國際工程教育背景下電子工藝教學改進建議

程桂仙 方潤

摘 要：具備國際競爭力的工程技術人才是國家工業(yè)化進步的源動力，電子信息產(chǎn)業(yè)水平是國家工業(yè)化國際競爭力的核心，電子工藝作為電子信息科學科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)的重要課程，目前存在扼制學生的實踐能力和創(chuàng)新能力的突出問題。本文旨在探索電子工藝課程的工程化教育教學創(chuàng)新模式，采用將軟件與硬件相結合，理論與工程實踐相結合的教學理念，將電子信息科學與技術專業(yè)所學的基礎課程與電子工藝教學相結合，通過對完整電路系統(tǒng)的方案設計、電路板繪制、電路的焊接與調試等一系列工程實踐過程，幫助學生掌握電子制作的基本過程，以期大力提高學生的工程實踐和管理能力，錘煉創(chuàng)新性思維。

關鍵詞：電子工藝;工程教育;電子信息

中圖分類號：G642 ?文獻標識碼：A

信息是世界萬物之間溝通的載體，信息的采集、處理、傳輸、存儲都以電子信息科學技術為基礎。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到了長足發(fā)展，其已被廣泛應用于國防、工業(yè)、醫(yī)療、交通、物流、零售等各領域，使得人們?nèi)粘５纳a(chǎn)與生活帶來了巨大的改善。

但是，我國電子信息產(chǎn)業(yè)起步晚，發(fā)展時間較短，國內(nèi)的電子信息產(chǎn)業(yè)尚未達到世界先進水平，[1]加之，我國的電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有不平衡性，具體表現(xiàn)在我國的整機水平已經(jīng)達到世界之最，但是半導體等基礎領域卻非常薄弱。為支撐我國電子信息產(chǎn)業(yè)的深度變革，打造我國電子信息產(chǎn)業(yè)的國際制高點，各高校應在電子信息科學與技術專業(yè)的人才培養(yǎng)中，著重培養(yǎng)學生的專業(yè)知識、工程實踐技能及創(chuàng)新能力，從而推動我國電子信息產(chǎn)業(yè)不斷前進。

一、國際工程教育背景

具備國際競爭力的工程技術人才是國家工業(yè)化進步的源動力，也是國家持續(xù)發(fā)展和提升國際競爭力的有利保證。[2]目前，我國已提出“中國制造2025”計劃，顯著突出了工程教育的重要性。此外，為提高高校的工程教育水平，相繼推出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和“國際工程教育專業(yè)認證”措施，以期和國際先進對標，培養(yǎng)具備國際工程視野的創(chuàng)新人才，支撐我國工業(yè)化水平的跨越發(fā)展。

（一）“中國制造2025”

2015年，我國提出了“中國制造2025”行動綱領。它基于我國的基本國情，著眼于提升國家的綜合國力和世界競爭力，面向制造業(yè)的各個領域，制定了一系列方針、政策。[3]

目前，制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展，離不開電子信息產(chǎn)業(yè)的支持，制造業(yè)的發(fā)展可以反哺電子信息產(chǎn)業(yè)。因此，將電子信息產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)的相互融合，可以促進二者更好的發(fā)展。任何領域競爭的核心都在于人才，為培養(yǎng)具備國際視野的優(yōu)秀工程技術人員，我國高校責無旁貸。

（二）卓越工程師教育培養(yǎng)計劃

2010年6月，教育部在天津啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，該計劃是我國《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》組織實施的一個重大項目，旨在培養(yǎng)一大批卓越工程技術人才，最終實現(xiàn)我國工業(yè)化進步以及國際競爭力的提升。[4]

該計劃明確了高校深入開展工程教育的重要性，并為高校工程人才培養(yǎng)提出了明確的路線圖。

（三）國際工程教育專業(yè)認證

2016年我國加入《華盛頓協(xié)議》，正式開啟我國工程教育專業(yè)認證之路，[5-6]該協(xié)議承認簽約國所認證的普通高等學校本科工程專業(yè)的培養(yǎng)方案具有同等有效性，任一合約國所認證的畢業(yè)生都已經(jīng)達到從事工程師職業(yè)的學術要求和基本質量標準。[7]2017年，中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會修訂了《工程教育認證標準》，該標準適用于全國普通高等學校本科工程教育認證，包含通用標準和專業(yè)補充標準兩方面內(nèi)容。從學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍和支持條件七個方面制定了相應的標準，使得學生在畢業(yè)5年后能夠達到職業(yè)與專業(yè)的總體描述。[8]

