劉昆山

（江西省冶金技師學(xué)院，江西 新余 338015）

0 引言

傳統(tǒng)的電子CAD課程教學(xué)模式存在將理論課和上機(jī)操作課分開(kāi)組織教學(xué)，即在理論課堂上用多媒體演示教學(xué)的重點(diǎn)、軟件的操作步驟和易錯(cuò)環(huán)節(jié)，再在上機(jī)操作教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行演練，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率低下，雖然能掌握軟件的簡(jiǎn)單使用方法，但是難以培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，特別是電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力[1]。

工作過(guò)程是指為完成一項(xiàng)工作任務(wù)并獲得工作成果而進(jìn)行的一個(gè)完整的工作程序[2]。以工作過(guò)程為導(dǎo)向的教學(xué)模式是指模擬工作過(guò)程進(jìn)行教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)的一種新的教學(xué)模式，這種教學(xué)模式不僅能幫助學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，更能有效地培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵崗位能力。通過(guò)這種教學(xué)模式培養(yǎng)起來(lái)的關(guān)鍵能力可移植性好，使得學(xué)生具有寬廣的視野和獨(dú)立成熟的人格，為其將來(lái)從事其他崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 以工作過(guò)程為導(dǎo)向的教學(xué)模式應(yīng)用概述

筆者嘗試在《電子CAD》課程教學(xué)中，采用以工作過(guò)程為導(dǎo)向的教學(xué)模式，以紅外感應(yīng)電路設(shè)計(jì)與裝配為教學(xué)任務(wù)，將整個(gè)教學(xué)任務(wù)按工作過(guò)程設(shè)計(jì)成繪制元器件符號(hào)庫(kù)、繪制電路原理圖、繪制元器件封裝庫(kù)、繪制PCB電路板圖、紅外感應(yīng)電路裝配與調(diào)試等五個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，這個(gè)五個(gè)教學(xué)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)了紅外感應(yīng)電路設(shè)計(jì)與制作的五個(gè)工作程序，使得整個(gè)教學(xué)過(guò)程是在模擬真實(shí)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作的工作過(guò)程中進(jìn)行。

2 以工作過(guò)程為導(dǎo)向的教學(xué)模式應(yīng)用過(guò)程闡述

2.1 繪制元器件符號(hào)庫(kù)

教學(xué)活動(dòng)1：繪制紅外感應(yīng)電路元件符號(hào)庫(kù)參數(shù)表。任課教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，課前收集并提供紅外感應(yīng)電路原理圖、元器件清單等資料和元器件實(shí)物等材料，課堂上組織學(xué)生學(xué)習(xí)討論這些工作任務(wù)過(guò)程中必須掌握的理論知識(shí)，然后完成紅外感應(yīng)電路元器件符號(hào)庫(kù)參數(shù)表，表中最少應(yīng)該包括的元器件的中文名稱、英文名稱、位置代號(hào)、封裝名稱等參數(shù)，具體如下：

表1 紅外感應(yīng)電路元器件符號(hào)庫(kù)參數(shù)表Tab.1 Parameter table of symbol library of components of infrared induction circuit

教學(xué)活動(dòng)2：創(chuàng)建紅外感應(yīng)電路文件管理系統(tǒng)。任課教師采用多媒體教學(xué)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)演示Protel99se軟件的獲取與安裝，重點(diǎn)根據(jù)紅外感應(yīng)電路文件管理步驟（見(jiàn)圖1）進(jìn)行教學(xué)演示，教師演示后立刻安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間要求學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，確保操作規(guī)范、正確，樹(shù)立“零缺陷”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，這是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵職業(yè)能力的重要手段，讓學(xué)生在實(shí)踐操作中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作作風(fēng)[3]。

