基于CDIO模式的高職PCB工藝教學(xué)改革對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力提升的探索

朱志強(qiáng)，王慧，王長佳

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇江陰 214400）

隨著制造業(yè)企業(yè)“智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的全面深入實(shí)施，信息化對(duì)制造業(yè)的支撐作用愈發(fā)凸顯，與此同時(shí)，行業(yè)對(duì)新器件、集成電路的應(yīng)用需求越來越旺盛，市場對(duì)PCB 工程技術(shù)人才的需求也在不斷增加，工程教育專業(yè)應(yīng)當(dāng)以學(xué)生為中心、以目標(biāo)達(dá)成度為標(biāo)準(zhǔn)、以畢業(yè)生產(chǎn)出質(zhì)量為導(dǎo)向，積極開展專業(yè)人才 培養(yǎng)[1]。如何培養(yǎng)具備工匠精神，精操作、懂工藝、會(huì)管理、善協(xié)作、能創(chuàng)新的現(xiàn)場工程師，對(duì)國內(nèi)PCB 工程技術(shù)教育提出了新挑戰(zhàn)。

CDIO 模式是一種全新的工程教育理念和實(shí)施體系，倡導(dǎo)學(xué)生在掌握扎實(shí)工程理論和專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，將教學(xué)融入具體的工程應(yīng)用中[2]，采用CDIO 教學(xué)理念，以PCB 案例項(xiàng)目為依托，促成了學(xué)生PCB 相關(guān)能力培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文提出結(jié)合工程應(yīng)用中“智能小家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)”的典型項(xiàng)目，在“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作”4 個(gè)環(huán)節(jié)開展教學(xué)實(shí)踐，校企多方考核評(píng)價(jià)結(jié)果表明：基于CDIO 模式的教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生實(shí)際工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力，促進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成[3]。

1 高職院校PCB工藝教學(xué)現(xiàn)狀分析

PCB 設(shè)計(jì)與制作是高職電子信息類專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的核心技能，在教育部最新公布的電子信息類專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中，明確要求學(xué)生具備設(shè)計(jì)PCB 版圖的能力[4]。目前，國內(nèi)高職院校電子信息類專業(yè)大多開設(shè)了PCB 工藝相關(guān)課程，但在實(shí)際教學(xué)中還存在一些問題，具體如下。

1.1 教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)

教學(xué)內(nèi)容沒有對(duì)標(biāo)教育部公布的電子信息類專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，且教學(xué)目的和培養(yǎng)方向不夠明確。新標(biāo)準(zhǔn)中要求學(xué)生掌握印制電路板設(shè)計(jì)與生產(chǎn)基本知識(shí)、PCB 布局布線技術(shù)、PCB 設(shè)計(jì)工藝規(guī)范、運(yùn)用主流軟件繪制規(guī)范的電路原理圖等內(nèi)容。但一些高職院校在實(shí)際教學(xué)中所采用的PCB 案例大多是沿用歷年的案例，教學(xué)設(shè)計(jì)未能將當(dāng)前行業(yè)應(yīng)用、電子設(shè)計(jì)競賽等新內(nèi)容融入，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與PCB 行業(yè)發(fā)展實(shí)際脫節(jié)，制約了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新能力的提高。

1.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件受限

PCB 制版課程所涉及的工藝流程覆蓋面較廣且煩瑣，每個(gè)流程都有嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件提出了較高要求。傳統(tǒng)的PCB 制版課程往往只是依賴某個(gè)機(jī)房或?qū)W生筆記本電腦，通過常用電子CAD 軟件繪制原理圖并生成PCB，至于PCB 設(shè)計(jì)中的重要因素如PCB 布局、布線等規(guī)則，無法通過實(shí)物通電進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件限制了PCB 制版課程的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，學(xué)生學(xué)習(xí)PCB 版圖設(shè)計(jì)仍舊停留在能畫圖的初級(jí)階段[5]。

1.3 評(píng)價(jià)形式單一

在教學(xué)改革中，學(xué)生是主體，學(xué)生的素質(zhì)和能力發(fā)展是課程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，基于這一原則，教師在課程設(shè)計(jì)中要充分發(fā)揮其作為課堂的組織者、指導(dǎo)者和評(píng)價(jià)者的重要作用，將學(xué)生的角色從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。此外，課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)也是十分重要的。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，課程評(píng)價(jià)采取的是對(duì)PCB 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的SCH 原理圖和PCB 效果圖打分的單一評(píng)價(jià)模式，難以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成也會(huì)受到影響。

