电子CAD课程改革探讨
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作者: 雷学良
摘要：电子线路CAD，即电子线路计算机辅助设计，是20世纪70年代以后随着计算机硬件和软件的发展而逐步形成的一门新兴学科。该课程主要讲授利用计算机技术和工具软件来完成电路板设计的基本过程和实现原理，在高职院校中的主要教学内容是如何使用软件进行电路板的设计。
关键词：电子线路；CAD；教学改革；教学方法
人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管。后者的核心就是CDA技术，CDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作：IC设计、电子电路设计、PCB设计。没有CDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对CDA技术提出新的要求。
回顾近20年电子设计技术的发展历程，可将CDA技术分为两个阶段。
20世纪80年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入、逻辑仿真、电路分析、自动布局布线、PCB后分析。
20世纪90年代为EDA阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是EDA，即电子设计自动化。
机电工程系应用电子专业自2002年开始开设电子线路CAD课程。自开设以来，为了提高该课程的教学效率，在系领导的支持下不断地对该课程的教学方法、考核方法进行改革，以期学生能将这门课程掌握得更好，更加接近用人单位的需求，为学生的就业创造更广泛的舞台。
2005年我系根据对毕业生的工作情况调查的结果，发现电子线路CAD软件在我国电子行业的使用已经十分广泛。为了适应社会的需要，跟上时代的发展，我系在应用电子专业的教学计划中加入了电子线路CAD课程，电子线路CAD的课程改革主要进行了以下三个方面的探索，具体内容如下：
兵欲善其事，必先利其器。所以改革的第一步是关于软件版本的选择，电子线路CAD课程主要讲解电路制版软件的使用，所以选择的软件是十分重要的，我们选择的是PROTEL公司的系列制版软件，该系列软件在电子行业中使用的比较广泛。
第二步则是教学方法的改革。电子线路CAD是一门实践性很强的课程，重点讲授内容是软件的使用，如何更有效地培养和提高学生对软件的使用能力，是我们教师一直思考的问题。最初在没有现成经验可以借鉴的情况下，我们采用的教学方式是传统的课堂教学加实验验证模式，是模仿其他电类课程的教学方式建立的，这种教学方法在学校条件有限的情况下，对电子线路CAD教学的开展起到了积极的作用，但是存在的问题也很多。
热转印法制PCB的原理：将PCB文件用激光打印机打印至热转印纸，然后将纸贴在敷铜板上，加温，使墨融化粘到敷铜板上,然后将纸除去，在这个过程中尽可能多地将墨留在PCB板上，而不是随着纸撕掉。然后将这块板用三氯化铁进行腐蚀，因为墨里有胶剂不会被腐蚀掉，所以当旁边的铜被腐蚀掉，需要的线路就出来了，然后钻孔，将墨层洗掉，打磨，涂上酒精松香水，最终PCB就做好了。在制作过程中有几个要注意的问题：一是打印机和打印纸的选择，打印机最好是激光打印机，其他类型的打印机在打印的过程中会出现墨粉附着效果差或者熔胶等问题，打印纸当然是热转印纸了，实在没有或者只缺几张的情况下可以用普通打印纸（铜版纸）临时替代也是可以的；二是PCB版转印前的处理，敷铜板在转印前是需要处理一下的，目的有两个：一个是清洁表面。不要有什么杂质，比如说油，这个东西很讨厌，可是哪都有；一个是让表面有一些微小的孔，这样当墨融化时就会渗进这些孔里，增加粘合力，墨粉就不容易掉了。