國際工程教育專業(yè)認證非常注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和專業(yè)素養(yǎng)，要求學生具有能夠設計并解決復雜工程的能力。我國各項事業(yè)發(fā)展已步入到前所未有的深水區(qū)，而科學技術仍然是發(fā)展的第一生產(chǎn)力。為推動中國這個巨大的經(jīng)濟體不斷進步，實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢，國家工業(yè)化的不斷進步是根本保障，這對我國的高等教育事業(yè)變革提出了迫切地需求。為提升我國高校工程教育人才的培養(yǎng)能力，將基礎理論、工程實踐及國際視野有機結合，走出具備中國特色的工程化教育路線，將是一個具備廣泛前景的措施。

二、當前電子工藝課程教學開展狀況

電子工藝[9-10]作為電子信息科學科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)的核心課程，需要將理論知識與實踐相結合，它起源于上個世紀90年代，主要介紹電子工藝制作的基本過程。

當前，各高校在本門課程的教學過程中存在著一些扼制學生實踐能力及創(chuàng)新能力的弊端。例如在教學中通常制作一些固定的電子產(chǎn)品：如萬用表、收音機等。在課程中，學生只是按照預先給定的電路圖紙，將元器件按照進行簡單組裝，并進行焊接及測試。[11]這種教學模式忽略了學生的主觀能動性，學生未深入?yún)⑴c完整的電子工藝生產(chǎn)過程，例如電路原理圖的設計、印制電路板（PCB）的繪制等關鍵工藝流程，使得學生的學習積極性大幅下降，造成大部分學生存在只為拿學分而完成任務的錯誤想法，并且在課程結束后也未能明顯提高學科知識及工程實踐能力。

隨著國際電子工藝水平的不斷進步，為避免課程教學遠與工業(yè)發(fā)展相脫節(jié)，電子工藝課程的教學內(nèi)容應動態(tài)修編，以及培養(yǎng)出具備國際工程競爭能力的優(yōu)秀人才。

三、工程教育與電子工藝教學課程的融合

2010年8月，教育部電子信息科學與工程類專業(yè)教學指導分委員會推出的《高等學校電子信息科學與工程類本科專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)劃（試行）》[12]中對于電子信息科學與技術本科專業(yè)實踐教學內(nèi)容部分的相關指導，電子工藝訓練成為電子科學技術類專業(yè)本科教學的重要關注點。

基于以上，本文將工程教育的標準融合至電子工藝課程，通過將軟件與硬件相結合、理論與工程實踐相結合的理念，在鞏固學生已有的專業(yè)知識的同時培養(yǎng)學生成為電子工程師的綜合素養(yǎng)。通過這一課程的教學，使學生全面了解電子生產(chǎn)，增強學生對電子工程師職業(yè)的了解明確未來的職業(yè)規(guī)劃，培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)。

下面將詳細介紹國際工程教育背景下電子工藝課程教學的創(chuàng)新體系，它涵蓋電路圖紙的設計至最終實際電路的各個環(huán)節(jié)。

首先要求學生通過融合模擬電子技術、通信電子線路等基礎學科的理論知識并查閱資料，設計出具有完整功能的電路系統(tǒng);第二步，通過電路板繪制軟件進行電路版圖繪制;第三步，對加工后的電路板進行焊接與調試，并通過測試結果對第一步中設計的電路進行改進。經(jīng)過這門課程的學習，使學生通過簡易的生產(chǎn)實踐，了解電子生產(chǎn)中的基本過程，掌握電子制作工藝的相關知識，并從中培養(yǎng)學生的解決工程實踐問題的能力、創(chuàng)新性思維、項目管理經(jīng)驗和其他的電子工程師素養(yǎng)。通?？梢赃x擇學生比較感興趣且常用的一些具體電路如穩(wěn)壓電源電路、功率放大器、鑒頻器等電路的設計，并且通過加入單片機或者可編程邏輯控制器來實現(xiàn)智能調節(jié)和控制。下面詳細介紹電子工藝教學的基本內(nèi)容：