2 CDIO模式下PCB制版工藝課程教學(xué)改革設(shè)計(jì)

PCB 制版工藝是高職電子信息類專業(yè)的重要課程，長期以來，受諸多因素影響，教學(xué)實(shí)施過程未充分融入PCB 設(shè)計(jì)行業(yè)背景、PCB 制版教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)、學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)定位不準(zhǔn)確。為了解決數(shù)字化、智能化職業(yè)場景下PCB 制版課程教學(xué)存在的問題，要樹立明確的課程建設(shè)目標(biāo)與課程教學(xué)改革設(shè)計(jì)思路[6]。

2.1 PCB 技能與CDIO 模式

從CDIO 模式的概念來看，CDIO 模式強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的整個(gè)生命周期為載體，通過系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提升學(xué)生的專業(yè)技術(shù)和知識(shí)水平、個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力，培養(yǎng)他們?cè)谄髽I(yè)環(huán)境下對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行的綜合素質(zhì)[7-8]。PCB 制版工藝的內(nèi)涵包括PCB 相關(guān)技能與工程能力兩個(gè)方面，從教育部發(fā)布的高等職業(yè)學(xué)校信息專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來看，PCB 技能融合了多種信息類學(xué)科知識(shí)，要求學(xué)生具備模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子線路設(shè)計(jì)、5S 管理以及安全生產(chǎn)等知識(shí)背景。因此，PCB 制版教學(xué)要求學(xué)生樹立電子行業(yè)“大工程”的觀念。

工程層面對(duì)學(xué)生的要求是能夠密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展動(dòng)向，將所學(xué)的PCB 相關(guān)技能轉(zhuǎn)化為企業(yè)實(shí)際用人需求，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造更多價(jià)值，這也是CDIO 模式下對(duì)PCB 技能教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的要求[9]。在PCB 工藝相關(guān)課程教學(xué)中，引入該模式能有效增強(qiáng)課程設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性，可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2.2 基于CDIO 模式的PCB 工程人才培養(yǎng)

高職要根據(jù)PCB 行業(yè)需求與發(fā)展形勢，明確行業(yè)對(duì)PCB 從業(yè)人員的要求，進(jìn)而確定人才培養(yǎng)目標(biāo)，要把行業(yè)所需的專業(yè)知識(shí)、專業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)實(shí)踐能力融入人才培養(yǎng)方案，把專業(yè)能力細(xì)分到各專業(yè)課程。這就要求教師在課程教學(xué)設(shè)計(jì)中構(gòu)建合理的知識(shí)框架，如學(xué)生需要哪些理論知識(shí)、實(shí)踐環(huán)節(jié)，確保這些知識(shí)點(diǎn)之間能夠密切銜接、有機(jī)統(tǒng)一。CDIO 模式注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，其特有的優(yōu)勢非常適合學(xué)生工科技能的培養(yǎng)，對(duì)工科工程人才的培養(yǎng)起到了很好的促進(jìn)作用。如何在PCB 傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上引入CDIO 模式，推動(dòng)PCB 工藝人才的高質(zhì)量培養(yǎng)十分值得探討[10]。

3 PCB制版工藝課程教學(xué)改革措施

目前，高職院校培養(yǎng)的PCB 工程人員綜合素質(zhì)水平與電子行業(yè)對(duì)工程技術(shù)人才的要求不匹配的問題比較突出，特別是面向產(chǎn)業(yè)需求的工程實(shí)踐能力不足。由此可見，高職院校要在提升學(xué)生工程素質(zhì)方面加大力度，在具體的培養(yǎng)模式和操作步驟上進(jìn)行創(chuàng)新[11]。工程人才培養(yǎng)模式的優(yōu)化僅依靠教育系統(tǒng)自身的改革是難以實(shí)現(xiàn)的，工程教育需要立足企業(yè)需求調(diào)整工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行培養(yǎng)模式的改革優(yōu)化。

