集成电路的课程范文

导语：如何才能写好一篇集成电路的课程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：集成电路版图CAD；实践教学；课程实验；课程设计

Research on practice teaching mode of computer aided design of IC layout course

Shi Min， Zhang Zhenjuan， Huang Jing， Zhu Youhua， Zhang Wei

Nantong University， Nantong， 226019， China

Abstract： In this paper， the practice teaching mode of Computer Aided Design of IC layout course is discussed. According to one trunk line and two related course experiments mode， the experiment contents and methods were designed and implemented. Meanwhile， other efforts including emphasis of extracurricular scientific competition and reform of course practicum， were adopted to pay attention to the cultivation of comprehensive ability for students. The practice teaching mode proved that better teaching effect have been obtained.

Key words： Computer Aided Design of IC layout； practice teaching mode； course experiments； practicum

目前，高速发展的集成电路产业使IC设计人才炙手可热，而集成电路版图CAD技术是IC设计人才必须具备的重要技能之一。集成电路版图CAD课程是我校电子科学与技术专业和集成电路设计与集成系统专业重要的专业主干课，开设在大三第二学期，并列入我校第一批重点课程建设项目。本课程的实践教学是教学活动的重要组成部分，它是对理论教学的验证、补充和拓展，具有较强的直观性和操作性，旨在培养学生的实践动手能力、组织管理能力、创新能力和服务社会能力。结合几年来的教学实践，笔者从本课程实验、课程设计、课外科技竞赛等实践环节的设计工具、教学内容设计、教学方法和教学手段、师资队伍建设以及考核管理等方面进行总结。探讨本课程实践教学模式可加强学生应用理论知识解决实际问题的能力，提升就业竞争力，对他们成为IC设计人才具有十分重要的意义。

1 版图设计工具

集成电路CAD技术贯穿于集成电路整个产业链（设计、制造、封装和测试），集成电路版图设计环节同样离不开CAD工具支持。目前业内主流版图设计工具有Cadence公司的Virtuoso，Mentor Graphics公司的IC Flow，Springsoft公司的Laker_L3，Tanner Research公司的L_Edit和北京华大九天公司的Aether等。这些版图设计工具的使用流程大同小异，但在自动化程度、验证规模、验证速度等方面有所差异，在售价方面，国外版图设计工具贵得惊人，不过近年来这些公司相继推出大学销售计划，降低了版图设计工具的价格。高校选择哪种版图设计工具进行教学，则视条件而定。我校电子信息学院有2个省级实验教学示范中心和1个省部共建实验室，利用这些经费，我们购买了部分业内一流的EDA工具进行教学和科研。目前，我校版图设计工具有北京华大九天公司的Aether和Springsoft公司的Laker_L3。

2 两种相辅相成的实验教学模式

我校集成电路版图CAD课程共48学时（理论讲授24学时、实验24学时），实验环节是本课程教学的重要部分，在有限的实验教学时间内既要完成教学内容，又要培养学生创新能力，需要对实验教学模式进行改革和创新。本课程实验教学的目的与要求：与理论教学相衔接，熟练使用版图设计工具，学会基本元器件、基本数字门电路、基本模拟单元的版图设计，为本课程后续的课程设计环节做准备。紧紧围绕“一个规则（版图几何设计规则）、两个流程（版图编辑流程和验证流程）、四个问题”这条主线设计实验内容[1，2]。要解决的4个问题分别是：（1）版图设计前需要做哪些准备工作？（2）如何理解一个元器件（晶体管、电阻、电容、电感）的版图含义[3，4]？（3）如何修改版图中的几何设计规则检查错误？（4）如何修改版图和电路图一致性错误？表1为本课程实验内容、对应学时及对应知识点。笔者设计了两种相辅相成的实验教学模式：系统化实验教学模式和实例化实验教学模式。系统化实验教学从有系统的、完整的角度出发设计了实验教学内容，如设计实验3（数字基本门电路版图阅读）时，安排了5学时，采用3种版图阅读方式：读现有版图库中的单元电路版图、显微镜下读版图和读已解剖的芯片版图照片。针对同一内容，采用不同形式，彼此类比，加深印象，既有实物，又有动手操作，增强了直观性和感性认识。又如设计实验5（模拟单元MOS差分对管版图设计）时，安排了5学时，从器件匹配的重要性入手，给出MOS差分对管的电路图，讲解具体器件的形状、方向、连接对匹配的影响，特别是工艺过程引入器件的失配和误差，对MOS差分对管的3种版图分布形式（管子方向不对称形式、垂直对称水平栅极形式、垂直对称垂直栅极形式）进行逐一分析，指出支路电流大小对金属线的宽度要求，对较大尺寸的对管，采用“同心布局”结构。实例化实验教学先提出目标实例，围绕该实例，设计具体步骤，教师先示范，学生再模仿，如设计实验7（集成无源器件版图设计）时，由于集成电阻、电容和电感种类很多，不能面面俱到，要求只对多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件进行版图分析和设计。课堂实验的内容和课时是有限的，为此我们设置了课外实验项目，感兴趣的学生选取一些实验项目自己完成，指导教师定期检查。学院开放了EDA实验中心（2007年该中心被遴选为省级实验教学示范中心建设点，2009年12月通过省级验收），学生对本课程很感兴趣，课外使用EDA实验室进行自主实验相当踊跃。通过上述的实验教学方法，特别是课外实验项目的训练，学生分析问题、解决问题的能力和科研素养得到了提高。

表1 课程实验内容、对应学时及对应知识点

表1（续）

4 基于0.6μmCMOS工艺的数字门电路版图设计 5 理解上华华润0.6 μm硅栅CMOS几何设计规则；学会CMOS反相器、传输门、与非、或非等基本门电路版图设计；DRC检查。

5 基于0.6 μmCMOS工艺的MOS差分对管版图设计 4 MOS差分对管版图设计，包括匹配原则、同心布局等，DRC检查。

6 版图电路图一致性检查 3 掌握LVS流程、LVS错误修改。

7 集成无源器件版图设计 3 多晶硅电阻、平板多晶硅电容和金属多匝螺旋形电感等常用元件版图设计。

3 改革课程设计环节

课程设计是本课程培养学生工程应用能力的综合性实践教学环节，时间2周，集中指导，提前1个月发给学生任务书和指导书，每个班配备2名指导教师，注重过程控制。笔者在教学内容、考核等方面进行了改革和创新：在教学内容设计上，给出了必做题和选做题，在选做题中要求每位学生完成数字电路版图1题和模拟电路版图1题，具体题目由抽签决定，做到1人1题，避免学生抄袭。考核成绩由课程设计成果（占50%）、小论文（占30%）、答辩（占20%）三方面综合给出。以往的课程设计报告改为撰写科技小论文，包括中英文题目、中英文摘要及关键词、引言、电路原理与分析、版图设计过程、分析与讨论、结束语和参考文献，让学生学习如何撰写科技论文。精选优质小论文放在本课程网上学习资料库里，供学生相互传阅和学习。课程设计答辩具体要求参照毕业设计（论文）答辩要求，包括准备PPT讲稿、讲解5分钟、指导教师点评等过程，每位学生至少需要10分钟时间。学生对课程设计答辩反映相当好，锻炼了语言组织和口头表达能力，而且相互间可以直接交流和学习。我们还挑选课程设计成绩优秀的学生参加校内集成电路版图设计大赛。虽然课程设计的改革和实践需要教师付出很多精力和时间，但我们无怨无悔，学生的认可和进步是我们最大的收获。

4 精心指导学生参加课外科技竞赛

目前我校学生参加的集成电路版图设计竞赛有校级版图设计大赛以及行业协会和企业组织的版图设计竞赛等。由校教务处主办，电子信息学院承办的南通大学版图设计大赛是校级三大电子设计竞赛之一，每年8月底举行，邀请集成电路设计公司一线设计人员和半导体协会专业人士担任评委，增加了竞赛的专业性和公正性，目前已经举办了6届，反响不错。从校级版图设计大赛获奖者中挑选一部分学生参加行业协会和企业组织的版图设计竞赛，如苏州半导体协会主办的集成电路版图设计技能竞赛、北京华大九天公司主办的“华大九天杯”集成电路设计大赛，其中“华大九天杯”集成电路设计大赛将挑选优秀获奖学生参加华润上华的免费流片，学生经历从电路设计、版图设计及验证、流片到测试各个环节，提高了综合训练能力。