（一）電路方案設計

發(fā)揮學生的主觀能動性，要求學生綜合應用所學的基礎理論知識設計一個相對完整的工程電路系統(tǒng)。近年來，隨著計算機技術的不斷進步，電子設計自動化（EDA）逐漸成為了工業(yè)設計中的重要部分，能夠幫助工程師提高設計的成功率并有效節(jié)約生產(chǎn)成本和時間。在教學過程中引入EDA軟件進行輔助教學，豐富了學生的學習形式，激發(fā)了學生的學習熱情，掌握了相關的仿真軟件，對學生日后參加工作有一定的幫助。因此，在方案設計中，學生可借助Proteus、SPICE、Multisim 等EDA軟件對設計電路進行仿真，從而增大實驗的成功性。

（二）繪制印制電路板

根據(jù)（一）中設計的電路方案，就可以進入原理圖和印制電路板的繪制。Altium Designer是最常用的PCB繪制軟件，它是由Altium公司設計開發(fā)的一款基于Windows操作系統(tǒng)并具有強大功能的PCB設計軟件，它的前身是Protel。

PCB用于實現(xiàn)電路中電子元器件之間的電氣連接，同時還起到固定、支撐元器件的作用。實際中，元件通過其封裝中的焊盤固定在PCB上，所以在PCB排版前需要要繪制所有元件的封裝。由于Altium Designer通常只提供常用電子元件的原理圖和其對應的封裝，而某些元器件則找不到其對應的原理圖和其相應的PCB封裝，在這種情況下就需要手動繪制原理圖和其相應的PCB封裝。在布局布線中，首先按照信號或者電流的走向將主要芯片排好，附屬于主芯片的元件應緊湊、有序的排在主芯片周圍;此外，PCB布局時要注意按照信號的走向。當PCB布局完成時可生成元件清單，然后根據(jù)元件清單采購元件。

（三）電路安裝與調試

此部分內(nèi)容需要學生能夠識別并檢測基本的電子元器件，并掌握常用儀器如：萬用表、信號源、直流穩(wěn)壓電源、示波器等儀器的正確使用方法。

將購買的元件手動焊接在加工完的PCB板的對應位置上，將該元件通過焊盤接入PCB上的電路中，焊接過程中要注意不要出現(xiàn)虛焊或者短路的問題。焊接完成之后，就可以對電路進行調試。調試過程中要注意按照實驗操作規(guī)范以及儀表儀器的使用步驟，進行詳細調試。根據(jù)調試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，可對（一）中原始設計電路進行改善。由于每個學生設計的電路會有不同，并且在調試過程中也會遇到不同的問題，教學過程中可以通過采用引導的方式，讓學生自己解決遇到的問題，從而提高他們解決問題的能力和動手能力。

四、 結語

隨著國家工業(yè)化水平的不斷進步，電子信息產(chǎn)業(yè)作為國家國際競爭力的核心領域，對各高校工程教育的開展提出了重大挑戰(zhàn)。通過將“中國制造2025”、“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”及“國際工程教育專業(yè)認證”的指導思想及認證體系融入到電子工藝這門課程中，本文創(chuàng)新性地將基礎理論、工程實踐及國際視野有機結合，以期能夠培養(yǎng)出具備國際事業(yè)的優(yōu)秀電子工程師。

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項目信息：1.貴州省科技廳，省科技合作計劃，“汽車電動助力轉向器的研究”，黔科合LH字[2014]7049號;2.貴州省科技廳，省科技合作計劃，車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸技術關鍵理論問題的研究”，黔科合LH字[2016]7223號

作者簡介：程桂仙（1986-），女，山西平遙人，博士，講師，研究方向：射頻技術、攜能通信、載波索引調制;方潤（1985-），男，貴州大方人，碩士，講師，研究方向：集成電路、汽車電子智能控制。