基于线上线下混合教学模式的电子CAD课程改革探讨

陈曙光

（嘉兴职业技术学院 浙江嘉兴 341036）

为了深入贯彻党中央、国务院关于职业教育改革的决策部署[1]，以立德树人为根本任务，以打造高素质师资队伍为着力点，应推进“三全育人”、落实育训并举、确保质量型扩招等新形势、新要求下，持续深化教师、教材、教法改革。通过“以赛促教、以赛促学，以赛促改、以赛促建”，提升教师落实“课程思政”要求，“停课不停学”条件下组织教学的能力，推进高水平、结构化教师教学团队在信息技术应用、团队协作等方面的水平提高，持续提升职业学校推进国家教学标准落地、常态化改进教育教学管理的能力，构建职业教育教学质量持续改进的良好生态。本校于2020年将电子CAD立项为校级精品在线课程，经过两年的线上线下混合教学模式实践，获得了一些宝贵的教学改革经验。

电子CAD课程是高等职业院校应用电子技术专业的一门核心专业课，是电气自动化专业选修课，具有很强的实践性。其任务是培养学生掌握典型电子电路设计软件，初步具备独立绘制较复杂电子原理图及设计印制电路板能力。结合教育部提出推行双证书制度，和双证教学要求，专业课程的设置与职业资格证书相对应，课程教材的选用和教学内容的选取与考证内容一致，学生通过专业课程学习就可以直接参加相关职业资格证书考试。该门课程的学习与PCB设计工程师及计算机辅助设计绘图员资格证书相融合，可以很好地鼓励学生考取相应的职业资格证书，不仅能增强学生学习的积极性、主动性，还能提高学生的职业能力。

一、整体教学设计思路

（一）重构教学内容与确定课程目标

在教育部应用电子技术专业教学标准指导下，走访电子行业公司，访谈从事PCB设计岗位的毕业生，针对职业岗位和招聘信息等进行分析，确定电子CAD课程培养目标为电子行业PCB设计工程师岗位，也就是培养具有电子线路板设计与相关仿真，跟踪电子线路板制造过程并解决相关技术问题的专业技术人员。从招聘网站信息分析，一般PCB工程师岗位对应届毕业生要求是能够根据电路原理图完成PCB布局布线，负责元器件建库、检查和维护，熟悉Altium Designer或PADS软件设计工具，有良好的团队意识及沟通能力。根据岗位要求本校教师编写了基于行动导向的项目化教材《电子CAD项目教程》，并由中国铁道出版社出版发行。该教材内容以实际电子产品的设计工作过程为主线设计学习项目，注重培养学生实际的电路板设计能力，在学习期间扎实完成多个具体的PCB设计项目，并能够提供出实际资料。《电子CAD项目教程》由五个项目组成，项目一至项目四是电子电路板PCB设计，按照难易程度由入门、简单、提高和复杂四个等级组成，项目五为电路仿真项目训练。在电子电路板设计项目中均包含电路板设计流程中电路板设计原理图绘制，物理封装制作，网表处理，电路板布局，电路板布线，制造文件导出等六个步骤。遵循循序渐进规律，通过一个项目接着一个项目的连续训练，模拟实际工作环境，学生能够在反复的项目训练中深刻记住软件的使用技巧。在教学内容中，引导学生阅读企业作业单，了解PCB设计行业规范，观看纪录片《大国工匠》，从中体会工业发展中，千千万万一线技术人员的那种兢兢业业，敢为人先，敢打硬仗，不怕困难的工匠精神。

（二）学情分析与应对方法

本学院每年参与学习电子CAD的学生大约有4～5个班级，学生人数达到150～200人，为应用电子技术及自动化两个专业。生源来源渠道有三种：高中后、三校生、3+2。其中高中后生源无任何基础，从零学起；三校生高中阶段来自不同职业高中，所学专业繁杂，电子专业基础能力相差比较大；3+2学生有一定的PCB设计基础，会使用protel99SE，个别学生布线能力较强。从前五年课堂面授过程中，学生学习该门课程的情况来看，发现一些问题，课程安排每周一次4学时，同种类生源学生对知识的接受能力差别很大，同一课堂出现多种进度，导致学生之间相互影响，课下没有接续训练辅助，加之课程周期长，知识操作遗忘率很高，长期造成学生学习只停留在浅表层，无法深入，教学达不到预期效果。当代学生接受新鲜事物能力和信息化手段应用能力极强，获取信息主要渠道来源于网络，会很快学会使用各种APP，但缺乏辨别力，自我意识强烈，综合素质较高，缺乏合作意识，娱乐爱好特别广泛，自我认同高等特征。根据学生的学习情况及特征，在“超星”平台和“在浙学”APP中，建立了电子CAD课程网站。网站中提供了五个教学项目完整的操作视频，并配有知识点讲解和操作示范；同时将课后习题操作视频同步上传网站，作为学生课后练习指导，视频时长为900分钟。在课程平台中设有讨论，作业，学生学习情况统计等众多模块，以便教师掌握学生的每时每刻学习情况。课后在QQ和钉钉中提供全天候在线答疑，实现了手把手式教学。另外，学生也可以通过线上课程回放，回顾线上课堂知识，查缺补漏，实现在短时间内提高电子电路板设计能力。

