電子實(shí)習(xí)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新

1、電子實(shí)習(xí)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新1 前言 目前，我國高校電工實(shí)習(xí)電子部分大多是焊接現(xiàn)成電路板， 然后拼接成一個(gè)電子作品， 其中會(huì)對(duì)電路原理圖有基本了解和對(duì) 電路圖進(jìn)行安裝、 調(diào)試，如收音機(jī)、 萬用表、穩(wěn)壓源等電子電路。 這些都是現(xiàn)成的PCB板或用網(wǎng)孔板來制作，但近來大學(xué)生參加各 種競賽， 如全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、 全國大學(xué)生恩智浦智能汽 車賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練賽等，都需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路，具 體電路圖設(shè)計(jì)電路由專業(yè)課教師或帶競賽教師指導(dǎo)， 但設(shè)計(jì)好電 路原理圖，如果不會(huì)用軟件來畫 PCB圖，PCB板就無法出來。因 此，在電子實(shí)習(xí)中有必要加入畫電路原理圖和 PCB圖內(nèi)容。有了 PCB印刷電路圖，有

2、些高校如果配有制作 PCB板設(shè)備，學(xué)生還能 進(jìn)一步學(xué)習(xí)制作PCB板技術(shù)；如果沒有上述設(shè)備，只要畫好 PCB 印刷電路圖就可以外加板?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展非?？?，如果高等教育不及時(shí)調(diào)整課程和內(nèi) 容，就無法培養(yǎng)出具有工程能力的應(yīng)用型工程師。但 Protel 99 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件已無法滿足集成度和復(fù)雜度越來越高的技術(shù)， 大 學(xué)生迫切希望有一種新PCB設(shè)計(jì)軟件能滿足設(shè)計(jì)要求，并且功能 要足夠強(qiáng)大和具有很高效率。 雖然自動(dòng)布線并不一定完全符合設(shè) 計(jì)者要求，但是基本符合，一般稍做修改就可。完全用手工來畫 PCB圖，會(huì)有很大的工作量并浪費(fèi)大學(xué)生大量時(shí)間，而AltiumDesigner 10原理?D與PCB設(shè)計(jì)課內(nèi)容

3、基本能滿足大學(xué)生參加各 種競賽的要求。2 電子實(shí)習(xí)模式改革優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容 上海工程技術(shù)大學(xué)電工實(shí)習(xí)課程一般是兩周 時(shí)間，一周強(qiáng)電實(shí)習(xí)，一周弱電實(shí)習(xí)也就是電子實(shí)習(xí)部分。電子 實(shí)習(xí)主要內(nèi)容安排由焊接練習(xí)、 常用電子元件介紹、 穩(wěn)壓電路原 理介紹、畫布線圖、布置元器件、用導(dǎo)線連接元件，最后是測量 電路圖數(shù)據(jù)和用示波器測波形圖等內(nèi)容， 穩(wěn)壓電路圖由簡單到復(fù) 雜，電路穩(wěn)定性也會(huì)越來越好， 這都可以從測量數(shù)據(jù)和波形圖反 映出來。 但總發(fā)現(xiàn)學(xué)生電路焊了太多， 前后共要焊三個(gè)電路圖而 學(xué)不到別的知識(shí)。在不增加課時(shí)前提下，可以減少一個(gè)電路圖， 用這部分時(shí)間直接上 Altium Designer 10原理圖與PCB

4、設(shè)計(jì)使用。第二部分，可以使用 Altium Designer 10 軟件畫電子實(shí)習(xí) 原理圖、PCB Altium Designer 10 原理圖與PCB圖。在學(xué)生學(xué) 會(huì) Altium Designer 10 基本操作后，可以用軟件畫各類競賽電 路原理圖， 這樣充實(shí)了實(shí)習(xí)內(nèi)容， 更感興趣的學(xué)生課后可以畫自 己需要的電路圖或參加各類競賽自己設(shè)計(jì)電路圖， 增強(qiáng)實(shí)習(xí)內(nèi)涵 和效果。第三部分，新實(shí)習(xí)內(nèi)容與舊內(nèi)容比較具有優(yōu)勢。 由于新內(nèi)容 的添加，學(xué)生用軟件自己畫出PCB電路圖，雖然沒有條件讓所有 學(xué)生自己加工線路板， 但是教師可以選出比較好的和有代表性的 電路圖外加工，然后讓學(xué)生焊接和調(diào)試，學(xué)生會(huì)有自豪感