教學(xué)活動(dòng)3：創(chuàng)建紅外感應(yīng)電路的元件符號(hào)庫(kù)。為了提高學(xué)生采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB4728）繪制電路原理圖的能力，在教學(xué)過(guò)程中，不采用系統(tǒng)自帶的元器件符號(hào)庫(kù)，而是創(chuàng)建紅外感應(yīng)電路的元器件符號(hào)庫(kù)。在創(chuàng)建元器件符號(hào)庫(kù)的過(guò)程中，能讓學(xué)生對(duì)元器件符號(hào)更熟悉。學(xué)生繪制電路原理圖時(shí)，將變得像小孩子玩“搭積木”游戲一樣簡(jiǎn)單易學(xué)。為了簡(jiǎn)化操作步驟，提高學(xué)習(xí)效率，筆者在教學(xué)中設(shè)計(jì)了元器件符號(hào)庫(kù)六步繪制法（見(jiàn)圖2），這種以流程框圖引導(dǎo)操作步驟的教學(xué)方法非常適合軟件類的教學(xué)[4]。

圖2 元器件符號(hào)庫(kù)六步繪制法框圖Fig.2 Schematic diagram of six step drawing of component symbol library

任課教師采用多媒體教學(xué)設(shè)備，根據(jù)元器件符號(hào)庫(kù)六步繪制法的操作步驟，以繪制電阻符號(hào)庫(kù)為例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示2、3遍后，立刻安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間要求學(xué)生參考元器件符號(hào)庫(kù)六步繪制法的操作步驟繪制電阻符號(hào)庫(kù)，然后再根據(jù)《紅外感應(yīng)電路元件符號(hào)庫(kù)參數(shù)表》的提供的信息，將表格內(nèi)的10種元器件符號(hào)庫(kù)全部繪制一遍，繪制完成后交給任課老師，作為教學(xué)評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。

在實(shí)際教學(xué)中，嚴(yán)格按照上面提到的三個(gè)教學(xué)活動(dòng)安排教學(xué)，教學(xué)過(guò)程中需要注意這三個(gè)教學(xué)活動(dòng)的上下銜接的關(guān)系，不要顛倒教學(xué)活動(dòng)順序。在學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練前，要為學(xué)生提供國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB4728）的元器件符號(hào)圖形給學(xué)生。在組織教學(xué)活動(dòng)前，通過(guò)微信公眾號(hào)發(fā)布了相關(guān)的元器件符號(hào)圖形給學(xué)生。（微信搜索公眾號(hào)：電工電子技術(shù)，培訓(xùn)課程＞電子CAD培訓(xùn)＞第六課：六十個(gè)常見(jiàn)的元件符號(hào)庫(kù)，在這篇文章里全面介紹了教學(xué)所需的元器件符號(hào)圖，后面的教學(xué)過(guò)程中也會(huì)使用到該微信公眾號(hào)的內(nèi)容進(jìn)行輔助教學(xué)。）

在正確的理論指導(dǎo)下，采用互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)的方式，要求學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練，學(xué)生操作的積極性大大提高，學(xué)習(xí)效果明顯。實(shí)踐證明這種教學(xué)方法非常適合電子CAD入門者學(xué)習(xí)。

2.2 繪制電路原理圖

電路原理圖設(shè)計(jì)是整個(gè)PCB設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它決定了后續(xù)工作程序的進(jìn)展。為了降低學(xué)習(xí)難度，筆者在教學(xué)過(guò)程中，將繪制電路原理圖的基本步驟設(shè)計(jì)為六步繪制法（見(jiàn)圖3）。

教學(xué)活動(dòng)1：現(xiàn)場(chǎng)演示紅外感應(yīng)電路原理圖的繪制。任課教師采用多媒體教學(xué)設(shè)備，根據(jù)電路原理圖六步繪制法的操作步驟，現(xiàn)場(chǎng)演示紅外感應(yīng)電路原理圖的繪制，演示過(guò)程中，必須采用前面繪制的元器件符號(hào)庫(kù)[5]。教學(xué)實(shí)踐證明，這種類似小孩子玩積木游戲的電路原理圖六步繪制法，能讓學(xué)生在不知不覺(jué)中就掌握了電路原理圖的繪制方法和技巧。