二、教学实施过程

线上线下混合教学模式，对于教师和学生都是既陌生又新鲜，实施最初很担心学生是否能够获得专业知识，能否培养出电子电路PCB设计能力；课前线上学习是否能够达到预期效果，学生会不会主动学习，是否能理解理论知识，学会分析及综合运用等。在互联网时代今天，教师必须具备一定的信息化教学能力，同时学生也应学会通过互联网方式获取更新知识的能力，所谓活到老学到老，不被这快速发展的时代淘汰。我们对所选取教学内容做了认真分析，分解出哪些知识适合在课前自学即通过视频和自测训练自行完成，哪些项目内容则需在教师安排引导下在课堂内完成。在整个项目学习中学生学习评价效果采用什么方式才能客观公正，过程考核记录准确详实。这些对我们老师教学教育能力提出了巨大的挑战。下面以音响电路层次化制图与制版项目为例，简单介绍项目实施过程。

音响电路层次化制图与制版项目由主电源电路、输入输出电路、音频放大电路、驱动电路及闪烁电路组成。该项目需要自制元件库，根据安装元件的实际尺寸绘制相关元件的PCB封装，在这一环节导入“差之毫厘，谬以千里”的典故，培养学生认真工作，决不能粗枝大叶的工作态度。在绘制顶层主电路图及底层子电路原理图时，针对本门课程软件工具出处，引入华为公司被EDA软件厂商停止销售及更新事件，教育学生要认识清楚我们在某些领域跟先进技术国家的差距，青年一代需加倍努力学习，将来报效祖国。另外就IEEE华为事件，介绍什么是IEEE（电气与电子工程师协会）国际学术组织，其在多领域多个行业制定规则，教育学生要关注国际学术共同体，它是技术和产业发展及创新的基石，IEEE这些机构发源于欧美，稍有不慎会成为被利用的工具来打压我们民族产业。音响电路层次化制图与制版项目教学实施过程三段六步三评价一反馈，如图1所示。

三、学习效果

从在浙学APP上来看，对学生课前学习任务、讨论题目及作业完成情况等数据分析，可以看出对于早已习惯教室面对面授课形式的高职学生来说，线上学习对于大多数学生来说不适应，最初学习压力还是比较大。在该门课程最初学习中，学生遇到的问题一是独立预装学习Altium Designer软件不成功；二是课前学习中，从原来的被动学习转换为自主学习方式，大多数学生不适应，自学能力欠缺；三是对教师安排的课前学习内容理解不够，运用网络资源的能力不理想；针对学生学习中遇到的问题，教师进行了全天候在线答疑，实施必要的远程协助。

在钉钉线上直播课堂中，首先对学生在自学过程遇到知识点问题，如绘制原理图时出现元件红色弯线错误提示，多余元件在原理图窗口导致编译出错，网络标号放置不到位，错用连线工具，从原理图编译时跳出message中判断错误原因，未建工程项目导致原理图网表无法传送到PCB窗口等问题做示范讲解，并且引导学生借助网络资源解决学习中遇到的问题，加强自学能力培养。其次对音响电路原理图绘制中重点和难点知识做详细讲解示范。最后总结该项目知识要点及注意事项，提醒学生课后可以观看直播课堂回放，补充自己某些知识点掌握不足情况。

在浙学App中对学生课前和课后的学习情况，会有实时详尽的情况记载，根据数据随时可以掌握每位同学对该门课程的学习情况，能够有的放矢针对性督促帮助每位同学，并且根据不同生源对知识内容掌握的程度，及时调整课程内容，做到因材施教。高度发达的互联网教学条件下，师生沟通从空间上得到扩展，课上未解决问题可以在课后线上解决，师生沟通畅通无阻，极大调动了学生的学习积极性，学习热情明显高于传统单一的课堂教学。从期末技能考试表现看，学生通过一学期的学习能够完成100个元件左右的电路，采用层次电路设计方法，实现较复杂电路的原理图及PCB设计，自制电子元件库；在PCB设计中，根据要求较熟练设置布线规则，使用交互布线工具，同时学习简单电路仿真环境参数设置并进行电路仿真。通过本科课程的PCB设计训练，大多数学生可以完成本门课程的教学目标，获得该课程要获得的知识、技能和专业素养。

四、结束语

电子CAD课程采用三段六步三评价一反馈教学策略，以学生为中心，工作任务驱动，学习结果为导向，利用电子CAD实训室，通过课前初探，课中导学，课后拓展，思政元素助力开展教学活动。教学项目成果通过企业结对PCB布线工程师评估鉴定，选出最优布局布线进行制版生产，生产出来的PCB板用于前导课程项目教学实训，实现前后课程相互支撑，项目产品安装调试过程中，学生可以看到PCB板有哪些优缺点，为下一次PCB设计积累经验，从设计成果实现电子产品功能过程中，获得更多的喜悦和自信。这些对于促进教学目标的达成，落实课程思政，将工匠精神融入渗透教学全过程，用劳动教育为学生打下坚实基础。线上学习不受时间，地点，空间，距离的限制，给学校教学提供了极大的便利。随着5G技术的逐步应用，互联网远程教学会发展得更快更好，让更多的人享受到更好的教学资源。