5 加强师资队伍建设

要提高课程实践环节的教学质量，关键是指导教师要思想素质好，专业理论知识强，科研水平高，因此我们着力建立一支年龄结构、职称合理的实践教学队伍。目前很多年轻教师是从校园走向校园，毕业后直接上岗指导学习实践，缺少工程实践经历和经验。为了提高教师自身的业务水平，加强对年轻教师的培养，近十年来，我院每年暑假举行集成电路CAD技术实践培训班，由经验丰富的教学、科研一线教师主讲；不定期地邀请一流IC设计公司一线设计人员来院开设讲座；同时挑选年轻骨干教师到一流IC设计公司学习和实践，时间至少半年以上；现已聘请IC设计公司一线设计人员6人为兼职教师，指导课程设计和毕业设计。集成电路CAD技术日新月异，课程实践环节师资队伍建设必须与时俱进。

6 结束语

我校电子科学与技术专业、集成电路设计与集成系统专业2012年被评为省重点建设专业，也是江苏省首批培养卓越工程师的专业。集成电路版图设计是这两个专业卓越工程师培养计划的重要内容之一，总结和探讨集成电路版图CAD课程实践教学意义重大，今后我们要继续推进该课程实践环节的建设与改革，不断探索，为我国集成电路设计人才的培养而努力奋斗。

参考文献

[1] 施敏，孙玲，景为平.浅谈“集成电路版图CAD”课程建设[J].中国集成电路，2007（12）：59-62.

[2] 施敏，徐晨.基于九天EDA系统的集成电路版图设计[J].南通工学院学报：自然科学版，2004，3（4）：101-103.

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关键词：集成电路设计；应用型人才；课程改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0059-02

一、引言

在过去的20多年来，中国教育实现两大历史性跨越。第一是实现了基本普及义务教育，基本扫除青壮年文盲的目标；第二是中国高等教育开始迈入大众化阶段，高教毛入学率达到17%。据《2012年中国大学生就业报告》显示[1]，在2011年毕业的大学生中，有近57万人处于失业状态，10多万人选择“啃老”；即使工作一年的人，对工作的满意率也只有47%。2012年，全国普通高校毕业生规模达到680万人，毕业人数再创新高，大学生将面临越来越沉重的就业压力。面对这样的困境，国家相关部分提出了一系列的举措，其中对本科毕业生的培养目标逐渐向应用型人才转变[2-4]。集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业，已成为当前国际竞争的焦点和衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。本文将在对集成电路设计专业特点分析的基础上，以北京信息科技大学集成电路设计专业课程设置为例，介绍面向应用型人才培养目标地集成电路设计本科课程现阶段存在的问题并给出相关可行的改革方案。

二、集成电路设计专业特点

进入本世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。为了适应社会发展的需要，国家开始加大推广集成电路设计相关课程的本科教学工作[5]。经过十年多的发展，集成电路设计专业特色也越来越明显。

首先，集成电路设计专业对学生的专业基础知识要求高。随着工艺的不断进步，集成电路芯片的尺寸不断下降，芯片功能不断增强，功耗越来越低，速度越来越快。但随着器件尺寸的不断下降，组成芯片的最基本单元――“器件”的高阶特性对电路性能的影响越来越大。除了器件基础，电路设计人员同时还需要了解后端电路设计相关的版图、工艺、封装、测试等相关基础知识，而这些流程环环相扣，任何一个环节出现问题，很难想象芯片能正常工作[6]。因此，对于一个合格的电路设计人员，深厚的专业基础知识是必不可少的。

其次，集成电路设计专业需要学生对各种电子设计自动化工具熟悉，实践能力强。随着电子设计自动化工具的不断发展，在电路设计的每一个阶段，电路设计人员可以通过计算机完成电路设计的部分或全部的相关内容。另一方面，电子设计自动化工具的相关比较多，即使是同一家公司的同一种软件的更新速度相当快，集成电路设计工具种类繁多，而且没有统一的标准这对集成电路设计教学增加了很大的难度。

再次，集成电路设计专业的相关教学工作量大。正如前面所介绍，要完成一个电路芯片的设计，需要电路设计人员需要了解从器件基础到电路搭建、电路仿真调试、版图、工艺、封装、测试等相关知识，同时还要通过实验熟悉各种电子设计自动化工具的使用。所有相关内容对集成电路设计专业的教学内容提出了更多的要求，但从现有的情况看，相关专业的课时数目难以改变，所以在有限的课时内如何合理分配教学内容是集成电路设计专业教师重要的工作。

最后，集成电路设计专业对配套的软、硬件平台要求高，投入资金成本高。从现有的情况看，国际上有4大集成电路设计EDA公司，还有很多中、小型EDA公司。每个公司的产品各不相同，即使针对相同的电路芯片，设计自动化工具也各不相同。在硬件方面，软件的安装通常在高性能的服务器上，因此，硬件方面的成本也很高。软硬件方面的成本严重地阻碍了国内很多高等院校的集成电路设计专业发展。

三、集成电路设计专业课程设置及存在的问题

在集成电路设计专业课程设置方面，不同的学校的课程设置各不相同。但总的来说可以分为三类：基础课、专业课和选修课。在三类课程的设置方面，每个学校的定义各不相同，主要是根据本校集成电路设计专业的侧重点不同而有所区别。从国内几大相关院校的课程设置看，基础课主要包括：《固体物理》、《半导体物理》、《晶体管原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》等；专业课主要包括：《模拟集成电路设计》、《数字集成电路设计》、《信号处理》、《高频电路》等；选修课主要包括：《集成电路EDA》、《集成电路芯片测试》、《集成电路版图设计》、《集成电路封装》等。

从现有的课程设置可以看到，针对国家应用型人才培养目标，现有的课程设置还存在很多问题，具体地说：

首先，课程设置偏于理论课程，实践内容缺乏，不符合应用型人才的培养目标要求。从上面的课程设置情况可以看到，各大高校在课程安排方面都侧重于理论教学，缺乏实践内容。比如：《模拟集成电路设计》课程总学时为48，实验学时为8，远远低于实际需求，难以在短短8学时内完成模拟集成电路设计相关实践活动。虽然集成电路设计专业对于专业基础知识要求宽广，但并不深厚，因此，浪费太多时间在每个设计流程相关的理论知识的阐述是不合适的，也不符合我国大学生的现状。

其次，实践活动不能与集成电路设计业界实际需要相结合，实践内容没有可行性。从目前各大高等院校的课程内容方面调研结果表明，对于本科教学情况，90%以上的实践内容都是教师根据理论教学内容设置一些简单可行的小电路，学生按照实验指导书的内容按相关步骤操作即可完成整个实验过程。实验内容简单、重复，与集成电路设计业界实际需要完全不相关，这对学生以后的就业、择业意义不大。

最后，没有突现学校的专业特色，不适于当今社会集成电路设计业界对本科毕业生的要求。但在竞争激烈的电子信息产业界，如果想要毕业生择业或者就业时有更强的竞争力，各大高校需要有自己的专业特色，但现在各个高校的现状仍然是“全面发展，没有特色”。这对于地方高校的集成电路设计专业毕业生是一个劣势。

四、面向应用型人才培养目标的课程改革

针对上面阐述的相关问题，本文给出了面向应用型人才培养目标的集成电路设计专业课程改革的几点方案，具体地说：

首先，削减理论课的课时，加大实验内容比例。理论课时远远高于实践课时是当今大学生教育的一个重要弊端，这也直接导致了大学生动手能力差、实践活动参与度低、分工合作意识薄弱。而在不增加授课学时的前提下要改变这一现象，唯一的方法就是改变授课内容，适当削减理论课的课时，加大实验内容的比例。这样既能满足国家对于本科毕业生应用型人才的培养目标，也符合创新型本科生的特点。

其次，积极推进“校企联合办学”，让学生更早接触业界发展，指导择业、就业。正如前面介绍，现在各大高等院校的教学内容理论性太强，学生在大学四年学习到的相关知识与实际应用相脱离。这也造成很大一部分本科毕业生在入职后的第一年难以进入工作状态，工作效率差，影响后面学生的就业、择业。如果能在学生在校期间，比如大学三年级或更早，推进“校企联合办学”，使学生更早了解到业界真正工作模式以及业界关注的重点，这对于学生后续进入工作非常有利，同时也能推进学校科研工作。

最后，实现优质教学资源的共享。这里的教学资源，除了包括授课笔记、教案、教学讲义外还包括高水平教师。虽然现在高等教育研究相关机构也开设了一些青年教师课程培训相关内容，但真正取得的成效还相对比较小。另外，针对集成电路设计专业来说，跟随业界发展的相关知识更新较快，配套的软硬件代价较高，如果能实现高校软硬件教学资源的共享，尤其是高水平高校扶持低水平高校，这将更有利于提高毕业生的整体水平。

五、结论

本文详细分析面对应用型人才培养目标的集成电路设计专业的特点，并在对国内相关院校集成电路设计专业调研基础上给出集成电路设计专业的基础课、专业课、选修课课程的内容以及教学方式情况，指出面向应用型人才培养目标现在课程设置方面存在的问题。同时，文章给出了在当今大学生招生人数剧增情况下，如何合理安排集成电路设计专业课程的方案从而实现应用型培养目标。

参考文献：

[1]王兴芬.面向应用型人才培养的实践教学内涵建设及其管理机制改革[J].实验技术与管理，2012，（29）：117-119.

