1、 1 2012 年全国中等职业学校“创新杯”教师教学设计和说课大赛年全国中等职业学校“创新杯”教师教学设计和说课大赛电子电工类电子电工类教学设计教学设计 授课教师授课教师 林菁菁 课题内容课题内容 PCB 的设计 -按摩枕手控板 PCB 的设计 授课时间授课时间 2012 年 5 月 专业班级专业班级 2010 级 电子技术专业 （1）班 授课教材授课教材 高等教育出版社 电子线路计算机 辅助设计 （protel 2004） 课时课时 4 授课类型授课类型 实训课 学生数学生数 30 教材分析教材分析 1、 PCB的设计选自电子线路计算机辅助设计（protel 2004） 第8章的内容。Pro
2、tel 2004 最强 大的功能体现在印制电路板的设计上，印制电路板设计的质量直接影响着电子产品的性能。 所以PCB 的设计在 Protel 的教学中起到举足轻重的作用。 2、在此基础上，为实现教学内容与生产过程的对接，结合了当地发展迅速的按摩器产业，以“按 摩枕手控板 PCB 的设计”为本课主要内容，提高学生整体把握电子产品 PCB 的设计过程， 从而使学生形成严谨的岗位职业意识。 3、本次设计任务是“按摩枕手控板制作项目（任务一：绘制原理图；任务二：确定元件封装； 任务三：PCB 的设计；任务四：电路板的制作。 ） ”的第三个任务，也是这次制作项目中的 重要内容。 学情分析学情分析 1、授
3、课对象为电子技术专业二年级的学生。学生已学习了电子技术基础与技能等课程， 动手能力较强、有一定的计算机基础知识，思维敏锐，喜爱小组竞赛等活动形式。 2、学生已经较系统的学习了 protel2004 中 PCB 的设计的相关基础知识，但还缺乏将已学知识 综合的运用在完整的设计项目的能力。 3、我市是中国按摩保健器具生产出口基地，近几年，按摩器产品知名度不断提升，在国内外 市场的占有率越来越高。而按摩器生产企业需要大批量具有一定电子线路设计基础的操作 工人。此次设计项目，为即将步入工作岗位的学生和按摩器企业提供了一个链接平台。 教学目标教学目标 1、 专业能力目标 （1）了解按摩器手控板设计与制作
4、的过程。 （2）了解特殊元器件的布局、散热、安装等设计时应注意的问题。 （3）具有利用计算机熟练绘制印刷电路板图的能力。 2、方法能力目标 （1）培养学生的自学能力。 （2）培养学生收集信息，正确评价信息的能力。 （3）培养学生具有良好地职业道德和创新精神，及展示自己技能的能力。 3、社会能力目标 （1）培养学生沟通及团队协作的能力。 （2）培养学生分析问题、解决问题的能力。 （3）培养学生对质量、成本及安全的意识。 教学重点教学重点 1、掌握 PCB 图的结构和 PCB 图设计应遵循的原则。 2、通过实践操作，能基本掌握电子线路 PCB 的设计流程。 教学难点教学难点 1、PCB 设计布局和
5、布线。 2、PCB 设计中的布线规则（安全工作原则、导线精简原则、电磁抗干扰原则、经济原则等） 。 2 教学方法教学方法 本着“教学过程与生产过程对接”、 “以学生为主体，教师为主导”的基本原则，采用 任务教学法、协作探究法、演示教学法进行教学。 学习方法学习方法 为了更好实现“五个对接”的教学改革目标，学生能够在做中学，把理论与实践相结合， 采用小组合作的学习方式，实现学生间的优势互补。 教具准备教具准备 多媒体课件，按摩枕手控板外壳、元器件，游标卡尺 教学过程教学过程 环节环节 时长时长 教学程序及设计教学程序及设计 教师活动教师活动 学生活动学生活动 设计意图设计意图 课课 前前 准准
