“電子電工實訓(xùn)”課程教學(xué)體系優(yōu)化探索研究

張林媛，李 釗，祁富貴，路國華

（空軍軍醫(yī)大學(xué) 軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系，陜西 西安 710032）

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，小至家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響）、計算機、手機、電子玩具、各類報警器等產(chǎn)品，大至航天（衛(wèi)星定位、測控）、軍事（雷達、電子導(dǎo)航）、工業(yè)（數(shù)控機床）等各個領(lǐng)域，都可以看到電子技術(shù)的身影。這對大學(xué)生的設(shè)計與實踐能力提出了更高的要求。

電子電工實訓(xùn)是工科類院校專業(yè)必修實踐課。它注重學(xué)員工程思維、科研思維、創(chuàng)新能力、動手能力的培養(yǎng)，是實踐性、實用性很強的課程。它是一門橋梁課程，連接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程，為后續(xù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計和崗位任職奠定堅實的實踐基礎(chǔ)。隨著信息化的發(fā)展，“電子電工實訓(xùn)”課程體系需要不斷優(yōu)化，順應(yīng)時代、順應(yīng)學(xué)情。在教學(xué)過程中，注重科學(xué)創(chuàng)新精神和積極競爭意識尤為重要，激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)員求真務(wù)實、用于創(chuàng)新的科學(xué)精神，鼓勵學(xué)員力爭上游，提高積極向上的競爭意識。筆者結(jié)合多年教育教學(xué)經(jīng)驗和循證實踐，對“電子電工實訓(xùn)”課程教學(xué)方式方法進行了探索研究，提出幾點建議。

一、改善教學(xué)條件，為學(xué)員實訓(xùn)提供基礎(chǔ)保障

長期以來，因辦學(xué)資金相對匱乏，傳統(tǒng)電子電工實驗室條件較差，僅有一些常用電子電工工具及儀器儀表，設(shè)備更新緩慢。缺乏高端儀表儀器設(shè)備，比如印制電路板雕刻機、阻焊字符、孔金屬化裝置等。使得教學(xué)過程中，直觀性差，學(xué)生僅了解概念，不懂如何操作。同時在參加競賽過程中，短期內(nèi)無法完成競賽內(nèi)容，難以取得優(yōu)異成績。對于動手能力的訓(xùn)練更是無從談起。實踐教學(xué)在低水平徘徊。PCB的設(shè)計采用Altium Designer軟件進行，若無機房及軟件支撐，教員只能通過幻燈演示，學(xué)員無法直接課堂操作。本教學(xué)組在學(xué)校經(jīng)費的支持下，購置了先進的PCB雕刻機、孔金屬化裝置、恒溫烙鐵、信號發(fā)生器、示波器、穩(wěn)壓電源，為學(xué)員定制工具箱，包含電子電工實訓(xùn)的常用工具。采用項目式的教學(xué)方法，學(xué)員需在實訓(xùn)過程中自行完成貼片旋轉(zhuǎn)流水燈等的制作。這些設(shè)備儀器足以支撐從PCB設(shè)計、制作、焊接、安裝的全過程。特別是PCB雕刻機的購入，為電子產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供了極大便利。同時，在原有機房基礎(chǔ)上，更新設(shè)備，安裝最新的Altium Designer 2019軟件，實現(xiàn)學(xué)員與教員同步操作，隨堂快速解決學(xué)員在操作中遇到的實際問題?；谛鹿た平ㄔO(shè)對于大學(xué)生能力的培養(yǎng)要求，我系實驗室采取半開放實驗室管理機制，提高實驗教學(xué)資源的使用率。在上課期間，實驗室保障課程教學(xué)；在實驗室不承擔(dān)教學(xué)任務(wù)期間，實驗室可公共開放給參加競賽的學(xué)員，保障設(shè)計和制作。

二、完善教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)員能力培養(yǎng)提供合理知識結(jié)構(gòu)

本門課程的教學(xué)目標(biāo)是通過課堂教學(xué)、實訓(xùn)，讓學(xué)生掌握電子系統(tǒng)的組成、Altium Designer軟件設(shè)計PCB印制電路板、電子系統(tǒng)焊接與安裝工藝；熟悉常用電子元器件、常用工具與儀器設(shè)備、PCB印制電路板的制作；理解電子元器件的封裝、焊接常見問題；了解PCB制作工藝。突出訓(xùn)練學(xué)員的實際動手能力與創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)科研思維和工程思維，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和科研打下良好的基礎(chǔ)?；诖?，教學(xué)內(nèi)容分為主線和輔線兩方面。主線內(nèi)容的設(shè)計主要是培養(yǎng)學(xué)員的科研思維，輔線內(nèi)容的設(shè)計主要培養(yǎng)學(xué)員的工程思維。具體的主線教學(xué)設(shè)計路線圖1，從課程目標(biāo)設(shè)立、PCB設(shè)計、PCB制作、焊接、電路安裝、調(diào)試、排除故障到形成實驗總結(jié)，一一對應(yīng)科學(xué)研究中立項、設(shè)計、實驗、發(fā)現(xiàn)并解決問題到形成報告/論文，以此來培養(yǎng)學(xué)員的科研思維。