首先用挫刀将PCB的边修平，主要是因为切割PCB板时，容易有一些突起，这些突起在转印时容易导致纸与PCB表面接触不好，不平，温度不高，导致断线，所以将边修平，使PCB表面成一个很平的平面是非常必要的。接着用砂纸将PCB表面磨光，主要还是磨平，这个程度靠个人感觉了。要求是平整光滑，无异物就可以了。然后到废FeCl3当中过一下，很快只要表面有点变色就行了，马上到水龙头上冲洗干净。然后用洗衣粉把板表面洗干净，这个步骤主要是去油，洗干净就可以了，然后用水冲干净，接着用卫生纸将表面擦光，注意不能掉渣；三是加热设备的选择，比较好的当然是过塑机改的热转印机，万一没有或者学生自己回家后制作使用电熨斗也是可以的，只是要控制好温度大约在180摄氏度左右就行；四是将热转印纸撕下来的问题，转印完了，到了最关键的一步了。冷下来的板子，直接扔在水里让它泡泡，注意欲速而不达，浸一段时间，多长都没关系。至少是整张纸都发泡起皱，然后拿着板子用手指慢慢搓就行。如果发现有掉墨的地方用油性笔补一下，然后进入下一步操作；五是腐蚀。用FeCl3烧板，影响速度有两个因素：一个是浓度；一个是温度。浓度高了低了都不行。这个要多试几次，差不多就行，不差那几分钟。但温度是越高越快，个人把握。最后就是在各个环节中都要注意安全，防止出现划伤、烫伤、腐蚀等危险事件的发生，始终牢记安全第一。
最后一步就是关于考试方式的改进。作为一门实践性较强的课程，要对其教学效果进行有效的考核，就不是传统试卷的考察方式所能达到的了，所以从一开始我们就在对电子线路CAD的考试方式的选择上进行探索，不断地进行改革，以期能有效地对课程的教学效果和学生的学习情况进行评价。开始我们模仿电子技术实验课的考试方式，采用的是学生对一个给定的电路进行制版设计，然后写出实验报告，老师根据设计结果和实验报告来给定分数。这个考试方法在操作中有一些问题，让学生在两个小时中做好电路板的设计又同时写出实验报告，时间不是很充分，另外如果学生能比较好地设计出电路板文件，那么已经表示其对软件的使用掌握较好，至于实验报告，也不能很好地从上面看出学生对软件的掌握程度，其考察作用有限，另外还存在考试资料不易保存，评分标准不易拿捏好的问题。于是在实验室建立起来以后，我们改革了考试的方式，由老师给出电路图，让学生在两小时内操作完，将结果打印输出，并在打印的结果上签字确认，以打印输出的图纸为评分依据，并给出了比较详细的评分标准。事实上达到了比较理想的考察效果。
但是这种考试方式与实训的形式比较相似，在学生们的考试成绩与他们在实训中表现的能力是比较相符的，而且实训也要评分，评分标准还是参考国家技能考试的评分标准设定的。为了了解学生对理论知识和实际操作的掌握程度，我们还在实训即将结束前进行了简单的答辩环节，先根据参加实训学生人数的多少进行分组，每组里的学生随机回答事先准备好的十个左右的问题，题目范围既有来自课本上的知识，用来考查学生掌握理论知识的水平，又有实践过程可能遇到的问题，可以考查学生的实际动手能力和解决问题的能力。最终得出每个学生的本次实训成绩，也就是期末成绩。
随着我国电子科技水平的不断进步，计算机辅助设计在电路系统中的使用也会越来越广泛、越来越深入，电子业的从业人员对电路线路CAD的良好掌握也会成为社会需求的必然，在高职院校中，电子线路CAD课程的发展方兴未艾，这一课程的教学改革也会一直进行下去，如何保证课程教学中各个环节能与社会的需求相适应也是每个电子线路CAD教师一直在思考的问题。
参考文献：
［１］奚洋，汪涛.电子线路CAD课程教改初探.科教导刊，2009.
［2］周又玲.关于电子线路CAD教学的构想［J］.海南大学学报：自然科学版，2000.
［3］李加升.应用电子技术专业课程设置与教学改革的思考［J］.成功：教育，2007.
（作者单位 湖北省咸宁职业技术学院）
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