5、，因?yàn)?是自己用軟計(jì)畫出的電路圖， 同時(shí)會(huì)顯現(xiàn)新工藝的優(yōu)越性。 一般 來講，用加工出來PCB板制作電路可靠性會(huì)提高， 測試數(shù)據(jù)和波 形會(huì)更理想， 板子故障率也會(huì)大大減少， 同時(shí)減少教師檢查學(xué)生 在焊接節(jié)點(diǎn)和連線上故障所花費(fèi)的時(shí)間和精力。在講解課程時(shí)要有側(cè)重點(diǎn)， Altium Designer 10 的使用和 畫基本電路圖學(xué)生會(huì)很快掌握，但創(chuàng)建原理圖庫和PCB庫就要慢 一點(diǎn)兒，最好是學(xué)生跟著教師操作，一步一步跟著操作，不要把 所有步驟都操作完，否則學(xué)生來不及掌握。另外，在講PCB設(shè)置規(guī)則時(shí)比較枯燥，可以結(jié)合PCB違反規(guī)則實(shí)例講解。在講網(wǎng)絡(luò)表 生成時(shí)要讓學(xué)生知道生成網(wǎng)表后， 即可將網(wǎng)表里的信息導(dǎo)入

6、印刷 電路板，是為電路板的組件布局和布線做準(zhǔn)備。PCB的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常繁雜的過程， 從最初的網(wǎng)絡(luò)表到最后設(shè)計(jì)出的精美的電路 板，如同寫作一般需要作者非常細(xì)心地反復(fù)修改，因?yàn)镻CB設(shè)計(jì)的好壞直接影響到最終產(chǎn)品的工作性能。利用 Altium Designer 10 來設(shè)計(jì)印制電路板，其一般的流 程如圖1所示。如果PCB圖比較簡單，也可以不采用這樣的流程， 而直接設(shè)計(jì)PCB圖，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般不采用這樣的方法， 因?yàn)檫@樣不利于設(shè)計(jì)的查錯(cuò)以及后期的文件管理和歸檔。 下面根 據(jù)圖1所示流程，具體講解 PCB的設(shè)計(jì)步驟。教學(xué)方法創(chuàng)新 一般的教學(xué)方法是教師講課、學(xué)生聽講，講 完課后布置課堂作業(yè)來檢驗(yàn)課堂

7、效果。 好的教學(xué)方法是邊講邊讓學(xué)生做， 同時(shí)隨時(shí)顧及學(xué)生掌握情況， 讓所有學(xué)生都能掌握課堂 知識(shí)。電子實(shí)習(xí)課程強(qiáng)調(diào)書本理論知識(shí)和實(shí)踐統(tǒng)一， 最終學(xué)生制 作作品要與自己需求和企業(yè)需要掛鉤。在該課程教學(xué)中， 介紹完簡單的軟件使用之后， 就可以要求 學(xué)生在學(xué)習(xí)后完成一個(gè)簡單印制板電路仿真項(xiàng)目， 可以是電子實(shí) 習(xí)電路，也可以是經(jīng)典電路，但是電路最好不要太復(fù)雜，畢竟實(shí) 習(xí)時(shí)間有限， 教師在課堂上只能教會(huì)學(xué)生入門， 有興趣的學(xué)生可 以課后花時(shí)間鉆研，完成相對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目。如在PCB的設(shè)計(jì)與制 作中有些技巧掌握，這里簡單提七點(diǎn)：1）熟悉工廠PCB制造流程；2）電路圖簡化來完成設(shè)計(jì)任務(wù)； 3）使用自動(dòng)布線，但也

