《计算机辅助设计》教学实验一体化

  《计算机辅助设计》教学实验一体化

  李钊李业德

  (山东理工大学计算机科学与技术学院,山东 淄博 255049)

  【摘要】《计算机辅助设计》的教学包括课堂教学与实验两部分,而目前该课程的教学方式主要存在教学与实验联系不紧密、实验教学内容缺乏系统性和能力的培养以及实验教学内容与学科前沿结合不紧密等问题,本文针对以上问题提出了一系列改革方法,有利于实现教学与实验的相结合,提高学生的动手能力和创新能力。

  教育期刊网 http://www.jyqkw.com关键词计算机辅助设计;课堂教学;实验教学;一体化

  The Integration of Teaching and Experiment for Computer Aided Design

  LI ZhaoLI Ye-de

  (Shandong University of Technology College of Computer Science and Technology, Zibo Shandong 255049, China)

  【Abstract】The teaching of Computer Aided Design contains classroom teaching and experiment teaching. Classroom teaching and experiment contacting untightness, experiment lacking of systematicness and cultivation of practical ability and experiment and advancing front contacting untightness are the main problems for the teaching of Computer Aided Design. Aiming at the above problems, this paper proposes a series of reform methods which can implement the integration between teaching and experiments and improve the practical ability and innovation ability.

  【Key words】Computer aided design; Classroom teaching; Experiment teaching; Integration

  0引言

  《计算机辅助设计》是面向计算机、自动化和电子学等专业本科生和研究生的一门普及型技术基础课程。目前普遍采用的教学方式主要存在以下问题:课堂教学与实验教学联系不紧密;实验教学内容缺乏系统性和能力的培养;实验教学内容与学科前沿结合不紧密。

  因此,在《计算机辅助设计》教学中将课堂教学与实验教学相结合,并将计算机领域的前沿内容充实进来。这样不仅可以在教学过程中激发学生的学习热情和学习效率,还培养学生的批判性思维和严谨、实事求是的研究习惯,锻炼学生解决实际问题的能力,最终达到课堂教学、实验教学以及学科前沿领域三者相互协调,最大程度上实现提高教学效果的目的。

  1教学方法改革

  1.1采用启发式的教学方法

  启发式的教学方法可提高学生独立思考问题的能力,例如原理图设计中可通过Design->Options->Sheet Options->Grids实现栅格的设置[1],在PCB设计中,当遇到栅格设置时,可引导学生联想在原理图设计中的操作方法,从而让学生自己实现PCB设计中栅格的设置。同样,当在PCB设计中,需要添加PCB元件库时,可引导学生结合原理图中元件库的添加方法独立实现PCB元件库的添加。

  1.2采用直观课堂教学

  直观课堂教学可以激发学生的兴趣,同时还培养学生的观察能力, 增强感性认识,扩大学生的思维空间,开阔学生的想象力,利于对知识的理解。例如讲解元器件封装时,可让学生观察0402、0603和0805等不同封装的电阻电容,使学生对电阻电容的封装样式以及封装尺寸有更直观的认识。另外,还可让学生观察针插式和表贴式元器件,在进一步帮助学生理解封装概念的同时,可让学生自己总结表贴式元器件的优点。

  1.3采用理论与实际相结合的教学方法

  《计算机辅助设计》是一门动手能力极强的课程,并且需要与实际的工程相切合。因此,课堂教学中结合具体工程进行讲解,使学生更形象的了解讲解内容,并进一步了解所学课程的意义。在实际教学中以MT9P401 CMOS传感器[2-3]的配置电路为例对原理图和PCB的设计进行讲解,该配置电路包括电源模块、控制器模块、COMS传感器单元和IO接口等,结合该实例进行讲解,学生在熟悉原理图和PCB图设计方法的同时,可了解实际工程项目的设计流程,以及实际工程项目需要的注意事项。

  2实验方法改革

  传统的实验教学方法为:由教师讲授实验目的、原理、内容及操作步骤,然后由学生操作。这种教学方法使学生始终处于被动状态,对教师产生依赖心理,其结果必然造成学生实验课前不思考,实验时按部就班,久而久之就会使学生养成懒惰的习惯,这不符合当前实验教学提倡的对学生实践能力和创新能力的培养。