[2]殷树娟，齐臣杰.集成电路设计的本科教学现状及探索[J].中国电力教育，2012，（4）：64-66.

[3]侯燕芝，王军，等.实验教学过程规范化管理的研究与实践[J].实验室研究与探索，2012，（10）：124-126.

[4]张宏勋，和荫林，等.高校实验室教学文化变革的阻力及其化解[J].实验室研究与探索，2012，（10）：162-165.

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Jin Lijun

（西安铁路职业技术学院，西安 710004）

（Shaanxi Railway Institution，Xi'an 710004，China）

摘要： 《高频电子线路》课程是工程电子、通信类专业的一门重要专业基础课程，该课程主要学习通信系统中构成发射机、接收机的单元电路。文章针对学生学习高频电路困难的现状进行分析，从而探讨了在教学中如何从五个方面使学生对该课程产生兴趣并以清晰地思路学好本课程。

Abstract： "Frequency Electronic Circuit" program is one of the important basic professional courses of engineered electronic, communications majors; the course studies the transmitter and receiver unit circuit of communication systems. Article analyzes the difficulties for students to learn high-frequency circuit, and explores how to teach from the five aspects of teaching so that students are interested in this course and to learn this course.

关键词： 高频电子 非线性电路 频率变换 乘法器

Key words： high frequency electronic; nonlinear circuit; frequency conversion; multiplier

中图分类号：G42 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0247-02

0引言

《高频电子线路》是工程电子、通信类专业的一门重要专业基础课程，以电路基础、模拟电子线路及高等数学部分知识为基础，主要介绍通信系统中构成发射机、接收机的单元电路。而高职高专通信类专业的学生普遍认为电路及电子线路的分析本身就比较难，分析高频电路其难度更是可想而知。笔者在担任《移动通信》等课程教学时在讲到基站、移动台的组成及移动通信系统的干扰等知识点时，发现学生对高频电路的功能及特性，发射机、接收机的组成很模糊，给专业课的教学带来很大困难，而通信终端设备和很多集成电子产品的组成又离不开高频电路，所以该课程基础的好坏对后续专业课程有很大影响。那么如何使学生更好的掌握《高频电子线路》这门课程就成为值得探讨的一个课题。笔者通过多年从事通信高职学生的高频及其他无线通信专业课的教学体会，浅谈关于讲好高频课程中的几个重要环节。

1认识课程的重要性，培养学习兴趣

初学高频电子线路的学生翻开教材，看到复杂的电路图，波形图，数学推导等，均感到望而生畏。因此如何使学生对本课程产生兴趣、认识到课程的重要性尤为重要。

那么，如何吸引学生呢？可以通过讨论的形式，让学生了解通信在现代生活中不可替代的作用和无线通信在通信领域中的重要地位。通过对日常生活中一些实例和学生进行探讨，比如收音机、手机、电视机等无线通信工具为什么与外界设备没有任何连接，却能收到广播信号、与其它人通信、收看电视节目等，来引起学生的兴趣，从而导入《高频电子线路》课程的学习。若有条件，学完该课程还可以在课程综练中自己组装并调试好一台收音机。这样无疑会使学生兴奋，进而对该课程产生浓厚的兴趣。

2牢固建立发射及接收机的组成方框图

利用学生刚对高频课程产生兴趣之际，给学生解答无线通信的原理，这样就引出无线通信系统的组成。无线通信系统离不开三部分：发射机，接收机和传输媒质。进而给学生建立发射机和接收机的组成方框图和工作原理。在原理的讲解中，笔者认为，一定要使学生清楚为什么低频信号不能直接传播到远处，怎样才能传到远处？引出调制的必要性，调制前后的频率变换关系。为了让引发学生的兴趣，我们不妨用一个简单的例子说明发射和接收的过程，让电路名称和作用形象化和简单化。

在授课中我用一件物品通过列车从甲地运送到乙地的过程，来说明发射和接收的原理：需要运送的物品首先在甲地包装进箱子（相当于要传送的语音信号通过声电转换电路把声音变成对应的低频调制信号）；箱子不能自己到达远处的目的地（如同低频的信号不能传播很远），那么可以选择高速行驶的列车作为运载工具（如同调制信号需要接近光速传播的高频信号，即载波来携带，载波如何产生呢？就引出了振荡器电路）；接着箱子需要装载到列车上（如同调制信号需要调制到振荡器所产生的高频载波上，从而引出调制电路，根据调制信号携带在载波信号的不同参量上，可分为调幅、调频、调相三种）；装载了箱子的列车需要一定的速度（能量）来行驶（相当于已调信号需要功率放大的电路来提供足够的发射功率），列车到达目的地后，接收者需要从多个列车中选择携带自己箱子的列车（就如同接收天线把电磁波转化成高频电信号后，需要高频放大电路来放大和选择有用信号），选择到对应列车后，需要把箱子从列车上卸下来，此过程与装载过程相反（接收机要从已调波中恢复出调制信号，此过程称为解调，它与调制过程相反。有三种调制方式，则对应三种解调方式，即检波、鉴频和鉴相）；箱子取下来后，打开箱子还原出物品（相当于接收机末端的电声转换电路把低频电信号变换成声音），这样一个普通的发射机和接收机的模型就建立起来了。

通过这样的类比讲解，学生就更容易理解和记忆发射及接收的过程，对于方框图中的单元电路及其作用也有了一定程度的理解，从而为后续讲解单元电路的原理及作用打下坚实的基础。

3建立非线性分析方法

大部分学生认为高频电路比低频电路更难的主要原因在于高频电路的分析方法采用非线性分析方法，那么如何使学生建立起非线性的概念？用非线性方法分析高频电路呢？

通过画出三极管输入输出特性曲线，可以看出其曲线是非线性的（不是一条直线），设非线性器件特性为：i=a0＋a1u＋a2u2＋a3u3＋…（其中 a0，a1，a2，a3…为常数），若输入信号用u=cos2πft来表达，则通过数学推导不难得出输出信号频率有直流分量，由a1u 可得到频率为f的基波分量，由 a2u2 可分别得到频率为2f的二次谐波分量，由 a3u3 可分别得到频率为3f的三次谐波分量。说明信号通过三极管发生了频率变化，那么这么多信号怎么办？到底哪些是有用的？哪些是无用的？如何选出有用频率而滤除无用的频率信号呢？这与电路需要完成的功能有关，比如高放电路，电路就需要从多个频率输入信号中选择所需信号频率并加以放大，选频功能是依靠三极管输出端的谐振回路谐振于f来完成的；若需要得到2f频率，则需要选出a2u2 所产生的二次谐波，在输出端用谐振于2f 的选频回路选择2f 即可，这样就完成了倍频。

当然，这样的分析方法进而可以举一反三，如把信号频率为fc 的信号（载频信号）及频率为F 的信号（调制信号）同时输入，通过数学分析可由一次方项得到 fc和F； 二次方项得到2fc和2F和fc±F ，若输出端选频回路谐振于fc带宽大于2F，则可从输出众多频率中选出fc 及fc±F 频率分量，这就完成了幅度调制，不难发现非线性项中我们重点利用的就是平方项的变换。

