基于OBE 理念的引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

李 紅， 石素君， 趙修臣， 劉 穎， 鄭 冰

（北京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100081）

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程技術(shù)人才培養(yǎng)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、分析問題和解決問題能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力的主要方式［1］。對(duì)于工科類本科專業(yè)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)與改革，不斷在教學(xué)實(shí)踐中更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與思路，是培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代高水平工程技術(shù)人才的基本途徑之一［2］。

近年來各高校不斷加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)工作，強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與學(xué)生能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行了大量研究，其中基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（OBE）理念已成為高校教學(xué)改革的熱點(diǎn)［3-7］。OBE教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)人的進(jìn)步和學(xué)業(yè)成就，要求教師清楚學(xué)生應(yīng)達(dá)到的結(jié)果，然后設(shè)計(jì)合適的教學(xué)手段使他們達(dá)到相應(yīng)的效果［8］。

在貫徹實(shí)施高校深化教育教學(xué)改革中，我校電子封裝技術(shù)專業(yè)結(jié)合本專業(yè)的特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)，積極探索將OBE教育理念3大要素［9］“學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)方法、結(jié)果評(píng)估”應(yīng)用到本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，大力改革實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)［10］。針對(duì)引線鍵合技術(shù)，從實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)估3個(gè)方面設(shè)計(jì)引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將OBE理念應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，進(jìn)行引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，建立提高學(xué)生實(shí)踐能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新思路。

1 引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的意義

在中美經(jīng)貿(mào)摩擦升級(jí)以來，我國集成電路產(chǎn)業(yè)受制于人的現(xiàn)象日益凸顯，為了保障供應(yīng)鏈安全和產(chǎn)業(yè)安全，集成電路成為國家戰(zhàn)略計(jì)劃推動(dòng)下的一個(gè)大產(chǎn)業(yè)?！?018—2024年中國半導(dǎo)體行業(yè)市場產(chǎn)銷態(tài)勢分析及投資發(fā)展趨勢報(bào)告》指出，到2030年，集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)達(dá)到國際先進(jìn)水平，IC封裝測試將實(shí)現(xiàn)率先突破。引線鍵合技術(shù)作為現(xiàn)代集成電路IC封裝測試中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，因其具有成本低廉、工藝實(shí)現(xiàn)簡易、封裝形式適用性高等優(yōu)點(diǎn)，在各層次的IC封裝形式中凸顯出愈加重要的地位［11］。我校電子封裝技術(shù)專業(yè)作為國防緊缺專業(yè)，承擔(dān)著為國家輸送高素質(zhì)半導(dǎo)體行業(yè)封裝高級(jí)技術(shù)人才的重任，因此，進(jìn)行引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是我校電子封裝技術(shù)專業(yè)一項(xiàng)重要的實(shí)踐內(nèi)容。近年來，基于OBE理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革在各大高校展開，經(jīng)過對(duì)OBE理念的分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍有不少環(huán)節(jié)存在著問題。

（1）教學(xué)模式固定，實(shí)驗(yàn)室老師做實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，課堂上老師對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法、內(nèi)容、操作步驟和注意事項(xiàng)等對(duì)學(xué)生作講解和示范［12-14］，學(xué)生進(jìn)行簡單操作。這樣的實(shí)驗(yàn)課堂，仍舊是以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)，不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，不能有效地促進(jìn)理論教學(xué)，學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立思考與分析能力目標(biāo)和知識(shí)應(yīng)用能力目標(biāo)也沒有得到很好的培養(yǎng)。

（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中基本操作內(nèi)容比重較大，缺乏分析問題、知識(shí)應(yīng)用能力的訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不完善，無法激發(fā)學(xué)生科學(xué)研究的積極主動(dòng)性。

（3）課程評(píng)價(jià)機(jī)制單一，原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤情況決定實(shí)驗(yàn)成績，忽視學(xué)生綜合素質(zhì)的評(píng)價(jià)，課程考核不夠規(guī)范，持續(xù)改進(jìn)不夠完善。

2 基于OBE理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的確定

在OBE理念的指導(dǎo)下，采用教學(xué)目標(biāo)先于教學(xué)內(nèi)容，所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)都圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)預(yù)期目標(biāo)展開，促進(jìn)學(xué)生積極參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，使學(xué)生不再是學(xué)習(xí)的被動(dòng)者，而是學(xué)習(xí)的主體，真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的中心，而教師轉(zhuǎn)變教育理念，成為學(xué)生達(dá)成預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出的幫助者、促進(jìn)者和組織者［15］。因此在OBE教育理念的指導(dǎo)下，提出合理的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)極其重要。

引線鍵合實(shí)驗(yàn)作為電子封裝技術(shù)專業(yè)一項(xiàng)重要的大型專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的工藝性特點(diǎn)，調(diào)研了該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后在該領(lǐng)域應(yīng)該達(dá)到的能力，確定了該實(shí)驗(yàn)的多層次培養(yǎng)目標(biāo)，包括以認(rèn)知為導(dǎo)向的基礎(chǔ)能力目標(biāo)、以問題為導(dǎo)向的綜合實(shí)踐能力目標(biāo)和以任務(wù)為導(dǎo)向的工程實(shí)踐能力目標(biāo)。基礎(chǔ)能力目標(biāo)通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及表征檢測設(shè)備的操作等，提高學(xué)生的基本動(dòng)手能力和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)；綜合實(shí)踐能力通過學(xué)生對(duì)材料性能分析、工藝參數(shù)研究及工藝質(zhì)量研究等來提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力、分析問題的能力；工程實(shí)踐能力是基礎(chǔ)能力和綜合實(shí)踐能力的進(jìn)一步提升，通過對(duì)工程實(shí)踐問題及當(dāng)前技術(shù)熱點(diǎn)項(xiàng)目的研究，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的能力以及實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)在其培養(yǎng)目標(biāo)的指導(dǎo)下，結(jié)合電子封裝技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室擁有的完整企業(yè)工藝線實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，針對(duì)不同層次學(xué)生的教學(xué)需求，積極構(gòu)建前后銜接、循序漸進(jìn)、層次分明的與電子封裝技術(shù)專業(yè)相適應(yīng)的遞進(jìn)式、多元化的引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系［16］，如圖1所示。