  2.1采用启发式、提示式教学法

  首先对实验的重点和难点进行讲解,让学生了解实验的目的和意义,在此基础上提出需要考虑和解决的问题,以供学生在课堂、课后自学中能把握住要点,围绕列出的问题进行思考,最后对学生无法自己解决的问题进行集中答疑。采用该方法可调动学生学习的自觉性,有助于培养学生分析解决问题的能力,提高其创新的意识。例如原理图的绘制过程中,在对多Part元件进行编辑时(以四Parts元件为例),学生开始对多Part的概念不了解,一般在designator中添加后缀A、B、C和D,对学生详细讲解多Part的概念后,让学生试着自己完成多Part元件的编辑。

  2.2与学科前沿紧密结合

  与学科前沿紧密结合可激发学生的学习兴趣,同时了解所学课程的目的和意义。本课程以基于FPGA的PCI Express数据采集系统为例进行讲解[4-5],让学生了解《计算机辅助设计》课程不只是实现元件的创建与编辑等简单功能,而是可实现更复杂的设计,同时也让学生对FPGA和PCI Express等概念有了一定的了解。

  2.3采用递进式教学方法

  递进式教学方法首先让学生掌握元件的放置与编辑,掌握元件库和封装库的创建与添加,然后进行简单原理图和PCB图的设计,在此基础上进行综合实验。本课程采用的综合实验为MSP430最小系统的设计,MSP430最小系统包括电源模块、晶振模块、复位电路和JTAG配置电路等[6-7],学生首先要清楚MSP430最小系统的构成,然后确定每个功能模块所需的元件以及电路结构,利用所掌握的基本方法完成对整个系统的设计。基本方法是综合实验的基础,而综合实验又是对基本方法的进一步巩固。

  3考核方法改革

  严格的考核是正确引导和激励学生的学习积极性,监督和检查学生学习效果及应用能力,提高实验教学质量的有效手段。以往的实验考核成绩只是根据平时成绩和期末考试成绩的综合结果来评定,这样不能全面反映学生的学习态度、实验能力以及创新能力。现在我们将考核成绩分为平时成绩、实验成绩和综合设计成绩三部分。

  平时成绩包括出勤情况和课堂情况。出勤情况主要检查学生上课是否迟到、早退或者旷课等。课堂情况主要检查学生是否预习所学内容、课堂纪律、回答问题情况以及作业完成情况等。平时成绩占总成绩的20%。

  实验成绩包括实验预习、实验操作和实验报告。实验预习包括学生回答预留问题的情况。实验操作包括实验过程的正确性和熟悉程度,以及独立解决问题的能力。实验报告是对实验过程的总结,对实验现象的分析和讨论,是知识和能力再提高的过程。实验报告包括实验结果的真实性、合理性、可靠性,以及实验结果分析的合理性、科学性、全面性,是学生综合素质的具体体现。实验成绩占总成绩的30%。

  综合设计成绩是对学生综合能力的评定,因为《计算机辅助设计》课程需要学生具有实际的操作能力,综合设计是对学生动手能力的考核,也是对学生创新能力和独立分析问题并解决问题能力的考核。综合设计成绩占总成绩的50%。

  4结论

  针对《计算机辅助设计》教学中存在的问题,采用启发式、理论与实际相结合的教学方法,可有效发挥学生主观能动性,培养学生的创造性思维能力,提高学生综合科研能力以及分析和解决问题的能力,并有效提高学生的动手能力。另外,采用与相关领域前沿学科的紧密结合以及与实际工程的紧密结合的实验方法,可使学生了解相关领域的前沿内容,激发学习的兴趣,并使学生掌握如何使用所学知识完成实际工程,达到学以致用的目的。

  教育期刊网 http://www.jyqkw.com参考文献

  [1]胡烨,姚鹏翼,江思敏.Protel 99SE电路设计与仿真教程[M].北京:机械工业出版社,2005.

  [2]蔡金.嵌入式高清工业相机研究与实现[D].杭州:浙江大学,2013.

  [3]仝欣.基于FPGA的视频图像处理系统的研究[D].西安:西安电子科技大学,2012.

  [4]孟会,刘雪峰.PCI Express总线技术分析[J].计算机工程,2006,3:250-252.

  [5]胡鹏.新一代高速I/O互连PCI Express接口设计[D].长沙:国防科学技术大学,2005.

  [6]沈建华,杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

  [7]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

  [责任编辑:汤静]

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