工程教育認證背景下電子工藝實習課程的探索與實踐

張 瑩，王正峰

（燕山大學工程訓練中心，河北 秦皇島 066004）

1 背景

工程教育認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)，是針對高等教育工程類專業(yè)開展的一種合格評價[1-2]。

在工程教育認證標準的框架下，要不斷改進并促進實踐教學創(chuàng)新、完善實習基地建設(shè)，切實提高工科專業(yè)實踐教學質(zhì)量。這兩點要求中都離不開實踐。在工程教育認證中，實踐教學是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，與理論教學相比，實踐教學為學生提供了與社會接軌的橋梁，通過讓學生運用工具，結(jié)合理論完成指定任務，從而將理論知識轉(zhuǎn)化為個體經(jīng)驗，實踐教學使學生獲得操作技能、技術(shù)經(jīng)驗和創(chuàng)新能力，強化了對專業(yè)理論知識的理解，提高了解決實際問題的能力。

2 課程改革意義

電子工藝實習作為工科生必不可少的電子類實訓環(huán)節(jié)，是學生獲取實踐知識和經(jīng)驗的一門重要課程，為滿足工程教育認證要求，對電子工藝實習課程的教學方式與教學內(nèi)容也需不斷改進與更新。諸多高校中，充電器、收音機是這門課程的一個標志性項目，使用SMT技術(shù)和焊接技術(shù)完成這兩種電子產(chǎn)品的焊接與調(diào)試，多年實踐下來，這類內(nèi)容已不能適應目前培養(yǎng)目標的需求。電子工藝實習是通過一個完整項目實現(xiàn)過程，使學生清楚電子產(chǎn)品從需求、設(shè)計、仿真、印刷電路板、焊接、組裝、調(diào)試、驗收這一套完整的工作順序。

3 教學內(nèi)容設(shè)計

傳統(tǒng)填鴨式的教學內(nèi)容打消同學們的積極性，個性化的學生和統(tǒng)一化的課程內(nèi)容使學生感覺乏味，因此如何引導學生興趣設(shè)計教學內(nèi)容是體現(xiàn)課程好壞的重中之重。課程在電路設(shè)計上采用“主電路+附加電路”的模式，即一個具有指定功能和多個通用功能的電路，學生可自由組合進行方案設(shè)計、電路仿真、焊接以及調(diào)試。

3.1 注重基礎(chǔ)──手動焊接

電子工藝實習課程的一個必要過程就是手工焊接，練習焊接時，學生應注意焊接姿勢、烙鐵的握法、焊錫絲的拿法、操作過程等等。焊點要求具有良好的電氣性能，較高的機械強度，焊料適中，焊點表面光亮均勻，焊點無毛刺、空隙，焊點表面清潔。在此基礎(chǔ)上，考慮成品整體性能，還要求學生做到用焊點代替導線，達到萬能板即絲印板的水平，減少電路板飛線，使作品整潔、美觀。

3.2 選擇有興趣的題目進行設(shè)計

學生通常在第3、4學期進行實訓，此時學生已經(jīng)學習了電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等相關(guān)課程，但此時還缺乏綜合應用的經(jīng)驗。因此，課程內(nèi)容從電類基礎(chǔ)課理論出發(fā)，列出眾多電路功能需求，學生根據(jù)自己能力及興趣選擇想要完成的電路，綜合利用學過的知識完成相關(guān)的電路設(shè)計，教師做適當提示及幫助，遇到問題鼓勵學生通過查找資料、互相討論來解決，給予學生足夠的自主空間，以此激發(fā)學生對電子設(shè)計的興趣。學生根據(jù)自己選擇的電路進行系統(tǒng)設(shè)計，通過可行性分析及仿真后，實驗室提供元件支持。

主電路設(shè)計中，有例如家用門鈴、炫光彩燈、有源/無源濾波器、矩陣鍵盤、閃光胸針等題目進行備選，學生在開課前兩周進行項目選擇，留出時間教師準備元器件。主電路的設(shè)計基于555定時器、濾波器、譯碼器、多諧振蕩器等原理。附加電路中，有方波發(fā)生器、數(shù)字邏輯筆、短路測試儀等功能備選，設(shè)計原理基于RC電路、反相器、三極管特性等原理。

