面向新工科的電子工藝實習(xí)教學(xué)改革研究

摘" 要 電子工藝實習(xí)課程是針對電子信息工程等電類工科專業(yè)學(xué)生所開設(shè)的一門重要的實踐課程，能夠培養(yǎng)學(xué)生對電子元器件的識別、對PCB的設(shè)計制作以及電子電路安裝及分析調(diào)試的一些綜合能力。針對目前電子工藝實習(xí)課程存在的問題，提出幾項改進(jìn)措施，以便適應(yīng)新工科的培養(yǎng)目標(biāo)，提高本科學(xué)生電子工藝實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞 新工科；電子工藝實習(xí)；虛擬仿真教學(xué)；PCB；實驗室

中圖分類號：G642.44" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）23-0126-03

0" 引言

新工科建設(shè)要求高校培養(yǎng)出實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。因此，提高實踐教學(xué)的質(zhì)量與水平成為培養(yǎng)符合社會需求的新工科人才的重要途徑。電子工藝實習(xí)課程是針對電子信息工程、通信工程、電氣工程及其自動化等電類工科專業(yè)學(xué)生所開設(shè)的一門實踐課程，課程的開設(shè)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生的電子元器件識別能力、電路分析測試能力、PCB（Printed Circuit Board，印制電路板）設(shè)計制作能力、電子儀器儀表使用能力。通過完成電子工藝實習(xí)課程，不但能夠提高學(xué)生制版、手工錫焊操作等動手能力，而且可以提高學(xué)生安裝、調(diào)試電子電路的綜合能力?？梢?，電子工藝實習(xí)這門課程是一門重要的實踐類課程，對電類工科學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)非常有幫助。但是，目前傳統(tǒng)的電子工藝實習(xí)設(shè)備陳舊[1]，技術(shù)也相對落后，難以適應(yīng)新工科的培養(yǎng)要求。為了更好地實現(xiàn)新工科學(xué)生培養(yǎng)的目標(biāo)，非常有必要做好電子工藝實習(xí)課程的教學(xué)改革。

1" 電子工藝實習(xí)面臨的問題

1.1" 設(shè)備陳舊，采用技術(shù)不夠先進(jìn)

目前，大多數(shù)高校的電子工藝實習(xí)課程主要是完成基本電路PCB的制作，如萬用表、搶答器、計數(shù)器等一些小電路的PCB制作及安裝調(diào)試。由于這是一門傳統(tǒng)課程，學(xué)校使用的設(shè)備大多已經(jīng)使用很多年，比較陳舊，尤其是PCB制作過程中線路圖轉(zhuǎn)印、腐蝕、鉆孔等幾個主要環(huán)節(jié)，采用的工藝技術(shù)相對現(xiàn)代電子先進(jìn)制造技術(shù)而言，確實比較落后，制作出的電路板粗糙、精度低、故障隱患多。而且這種工藝流程只能做簡單的單面PCB，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法接觸到PCB制作的新工藝、新儀器、新設(shè)備。這樣的教學(xué)現(xiàn)狀不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量，也無法很好地實現(xiàn)新工科的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.2" 注重動手能力培養(yǎng)，忽略了綜合創(chuàng)新能力

目前，電子工藝實習(xí)課程多數(shù)是完成一個小電子作品的制作、安裝和調(diào)試，這些作品的電子元件一般會以套件的形式采購，電路是提前設(shè)計好的，學(xué)生僅僅需要按照電路圖自己動手制作PCB、焊接元件、組裝電路、調(diào)試功能。在這個過程中雖然可以很好地訓(xùn)練學(xué)生的實際動手能力，但是由于制作電路是提前設(shè)計好的，不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識主動設(shè)計創(chuàng)新的思維能力。

由于電子工藝實習(xí)課程是單獨的一門實踐課程，不同于課內(nèi)實驗，獨立于理論課程之外，學(xué)生在理論課上學(xué)到的知識還需要啟發(fā)、引導(dǎo)、消化、整理，才有可能運用到本實習(xí)課程中，這是比較難的。在平時的理論教學(xué)中，學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等各門課程，但是各門課程的教師都是以自己課程的知識點為主體來完成大綱要求的教學(xué)內(nèi)容，各科的內(nèi)容相對獨立[2]。一般的學(xué)生很難靈活地將各門課程的知識點串聯(lián)消化，以至于學(xué)生的知識相對碎片化，缺乏將各門課程的知識聯(lián)系起來，從而建立系統(tǒng)性認(rèn)識和分析解決問題的能力。