圖1 主線教學(xué)設(shè)計路線

工程思維是指學(xué)生運用工程領(lǐng)域的思想方法界定問題、抽象特征、建立模型，形成解決方案?；诖?，具體的輔線教學(xué)設(shè)計圖2，采用工藝化流程教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)員的工程思維。從印制電路板打孔、孔金屬化處理、電路板制作、阻焊綠油、烘烤、曝光、顯影到有機保焊膜工藝，全流程向?qū)W員展示PCB印制電路板制作的工藝流程。

圖2 輔線教學(xué)設(shè)計路線

三、更新教材內(nèi)容，為學(xué)員提供針對性的指導(dǎo)

經(jīng)調(diào)研，其他指導(dǎo)書目中的實訓(xùn)內(nèi)容與本系實驗室的教學(xué)條件、本課程的教學(xué)內(nèi)容不吻合，不能開展針對性的指導(dǎo)。故學(xué)員采用的教材也需要同步進行更新。

符合軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)員人才培養(yǎng)方案要求，遵循電工實訓(xùn)課程教學(xué)規(guī)律，在電子電工實習(xí)實驗室建設(shè)情況基礎(chǔ)上，編寫了符合我系學(xué)員適用的《電子電工實訓(xùn)指導(dǎo)用書》，并為電子電工實訓(xùn)提供參考材料。教材內(nèi)容包括電子系統(tǒng)安裝工具和常用儀器、PCB設(shè)計、PCB制造工藝、焊接工藝、實訓(xùn)內(nèi)容、電子元器件封裝大全。常用工具與儀器的內(nèi)容，去除過于常識性的內(nèi)容，全面介紹先進的儀器設(shè)備與工具。PCB設(shè)計方面介紹功能強大且穩(wěn)定的Protel 99SE軟件，并非簡單的介紹軟件的使用，而是突出PCB設(shè)計思路與結(jié)構(gòu)的邏輯性。結(jié)合實驗室的建設(shè)情況，PCB制作工藝過程，重點突出理論，用于指導(dǎo)實踐。焊接與實訓(xùn)內(nèi)容跟進電子技術(shù)的發(fā)展，摒棄老舊的內(nèi)容。電子元器件的介紹，重點在封裝的介紹，與基礎(chǔ)專業(yè)課程重復(fù)較少。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)與要求，教材編寫的思路從基本常識到課程理論到學(xué)員實踐，對應(yīng)教材的各個章節(jié)。本《電子電工實訓(xùn)指導(dǎo)用書》大大提高了教學(xué)效果，與教學(xué)貼合度高，學(xué)員普遍反映指導(dǎo)性強。

四、改進教學(xué)方法，多措并舉提高教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)電子電工實習(xí)項目十幾年不變，教學(xué)缺少新意，方法單一，學(xué)生被動接受，缺少主動設(shè)計環(huán)節(jié)，更沒有考慮學(xué)生的自主發(fā)展特性，無法實現(xiàn)因材施教。本門實訓(xùn)課程教學(xué)采用多種教學(xué)方法協(xié)同實施。

（一）項目驅(qū)動式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)員綜合能力

以項目組的形式將學(xué)生進行分組，協(xié)力工作，從頭到尾完整體驗一個項目產(chǎn)品所要經(jīng)歷的流程。以“貼片旋轉(zhuǎn)流水燈的制作”為例，學(xué)員分組合作。這種教學(xué)方法以項目為驅(qū)動，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)兩員角色，學(xué)員變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)的主體，教員向引導(dǎo)、組織、協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，有助于提高學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力、思考能力、創(chuàng)新和協(xié)作的能力。

（二）線上線下結(jié)合，提高教學(xué)效率

利用現(xiàn)代化的信息手段和技術(shù)，為學(xué)員提供優(yōu)質(zhì)的MOOC資源，基礎(chǔ)知識可在MOOC資源上自學(xué)，節(jié)約課堂教學(xué)時間，將課堂教學(xué)用于重點內(nèi)容的講解與實踐。

（三）演示教學(xué)，提高學(xué)生動手能力

在PCB的制作工藝中，采取問題導(dǎo)入、直觀演示、重點講授到學(xué)員實操的教學(xué)思路，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、觀看全過程、易錯點分析到實操的融會貫通。在焊接工藝的實訓(xùn)中，學(xué)員觀看微課視頻，學(xué)習(xí)焊接的方法，邀請具有豐富焊接經(jīng)驗的工程師現(xiàn)場為學(xué)員演示焊接技巧，現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)員焊接，學(xué)員動手能力迅速得到提升。