3.1 優(yōu)化課程內(nèi)容

課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化有利于教學(xué)資源的合理利用，因此，課程組需要積極進(jìn)行課程改革和教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。結(jié)合CDIO 教育理念，傳統(tǒng)的PCB 工藝知識(shí)點(diǎn)需要按照行業(yè)發(fā)展要求進(jìn)行優(yōu)化，將企業(yè)主流生產(chǎn)案例經(jīng)過教學(xué)加工后，融入課程的各個(gè)實(shí)施環(huán)節(jié)[12]。PCB制版分為前段和后段，前段主要涉及PCB 的設(shè)計(jì)，后段主要是電路板的制作與測試。傳統(tǒng)教學(xué)中受到實(shí)踐條件的限制，往往局限于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，把大部分學(xué)時(shí)用于PCB 設(shè)計(jì)軟件的使用，學(xué)生只是掌握了軟件使用方法而不了解PCB 設(shè)計(jì)。CDIO 模式注重實(shí)施與運(yùn)行環(huán)節(jié)，因此，優(yōu)化后的PCB 工藝課程加入了PCB 的制版環(huán)節(jié)和電路板測試環(huán)節(jié)，只有讓學(xué)生真正體驗(yàn)整個(gè)行業(yè)的前后端工藝流程，學(xué)生才會(huì)對(duì)課程有全面的認(rèn)識(shí)，才能真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

3.2 結(jié)合5S 工藝單開展教學(xué)

5S 管理是PCB 行業(yè)中較多使用方法，課程可充分利用現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)條件開展5S 管理工藝單教學(xué)，營造以學(xué)生為中心的PCB 行業(yè)生產(chǎn)氛圍，借鑒企業(yè)5S 管理的流程要求，聘請(qǐng)企業(yè)5S 管理專家，結(jié)合課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求，制定課程5S 管理的要求，把實(shí)踐項(xiàng)目編制成工藝單，按照工藝單工藝和流程展開實(shí)訓(xùn)，并按工藝單進(jìn)行考核，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)和規(guī)范意識(shí)。

3.3 科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)流程

PCB 制版工藝涉及多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心開展教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，機(jī)械地記憶，對(duì)知識(shí)理解的深度不夠[13]。部分教師由于PCB 行業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷不足，在課程教學(xué)中多數(shù)以教材講授為主，加之部分高職院校專業(yè)實(shí)踐基礎(chǔ)建設(shè)滯后，導(dǎo)致專業(yè)課程教學(xué)脫離實(shí)際，學(xué)生畢業(yè)后將難以快速適應(yīng)和匹配企業(yè)真實(shí)場景下的生產(chǎn)和管理模式。

引入CDIO 模式后，將企業(yè)典型案例經(jīng)教學(xué)加工后進(jìn)行任務(wù)分解，經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì)，使其貫穿整個(gè)教學(xué)流程，能夠有效培養(yǎng)PCB 新工科人才。如圖1 所示，科學(xué)的教學(xué)流程充分體現(xiàn)“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作”4 個(gè)環(huán)節(jié)，注重PCB 制版的產(chǎn)品生命周期，且在教學(xué)實(shí)施過程中，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位。

圖1 教學(xué)流程設(shè)計(jì)

3.4 校企合作建設(shè)開放式創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)工場

近年來，電子信息行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營呈現(xiàn)出日益規(guī)模化、集約化、智能化的趨勢，高職院校電子類專業(yè)原有的很多實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備及教學(xué)條件已無法滿足行業(yè)對(duì)人才的現(xiàn)實(shí)需求。高職院校應(yīng)與企業(yè)密切合作，深化產(chǎn)教融合，充分利用產(chǎn)業(yè)和企業(yè)資源，結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)及工程現(xiàn)場，開展實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)，將企業(yè)先進(jìn)的設(shè)備設(shè)施等生產(chǎn)資源引入教育教學(xué)，覆蓋PCB 工藝領(lǐng)域的主要技術(shù)，有助于學(xué)生更好地理解行業(yè)的主流技術(shù)和前沿技術(shù)發(fā)展趨勢，按照工程標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的實(shí)訓(xùn)工場不管是在布局還是環(huán)境方面，都能夠更好地滿足學(xué)生工程實(shí)踐的需求。