通过以上分析，可以使学生清楚认识到高频电路需要频率变换，这就离不开三极管，利用其非线性变换产生了新的频率，而要从多个输出频率中选出所需要的频率，则需要谐振于该频率的谐振回路来选择，所以，非线性分析方法及选频回路在高频电路分析中尤为重要，学生理解和掌握了非线性对频率的变化规律，在发射接收图中，清楚了电路的输入信号，电路功能，及输出信号，从而可以判断选频回路选择有用频率，滤除无用频率。或根据输入及输出频率判断电路功能及作用，有了清晰的思路及方法，自然给学习单元电路增加了兴趣。

4注意对比电路之间的相互关系

尽管学习初始学生对高频课程产生了学习兴趣，可是一旦到了分析单元电路中，如果学生学习思路很乱，或盲无目地跟老师分析电路，只能使学生产生厌倦心理，从而失去学习兴趣。那么如何使学生思路清晰呢？

4.1 发射机、接收机中前后位置电路的对比发射机，接收机中前后位置电路的对比，对频率在电路中的变化规律及作用的分析有很大帮助。回顾发射或接收机组成图，使学生进一步掌握该单元电路在框图中的位置，前后是什么电路？对信号产生了怎样变换？本电路又需要对输入信号如何变换？清楚电路作用，输入输出频率的关系，从而利用非线性分析分析方法及选频回路达到其对信号处理的目的。

4.2 电路组成及原理相关的电路对比各单元电路尽管不同，但有很多共性，比如三极管的非线性变换、输出端的选频回路、偏置电路、电路中高频旁路电容、隔直电容、高频扼流圈等元件作用，以及画高频等效电路时对元件的处理方法都是一致的。如丙类倍频器可以对比谐振功率放大器讲解，调幅电路中的基极调幅，集电极调幅可以对比谐振功率放大器的调制特性讲解，直接调频电路和压控振荡器可以对比振荡器进行讲解，乘法器的应用可以与混频，抑制载波的双边带调幅、检波、倍频等具有频率变换功能的电路对比讲解。这样学生不仅能容易分析电路，而且复习了已学的电路。

因此电路的对比讲解不仅使学生的思路是清晰的、开放的，而且可以举一反三。

5强调乘法器在频率变换中的应用

目前的通信设备及相关电子产品中，已用大量的集成电路代替了分立元件电路。高频电路中的频率变换电路一般可用乘法器来完成，因此要比分立元件电路分析更简单，而且杂波成分少。

在学习乘法器的应用中，要使学生自如地应用乘法器代替非线性电路，首先要清楚输入端对两信号相乘，用三角函数推导可以得到：输出端信号的频率是输入两信号频率的和频及差频。例如输入f1及f2两个频率的信号，经过乘法器可以得到f1+f2以及f1-f2两个频率分量的信号。

清楚了乘法器的频率变换规律以及调幅、检波、混频等频率变换过程，就可以在乘法器的应用中举一反三的列举如下应用：调幅电路目的是把调制信号频率F 携带在载频 fc上，那么乘法器对载波及调制信号相乘，得到fc±F频率分量，这就是抑制载波的双边带调幅信号。相反，若想检波，即需要从fc±F上恢复出F ，那么就只需要把调幅波和载波fc输入到乘法器中，经过二者频率的加和减中，就有频率F的原调制信号，只需在乘法器之后加一低通滤波器选出低频调制信号即可，当然要完成混频只需要把高频fc和本振fL信号相成，得到 fc±fL，选择回路可以选择出差频fc-fL，即中频信号。从而完成混频。

可见掌握了用乘法器完成频率变换，学生会对频率变换有更进一步理解，从而对集成电路的内部组成、功能及作用也能很好掌握。

6小结

以上论述中，联系无线通信的现象，建立学生学习高频课程的兴趣，通过形象的类比及单元电路的多次回顾，牢固建立起发射接收机的组成框图，利用非线性分析方法及电路之间的对比熟悉电路工作原理、电路作用，使单元电路的分析简单化，最后用乘法器完成对频率的相加减，可以代替分立元件电路的频率变换，从而为集成电路代替分立元件电路的过渡奠定了理论基础。因此对于如何学好高频电子课程，培养学习兴趣、掌握分析思路和方法非常重要。

参考文献：

[1]胡宴如.高频电子线路.第二版.北京:高等教育出版社，2001，9.

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关键词：高职 电子设计 电子线路CAD技术 应用

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0186-01

对于高职学生而言，要学习的不仅仅是专业知识，动手能力是在学好专业知识的基础上更高的一个层次，也是他们必须拥有的一种能力。在高职院校中，电子信息工程技术专业的学生经常会遇到电子设计等问题，因此，在进行电子设计的时候需要用到的很多专业知识他们是必须掌握的。而电子线路CAD技术在电路板的制作方面的应用就必不可少了。下面我们将对电子线路CAD技术在电子设计中的应用进行研究与探索，说明电子线路CAD技术与电子设计的关系以及在电子设计中发挥的作用。

1、电子线路CAD技术与电子设计的关系

随着电子技术的广泛发展以及新型元器件和集成电路的广泛应用，电路在设计方面也越来越复杂与集成化，因此，对电路的要求也越来越精密。而为了达到电路在复杂与集成化方面的要求，在制作电路的时候单靠手工的操作已经不能完成设计的目的了。所以，就产生了现在我们所用到的电子线路CAD技术。我们在电子设计过程中利用它就能达到电路所要求的精密度。

2、电子线路CAD技术在电子设计中的应用

电子线路CAD技术是使用当前被广泛应用的计算机辅助绘图和设计软件，然后结合学过的专业知识进行设计，以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量等。电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要是一下几个方面：

2.1 绘制电路图

在进行电子设计的过程中，要实现电路的功能最重要的就是编程，但是只有编程并不能完善整个设计，还需要有一个完善的电路来承载这个程序，让它实现它本该实现的功能。在电子设计中，我们一般运用的软件是PROTEL,绘制电路原理图的时候就会用到PROTEL的原理图输入功能。该绘图软件在电路原理图输入方面有着非常丰富的电子器件库，能够为我们电子设计的绘图提供所需的各种电子器件。利用该软件进行电子设计确保了电路原理图的精密度，并且绘制过程也更为方便。比如：我们在画好一个元器件后，觉得它应该放在其他的位置，则只要将它拖动到我们想要放置的位置即可。

2.2 计算机仿真

电子线路CAD技术在电子设计的应用过程中还具备运用其仿真的功能，检查电路的功能是否达到了我们所预期的功能，并且能够对一些数据进行仿真，可进一步对电路进行分析。对于PROTEL软件而言，在它的MULTISIM中有很多种仿真功能，这些仿真功能可以进行直流工作电的分析、瞬态分析、温度扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、零极点分析、傅里叶变换分析、噪声和失真度分析、最坏情况分析以及蒙特卡罗分析等。在进行仿真的时候，我们首先要进行一个功能仿真，大致了解一下该电路的功能是否达到了预期的功能，然后进行数据仿真，对该电路进行具体的分析，并改正错误的地方。在进行仿真过后，分析结果一般都是以数值或波形的方式显示出来。

2.3 PCB板的设计

PCB板是PROTEL软件将电路原理图进行布线后的一种电路板。在进行PCB板的设计之前，首先要将电路原理图导入，而导入的电路原理图必须是通过仿真的，而且电路原理图中各元器件的电器特性必须与PCB板相同元器件的电器特性相同。最后，设计者就可以利用PCB板自动布线以及手动布线的功能对其进行布线。采用该软件对电路图进行布线，设计者可以先采用自动布线功能对电路进行大致的布线，然后用手动布线功能对其进行美化。这样的过程能够让电路的布线更加美观。

2.4 三维视图

在将PCB板设计好之后，在这样的绘图软件上都有三维视图的菜单，只要点击三维视图的菜单就可以观看设计电路板的三维视图。

3、让学生更好地掌握电子线路CAD技术

如上所述，掌握了电子线路CAD技术对于学生而言，可以更好地进行电子线路方面的设计工作。但在学习这一项技术的过程中，我们往往会发现学生心有余而力不足。部分教材多以PROTEL软件为蓝本，介绍软件的功能、菜单等，辅以一些应用的例子。学生学习后多呈现一种临时性的记忆，即在课程中会用，考核结束后在不长的时间后就不再掌握的现象。