（四）賽教結(jié)合，充分調(diào)動積極性

另外，根據(jù)年度全國競賽情況，采取競賽驅(qū)動式教學(xué)方法。除常規(guī)旋轉(zhuǎn)貼片流水燈之外，采用案例式教學(xué)，學(xué)生自選題目進行實踐。例如，我系學(xué)員選取的“非接觸式睡眠呼吸暫停監(jiān)測和報警裝置的設(shè)計與制作”課題。

該案例教學(xué)在第七屆全國電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課程實驗教學(xué)案例設(shè)計競賽（鼎陽杯），獲得西部賽區(qū)一等獎和全國三等獎。賽教結(jié)合調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮競賽對人才培養(yǎng)的引領(lǐng)作用。

五、增加思政元素，培養(yǎng)新時代優(yōu)秀人才

在2018年9月的全國教育大會上，習(xí)近平總書記明確指出：“培養(yǎng)什么人，是教育的首要問題。我國是中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的社會主義國家，這就決定了我們的教育必須把培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人作為根本任務(wù)，培養(yǎng)一代又一代擁護中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)和我國社會主義制度、立志為中國特色社會主義奮斗終身的有用人才。”“電子電工實訓(xùn)”課程是要培育對社會主義有貢獻的人，培育有創(chuàng)新奮斗精神的人。通過電子系統(tǒng)概述，結(jié)合利用電子設(shè)計解決實際問題來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，使學(xué)生認(rèn)識到知識就是力量，獨特設(shè)計能改變我們的生活；結(jié)合學(xué)科競賽介紹，使學(xué)生認(rèn)識到理論基礎(chǔ)與實踐相結(jié)合的重要性，鼓勵學(xué)生積極參加競賽，提高學(xué)生積極向上的競爭意識。

六、優(yōu)化考核方式，多方位評價學(xué)習(xí)效果

傳統(tǒng)的評價體系一般由學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂表現(xiàn)和實習(xí)報告組成。無法調(diào)動學(xué)生的積極性，也不能客觀的考核和衡量學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。本門課程采取形成性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的方式，各占總分?jǐn)?shù)的50%，細(xì)化考核指標(biāo)。這種動態(tài)考核方式更注重學(xué)員整體學(xué)習(xí)效果的評價，學(xué)生以小組為單位，有助于培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，增強責(zé)任感。設(shè)置現(xiàn)場答辯也是專業(yè)工程教育認(rèn)證的要求，學(xué)員能夠就工程問題陳述發(fā)言，表達清晰，將來畢業(yè)后與業(yè)界同行能夠有效溝通交流。

結(jié)語

在2018年6月教育部召開的新時代中國高等學(xué)校本科教育工作會議上，陳寶生部長提出，對大學(xué)生要有效“增負(fù)”，要把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”?！敖鹫n”就是具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的課程，簡稱“兩性一度”。本門“電子電工實訓(xùn)”課程不斷向金課靠攏，滿足“兩性一度”的要求。高階性體現(xiàn)在PCB電路板的設(shè)計與制作，涉及內(nèi)容較廣，學(xué)員需要將專業(yè)理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，可以培養(yǎng)學(xué)生主動解決實際問題的綜合能力與創(chuàng)新思維。創(chuàng)新性體現(xiàn)在電子系統(tǒng)可以應(yīng)用在各個前沿領(lǐng)域，在課程教學(xué)中，引入各領(lǐng)域的創(chuàng)新前沿應(yīng)用，可充分激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性，啟發(fā)學(xué)員智慧與潛能。挑戰(zhàn)度體現(xiàn)在針對教學(xué)目標(biāo)，合理安排教學(xué)時間，Altium Designer以及PCB雕刻機的使用均具有一定難度，學(xué)員通過資料瀏覽，實際動手操作，具有一定的挑戰(zhàn)度?！半娮与姽嵱?xùn)”這門傳統(tǒng)的實踐課程，在工科學(xué)員能力的培養(yǎng)中舉足輕重。改善教學(xué)條件、完善教學(xué)內(nèi)容、更新教材內(nèi)容、改進教學(xué)方法、增加思政元素、優(yōu)化考核方式，形成科學(xué)合理可行的教學(xué)體系勢在必行。繼本門課程改革以來，不論是學(xué)員還是教員，在國家級競賽中均取得優(yōu)異成績，展現(xiàn)出令人可喜的發(fā)展前景。教學(xué)質(zhì)量提升，學(xué)員能力提高，教學(xué)效果良好。