圖3 電路原理圖六步繪制法框圖Fig.3 Schematic diagram of six-step drawing method of circuit

教學(xué)活動(dòng)2：學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練電路原理圖的繪制。

任課教師現(xiàn)場(chǎng)演示完畢后立刻安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間要求學(xué)生參考紅外感應(yīng)電路原理圖（見(jiàn)圖4），根據(jù)電路原理圖六步繪制法的操作步驟，完成紅外感應(yīng)電路原理圖的繪制，對(duì)于完成比較好、比較快的學(xué)生，可以適當(dāng)增加其他的電路原理圖讓其訓(xùn)練，或者安排該學(xué)生輔導(dǎo)其他還沒(méi)有完全領(lǐng)悟的學(xué)生，這樣能增加該學(xué)生的滿足感和成就感，使得教學(xué)進(jìn)度能更好地協(xié)調(diào)一致，穩(wěn)步推進(jìn)。

圖4 紅外感應(yīng)電路原理圖Fig.4 Schematic diagram of IR induction circuit

2.3 繪制元器件封裝庫(kù)

繪制元器件封裝庫(kù)的目的之一就是繪制PCB板，很多學(xué)生對(duì)PCB板的了解不夠，所以在教學(xué)過(guò)程中必須講授PCB的相關(guān)理論知識(shí)。

教學(xué)活動(dòng)1：學(xué)習(xí)討論元器件封裝知識(shí)要點(diǎn)。第一，任課教師采用講授法，講解元器件封裝知識(shí)，指出元器件封裝是指元器件焊接到電路板時(shí)所指示的外觀和焊盤位置；第二，任課教師現(xiàn)場(chǎng)提供一塊真實(shí)的PCB板，指出PCB板上的外形像電阻，兩頭有兩個(gè)焊盤，旁邊標(biāo)志了R1和10K字樣的元器件封裝，就是電阻的封裝；第三，任課教師拿一個(gè)真實(shí)的電阻，剛好能安裝到PCB板的封裝上去，通過(guò)這樣形象生動(dòng)的講解，學(xué)生一般都能理解什么是元器件的封裝；第四，當(dāng)學(xué)生對(duì)封裝的基本知識(shí)消化吸收后，任課教師設(shè)置問(wèn)題，讓學(xué)生開(kāi)展討論，重點(diǎn)回答繪制元器件封裝的關(guān)鍵是什么和如何確定焊盤與焊盤之間的距離等問(wèn)題；第五，當(dāng)學(xué)生明白了繪制元器件封裝的關(guān)鍵是元器件的形狀、焊盤與焊盤之間的距離必須和實(shí)際的元器件的尺寸一樣、元器件封裝的形狀通常是采用投影法得到的等元器件封裝相關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)后，任課教師需要教授學(xué)生采用游標(biāo)卡尺實(shí)際測(cè)量元器件外形尺寸和引腳之間的距離等參數(shù)，并記錄在案，為下一個(gè)教學(xué)活動(dòng)做好準(zhǔn)備[6]。

教學(xué)活動(dòng)2：現(xiàn)場(chǎng)演示、講解元器件封裝庫(kù)的繪制。繪制元器件封裝庫(kù)是一件與實(shí)踐聯(lián)系非常緊密的教學(xué)活動(dòng)，在教學(xué)過(guò)程中，為了降低學(xué)習(xí)難度，筆者設(shè)計(jì)了元器件封裝庫(kù)六步繪制法（見(jiàn)圖5），要求任課教師按照元器件封裝庫(kù)六步繪制法的操作步驟，以電阻封裝為例逐條現(xiàn)場(chǎng)演示、講解操作過(guò)程。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程要滲透講解PCB層的知識(shí)要點(diǎn)和設(shè)置焊盤屬性等知識(shí)點(diǎn)，使得學(xué)生在不知不覺(jué)中學(xué)習(xí)和掌握了PCB層的概念及相關(guān)設(shè)置[7]。

