易民升

摘要：基于電子信息技術(shù)的快速發(fā)展背景，本研究對《Altium Designer》的教學改革進行了深入探討。通過分析當前教學模式的不足，本研究提出了一系列創(chuàng)新的教學內(nèi)容、方法和評價體系，旨在提升教學質(zhì)量和學生的實踐能力，經(jīng)過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、實踐教學的強化、跨學科內(nèi)容的整合以及教學資源與環(huán)境的建設等方法，得出結(jié)論認為教學改革能夠有效提高學生的學習積極性和綜合能力。

關(guān)鍵詞：工程項目；《Altium Designer》；教學改革

引言

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，印制電路板（PCB）設計作為電子工程領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)，對工程師的設計能力和技術(shù)水平提出了更高的要求?！禔ltium Designer》作為一款集成度高、功能強大的電子設計自動化（EDA）軟件，在PCB設計教育和實踐中扮演著越來越重要的角色[1]。然而，傳統(tǒng)的教學模式往往難以滿足學生對于實際操作技能和創(chuàng)新思維的需求，亟須進行教學改革以適應行業(yè)發(fā)展的新趨勢。本研究旨在探索《Altium Designer》的教學改革策略，通過創(chuàng)新教學內(nèi)容、方法和評價體系，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，期望為電子工程專業(yè)的教育改革提供理論依據(jù)和實踐指導，為培養(yǎng)新時代高素質(zhì)的電子工程師貢獻力量。

一、《Altium Designer》內(nèi)容的創(chuàng)新設計

（一）結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在《Altium Designer》的教學改革中，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是提高教學效果的關(guān)鍵。為了適應不同學生的學習需求和能力水平，結(jié)構(gòu)應當設計成層次化和模塊化的模式。這種結(jié)構(gòu)不僅能夠確?；A(chǔ)薄弱的學生能夠跟上進度，還能為能力較強的學生提供更深層次的挑戰(zhàn)和發(fā)展空間。

入門階段應著重于軟件的基本操作和界面介紹，讓學生熟悉《Altium Designer》的工作流程。通過引導學生完成簡單的PCB設計任務，如原理圖的繪制、PCB板的布局和布線，以及基本的元件庫創(chuàng)建和管理，學生可以逐步建立起對軟件操作的基本理解[2]。

中級階段的重點是提升學生的綜合設計能力，在這個階段，學生將接觸到更為復雜的設計案例，如高速多層PCB的設計、信號完整性分析、電源完整性設計等。通過分析真實世界中的電子項目，學生能夠?qū)W習到如何運用《Altium Designer》進行高級設計技巧，解決實際工程問題。

為了進一步提升學生的實踐能力和創(chuàng)新思維，高級階段的設計將更加注重項目驅(qū)動和團隊合作。學生將被鼓勵參與到真實或模擬的電子設計項目中，如智能硬件開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)設計等[3]。在這些項目中，學生不僅需要運用《Altium Designer》完成PCB設計，還需要考慮產(chǎn)品的可行性、成本控制和市場定位等多方面因素。此外，還將引入跨學科的內(nèi)容，如機械設計、軟件開發(fā)等，使學生能夠在電子設計的基礎(chǔ)上，進行更為全面的產(chǎn)品設計和開發(fā)。

（二）實踐教學的強化

在《Altium Designer》的教學改革中，實踐教學的強化是提升學生實際操作能力和工程實踐能力的重要環(huán)節(jié)，通過將理論與實踐緊密結(jié)合，學生能夠在真實的設計項目中應用所學知識，從而更好地理解和掌握《Altium Designer》軟件的高級功能和應用技巧。

將通過一系列的實踐項目來加強學生的動手能力。例如，學生可以參與到智能車控制系統(tǒng)的設計中，這不僅要求他們使用《Altium Designer》進行電路原理圖的繪制和PCB布局布線，還需要他們考慮電路的可靠性、抗干擾能力和電磁兼容性。在這一過程中，學生將學習到如何進行多層板設計、高速信號布線，以及如何使用《Altium Designer》中的仿真工具進行信號完整性分析。此外，還將設計一些創(chuàng)新性的項目，如物聯(lián)網(wǎng)設備的PCB設計，這將涉及無線通信模塊的集成、傳感器接口的設計以及低功耗電路的優(yōu)化。通過這些項目，學生不僅能夠?qū)W習到《Altium Designer》在復雜系統(tǒng)設計中的應用，還能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢和設計挑戰(zhàn)有更深入地理解。