解决这一问题的方法以，通过实践我们认为采用类似德国职业教育所推行的以行动为导向的项目教学法为好。其基本的思路是：

(1)先整体后具体：在学习CAD技术时，先期进行总体介绍，让学生有全局的认识，打消畏难的情绪；而后开始进入各项目的的学习实践。

(2)先低频后高频：总体而言学生进入学习后应从简而繁，低频的一些电子产品其电路较之高频的简单，学习应从其中入手。

(3)先规范后异型：突出异型电路板的设计制做，其目的是让学生今后在实际工作中具有变通的能力，在CAD技术中也手工调整电路布局的精华所在。

(4)先单层后多层，先分立后贴片。此处不再缀言。

最后一点是，对于各个CAD制作的电路，不应仅停留于电脑的设计，在教学的过程中应让学生的设计成为成品。这样可使学习更为直观，并更有成就感，随之的效果是学生对学习到的技术弥久常新。当然，这种做法也会使教学的成本大幅上扬，但从人才培养的角度看，这样的投入是值得的。

4、结语

在电子设计中运用电子线路CAD技术，不仅解决了电子设计中电路原理图绘制以及功能分析和布线方面的苦难。同时，让学生通过在自主地进行一些电子设计，并在的过程中运用该技术，适于锻炼他们使用电子线路CAD技术的实际能力并有助于其真正了解和掌握这一技术。

参考文献

[1]朱洁.电子线路CAD技术在高职电子信息工程专业毕业设计中的应用[J].中国现代教育装备,2010,(15):55～57.

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“教学做”一体化的教学模式就是将教学场所直接设在实训室，教师和学生以实际的教学项目为载体，边教边学边做，理论和实践交替进行，突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣的一种教学方法。这种教学方法能够充分调动学生的学习主动性、能动性和积极性，培养学生思考问题的能力和解决问题的能力。这种教学方法对培养高职院校高端技能型人才非常有效。

《数字电路》作为电子信息类专业学生非常重要的一门专业基础课程，在整个人才培养方案中起着举足轻重的作用。该课程的教学模式改革已经被提出很多年，也逐渐趋于完善。

一、课程的设计思路

由于高职院校学生的理论基础偏弱，在教学过程中，刚开始的一些理论知识学生还可以接受，但随着学习难度的增大，学生随之学习的兴趣也越来越低。为了克服学生的厌学现象，课程的教学模式必须要实施改革。

基于教学做一体的教学模式改革是培养学生职业能力的重要途径之一，将多种教学方法融为一体，使学生获得职业经验，提高职业能力。《数字电路》课程教学模式改革通过实施完成一个完整的项目工作进行教学活动，教学过程中，打破传统教学的章节顺序和老师讲，学生听的课堂教学模式，完全调动了学生的学习积极性，以实际项目来展开，以学生为主体，教师为指导，通过分组，把教学任务交给学生，学生通过讨论、制订工作方案、项目实施、成果展示、评估总结等完成课程的学习，掌握职业技能，增强团队合作。

二、教学过程的实现

1.紧跟行业的发展，确定教学项目

随着数字电子技术的高速发展，EDA技术越来越成熟，逐渐成为电子系统设计的主流。因此，在设计教学项目的时候，淘汰一些过时的知识，紧密结合电子产业的发展，并从学生的日常学习生活出发，设计学生熟悉并感兴趣的项目。该课程通过对企业、行业前期调研，专家后期讨论，以适应不断发展的广播电视技术岗位需要为导向，充分利用触发器、编码器、译码器等基本元器件，采用循序渐进的方法，从设计基本的计数器、加法器等小电路开始，逐渐实现基于计数器的数字钟功能，并完成电路的调试。

2.基于工作过程进行教学项目的实施

学生分组完成教学项目，要求每组提交：设计思路、逻辑电路图、实现数字钟功能的产品、答辩材料。

（1）完成总体设计方案。学生分组后在组长的统一安排下，分工合作，完成总体设计方案。在整个过程中，要保证全组同学都参与到项目中来，共同讨论解决项目实施过程中出现的问题。教师及时引导学生分析问题和解决问题，以达到学生为主体的教学目的。电路的设计过程是一个难点，各组可以选择不同的设计方法，不同的触发器完成电路的逻辑功能。教师应指导学生利用最简单、最稳定可靠的方法实现。

（2）完成产品的安装。学生拿到手的元器件有面包板、触发器、七段LED显示器、逻辑门、编码器、译码器等。要求各组学生合作，通过查阅集成块的功能，合理使用集成电路和导线，在面包板上搭建电路。在安装的过程中，教师应及时发现学生操作不准确的地方，并予以纠正，确保学生的人身安全。

（3）电路测试及故障排除。数字电路的实践教学过程中，故障是不可避免的，电路测试及故障排除是教学的重点和难点，通过故障排除，可以提高学生分析问题和解决问题的能力，排查电路同时也是工程技术人员必备的素质。在完成部分任务时，教师应先将介绍常出现的故障现象、出现故障的原因，并和学生共同分析如何排除故障。在这个过程中，学生可以进一步熟悉万用表和示波器的使用。同时，鼓励先完成的组帮助其他小组排除故障，增加专业素质及团队精神。

（4）答辩及综合评定。各小组完成作品设计后，选出一名代表阐述设计思路，并完成产品展示，由教师和其他小组共同进行客观评判，为作品打分。答辩结束后，教师对所有的作品进行综合评定，并作为本门课程综合考评的重要组成部分。

三、课程的教学效果

该课程进行教学做一体化的教学模式改革后，学生的积极性明显提高，所有的学生都参与到教学项目中来。课程的考核方式也做了改革，以小电路设计、综合作品设计等为主体，笔试所占的比例从80%降低到40%，重视学生实践能力的培养，学生不仅学到专业知识，还在实践教学中培养学生的集体主结协作精神，有利于提高学生的职业道德素养。

【参考文献】

[1]王秀红.高职软件技术专业“教学做一体化”的探索[J].中国成人教育.

[2]夏夕美.基于“学做合一”的高职院校人才培养模式创新[J].职业技术教育，2011，32（8）.

[3]王国庆.职业教育课程教学设计的“五化”原则[J].教育与职业.

[4]陈福恒.“教学做”一体化教材建设探索与实践[J].中国成人教育.

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关键词：电路 延续教学 Multisim

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0225-02

电路是高校电子与电气信息类的重要专业基础课。课程主要分析电路中的电磁现象，研究电路的基本规律和电路的分析方法。为学生学习后续的电子与电气信息类后续课程准备必要的电路知识，在整个课程体系中具有承前启后的重要作用。而随着课程教学改革的发展，在技术基础课程中也越来越强调对学生实验研究能力、动手操作能力、实践创新能力的培养。电路课程作为一门重要的技术基础课，在课程延续教学部分也应加强开展综合性复杂实验的教学。为此我们尝试将“多路直流电源设计”的综合性实验引入了电路课程延续教学中。

延续教学作为课程正常教学的有益补充，采用什么样的教学形式开展是教师们在设计教学方案时深深思考的问题。除了常规的通过习题课、答疑讲解加深对理论知识的理解，开展各种形式的实验教学也是十分有必要的。实验教学除了课内的基础实验、验证性实验，课后的延续教学部分进行一些电子设计制作，对锻炼学生的动手能力，提高学生的学习热情和积极性都是十分有好处的。

直流电源在原来的教学安排中我们是在模拟电子技术基础课程中介绍的。但实际上，学生对二极管的单向导电性在高中阶段就有所接触。在电路课程中学习过电容、电感特性，变压器原理后，向学生介绍直流电源的组成原理学生也比较容易接受。这时候在课后延续中引入多路直流电源设计的综合性实验，与实际联系紧密，在理论学习之后，将电路具体实现出来，学生兴趣比较大。电路课程与后续的模拟电子技术基础课程都属于电子电路，本就有着千丝万缕的联系。在电路课程中就开始学习Multisim软件仿真，对后续模电的学习也是十分有帮助的[1]。

1 原理介绍

在实验进行之前，教师需要对实验的理论基础即直流电压源的工作原理加以介绍。直流电压源通常由交流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组成，如图1所示。其中交流变压器负责降压，把220 V的交流电网电压降低到合适的交流电压值；整流电路的作用是将方向变化的交流电压变成方向单一的脉动直流电压；滤波电路则将脉动的直流电压转变为较为平滑的直流电压；最后的稳压电路负责清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压的稳定。教师可以重点讲解整流电路[2]。而整流电路的关键在于方向的变化，因此很容易引导学生想到利用二极管的单向导电性来实现整流。接下来主要介绍单相桥式整流电路的结构，讲解桥式整流电路4个二极管构成桥臂，两两交替导通的工作原理。滤波电路部分简单地使用电容元件进行滤波即可。稳压电路则采用三端集成稳压元件W7800和W7900系列来实现。