圖5 元器件封裝庫(kù)六步繪制法框圖Fig.5 Block diagram of six steps drawing for component packaging Library

教學(xué)活動(dòng)3：學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練元器件封裝庫(kù)的繪制。

在任課教師現(xiàn)場(chǎng)演示后立刻安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間要求學(xué)生參考元器件封裝庫(kù)六步繪制法繪制完成紅外感應(yīng)電路元件符號(hào)庫(kù)參數(shù)表中的所有封裝。在學(xué)生強(qiáng)化訓(xùn)練前，為學(xué)生提供元件封裝的基本外形圖，可以參考微信公眾號(hào)：電工電子技術(shù)，培訓(xùn)課程＞電子CAD培訓(xùn)＞第11課：三十五個(gè)常見(jiàn)的元器件封裝這文章進(jìn)行輔助教學(xué),降低學(xué)習(xí)難度。

教學(xué)實(shí)踐說(shuō)明，學(xué)生進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練手工繪制元器件封裝的教學(xué)活動(dòng)，能有效地提高學(xué)習(xí)效果，增加學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.4 繪制PCB電路板

通過(guò)前面的教學(xué)過(guò)程，學(xué)生已經(jīng)掌握了元器件符號(hào)的繪制，電路原理圖的繪制，元器件封裝的繪制等PCB繪制的關(guān)鍵技術(shù)。

教學(xué)活動(dòng)1：學(xué)習(xí)PCB繪制必須掌握的基本理論知識(shí)。任課教師采用教授法，系統(tǒng)講授PCB板層的概念，包括單層板、雙層板的基本概念和頂層、底層等基本知識(shí)，這是PCB繪制的必須掌握的基本理論知識(shí)，不講明白這個(gè)理論知識(shí)，會(huì)影響后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)行。

教學(xué)活動(dòng)2：現(xiàn)場(chǎng)演示、講解紅外感應(yīng)電路PCB的繪制。在教學(xué)實(shí)踐中，為了降低學(xué)習(xí)難度，筆者采用的是PCB十步繪制法（見(jiàn)圖6）進(jìn)行教學(xué)，這是簡(jiǎn)化的教學(xué)步驟，目的是為了讓學(xué)生快速掌握PCB設(shè)計(jì)的基本步驟。

圖6 PCB十步繪制法框圖Fig.6 Diagram of 10 step drawing method of PCB

任課教師采用多媒體教學(xué)設(shè)備，根據(jù)PCB十步繪制法的操作步驟，現(xiàn)場(chǎng)演示紅外感應(yīng)電路PCB的繪制方法，因?yàn)椴僮鞑襟E增加到了十步，難度加大了，所以在教學(xué)過(guò)程中，一定要適當(dāng)控制教學(xué)速度，每完成一個(gè)步驟，都要詢問(wèn)學(xué)生是否理解和掌握，在得到學(xué)生肯定回答后才繼續(xù)現(xiàn)場(chǎng)演示、講解，筆者在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，一般都要現(xiàn)場(chǎng)演示、講解兩遍紅外感應(yīng)電路PCB的繪制過(guò)程。然后立刻安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間要求學(xué)生繪制紅外感應(yīng)電路PCB圖三遍以上，學(xué)生繪制完成后要提交PCB文件給任課教師，作為教學(xué)評(píng)價(jià)的主要依據(jù)，下圖是一名學(xué)生設(shè)計(jì)的紅外感應(yīng)電路PCB圖(見(jiàn)圖7)，PCB底部進(jìn)行了鋪銅操作[8]。