1.3" 考核形式注重結(jié)果，輕視了過程

由于電子工藝實習(xí)課程最終是要做出一個小的電子作品，因此，大多數(shù)教師最終評定成績的時候，基本上以作品功能是否實現(xiàn)為主要依據(jù)，忽略了分析電路、檢測電路等過程中的細(xì)節(jié)工作。這會導(dǎo)致部分學(xué)生認(rèn)為只要最后的結(jié)果出來就行，忽視了制作過程中鉆研精神的養(yǎng)成，只是單純地簡單照做、依葫蘆畫瓢，甚至出現(xiàn)一些讓同學(xué)幫忙焊接的情況。這種形式下的考核不僅無法反映學(xué)生的動手能力，而且會助長個別人的投機心態(tài)。

2" 改革措施

2.1" 更新設(shè)備，改進(jìn)技術(shù)

“工欲善其事，必先利其器?！币雽崿F(xiàn)新工科的培養(yǎng)目標(biāo)，首先要有先進(jìn)的設(shè)備，以便跟得上目前的先進(jìn)技術(shù)發(fā)展水平[3]。為了建設(shè)“雙一流”高校，寧夏大學(xué)對實踐教學(xué)投入很多資金。借此機會，學(xué)校電子工藝實驗室對原來較為簡單、落后的THT單面PCB制作工藝流程進(jìn)行升級改造，這樣就可以改進(jìn)以往較為落后的PCB制作工藝。

2017年，學(xué)校采購一批新設(shè)備，購置新的磨板機、數(shù)控PCB鉆孔機、平面焊機、回流焊機、真空雙面曝光機等十余種PCB設(shè)計制作的專用設(shè)備，以及電子工藝專用檢測儀器儀表。其中，數(shù)控PCB鉆孔機如圖1所示，真空雙面曝光機如圖2所示。這次更新之后，電子工藝實習(xí)課程可以分階段實現(xiàn)THT（Through Hole Technology，通孔插裝技術(shù)）單面PCB制作、THT與SMT（Surface Mount Tech-nology，表面貼裝技術(shù)）混合單面PCB制作、THT與SMT混合雙面PCB制作，讓學(xué)生接觸到較為先進(jìn)的現(xiàn)代電子工藝PCB制作技術(shù)，真正實現(xiàn)校企無縫鏈接的實踐能力培養(yǎng)，提高本科學(xué)生電子工藝實訓(xùn)實踐能力和水平。通過學(xué)習(xí)雙面板過孔、回流焊、絲印、平面焊等新型PCB制作工藝技術(shù)，最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生今后順利走上工作崗位打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

2.2" 不斷提高教師素質(zhì)和知識水平

“學(xué)高為師，身正為范?！睂嶒灲處熞粩鄬W(xué)習(xí)新知識、熟悉新設(shè)備，這樣才能將先進(jìn)的工藝技術(shù)介紹給學(xué)生，才能更好地指導(dǎo)學(xué)生完成自己的電子作品。針對電子工藝實習(xí)課程教學(xué)特點，實訓(xùn)組教師通過自主學(xué)習(xí)、定期組織討論、參加相關(guān)教改學(xué)術(shù)會議、向設(shè)備廠商派來的工程師學(xué)習(xí)、與兄弟院校相關(guān)課程教師交流等方式，結(jié)合現(xiàn)有的新實驗設(shè)備，設(shè)計一套完整的單雙面PCB制作的工藝流程，制定了采用THT、SMT完成元器件焊接的實訓(xùn)教學(xué)方案，修訂了電子工藝實訓(xùn)指導(dǎo)書。這樣一來，學(xué)生通過電子工藝實習(xí)課程對新設(shè)備、新工藝進(jìn)行學(xué)習(xí)，自己動手完成高精度要求的、較為復(fù)雜的、單雙面PCB產(chǎn)品的設(shè)計與制作，很好地提高了實際動手能力。同時，電子工藝實習(xí)課實驗教師逐步提高了素質(zhì)和教學(xué)水平。

另外，一堂好的實踐課既要動手，也要動腦，在這一過程中也是非常適合進(jìn)行思政教育的。在實驗中，為了得到一個正確的實驗結(jié)果，通常要進(jìn)行多次實驗。因此，實驗教師可以借助課上某個實踐環(huán)節(jié)展開思政教育，培養(yǎng)學(xué)生對待科學(xué)的認(rèn)真態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生對待實驗結(jié)果實事求是的客觀態(tài)度，以及培養(yǎng)學(xué)生為追求正確結(jié)果反復(fù)試驗的工匠精神。