6、备备 根据学生间的差异，指导学生分组（以 3 个同 学为一组） ，以便实现学生间的优势互补。 1、 指导学 生分组。 2、 引导学 生收集资 料。 1、小组活 动，收集信 息。 2、细化分 工，形成资 料。 1、模拟设计团队， 锻炼学生的团队意 识；培养独立收集 资料，实现学生主 体能力。 2、 考虑学生个体差 异，以强带弱。 安全安全 检查检查 5 分钟分钟 学生重温电子实训安全操作规范。 强调安全 操 作 规 范。 重 温 学 习 安 全 操 作 规范。 反复学习，让学生 养成安全操作的习 惯。 引入引入 任务任务 15 分分 钟钟 一、情景设置一、情景设置 模拟情景： 某按摩器生产企业近
7、期欲推出新款按 摩枕， 其中手控板 PCB 的设计交予本班同学组成的 设计团队。 （用实物、视频、图片等创设出工厂化的 教学环境） 播放已有产品的视频， 并提醒学生注意已有的产 品与本次设计的区别，并提出这样几个问题： 1、手控板的外形是什么样的？ 2、具体包含几个按钮？各有什么功能？ 3、与这些按钮相对应的电子元件是什么？ 以便学生在借鉴已有产品的基础上提出新的设 想。 播放产品说明视频： 创设工厂 化 的 环 境，提出 工 作 任 务。 告诉学生 掌握印制 电路板设 计技术在 就业中的 优势，使 学生更加 重视本节 课 的 学 习。 观察演示， 回答问题， 思考任务。 用实物、视频、图 片
8、引发学生对手控 板 PCB 的好奇， 激 发兴趣，使学生愿 意积极参与到下一 步的学习当中。 3 合作合作 探究探究 4545 分分 钟钟 二二、示范项目制作流程示范项目制作流程 利用多媒体课件演示出 PCB 设计的叠图效果， 根 据叠图效果设定出制作流程： 三、分步讲解各个步骤三、分步讲解各个步骤 1、PCB 设计前期准备 注意点： （1）调用原理图及元件封装库。 （2）在 protel 2004 中项目文件的管理。 2、规划电路板 （1） 根据原理图及手控板外壳图纸， 确定电路板的 尺寸。 （2）预留出螺丝孔的位置。 该电路板利用向导方法新建 PCB 文件和规划矩 形电路板，在产生的矩形电
9、路板基础上手工修改， 添加螺丝孔位置。 注意点：电路板尺寸需与外壳内边框尺寸一致。 注意预留螺丝孔的孔径及坐标。 2 3 4 引导学生 制 定 出 PCB 的设 计流程。 通过提问 学生，归 纳总结出 设 计 流 程。 请同学打 开 任 务 - 按 摩 枕手控板 SCH文 件。 设问，让 学生回顾 知识点。 强调注意 点。 开动脑筋， 联 系 学 过 的知识，思 考 并 回 答 PCB 设 计 的 基 本 流 程。 操 作 ， 思 考，做好前 期准备。 回答问题， 回顾知识 操作，提出 采 用 何 种 方 法 添 加 螺 丝 孔 等 问题。 因为学生是首次较 完整的设计 PCB， 在制定流程中
10、会遇 到顺序颠倒、步骤 遗漏等问题，用多 媒体演示出 PCB 设 计叠图效果，以便 于学生有直观的印 象，除此之外教师 要鼓励学生大胆提 出设想，培养学生 分析问题、解决问 题的能力，从而达 到情感目标。 任务一及任务二已 经完成了原理图及 元件封装库的绘 制，在本课-任务 三中要完成调用的 操作。提出几个注 意点，以便学生正 确操作。 规划电路板部分与 企业实际生产接 轨， 存在一定难度。 每组学生有一套手 控板外壳和图纸， 及一把游标卡尺， 必要时可用游标卡 尺测量元件尺寸， 为后期元件布局做 好准备。 明确关键点， 引起学生重视。 规划电路板 网络和元件的装入 元器件的布局和调整 PCB
11、 布线 PCB 设计前期准备 4 3、网络和元件的装入 在原理图编辑器中利用系统提供的同步功能， 更新 PCB 编辑器的封装和网络。 注意点：如果在检查执行更新过程中出现错误 标志，说明 PCB 编辑器在当前的 PCB 封装元件库 中找不到该元件的管脚封装或封装有错，应该分析 该元件错误原因，并回到原理图中修改，直到错误 排除， 否则该封装元件或网络连接无法载入 PCB 文 件中。 多媒体展示出未经过布局处理的 PCB 的 3D 效 果，引发学生的疑问：这张图纸的布局合理吗？ 4、元器件的布局和调整 4 3 2 2 1 3 65 01 AK 1 2 2 1 1 21 2 1 2 12 1 2