圖7 紅外感應(yīng)電路PCB圖Fig.7 PCB diagram of IR induction circuit

2.5 紅外感應(yīng)電路裝配與調(diào)試

部分國(guó)內(nèi)的大中專院校的《電子CAD》課程教學(xué)內(nèi)容一般停留在PCB板的繪制上，很少將PCB設(shè)計(jì)文件制作成實(shí)物PCB板，再進(jìn)行裝配與調(diào)試，這種教學(xué)安排不符合以工作過(guò)程為導(dǎo)向的教學(xué)模式，因?yàn)閷W(xué)生還沒(méi)有真正完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作，“工作成果”的體驗(yàn)不深。為了彌補(bǔ)這個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)上的不足，筆者在《電子CAD》課程教學(xué)過(guò)程中，以工作過(guò)程為導(dǎo)向，增加了紅外感應(yīng)電路裝配與調(diào)試的教學(xué)內(nèi)容。

教學(xué)活動(dòng)1：紅外感應(yīng)電路PCB板的生產(chǎn)。PCB板的生產(chǎn)由專門的廠家可以完成，首先任課教師對(duì)學(xué)生提交的PCB設(shè)計(jì)文件進(jìn)行逐一檢查、修改。檢查的重點(diǎn)是繪制的電路原理圖及PCB設(shè)計(jì)文件，不能出一點(diǎn)點(diǎn)錯(cuò)誤，否則廠家生產(chǎn)出來(lái)的就可能是廢板，浪費(fèi)了時(shí)間和資金。修改的重點(diǎn)是PCB板子的大小，這直接關(guān)系到生產(chǎn)費(fèi)用問(wèn)題，在繪制PCB板布局合理的情況下盡量使PCB板最小化。然后任課教師應(yīng)該和學(xué)生共同將設(shè)計(jì)好的PCB板文件打包發(fā)送給PCB板的生產(chǎn)廠家，等待三到五天后便可收到與學(xué)生設(shè)計(jì)的PCB文件一致的PCB板實(shí)物（見(jiàn)圖8），這一教學(xué)活動(dòng)能增強(qiáng)學(xué)生“工作成果”的體驗(yàn)。

圖8 紅外感應(yīng)電路PCB板實(shí)物Fig.8 Infrared Inductive circuit PCB board material

教學(xué)活動(dòng)2：紅外感應(yīng)電路裝配及調(diào)試。從PCB廠家拿到生產(chǎn)好的PCB板實(shí)物和任課教師準(zhǔn)備好的元器件實(shí)物，就可以進(jìn)行紅外感應(yīng)電路的裝配及調(diào)試。裝配過(guò)程中最容易犯的錯(cuò)誤就是把元器件放錯(cuò)位置，這也有可能導(dǎo)致產(chǎn)品裝配失敗，所以要求任課教師的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)該放在裝配步驟上，要求學(xué)生必須小心謹(jǐn)慎完成這個(gè)教學(xué)活動(dòng)。在進(jìn)行紅外感應(yīng)電路裝配及調(diào)試的教學(xué)過(guò)程中，任課教師要幫助學(xué)生復(fù)習(xí)電子元器件的識(shí)別、檢測(cè)與應(yīng)用能力，進(jìn)一步講解電子產(chǎn)品裝配、調(diào)試、檢修的方法[9]。當(dāng)學(xué)生親手安裝調(diào)試完成紅外感應(yīng)電路實(shí)物（見(jiàn)圖9），能進(jìn)一步提高學(xué)生“工作成果”的體驗(yàn)。

圖9 紅外感應(yīng)電路實(shí)物Fig.9 Object of infrared induction circuit

3 結(jié)論

把紅外感應(yīng)電路設(shè)計(jì)與裝配的工作過(guò)程作為一個(gè)整體，將專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐操作技能相結(jié)合，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的“工作環(huán)境”，每個(gè)工作環(huán)境對(duì)應(yīng)一個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目由若干個(gè)教學(xué)活動(dòng)組成，學(xué)生通過(guò)完成教學(xué)活動(dòng)掌握專業(yè)知識(shí)并提高實(shí)踐技能[10]。這種教學(xué)模式有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生設(shè)計(jì)、制作、安裝、調(diào)試電子產(chǎn)品的技能，有效提高了學(xué)生的崗位關(guān)鍵能力，開(kāi)創(chuàng)了PCB設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)新模式。