（三）跨學科內(nèi)容的整合

在《Altium Designer》的教學改革中，跨學科內(nèi)容的整合是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要途徑。通過將電子工程與計算機科學、機械工程、材料科學等相關(guān)學科的知識相結(jié)合，學生能夠在更廣闊的視野中理解和應用PCB設計的原理和技術(shù)。在設計中，可以引入嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的內(nèi)容，讓學生學習如何利用《Altium Designer》進行微控制器的電路設計和PCB布局。這不僅包括基本的電路設計知識，還涉及軟件編程、系統(tǒng)集成和硬件調(diào)試等多方面的技能。學生將通過實際案例，如智能家居控制系統(tǒng)的設計，學習如何將軟件程序下載到微控制器中，并與傳感器、執(zhí)行器等外圍設備進行通信和控制[4]。

同時，還可以結(jié)合機械工程的知識，教授學生如何進行PCB的機械設計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。例如，學生可以學習如何使用《Altium Designer》中的3D建模工具來設計PCB板的形狀和結(jié)構(gòu)，以及如何考慮散熱、電磁屏蔽和機械強度等因素，以確保設計的可靠性和實用性。材料科學的內(nèi)容也可以被整合到課程中，讓學生了解不同材料對PCB性能的影響。學生將學習如何選擇合適的基板材料、導電材料和阻焊材料，以及如何通過《Altium Designer》進行材料屬性的設置和仿真分析。這將有助于學生在設計過程中考慮到成本、性能和環(huán)境因素，做出更加合理的決策。

二、教學方法與手段的改革

（一）互動式教學法的應用

在《Altium Designer》的教學改革中，互動式教學法的應用是提高學生參與度和學習效果的有效手段，通過創(chuàng)設多樣化的教學互動環(huán)境，教師能夠激發(fā)學生的學習興趣，促進學生主動探索和深入理解內(nèi)容。在互動式教學中，教師可以利用《Altium Designer》軟件的特點，設計一系列的小組合作項目。例如，通過模擬一個完整的電子產(chǎn)品開發(fā)流程，學生需要分工合作，從市場調(diào)研、需求分析到電路設計、PCB布局，再到最終的產(chǎn)品測試和優(yōu)化[5]。在這個過程中，學生不僅能夠?qū)嶋H操作《Altium Designer》軟件，還能夠在團隊合作中學習溝通協(xié)調(diào)和問題解決的技巧。教師還可以通過在線教學平臺，如MOOCs或?qū)W校的教學管理系統(tǒng)，發(fā)布設計任務和挑戰(zhàn)，鼓勵學生在學習過程中提出問題、分享經(jīng)驗和交流想法。通過這種方式，學生可以在課堂之外繼續(xù)學習和探討，形成自主學習和終身學習的習慣?；邮浇虒W還包括實時反饋和即時評價，在《Altium Designer》的教學中，教師可以利用軟件的仿真和測試功能，對學生的設計進行實時評估，提供及時的反饋和建議，學生也可以通過軟件的自檢功能，自主發(fā)現(xiàn)并修正設計中的錯誤，從而提高他們的自我監(jiān)控和自我調(diào)整能力。

（二）信息技術(shù)與教學的融合

在《Altium Designer》的教學改革中，信息技術(shù)與教學的融合是提升教學效率和學生學習體驗的關(guān)鍵，通過整合現(xiàn)代信息技術(shù)，可以極大地豐富教學手段，提高教學互動性和學生的參與度。在教學中，教師可以利用云計算和虛擬實驗室技術(shù)，為學生提供一個在線的《Altium Designer》操作環(huán)境。學生可以在任何地點、任何時間通過互聯(lián)網(wǎng)訪問虛擬實驗室，進行PCB設計和仿真實驗。這樣的設置不僅方便了學生的學習，也為教師提供了實時監(jiān)控學生學習進度和提供即時反饋的可能。此外，教師還可以借助在線教學平臺，如MOOCs、翻轉(zhuǎn)課堂等，上傳教學視頻、講義和設計案例，供學生自學和復習。通過這種方式，學生可以根據(jù)自己的學習節(jié)奏和理解程度，反復觀看教學視頻，逐步消化和吸收知識點。同時，教師也可以通過在線平臺收集學生的學習數(shù)據(jù)，分析學生的學習效果，從而針對性地調(diào)整教學策略。

（三）評價體系的多元化

在《Altium Designer》的教學改革中，建立一個多元化的評價體系是至關(guān)重要的。這種評價體系不僅關(guān)注學生的最終成果，還注重學習過程中的表現(xiàn)，以及學生的創(chuàng)新能力和團隊合作精神。通過這種全面的評價方式，可以更準確地反映學生的學習成效，同時激勵學生在學習過程中不斷進步和提高[6]。