12、2 1 21 21 4 0 2 1 3 01 3 2 45 （1）要避免的几种情况： 元件不能重叠 功率较大的元件不能靠的太近 在有限的空间了，元件要均匀分布，不能挤 在一起以便或者一角上。 把网络表 比喻成跨 越在原理 图和 PCB 板之间的 桥梁，通 过形象比 喻，让学 生感知网 络表。 提问：这 张图纸的 布局合理 吗？ 讲解元件 布局的重 要性。 多媒体演 示出元件 布局的常 见错误， 引起学生 的注意。 感知网络， 提出问题。 各 小 组 提 出 各 自 的 看法。 学 生 组 内 归 纳 、 总 结。 让学生感知网络 表，学生在操作过 程中常会出现无法 编译等错误，教师 提出注意点
13、，以便 学生在后期操作中 避免类似的错误。 通过这个问题引出 本课的重难点：元 件布局及 PCB 布 线。 重、难点的突破非 常有必要。这些注 意点往往也是学生 比较迷茫、容易犯 错误的地方。 5 除此之外，元件布局要兼顾到布线的需要及外 壳的限制。 将电路图上的所有元件都合理的部署在有限面 积的 PCB 上： 确定有定位要求的元件位置 卧式双联六脚拨动开关、发光二极管、100K 电 位器必需被部署在指定的位置上。 无特殊定位要求的元件 必需同时考虑到布通率和电气机能的最优化，以及 今后的制作工艺和造价等。 5、PCB 布线 16 159 10 8 7 4 3 2 2 1 3 65 01 AK
14、 1 21 21 21 2 1 2 12 1 2 2 1 21 21 4 0 2 1 3 01 3 2 45 （1）导线宽度 导线宽度关系到电路板的可靠度和布线难度。 导线宽度太窄，一方面铜箔导线在焊接及长期使用 过程中容易脱落、断裂，特别对于高压、大电流导 线，如电源、接地线太窄，可能造成铜箔导线电流 过大而烧毁电路板等后果；另一方面，导线太窄也 造成电路板厂家制作困难，成本提高。但导线宽度 也不是越宽越好，导线越宽，自动布线时走线越困 难，布通率低。 注意点：根据手控板的实际情况，合理设置手 动布线时的导线宽度。 建议宽度为： 电源线 100mil， 其他信号线 50mil，爬电距离 80
15、 mil。 （2） 布线层面 本次训练中由于元件较少，电路板面积较大， 为降低成本，设置为单面板。 动画演示出三类常见的错误，与正确的图片进 行对比，引发学生的注意。 让学生参 照手控板 外壳，确 定出有定 位要求的 元件。 讲解导线 宽度、布 线层面的 作业。 动画演示 学生在操 作过程的 三种常见 错误，配 合讲解。 学 生 观 察 手 控 板 外 壳。 归 纳 、 总 结。 观看动画， 通过对比， 引 起 学 生 重视。 与企业实际生产接 轨，让学生明确元 件布局的重要性。 明确布线设计过程 是整个 PCB 板设计 过程中技巧性最 强，工作量最大， 最体现设计水平的 步骤。 这个模块综合
16、多个 知识点，对学生的 设计能力提出了高 一层次的要求。 用直观性较强的动 画演示，来增强学 生对这个知识点的 印象，避免在后续 的实践操作中出现 类似的错误。 布布线角度线角度 充分利用空间充分利用空间 连线长度连线长度 错误错误 正确正确 6 动手动手 实践实践 6060 分钟分钟 学生采用小组合作学习的方式进行设计，小组 内三位同学的分工不同， 同学 A-统筹，同学 B-元件 布局，同学 C-布线。 学生在小组内共同完成：PCB 设计前期准备规 划电路板元件及网络载入元件布局调整PCB 布线。 对各组遇 到的不同 问题，个 别辅导， 对普遍提 出 的 问 题，集中 讲解。 学 生 以 小