2 仿真

在学习完实验理论知识部分之后，学生还需要进一步熟悉实验使用的各种元器件，熟悉电路的工作原理和组成。电子分析的仿真软件在这里能够给我们带来极大的帮助。Multisim电路仿真软件是美国国家仪器（NI）有限公司推出的电路仿真软件，具有界面友好，元器件和测量仪器丰富，分析工具强大等优点，是进行电子设计分析的好帮手。学生通过在电脑上采用虚拟的电子元件连接电路，可以掌握常用电子元器件的功能作用、基本参数和测量方法。而且在软件中可以随时根据仿真结果调整电路参数，避免了实验失败带来元器件烧毁的风险。仿真软件提供了丰富的分析仪器，弥补了实验室可能缺少某些不常用仪器的不足。通过软件仿真，学生可以完成从电路设计、元件选取、测试优化、参数调整的一系列过程，锻炼了学生的动手能力和分析能力，也为实际电路的实现打下了良好的基础。多路直流电源的Multisim仿真电路如图2所示。

3 电路实现

学生在认真研究了电路原理并进行电路仿真之后，对每一个电路元件的作用、电路的组成结构都比较熟悉了，这时我们就可以进入实验室进行实物操作了。教师可以先向学生介绍一下面包板和各种电路元器件的使用注意事项。学生通过原理学习和电路仿真，对电路元件已经有了一个感性认识，通过实物操作，更增强了对电路的理性认识。电路逐级连接，逐级测试。遇到问题分析解决。哪一级电路不能出现仿真预计的结果，问题在哪里，需要通过学生自己动手分析解决，锻炼了学生分析问题解决问题的能力。而且由学生自己解决的问题，学生印象更为深刻。在解决各种繁琐问题的过程中，也培养了学生细致耐心的实验习惯。各种常用测量仪器，万用表、双踪示波器的使用，对学生后续电子课程会十分有帮助。原理学习、电路仿真、实物操作整个过程的完成，对培养学生的综合素质和创新意识、工程意识都会大有裨益。学生能够独立完成一个常用电路的制作，也是非常有成就满足感的，促进了学生对电路学习的兴趣。由学生自己连接的多路直流电源电路实物照片如图3所示。

4 结语

直流电源是模拟电子技术课程中很重要的一个知识点。我们在电路课程中开展多路直流电源设计的综合性实验，在电路课中就让学生对直流电源的基本原理和概念有所了解。而Multisim仿真的使用学习，早早接触电路仿真，对于学生后续课程模拟电子技术和数字电子技术课程的学习都很有好处。通过多路直流电源的综合性实验的原理学习、软件仿真、电路实现这样一个完整的过程，学生能够自己完成一个实用电路的制作，极大地激发了学生学习的热情和积极性，同时加深了学生对理论知识的理解，锻炼了学生的动手能力和操作能力，对理论教学也会起到良好的促进作用。

⒖嘉南

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关键词：物联网工程;翻转课堂;教学改革

电路基础课程是应用型本科专业物联网工程的一门专业基础课，是该专业一系列后续课程的前导。目前，应用型本科学生普遍有理论基础较薄弱，不喜欢枯燥的理论，不能主动进行思考等缺点，使得教学效果收效甚微。为了解决以上问题，学校课程组进行了一些教学改革，在一定程度上提高学生学习积极性和动手探索的能力。

一、明确课程学习目标

学期初，从学生的角度出发明确课程学习的目标。学生最感兴趣的是一门课程能学会什么，如果只是记住一个公式、一个定律，到期末考试的时候突击就可以过关，那么根本就不需要平时认真听讲课、做作业，学生也就没有了持续学习的积极性。所以，本课程组成员在学期初第一节课就给以“四会”概括该课程的教学目标，即一会应用理论进行简单电路原理分析;二会使用常用仪器、仪表进行电路参数测量;三会使用焊接工具进行电子制作;四会与同学、教师一起解决问题。

二、多种教学方法的融合

笔者从事职业教育十多年，教育教学时有新法，但就某一门课程，对特定的学生究竟用什么方法最有效，要根据学及时调整，以适应学生不同学习阶段的特点。

本课程组主要采用“半翻转课堂”教学方法实施教学，“半翻转课堂”的实施过程参见图1（以“节点电位法”教学内容为例）。

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图1 节点电位法半翻转课堂实施流程图

任何一种教学方法的实施都是以学生主动参与学习为目的，所以及时、积极的肯定学生的表现是每一种方法能够获得较好效果的保证。

三、多种实验条件的有效利用

目前，辅助教学的工具非常丰富，教师既能用动画软件制作一些电路的信号流向，也可以用仿真软件验证理论分析结果。本课程组在实际教学过程中除了教师用动画软件制作内容丰富的课件以增强课堂教学的吸引力外，在实验课时还要求学生应用multisim软件进行仿真实验，一方面学习如何应用计算机手段辅助解决专业问题，另一方面通过电路设计建立实际工作规范。

四、调动课外制作的积极性

为了调动学生课后应用理论知识解决问题的积极性，本课程组除了给学生随堂布置适量的理论练习题以外，学期初还给学生布置了与课程内容相关的课外小制作。该制作在课程结束前三周验收评分，制作过程分制作项目选择、项目申报、项目中期检查和项目作品展示四个阶段。四阶段主要帮助学生选择合理的制作项目，及时解决制作过程中学生出现的问题，督促学生进行成果汇报，引导学生课后钻研专业理论知识，训练职业技能。特别是在作品展示环节，充分肯定学生在实践过程中所取得的成绩，激励他们克服困难的决心，为后续课程教学起到了很好的启蒙作用。

表1 电路基础课程考核说明简表

[考核项目＼&考核目的＼&考核形式＼&考核比例＼&备 注＼&理论知识考核＼&以教学大纲为基础，对该课程的理论知识掌握情况进行考核＼&理论试卷＼&60%＼&期末集中考核＼&实践性考核＼&要求学生掌握基本实验方法和简单电子电路制作方法＼&实验操作;作品展示＼&20%＼&实验操作及时考核;作品展示在学院集中进行＼&课堂表现及作业＼&促进学生按时、积极参与课堂内外作业活动，提高知识总结归纳能力＼&出勤、作业、相关文档等＼&20%＼&随堂即时考核＼&]

五、科学、及时地进行考核评价，促进学生规范化发展

考核的目的是促进学生掌握课程的重要知识点。电路基础课程是传统的专业理论课程，采用理论考核方法能够反映学生理论知识掌握情况。但是，纯粹的理论考核给学生学习带来了很大心理负担，特别是应用型本科院校的学生具有理论基础较差、动手能力强的特点，所以，平衡的考核比例能够给学生在心理上带来积极的暗示，促进学生通过动手制作中的问题来理解理论知识。因此，该课程组教师在制定电路基础考核体系时主要按照表1说明实施考核。

结合以上几个方面，经过一学期的教学，无论是理论分析和实践能力，对于物联网工程专业的学生来说，都有了较大提升。随着实际情况发生变化，教学改革也应该随之而变化，在后续课程教学中，我们将不断探索、不断前进。

基金项目：重庆工程学院创新团队建设项目，项目编号：2014x

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【关键词】教学；汽车电路；重要问题；思路

0 引言

汽车电路计算机辅助设计（Computer Aided Design，，CAD）是汽车电子控制方向的本科生需要学习的一门重要专业基础课，是学生为社会服务和继续学习深造应掌握的重要技能。课程应用较多的软件是Protel99 se（简称99se）[1]或Protel DXP（简称DXP）[2]。学习内容的先后顺序依次是电路原理图、电路原理图库元件、印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）和PCB库元件设计[1-3]。电子电路CAD是电子电气和计算机等专业重要课程，对于交通运输或车辆工程等非电专业学生的学习具有一定难度，而且还需将电子电路CAD与汽车电路相结合，为了使学生能够理清思路和加深理解，应用Protel99 se软件，按照内容的先后顺序，在教材内容的基础上，根据授课过程中学生的疑惑来着重分析几个重要问题，使教学达到更好的效果。