企業(yè)在投入設(shè)備和產(chǎn)品的同時(shí)，將工程案例及項(xiàng)目、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范、生產(chǎn)工藝及方法、工程管理要求及體系、企業(yè)文化及思維等也融入人才培養(yǎng)過程，讓學(xué)生更加深刻地理解工程活動(dòng)的內(nèi)涵和要求。以江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系為例，教師在教學(xué)中把PCB 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作的工作過程按工序分解成PCB 設(shè)計(jì)→硫酸紙打印→精密數(shù)控鉆床鉆孔→分板→曝光→顯影→蝕刻制板→線路板裝配測試8 道工序、8 個(gè)工位。工作過程中工位流轉(zhuǎn)可以是串行工作方式，既解決了設(shè)備數(shù)量的問題，又鍛煉了學(xué)生的管理能力，再采用5S 管理，教學(xué)效果提升明顯。

3.5 依托專業(yè)社團(tuán)平臺(tái)

為了實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)和提升學(xué)生的實(shí)踐能力，課堂教學(xué)可延伸到課外學(xué)習(xí)，以課程知識(shí)點(diǎn)為主線，以專業(yè)社團(tuán)為平臺(tái)，學(xué)生助學(xué)助教，將項(xiàng)目實(shí)施的工作過程按工序分解成工位，學(xué)生結(jié)合各工位所要求的知識(shí)與技能展開針對(duì)性學(xué)習(xí)，各工位都有專職學(xué)生負(fù)責(zé)管理并輔導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生助管助教。通過實(shí)施課內(nèi)課外互動(dòng)教學(xué)，改革效果進(jìn)一步提升[14]。

社團(tuán)學(xué)生依托PCB 設(shè)計(jì)與制作創(chuàng)新機(jī)制，能靈活地將自己的PCB 設(shè)計(jì)作品從創(chuàng)意階段延伸到參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)物階段。部分社團(tuán)學(xué)生在此基礎(chǔ)上可完美實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的底層PCB 電路硬件，如社團(tuán)學(xué)生在“斯迪姆”少兒編程工作室創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中的圖形化編程小車的控制電路及傳感電路即基于此實(shí)現(xiàn)，通過與專業(yè)社團(tuán)的融合，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到了有效提升。

江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系近年來的實(shí)踐表明：專業(yè)社團(tuán)建設(shè)是課程建設(shè)的必要環(huán)節(jié)，通過課內(nèi)課外活動(dòng)聯(lián)合以及對(duì)社團(tuán)的有效管理，學(xué)生的實(shí)踐技能和管理能力都得到了很好的培養(yǎng)和提高。

3.6 改進(jìn)學(xué)生能力提升評(píng)價(jià)模式

高職院校PCB 制版教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生基于PCB行業(yè)相關(guān)工藝及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)手實(shí)踐能力與職業(yè)素養(yǎng)，課程的考核評(píng)價(jià)機(jī)制將直接影響教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成與人才培養(yǎng)的質(zhì)量。多元化的評(píng)價(jià)機(jī)制有利于提升教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，且評(píng)價(jià)要貫穿課前、課中、課后，評(píng)價(jià)主體、內(nèi)容、方式都應(yīng)做到多元化，以更為全面、準(zhǔn)確地進(jìn)行效果評(píng)價(jià)。

過程性評(píng)價(jià)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握PCB 制版技能的真實(shí)情況，課程組可以此為依據(jù)調(diào)整教學(xué)方案，課后的總結(jié)性多元評(píng)價(jià)能充分培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作與匯報(bào)能力，此環(huán)節(jié)還可以加入企業(yè)工程師評(píng)價(jià)，可及時(shí)把生產(chǎn)一線的工藝標(biāo)準(zhǔn)反饋到教學(xué)中，有利于學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

4 結(jié)語

電子信息行業(yè)的快速發(fā)展迫切需要熟練掌握PCB工藝且具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，為行業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才是高職院校的重要使命。在PCB 工藝教學(xué)中引入CDIO 模式是助力應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要途徑，但在具體實(shí)施過程中，如何科學(xué)構(gòu)建PCB 人才培養(yǎng)模式，學(xué)校、企業(yè)、社會(huì)該如何進(jìn)行角色分工，這些問題仍需要進(jìn)一步探索。近兩年，江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系將CDIO 工程教育模式應(yīng)用于PCB 工藝相關(guān)課程教學(xué)實(shí)踐中，建設(shè)了優(yōu)質(zhì)在線教學(xué)資源和工位式PCB 實(shí)訓(xùn)工場，學(xué)生在江蘇省SMT 技能競賽、江蘇省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽等大賽中多次獲獎(jiǎng)，實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)都獲得了較大提升。