17、 组 为 单 位 完 成 设 计 任务。 以小组合作学习的 方式培养学生的团 队协作能力及集体 意识。 展示展示 成果成果 汇报汇报 交流交流 4 45 5 分分 钟钟 1、选出 3 个较为典型的小组，由组长向全班同学介 绍本组设计的按摩器手控板 PCB 图， 说明设计过程 中 PCB 板尺寸、 元器件表达方案导线宽度等是如何 选择的，遇到过什么问题，这些问题又是如何解决 的。 2、 同学提出问题， 让项目组长解释其方案的优缺点。 3、通过互评进一步修改各自的 PCB 图，评选出合 格作品。 4、在学生提出自己的见解和意见后， 教师综合评价 各小组的作品。 作品评分标准见附录 1 引导学生 展
18、 示 作 品，在学 生自评、 互评后， 综合评价 各小组的 作品。 学 生 展 示 各 自 的 作 品，吸收老 师 和 同 学 提 出 的 意 见和建议， 达 到 提 升 知 识 和 技 能的目的。 1、 学生互评有利于 发现各自的优缺 点，使其完善自己 的作品。 2、 教师总评对学生 的思想认识和能力 提升很有帮助。另 外，教师激励性的 语言也会让学生产 生自豪感和集体荣 誉感。 3、培养学生总结、 归纳的能力。 作业作业 布置布置 1 10 0 分钟分钟 作业： 观看印制电路板制作视频，编定制作流程， 为下一节课“任务 4 电路板的制作”做好准备。 布 置 作 业，并提 出观看视 频时的注
19、 意事项。 通 过 电 子 教 室 系 统 接收作业。 作业的布置充分考 虑到学生自主学习 能力的培养。 7 板板 书书 设设 计计 教教 学学 反反 思思 1、采用任务教学法可以帮助学生明确学习目标。 2、教学活动以学生为主体，培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力。 3、教师要密切注意学生的操作，不能只注重学生对任务完成的结果，更要适时对学生进行点拨。 4、由于采用小组合作学习，学习能力和自控能力比较差的学生，容易产生依赖思想，教师要特别 关注这部分学生。 按摩枕手控板按摩枕手控板PCB的设计的设计 规划电路板规划电路板 PCB布线布线 网络和元件的装入网络和元件的装入 元器件的布局和
20、调整元器件的布局和调整 PCB设计前期准备设计前期准备 设计步骤设计步骤 布局注意点： 各元件不能重叠， 功率较大元件的位置不能靠的太近， 尽量 使飞线不要交叉，飞线长度较短；电路板中元件尽量均匀分布， 不要全部挤到一角或一边， 以便于和原理图对照分析， 方便安装、 维修、调试等。 布线原则： 安全工作原则 安全间距原则 安全载流原则 导线精简原则 电磁抗干扰原则 组装方便、规范原则 8 附录 1： PCB 的设计的设计-按摩按摩枕枕手控板的设计作品评分标准手控板的设计作品评分标准 序号 评分点 分值 得分条件 判分要求 1 定义 PCB 形状 与尺寸 15 PCB 形状与尺寸符合手控板外壳的要 求；预留螺丝孔。 尺寸每错一处扣 1.5 分；无预 留螺丝孔扣 5 分。 2 装入元器件与 网络 15 元件无漏装；元件标注正确；网络连接 正确。 元件每漏装一处扣 2 分，标 注、网络每错一处扣 1.5 分。 3 元件布局 20 卧式双联六脚拨动开关、发光二极管、 100K 电位器安装在正确的位置上，其 他元件布局合理。 有定位要求的元件每错一处 扣 3 分， 其他元件布局不合理 每处扣 2 分。 4 放置导线、焊 盘、文字等 20 导线宽度合理，加入必要的文字说明。 每错一处扣 2 分 5 安全性能 20 满足安全工作原则、导线精简原则、电 磁抗干扰原则。 每错一处扣 2 分