1 电路原理图的两种作用

大部分应用99se和DXP软件来进行电子电路设计的教材中，电路原理图设计均需实现电路的正确电气连接，元件必须从库中选择放置，元件属性需设置其正确的PCB元件（称为封装），便于生成完整正确的网络表，在设计PCB时将网络表的电气连接关系和封装元件导入到PCB，为自动布线或手工布线服务。

在汽车电路设计中，局部控制功能的电路均需要设计一块PCB，例如，动力系统、车身或某一个CAN节点等。对于整车电路的原理图，不可能也不需要去设计电路板，所以只需使电路阅读者能正确理解电路的连接关系，而不必要真正的电气连接；在布线时可使用导线（wire）也可使用直线（line）；元件封装并不在原理图中显示也不起作用，则元件属性中可以不考虑封装设置；而且有些元件在99se软件自带原理图库中不具备时，可以用绘图工具绘制示意图，这些均可使其达到目的且O计方便快捷。

汽车电路原理图设计有需要设计其PCB和不需要设计其PCB的两个作用，两者要求和特点有很大不同，理解了这个问题，设计者可根据需要设计不同性能的原理图，同时也加深了对整个课程的理解。

2 电气连接特性

电路原理图中有很多对象，分为有电气连接特性和无电气连接特性两类。对于具有电气连接特性的对象，其真正起电气连接作用的又有所不同。从库中放置的元件，电气连接是引脚和属性中的封装；电源、接地、电路端口和方块电路图端口等对象的电气连接是网络标号，其式样仅仅是形式而无电气连接特性；总线和总线分支虽在布线工具栏中，但必须和网络标号同时使用，因其不具备电气连接特性而依靠网络标号起实际电气连接作用，其仅仅是指引电路阅读者识别不同位置元件的引脚网络标号；导线上节点表明交叉于节点的导线具有电气连接。

只有理解了原理图对象的电气连接特性，才能掌握网络是电气连接的实质，从而设计出正确电气连接的原理图，才能使网络表作为原理图和PCB的桥梁而设计出对应于原理图的PCB。

3 原理图复合元件

原理图中复合元件是指在同一个原理图元件中包含有两个或两个以上的相同或不同子元件，形式上分为各个子元件独立形式和整体式两种，要强调的是其实质都表示同一个复合元件，但二者也有一定的区别。例如由八个子电阻组成的复合排阻元件，图1为各子元件独立形式，图2为整体式，二者形式不同，但均为同一个排阻元件。图1中的各子电阻，引脚与图2完全相同，均对应于PCB元件的同一个封装DIP-16。图1中，各子电阻的设计序号中均包含RP1，表示为同一排阻元件，A～H分别表示同一排阻中的八个子电阻。采用独立形式的好处是，当电路原理图中没有用完八个电阻时，就不必全部放置八个子电阻，节省空间。但由于排阻是一个元件，各子电阻都在同一个封装内，只要使用了其中的一个或几个子电阻，在对应的PCB中都会放置完整的封装DIP-16，只是没用到的子电阻引脚悬空。

理解了复合元件的原理和两种形式的关系，在原理图设计时才能对元件进行合理选择、正确放置和设置属性；在后续的原理图库元件设计时，才能深入理解和掌握其设计原理、方法、文件管理器使用以及新建元件菜单New Component和新建子件菜单New Part的区别。

4 原理图元件和其封装的对应关系

为PCB设计服务是电路原理图的作用之一，网络表是二者联系的桥梁，要生成正确的网络表，原理图设计时要在每个元件的属性中设置其正确的封装。原理图设计中的布线是对元件引脚实现连接，设置了元件封装，实质上就是添加了该原理图元件的PCB元件，同时也就给出了该元件在PCB中的连接关系，这由原理图元件及其封装的对应关系所决定。

以NPN型三极管为例，如图3，左边为原理图元件，在原理图设计中设置其设计序号为Q1、设计属性为NPN及封装为TO-52，则其在PCB中加载的对应封装TO-52如图3右边图形所示。从图3可知，原理图和PCB元件均包含外形、引脚和属性，起电气连接作用的均为引脚，二者引脚的数目和编号需一一对应；原理图元件外形仅是原理符号图，封装外形是元件在电路板上的正投影，封装引脚位置和外形反映了元件实际安装尺寸。原理图的网络表导入到PCB中，将导入PCB元件（封装）及其连接关系，封装包含了元件的设计序号Q1、设计属性NPN、封装外形、引脚数目及其编号以及相对位置等信息。

对原理图元件及其封装对应关系的理解，将有助于原理图元件属性的正确设置，网络表加载的错误检查和修改，也为后续的PCB库元件设计打下良好的基础，使课程大纲中的原理图、原理图库元件、PCB和PCB库元件设计等四部分内容融为一个整体，将各部分发散的内容进行了提炼。

5 PCB层和对象的关系

对层概念的理解是PCB设计的核心内容之一，PCB中各种对象均与层有着密切的关系。PCB中最基本的对象包含物理边界、电气边界、封装、焊盘、过孔、导线以及各种标注性的解释说明等，只有深入理解了各种对象和层之间的关系，才能合理放置和设置各种对象，设计出满足需要的PCB。

封装总体上分为表面粘贴式和穿透式两种，在总体上看和根据安装焊接的需要，两者均只能在顶层或底层。局部上，粘贴式封装的焊盘（即元件的引脚）只能相应地在顶层或底层，穿透式封装的焊盘在综合层。除焊盘外，封装还包含了设计序号、设计属性和外形，其分别相应地在顶层丝印层或底层丝印层。对于非封装的独立焊盘，可以根据需要设置其所在层，比如作安装孔使用时要设置在综合层，作导线连接作用时可设置在顶层、底层或综合层。过孔与层的关系类似于独立焊盘。

物理边界要选择机械层绘制一个封闭区域，作为PCB的外形和尺寸。电气边界要选择禁止布线层，绘制一个小于或等于物理边界的封闭区域，作为放置元件和布线的范围。物理边界和电气边界的设计是PCB规划的重要内容，将关乎到网络表加载的成败。自动布线或手工布线中均使用导线连接各种焊盘或过孔，可根据实际连接的需要放在顶层或底层。

各种标注性的解释说明ο螅由各自不同特点和需要分别放在不同层。尺寸标注和标题栏一般都不在实际电路板中显示，通常放在机械层。其它的如果需要在电路板中显示的标注对象，可根据需要放在顶层丝印层、底层丝印层、顶层或底层，但若放在顶层或底层将是具有电气特性的铜膜，要确保其不影响原始电路布线。例如电路板布线完成后，在某一空白处放置工作单位信息，若选在顶层丝印层或底层丝印层，将是油漆的形式打印在电路板上，字迹容易磨损；若放在顶层或底层，将是铜字，字迹不易磨损。

6 结束语

在教材内容基础上，根据学生的疑惑，分析了《汽车电路CAD》课程的几个重要问题，理清思路并将相关知识点相互贯穿，加强学习和教学效果。除了分析的几个问题，课程教学中还会遇到其它一些问题，有待于以后工作中进一步讨论和总结。

【参考文献】

[1]及力.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程[M].北京：电子工业出版社，2011.