對學生的設計作品進行評價，這是評價學生學習成效的直接體現(xiàn)。教師可以根據(jù)學生提交的PCB設計項目，從設計的合理性、創(chuàng)新性、功能性、美觀性等多個角度進行綜合評價，此外，還可以邀請行業(yè)專家參與評價，使評價結(jié)果更加貼近實際工作的需求。評價體系中還應包含對學生學習過程的跟蹤和反饋。通過《Altium Designer》軟件的學習管理系統(tǒng)，教師可以實時監(jiān)控學生的學習進度，及時發(fā)現(xiàn)學生在學習過程中遇到的困難，并給予針對性地指導和幫助。同時，學生也可以通過系統(tǒng)反饋，了解自己的學習情況，調(diào)整學習策略。除了對學生個人的評價，團隊合作也是《Altium Designer》中不可或缺的一部分，在團隊項目中，學生需要相互協(xié)作，共同完成設計任務。教師可以通過觀察和評價學生的團隊協(xié)作能力、溝通能力和領(lǐng)導能力，來衡量學生在團隊合作方面的表現(xiàn)，也可以鼓勵學生進行自我評價和互評，培養(yǎng)他們的自我反思能力和批判性思維。評價體系還應關(guān)注學生的創(chuàng)新能力，在教學中，教師可以設置一些開放性的項目任務，鼓勵學生運用所學知識解決實際問題，甚至探索新的設計方案。

三、教學資源與環(huán)境的建設

（一）教材與輔助材料的更新

在《Altium Designer》的教學改革中，教材與輔助材料的更新是提高教學質(zhì)量和學習效果的重要環(huán)節(jié)。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展和《Altium Designer》軟件功能的不斷升級，教材和輔助材料必須與時俱進，以確保學生能夠?qū)W習到最新的知識和技能。

教材的更新應當緊密結(jié)合《Altium Designer》的最新版本，詳細介紹軟件的新功能和新特性。例如，可以包含對最新版本中增強的設計規(guī)則檢查、層疊管理、高級布線策略等方面的講解。教材應當提供豐富的實例和案例分析，使學生能夠通過具體的項目學習軟件的應用。同時，教材中還應當包含對電子設計領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢和技術(shù)動態(tài)的介紹，幫助學生了解行業(yè)背景和市場需求?？梢蕴峁┮幌盗械囊曨l教程，涵蓋《Altium Designer》的基礎(chǔ)操作、高級技巧和最佳實踐等內(nèi)容。這些視頻教程應當由經(jīng)驗豐富的講師錄制，確保信息的準確性和實用性。此外，還可以開發(fā)一系列的在線模擬工具和小游戲，使學生能夠在輕松愉快的氛圍中學習電路設計和PCB布局的基本概念。

（二）實驗室與實訓基地的建設

在《Altium Designer》的教學改革中，實驗室與實訓基地的建設是提升學生實踐能力和創(chuàng)新精神的重要保障。一個配備先進設備和豐富資源的實驗室環(huán)境，能夠為學生提供模擬真實工作場景的實踐機會，使他們能夠在實際操作中深化理論知識，提高解決實際問題的能力。

實驗室的建設應當圍繞《Altium Designer》軟件的核心功能和應用領(lǐng)域進行規(guī)劃。實驗室內(nèi)應配備足夠數(shù)量的計算機工作站，每臺工作站都應安裝最新版本的《Altium Designer》軟件及相關(guān)輔助工具。此外，實驗室還應提供各類電子元件、測試設備和測量儀器，使學生能夠在設計PCB之后，進行實際的電路搭建和測試驗證。實訓基地的建設則更側(cè)重于模擬真實的工程環(huán)境，提供更為綜合的實踐平臺。實訓基地可以與電子制造企業(yè)合作，引進先進的PCB生產(chǎn)設備，如PCB打樣機、激光切割機、SMT貼片機等，讓學生了解并掌握PCB制造的全過程。同時，實訓基地還應提供電子組裝和調(diào)試的設施，使學生能夠親手完成從PCB設計到最終產(chǎn)品組裝的整個流程。

結(jié)語

隨著《Altium Designer》教學改革的深入實施，期待看到學生在電子設計領(lǐng)域的能力得到顯著提升。通過本次改革，學生不僅能夠掌握最新的電子設計技術(shù)和工具，還能夠培養(yǎng)出解決復雜工程問題的能力，以及在多變的工作環(huán)境中適應和創(chuàng)新的能力。在后續(xù)的實踐中，通過不斷地教學實踐和評估，教學改革將更加貼合行業(yè)需求，更好地服務于學生的職業(yè)發(fā)展和個人成長。

參考文獻：

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[3]李軍.基于Keil C和Altium Designer軟件的“單片機原理與應用”課程計算機仿真教學的研究與實踐[J].青島遠洋船員職業(yè)學院學報，2020，41（02）：54-56+82.

[4]李翠梅，李天源，徐磊.Altium Designer 10軟件在《電子線路CAD》課程中的應用[J].科技風，2018（31）：75.

[5]何富運，羅玉玲，劉俊秀等.項目驅(qū)動在電子電路CAD課程教學實踐中的研究——以Altium Designer為例[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（40）：209-210.

[6]許峰，王曉紅.Altium Designer在電子技術(shù)與工藝實踐教學新增項目開發(fā)中的應用研究[J].黑龍江科學，2018，9（07）：48-49.