8、考 慮手工布線的優(yōu)點(diǎn)； 4）考慮電路板尺寸大小和電流； 5）避開裂 片風(fēng)險(xiǎn)；6）關(guān)注DRC對(duì)電路檢查；7）加深對(duì)加工工廠伙伴的認(rèn) 識(shí)。另外，多與學(xué)生交流制作 PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，電路板的布線操作 是整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中最重要的一步。完成布局后的PCB網(wǎng)絡(luò)連接仍 然是通過飛線來完成的， 布線的目的就是要將網(wǎng)絡(luò)關(guān)系用實(shí)際的 走線表現(xiàn)出來，而且要求走線合理美觀。如印制導(dǎo)線走向與形狀，印制電路板布線，“走通”是最起碼要求，“走好” 是更高一層的要求。圖 2 所示為印制導(dǎo)線走向與形狀的部分實(shí) 例。在印制導(dǎo)線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意： 1）以短為佳，能走捷徑就不 要繞遠(yuǎn)， 但導(dǎo)線通過兩個(gè)焊盤之間而不與它們連通時(shí)， 應(yīng)該與它

9、 們保持最大而相等的間距； 2）走線平滑自然為佳，避免急拐彎 和尖角（這是因?yàn)楹苄〉膬?nèi)角在制板時(shí)難以腐蝕， 而在過尖的外 角處，銅箔容易剝離或翹起； 導(dǎo)線與焊盤的連接處的過渡也要圓 滑，避免出現(xiàn)小尖角）； 3）應(yīng)盡量避免印制導(dǎo)線出現(xiàn)分支； 4） 為增加焊盤抗剝強(qiáng)度， 根據(jù)安裝需要可設(shè)置工藝線， 它不擔(dān)負(fù)導(dǎo) 電作用； 5）公共地線應(yīng)盡可能多地保留銅箔。不同層PCB布線要求也不同：對(duì)于單層 PCB板，地線至少 保持1.5 mm寬，跳線和地線寬度設(shè)置應(yīng)保持最低；對(duì)于雙層PCB板，優(yōu)先使用地柵 /點(diǎn)陣布線，寬度保持在 1.5 mm以上，或者把地線放在一邊，信號(hào)電源放在另一邊。 再如，同步設(shè)計(jì)是 Alt

10、ium Designer 系列軟件電路繪圖基本 的繪圖方法， 這是一個(gè)非常重要的概念。 對(duì)同步設(shè)計(jì)概念最簡單 的理解就是原理圖文件和 PCB文件在任何情況下保持同步。 也就 是說，不管是先繪制原理圖再繪制 PCB還是原理圖和PCB同時(shí) 繪制，最終要保證原理圖上元件的電氣連接意義必須和PCB上的電氣連接意義完全相同， 這就是同步。 同步并不是單純地同時(shí)進(jìn) 行，而是原理圖和PCE兩者之間電氣連接意義完全相同。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的最終方法是用同步器來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)概念稱之為同步設(shè) 計(jì)。要完成原理圖與PCB圖的同步更新，同步比較規(guī)則的設(shè)置是 至關(guān)重要的。學(xué)習(xí)成果的多樣化評(píng)價(jià) 電子實(shí)習(xí)課程是一門注重動(dòng)手實(shí)踐 的課

11、程，教學(xué)方法不能與理論知識(shí)教學(xué)方式相同，在教學(xué)效果 的?u價(jià)方面也不應(yīng)該單一，因此提出學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)多樣化的評(píng) 價(jià)方式。在成果評(píng)價(jià)中，除了根據(jù)每個(gè)學(xué)生基本掌握情況打分， 如果學(xué)生掌握課堂以外能力， 如可以根據(jù)自己需求設(shè)計(jì)電路， 特 別是在各種大學(xué)生競賽中設(shè)計(jì)各種功能電路圖， 應(yīng)給予這部分學(xué) 生高分。通過課堂學(xué)習(xí)和課后自學(xué)、 課堂討論等多樣化學(xué)習(xí)方法， 不斷提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用能力。3 電子實(shí)習(xí)改革創(chuàng)新宗旨 總之，電子實(shí)習(xí)必須要突出實(shí)踐動(dòng)手， 同時(shí)在實(shí)習(xí)項(xiàng)目上要 由淺入深，體現(xiàn)易難遞進(jìn)性。在實(shí)習(xí)項(xiàng)目選擇上，動(dòng)手操作要與 理論教學(xué)同步， 另外要有一定梯度， 電子實(shí)習(xí)項(xiàng)目順序可以從單 個(gè)簡單電路到綜合復(fù)雜電路， 設(shè)計(jì)項(xiàng)目要體現(xiàn)趣味性和滿足大