受電子類各專業(yè)設(shè)計(jì)人員和廣大電子愛好者的青睞，也是電子技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的必修課程。Protel系列軟件是應(yīng)用型高校電子專業(yè)教學(xué)中的必修課程，目前，常規(guī)教學(xué)模式中存在以下幾個(gè)問題：（1）教師的教授過程中只注重軟件的具體操作，學(xué)生在練習(xí)的過程中依葫蘆畫瓢，沒有整體和全局的概念。（2）教師講授的時(shí)間太多，學(xué)生缺乏練習(xí)的機(jī)會(huì)，整個(gè)課程結(jié)束以后，部分學(xué)生還是不能完成一個(gè)具體的項(xiàng)目。（3）學(xué)生對(duì)印刷電路板設(shè)計(jì)與制作認(rèn)識(shí)抽象，缺乏工程應(yīng)用的意識(shí)，只知道該軟件有仿真和繪制PCB板的功能，但對(duì)軟件在專業(yè)中的具體應(yīng)用不甚了解，從而嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。本科獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才，必須和工程實(shí)踐緊密結(jié)合。在教學(xué)活動(dòng)中，要以實(shí)用、就業(yè)為導(dǎo)向，不斷提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、技術(shù)水平以及學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的諸多問題，我們?cè)谝韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：

一 實(shí)例制作激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

Altium Designer課程具有極強(qiáng)的實(shí)踐性，如果學(xué)生沒有對(duì)印制電路板有直觀認(rèn)識(shí)，就很難在短時(shí)間內(nèi)熟悉從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程，也很難領(lǐng)會(huì)印制電路板的布局布線規(guī)則以及印刷電路板中的重要概念。因此，在教學(xué)過程中，要適當(dāng)?shù)亟柚恍┹o助手段，使學(xué)生能迅速入門，理清思路。

這個(gè)理解的過程可以建立在電子產(chǎn)品的制作（例如：直流穩(wěn)壓電源）過程中。讓學(xué)生在制作好的電路板上安裝元器件、焊接元器件、調(diào)試電路。經(jīng)過這個(gè)過程的訓(xùn)練，學(xué)生能具體地認(rèn)識(shí)到印刷電路板如何支撐電子元器件、引腳間的電氣連接如何實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一些比較抽象的重要概念也有比較清晰的認(rèn)識(shí)，如“過孔”、“焊盤”、“封裝”、“布線層”和“絲印層”等，這種認(rèn)識(shí)方式更容易讓學(xué)生接受理解，在課程教學(xué)中既可以縮短時(shí)間、提高效率，又可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，動(dòng)手能力也得到了提高。

二 課堂教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合

Altium Designer的教學(xué)中應(yīng)加大實(shí)踐教學(xué)的力度，采取上機(jī)操作和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式，有助于提升教學(xué)效果，為此，我們建立了多媒體機(jī)房與PCB制作實(shí)驗(yàn)室。將所有內(nèi)容安排到多媒體機(jī)房進(jìn)行授課，在教學(xué)過程中，要注意講授與練習(xí)相結(jié)合，教師在教師機(jī)上演示操作步驟，學(xué)生在學(xué)生機(jī)上進(jìn)行練習(xí)，教師巡回指導(dǎo)。

學(xué)生完成PCB設(shè)計(jì)后，利用PCB制作實(shí)驗(yàn)室中的印刷電路板雕刻機(jī)將設(shè)計(jì)的PCB圖制成實(shí)物。制作電路板的實(shí)際制作過程就是在將設(shè)計(jì)的思路重新理順和回放，加深學(xué)生記憶的同時(shí)也提高了學(xué)生的綜合動(dòng)手能力。學(xué)生制作出的合格電路板可以充分供下批學(xué)生通過制作電子產(chǎn)品熟悉印刷電路板時(shí)利用，當(dāng)自己的勞動(dòng)成果充分發(fā)揮作用時(shí)，對(duì)學(xué)生而言則是一種鼓勵(lì)，另外也可以進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

三 教學(xué)內(nèi)容突出重點(diǎn)

Altium Designer軟件集原理圖設(shè)計(jì)輸入、PCB設(shè)計(jì)繪制、模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、VHDL混合輸入、FPGA設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性分析等諸多功能于一體。本科獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)教育主要的目標(biāo)是使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本方法、基本技能，提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)。因此，本課程教學(xué)的目標(biāo)僅在于通過Altium Designer課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠讀懂電路圖，繪制電路圖、PCB圖，為學(xué)生步入工作崗位打下良好基礎(chǔ)。針對(duì)上述教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)改革，將課程教學(xué)重點(diǎn)放在原理圖庫(kù)繪制、封裝庫(kù)繪制、原理圖的繪制和印刷電路板設(shè)計(jì)四個(gè)模塊上。