2.3" 虛實結(jié)合，增強教學(xué)效果

2017年，學(xué)校在采購硬件設(shè)備的同時，采購了一套虛擬仿真教學(xué)軟件電子SMT虛擬制造教學(xué)系統(tǒng)SMT-VM2015。該系統(tǒng)在電子SMT產(chǎn)品的設(shè)計和制造“孤島”間建立聯(lián)系，將PCB設(shè)計、SMT生產(chǎn)工藝設(shè)計、關(guān)鍵SMT設(shè)備編程、加工過程可視化模擬仿真和可制造性評價集成，模擬實現(xiàn)電子產(chǎn)品的設(shè)計和制造。該軟件可以根據(jù)學(xué)生設(shè)計的電路PCB圖，模擬PCB的SMT制造過程，使學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代先進(jìn)電子大生產(chǎn)技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。通過仿真實驗，可以讓學(xué)生掌握SMT組裝技術(shù)，了解世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備的使用，使學(xué)生畢業(yè)后能很快上手工作。電子工藝實習(xí)課程采用該軟件，通過虛實結(jié)合的教學(xué)形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了教學(xué)效果，有利于提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.4" 改變考核方法，注重實踐過程

結(jié)合電子工藝實訓(xùn)教學(xué)特點，制定過程化考核方法，把整個課程按制作過程分成PCB設(shè)計、制作、安裝、焊接、測試、故障分析等環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都量化到考核指標(biāo)中，認(rèn)真監(jiān)督學(xué)生完成每一個環(huán)節(jié)，真正將動手能力的培養(yǎng)落到實處。學(xué)生在不同的制作環(huán)節(jié)可能會遇到各種各樣的問題，比如蝕刻覆銅板的時候液體溫度過低，曝光的時候時間長度不夠，等等，這些都會影響到制作結(jié)果。要讓學(xué)生了解實驗過程中每個環(huán)節(jié)的不足之處，理解造成不足的原因和工作原理，引導(dǎo)學(xué)生去解決問題。這樣，學(xué)生經(jīng)過一個完整的制作過程，就會進(jìn)一步加深實驗實訓(xùn)的印象，真正掌握工藝制作的要求。

2.5" 實驗室開放管理，給學(xué)生創(chuàng)新能力提升營造空間

電子工藝實習(xí)課程課時安排通常為一周時間。學(xué)生因?qū)W習(xí)能力不同，完成任務(wù)的快慢也不同；并且學(xué)生由于興趣高低不同，對自己作品完美程度的要求也不同。為了滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，將工匠精神培養(yǎng)融入教學(xué)中，對實驗室進(jìn)行開放管理，安排值班教師負(fù)責(zé)，在保證安全使用的前提下，給那些有學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件。這樣就有利于那些學(xué)有余力的學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主動性，提升探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

3" 結(jié)束語

綜上所述，為了適應(yīng)新工科的培養(yǎng)要求，傳統(tǒng)的電子工藝實習(xí)課程必須在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上進(jìn)行改革。本文所述的改革措施已經(jīng)在寧夏大學(xué)電子工藝實習(xí)課程中進(jìn)行嘗試，學(xué)校目前已經(jīng)為電工電子實驗中心電子實訓(xùn)與創(chuàng)新實驗室投資88萬余元，對電子工藝實習(xí)課程的軟硬件設(shè)施做了升級換代，更新了原有的硬件設(shè)備，配備了仿真實訓(xùn)軟件，為提高電子工藝實習(xí)課程的教學(xué)質(zhì)量奠定了堅實的軟硬件基礎(chǔ)。此次電子工藝實習(xí)課程的改革取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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[3]閆紅超，張震強，任喜偉.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的電子工藝實習(xí)教學(xué)基地建設(shè)[J].西部素質(zhì)教育，2019，5（21）：189，191.

*項目來源：寧夏大學(xué)本科教學(xué)工程項目資助“電子工藝實訓(xùn)課程教學(xué)的改革與實踐”（基金編號：NXDXJG202018）。

作者：藺金元，寧夏大學(xué)，教授，研究方向為檢測技術(shù)與自動化裝置；王學(xué)忠，寧夏大學(xué)，高級工程師，研究方向為電子技術(shù)；周虎，寧夏大學(xué)，初級工程師，研究方向為應(yīng)用電子技術(shù)；趙國榮，寧夏大學(xué)，助教，研究方向為電子與通信技術(shù)；王鵬珍，寧夏大學(xué)，助教，研究方向為電路與系統(tǒng)（750021）。