以附帶功能電路為例。數(shù)字邏輯筆就是數(shù)字電平的檢測（圖1，P215），使用反相器也可實現(xiàn)，在輸入端接一個信號發(fā)生器，產(chǎn)生方波，不斷輸出高低電平，如輸入一個低電平信號，則LED2亮起，相反在pin端輸入一個高電平信號，則LED1亮起，依靠兩個LED亮的狀態(tài)可以判斷輸入電平的高低。方波發(fā)生電路可使用 RC振蕩器原理來實現(xiàn)，這一知識點在電路原理中學生有學習。這里選擇反相器來實現(xiàn)，在某一個時刻，反相器1的輸入端為高電平，則1的輸出端為低電平，經(jīng)過反相器2之后輸出高電平向電容充電，隨著電容兩端的電壓升高，反相器1的輸入端逐漸變?yōu)榈碗娖?，一旦低?0%VCC就會使非門翻轉(zhuǎn)，此時反相器1與2中間為高電平，經(jīng)反相器2反相后向電容反向充電，達到條件之后再次翻轉(zhuǎn)，因此輸出端就會形成高低電平變化，周而復始形成振蕩。利用電阻與電容組成正反饋，添加補償調(diào)節(jié)電阻，用于在電源電壓變化時穩(wěn)定頻率。以上兩個電路均用到了反相器，則可使用CD4069的六路反相器芯片實現(xiàn)兩個電路功能。

圖1 數(shù)字邏輯電路仿真圖

3.3 仿真驗證

仿真可以提前驗證電路方案的可行性，是實訓過程中有效減少實驗失敗的重要手段。完成電路圖設(shè)計，在焊接成品電路之前，先使用仿真軟件對電路各個功能模塊進行仿真分析，除了對電路原理進行仿真外，還可以模擬故障，對電路的常見故障進行仿真，這樣可以使學生更加深入的了解電路原理，在之后的作品調(diào)試過程中遇到的問題，學生知道如何分析、解決。

3.4 排兵布陣，優(yōu)化全局

出于實驗室安全及工業(yè)要求的考慮，在實驗室條件下要完成實際電路板印刷比較難于實現(xiàn)，因此采用手動繪制布線圖的方式來代替電腦繪圖，不僅能使學生了解元件排版、布線，還鍛煉了學生的空間想象力、產(chǎn)品設(shè)計整體布局能力。

4 考核及評價方式

4.1 基礎(chǔ)知識學習及測試

電子工藝實習涉及手工焊接技術(shù)、仿真軟件的使用、常見儀器儀表的使用、多種元器件及集成芯片的使用等方面基礎(chǔ)知識，實習開始前，學生可通過線上平臺發(fā)布的微課進行學習，來到實訓場地待老師進行實物演示后，當堂進行理論測試，作為理論分數(shù)。

4.2 實踐考核

在這一環(huán)節(jié)中，根據(jù)學生自行設(shè)計的電路和焊接的成品，考核是否可以一次實現(xiàn)電路所有功能，對于不能一次完成制作的產(chǎn)品，考核能否獨立完成電路排錯。打分采用彈性考核方式，這個彈性主要體現(xiàn)在學生的創(chuàng)新以及電路特色方面，其他考核點有焊點、仿真、布局、功能調(diào)試以及數(shù)據(jù)分析。

4.3 答辯及報告考核

實驗報告中要體現(xiàn)電路的總體思路，有所用元件及設(shè)備的使用描述，總結(jié)里有在實習過程中出現(xiàn)的問題和解決方式、辦法，并且要將仿真圖、原理圖、接線圖、實物圖附在報告中。實訓結(jié)束后，教師組織學生以演講、答辯的方式進行交流總結(jié)，同時，教師會根據(jù)學生在整個實訓過程中的表現(xiàn)綜合打分。

5 結(jié)語

從需求出發(fā)，所選項目貼近生活，趣味性強，知識應用綜合強，達成方法多樣性。學生選擇的電路多數(shù)會從自身需求出發(fā)，成品服務于后續(xù)的課程設(shè)計或大學生創(chuàng)新訓練項目。實訓過程中引導學生自主思維，完成電路設(shè)計、仿真，在電子產(chǎn)品制作的全流程中，教師作為“旁觀者”，見證學生從電子設(shè)計新手到熟練運用的過程，資料檢索能力、綜合設(shè)計能力、動手能力、分析解決問題的能力都得到相應提高，更重要的是，學生通過實訓對電子設(shè)計產(chǎn)生濃厚興趣，對學生后續(xù)的學習、工作等方面起到積極作用。