1．原理圖庫(kù)的繪制

在使用Altium Designer進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的過程中，經(jīng)常遇到需要的元器件原理圖符號(hào)在軟件自帶的元器件庫(kù)中找不到，這時(shí)就需要使用者自己繪制原理圖符號(hào)，因此，介紹原理圖庫(kù)繪制的方法是Altium Designer教學(xué)中必要的內(nèi)容之一。

設(shè)計(jì)者可使用原理圖庫(kù)編輯器創(chuàng)建和修改原理圖元件、管理元件庫(kù)。該編輯器的功能與原理圖編輯器相似，共用相同的圖形化設(shè)計(jì)對(duì)象，唯一不同的是增加了引腳編輯工具。

2．封裝庫(kù)的繪制

加強(qiáng)對(duì)元器件封裝的教學(xué)，封裝是印刷電路板中的重要概念之一，也是課程與實(shí)物結(jié)合的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。學(xué)生在以往的學(xué)習(xí)中，對(duì)封裝的認(rèn)識(shí)較少。PCB中的封裝是指實(shí)際組件焊接到電路板上所占的形狀和尺寸。以下這個(gè)例子非常具有代表性：讓學(xué)生通過繪制具體元件的封裝來認(rèn)識(shí)封裝的具體含義：原理圖符號(hào)相同但封裝不同的元器件（小功率三極管和中功率的三極管）、需要考慮附加件的芯片（如需要配合散熱片使用的三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路）。

表面貼裝元件（SMD）在大約20年前推出，并因此開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元。在相應(yīng)的教材和教學(xué)中很少涉及到，在封裝的教學(xué)中，適當(dāng)增加制作SMD類型元件的封裝，例如利用封裝向?qū)е谱鱏OP元件LM358。

3．原理圖的繪制

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，容易出現(xiàn)生成的印刷電路板中的網(wǎng)絡(luò)與原理圖不符的問題。在繪制原理圖的過程中，一定要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)在元器件的原理圖中，只有引腳端點(diǎn)處才有電氣意義，在原理圖連線時(shí)，一定要在元器件引腳端點(diǎn)處連線，兩元器件的端點(diǎn)盡量不要直接對(duì)接，中間應(yīng)用導(dǎo)線連接。

學(xué)生還容易用錯(cuò)連線的工具，用直接（Line）或總線（Bus）替代導(dǎo)線（Wire）。直線（Line）是沒有電氣意義的，元器件引腳間相當(dāng)于沒有任何電氣連接?？偩€（Bus）不表示實(shí)際的電氣連接，要配合總線端口和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)使用。

4．印刷電路板設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)必須考慮電磁兼容性及可測(cè)性，電磁兼容性涉及的問題很多，對(duì)于初學(xué)者而言，很難在短時(shí)間內(nèi)掌握大量布線規(guī)則，因此，在PCB設(shè)計(jì)的教學(xué)中有必要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)一些基本原則：（1）電路板的外形和尺寸要從機(jī)殼尺寸、成本和散熱等角度綜合考慮；（2）布局總體按信號(hào)流向布局，盡量使導(dǎo)線短、少、不交叉；（3）遇到折線走拐角，尖銳的轉(zhuǎn)角容易引起不必要的干擾；（4）電源線和地線流過的電流比較大，因此要設(shè)計(jì)得盡量粗一些，地線可以采用地平面，數(shù)據(jù)線可以設(shè)計(jì)得細(xì)一些，細(xì)的數(shù)據(jù)線有利于布線。

四 創(chuàng)新課程考核方式

在課程的考核方式上，采取了板級(jí)工程師考證與期末考核相結(jié)合的方式。課程成績(jī)由學(xué)生平時(shí)成績(jī)和終結(jié)考核成績(jī)組成，為了使考核規(guī)范化，我們從學(xué)生平時(shí)完成任務(wù)的速度質(zhì)量、課堂表現(xiàn)和課堂紀(jì)律等方面制定了詳細(xì)的考核標(biāo)準(zhǔn)和方案，終結(jié)考核為包含原理圖庫(kù)、封裝庫(kù)、電路原理圖編輯以及印刷電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目。此外，將Altium Designer課程與考證相結(jié)合，我們有兩名教師具有電子設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證——板級(jí)設(shè)計(jì)方向考評(píng)員資格。在學(xué)生結(jié)束課程學(xué)習(xí)及實(shí)訓(xùn)后，可選擇參加電子設(shè)計(jì)——板級(jí)設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證。對(duì)于報(bào)名參加考證的同學(xué)可以不參加終結(jié)考核，可以用考證成績(jī)代替終結(jié)考核的成績(jī)。這種課程的考核方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的全面考核。電子設(shè)計(jì)——板級(jí)設(shè)計(jì)工程師的證書可以增加學(xué)生的就業(yè)砝碼，拓寬就業(yè)途徑。

五 結(jié)束語

充分利用軟件教學(xué)的特殊性，清晰的教學(xué)思路、適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)理念，才能為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的綜合能力和提升學(xué)生的全面素質(zhì)，有利于增強(qiáng)學(xué)生在就業(yè)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：馮琰〕