圖1 OBE理念下的引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

從圖中可見，教學(xué)目標(biāo)優(yōu)先于教學(xué)內(nèi)容而出現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容圍繞預(yù)期教學(xué)目標(biāo)而展開，分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成了電子封裝專業(yè)引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以鍵合相關(guān)設(shè)備、鍵合相關(guān)材料、鍵合質(zhì)量評(píng)價(jià)手段及分析表征測試方法、表征設(shè)備使用為主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這類實(shí)驗(yàn)不需要學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、主要培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要構(gòu)成、工作原理、操作步驟，認(rèn)知鍵合用原材料，鍵合質(zhì)量評(píng)價(jià)手段等，以促進(jìn)學(xué)生深化理論知識(shí)，掌握基本技能和方法。

OBE理念的核心精神是培養(yǎng)學(xué)生能力，通過設(shè)定預(yù)期產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)教育活動(dòng)由“教師中心”向“學(xué)生中心”的轉(zhuǎn)移。引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，在“邊看邊學(xué)，邊做邊學(xué)”的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了學(xué)生在教學(xué)中占主導(dǎo)地位，以學(xué)生為中心的綜合實(shí)驗(yàn)、研究實(shí)驗(yàn)。

綜合實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合運(yùn)用、發(fā)展與創(chuàng)新，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容引入不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同特性的芯片（裸晶）或者基板，比如實(shí)驗(yàn)室提供不同類型的基板或者芯片，有鍍銀基板、復(fù)合鍍層基板、鍍金陶瓷基板、LED芯片、砷化鎵芯片等，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)鍵合實(shí)驗(yàn)方案，改變鍵合工藝參數(shù)，利用焊接強(qiáng)度測試儀測試引線鍵合后引線的拉力、剪切力和利用光學(xué)顯微鏡觀測引線的外觀形貌來分析判斷鍵合質(zhì)量等，最終探索和分析不同鍵合工藝條件（超聲功率、超聲時(shí)間、鍵合壓力等）對(duì)鍵合質(zhì)量的影響規(guī)律，使學(xué)生掌握工藝流程、關(guān)鍵工藝因素，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力、分析能力、實(shí)踐能力的目標(biāo)。

研究實(shí)驗(yàn)是從新材料、新結(jié)構(gòu)、可靠性上著手，以引線鍵合當(dāng)前研究熱點(diǎn)，面臨的工藝、材料、可靠性等工程實(shí)踐問題或難題為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)確定研究課題，研究課題主要來源于教師的科研項(xiàng)目、企業(yè)的課題項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等［17］。研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在教學(xué)模式上，采用探究式教學(xué)模式；在教學(xué)方式上，學(xué)生自由組隊(duì)、自己安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間；在教學(xué)策略上，學(xué)生在教師指導(dǎo)下制定實(shí)驗(yàn)方案、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析等系列探究過程來完成項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施到完成的周期過程，該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)主要是要求學(xué)生帶著要研究的問題，主動(dòng)、自覺地尋找解決方案，通過教師引導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑o學(xué)生以最大的自主學(xué)習(xí)空間，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)能力、工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

2.3 實(shí)施多元化的實(shí)驗(yàn)效果考核

結(jié)果評(píng)估是OBE教學(xué)模式3大要素之一，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是一個(gè)重要的輔助手段，有效的評(píng)估手段能促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，可進(jìn)一步促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的順利進(jìn)行［2］。因此基于OBE教育理念，必須注重以學(xué)生為主體，重視實(shí)驗(yàn)過程，探索針對(duì)“教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)”多元化的考核方法。引線鍵合實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系如表1所示。

表1 引線鍵合實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系

引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系圍繞預(yù)期產(chǎn)出的目標(biāo)，以盡可能的客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程及效果。在多層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的指導(dǎo)下，實(shí)施階梯式實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式，設(shè)置詳細(xì)的考核指標(biāo)及考核點(diǎn)，改變過去統(tǒng)一的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)的“一視同仁”的考核方式，加大對(duì)研究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的考核力度，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使實(shí)踐動(dòng)手能力較強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的優(yōu)秀學(xué)生成績更加突出，更能體現(xiàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)的公平、公正。

3 結(jié) 語

將OBE教學(xué)模式應(yīng)用到引線鍵合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是提升電子封裝技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的一次嘗試，是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一次革新。通過確定學(xué)生學(xué)習(xí)成果目標(biāo)，以學(xué)生為中心，提高了學(xué)生對(duì)引線鍵合實(shí)驗(yàn)的興趣和自主性，激發(fā)了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的熱情，提高了學(xué)生的基礎(chǔ)動(dòng)手能力、科學(xué)探究能力和工程實(shí)踐能力。