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一、教材分析

1.教材分析

照明电路的安装选自《电工工艺学》第三章第二节。该教材是技工学校机电类通用教材，结合了理论和实践操作。这一课程是机电类专业的基础课程。该节课是在学生掌握了简单照明电路安装之后的一堂技能课。

2.教学目标

（1）知识与能力：让学生了解基本组成元件，能把学过的知识灵活运用到生活中。

（2）过程和方法：培养学生的动手操作能力，以小组合作的形式学习，通过学生自己发现并解决问题，培养学生的独立自主意识。

（3）情感态度价值观：让学生学会团队协作、交流沟通，形成合作意识，养成严谨和节俭的良好学习习惯，让学生们在实践中享受成功的乐趣。

3.教学重点、难点

（1）教学重点：学生们分组合作完成电路图的设计分析和安装。

（2）教学难点：双控开关的连接。

二、教法、学法

由于电工操作是一门强调动手操作的课程。中职学生好奇心强，喜欢动手，难点在于理论。学习该课题之前，已经学习完成了基本照明电路的识图、安装，具备学习该课题的基础知R和基本能力。所以该堂课的教学设计，从培养学生的动手能力出发，在课堂上充分体现“学生为主体，教师为引导，练习为主线”的指导思想，让教学内容具有自主性、趣味性、直观性。所以本课笔者主要采用项目教学法辅以质疑启思法、示范操作法、项目教学法等。

项目教学法即在老师的引导下，将一个相对独立的项目交由学生自己完成。包括信息的收集，方案的设计，项目实施及最终评价。学生通过该项目了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。

《学记》说：“善学者，师逸而功倍，又从而庸之；不善学者，师勤而功半，又从而怨之。”“善学”就是要学生具有良好的学习方法。结合课程内容和学生情况，指导学生采用发现学习法、模仿学习法、结合示范教法等。主要采用合作探究法：现代社会团队的协作和合作探究是十分重要的。让小组成员共同探讨、设计、操作来完成电路。增进了同学间的友谊也提高了学生的团队协作能力。

三、教学过程

1.情景导入（做什么）

教师通过两组图片的引导，引出这个电路在生活中的广泛应用，如上下楼梯、自己卧室等，引起学生的好奇和兴趣。

2.教师引导（怎么做）

（1）引导学生回想上次电路的安装规范和要点、注意事项。

（2）引导学生画出该课的电路原理图，并分析原理，并准备元器件、工具等。

（3）讲解双控开关的基础知识。

（4）特别强调安全、纪律要求及注意事项。

3.学生动手实践（自己做）

（1）学生根据相应的规范按时完成电路的安装、调试完善任务。

（2）发现问题，小组共同想办法解决。解决不了的，可与别的小组交流讨论。

（3）教师密切注意学生用电安全，加强学生的用电的安全意识。

（4）教师要不断对学生的实践操作过程中的表现进行评价，引导学生集体研究，商量解决的办法，团结协作，努力创新。

（5）教师巡回指导，对确实困难的知识进行个别小组辅导，对多数存在问题的知识集体讲解。对学生难以理解的，做好演示，耐心教导。

4.通电检测（做得如何）

（1）学生检查完善自己的作品。

（2）小组学生自己检查。

（3）小组相互检查。

（4）教师检查，通电观察效果。

（5）学生总结，教师总结。（对学生多肯定，注意培养学生的自信心。）

（6）清理工作实训台，将物品、工具摆放整齐。做好导线等的回收利用。

四、任务布置

一是要学生完成项目报告，包括所学所感。二是要布置拓展练习，为学生下次课题做好准备工作。

五、教学反思

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关键词： 课堂教学； 问题驱动法； 实验管理

中图分类号：TP311.1 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）09-50-02

0 引言

“电路与模拟电子技术”是根据计算机专业的特点把电路和模拟电子技术合成的一门课程[1-2]，它作为算机专业的一门专业基础课，为数字电子技术、计算机组成原理、单片机等课程打基础，并且为学生从事工程实践奠定坚实的基础。

1 以往教学存在的问题

从以往的教学检验结果来看，电路与模拟电子技术这门课程的通过率相对较低，整个教学效果不佳，我们分析主要有以下几方面原因。

⑴ 本课程是一门专业基础课，理论性较强，传统的教学模式是以教师讲授为主，很难激发学生的学习兴趣。

⑵ 电路部分与中学物理的电学部分相关度较大，有中学物理的基础，学生掌握得相对较好，但是模拟电子技术部分，对学生来说是一个全新的内容，并且模拟电子技术的特点是由定量分析转换到定性分析，定性分析要根据实际情况对相关的参数进行取舍，增加了学习难度，所以模拟电子技术部分学生掌握得较差。

⑶ 本课程课时少、内容多。在讲课过程中只能选讲一部分内容，这样就破坏了课程的完整性，这也是导致学生掌握不佳的原因。

⑷ 实验课的设计与组织不佳，不能使学生很好地把理论与实践相结合，并很好指导实际。

2 课堂教学的改革措施

⑴ 在讲课过程中，一定要注重理论与实际相结合，把实际中的应用与计算机专业中的应用结合起来。例如在讲二极管的时候，对二极管在实际中的应用多讲一些。另外，讲课过程可借助多媒体以及仿真软件进行教学，比如在讲戴维南定理的时候，可以首先通过仿真实验、模拟探究，从而引出戴维南定理的过程，培养学生的观察能力和运用所学知识对实验结果进行分析、综合、归纳的能力，并以此使理论知识变得更加生动形象，激发学生的学习兴趣，使课堂效果变得更佳。

⑵ 问题驱动法在课堂教学中的应用。

问题驱动式教学法[3-4]的特点是教师通过巧妙设计教学任务，将要讲授的知识通过问题蕴含于任务之中，使学生在通过回答或解决问题完成任务达到掌握所学知识的目的。学生在完成一个个具体而真实的任务过程中要对任务进行分析，从而提出问题，并研究解决问题的方案，通过自主学习、小组合作学习与探究活动，完成学习任务，达到最终目标。以讲授模拟电子技术里共射放大电路的组成及工作原理为例[5]作如下探讨，共射放大电路如图1所示。

① 提出问题

问题的提出由浅入深，由简入易，并且问题之间相互关联。如T代表什么；VBB、Rb的作用是什么，没有Rb行吗；VCC、RC的作用是什么；C1、C2的作用是什么；这些参数的选择是任意的吗；如何实现放大等。

② 问题的解决

给学生时间让学生去分析解决所提出的问题，采用分组讨论的形式，以此来提高学生对课堂的参与意识，在讨论的过程中，对问题看得更加清晰，最后每个小组呈现一个结果；教师鼓励学生大胆说出自己的想法，不要怕错，这只是一个思维训练的过程，最后由老师进行总结。

③ 问题的总结和升华

在解决这个问题的过程中，学生对大部分问题都能通过讨论得出正确的结论，但是有一个问题学生还是不能准确把握，如：没有Bb行吗？一部分同学就认为可有可无，其实这是不正确的，因为VBB、Rb的作用是保证发射结正偏，并提供合适的正偏电压，如果没有Rb有可能把晶体管烧掉。另外，针对参数的选择是不是任意的这个问题，我们说模拟电子技术里的相关的电路对参数选择的要求较高，元件的选择要恰到好处，不然就实现不了放大，或者进入了饱和区和截止区，使波形产生了失真，这也是模拟电子技术学习困难的一方面原因。通过对这些问题的讲解，学生对基本放大电路的工作原理会更加清晰。

3 实验教学的改进

⑴ 实验的设计。以往的实验教学以单一的理论实验为主，实验与实际之间联系不够紧密，在实验的过程中，学生只是机械地连线、计算，而没有真正地理解相关的理论。所以要多设计一些综合性的实验，一方面可以促进知识的融会贯通，另一面综合性实验和实际联系紧密，学生在实验的过程中兴趣更浓厚，更有利于知识的掌握。

⑵ 实验课的组织与管理。由于实验课的形式比较灵活，导致部分学生对实验课的重视程度不够。所以要加强实验课的管理，加强管理可以从以下几方面着手。

实行签到签退制度，保证学生有足够的时间进行实验。

实验中，由于存在学生的个体差异，部分学生动手能力强，知识掌握的牢固，可能很快就把实验做完了，这样可以安排这部分同学对一些实验困难的同学进行指导和帮助，保证大部分同学都能在规定的时间段内得到正确的实验结果。

增加实验课的考核，实行随堂考核和整体考核相结合的方式，每次实验结束后，以抽检的方式考核，考核方式可以多样化，包括回答问题、实际操作、实验理解等，以此保证实验课的效果，以及学生进行实验的积极性，整体考核把实验课的成绩纳入课程考核中，实验课占期末总成绩的话20%，通过考核机制来保证实验的效果。

4 结束语

“电路与模拟电子技术”是计算机专业的一门专业基础课，学好此门课程对后续硬件课程的学习有很大的帮助，所以在实践与教学的过程中要不断地改进教学方法，提高教学效率，促进教学效果的不断提高。本文从课堂教学与实践教学两方面对课程改革进行探讨，并不断地应用于后续的教学中，收效明显。在以后的教学中我们仍然要不断地总结、探索，以寻找更好的教学方法。

参考文献：

[1] 殷瑞祥.电路与模拟电子技术[M].高等教育出版社，2004.

[2] 高玉良.电路与模拟电子技术[M].高等教育出版社，2005.

[3] 曹晓凡.问题驱动教学法在环境法课程中的应用[J].中国环境管理干部学院学报，2010.4.