基于工程訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)的電子工藝基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)改革

關(guān)鍵詞：工程訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)；電子工藝基礎(chǔ)；電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)；實(shí)踐教學(xué)

文章編號：1671-489X（2025）10-0153-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.10.153

0 引言

電子工藝實(shí)訓(xùn)是華中科技大學(xué)面向本科生開設(shè)的通識性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是高等學(xué)校工程實(shí)踐教育必修課程[1-3]，受眾面廣。對電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)開展教學(xué)改革探索與實(shí)踐，以工程實(shí)踐新發(fā)展理念為統(tǒng)領(lǐng)，以工程訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)[4為指導(dǎo)，在實(shí)訓(xùn)載體、課程內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)手段等多個方面進(jìn)行優(yōu)化。

1電子工藝基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

目前，電子工藝實(shí)訓(xùn)由基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、綜合實(shí)訓(xùn)、工坊實(shí)訓(xùn)三大體系構(gòu)成。其中，電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)單元為八學(xué)時課程，實(shí)踐場地約為 680m² ，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括電子焊接技術(shù)、元器件測試與常用儀器儀表使用、電子產(chǎn)品裝配，主要用到電子焊接裝配工具如電烙鐵和多種電子儀器儀表如數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓源、信號發(fā)生器示波器、LCR數(shù)字電橋等，每學(xué)期面向7個學(xué)院29個班級約1200人次授課。

以往電子焊接技術(shù)、元器件測試與常用儀器儀表使用為兩個獨(dú)立課堂，分別為八學(xué)時。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

1）電子焊接工藝是電子工藝實(shí)訓(xùn)中一項(xiàng)傳統(tǒng)且基礎(chǔ)的重要實(shí)訓(xùn)技術(shù)，對最終產(chǎn)品的呈現(xiàn)狀態(tài)和質(zhì)量有很大影響[5]。以往實(shí)訓(xùn)載體主要為銅絲或分立元件，學(xué)生在重復(fù)性的簡單操作中往往感到枯燥乏味，沒有耐心完成課堂任務(wù)，導(dǎo)致課堂配合度不高，教學(xué)效果得不到保證。

2）電路功能過于簡單，沒有實(shí)用價值或趣味性，難以激發(fā)學(xué)生動手實(shí)踐的興趣和積極性。

3）實(shí)踐內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性和連貫性，學(xué)生在完成實(shí)踐操作后難以留下深刻印象，學(xué)習(xí)效果不佳。具體來說，電子焊接技術(shù)主要側(cè)重于大量焊點(diǎn)的練習(xí)，元器件測試與常用儀器儀表使用則由學(xué)生操作電子儀表完成若干分立元件參數(shù)的測量。由于這兩個課堂存在時間差，學(xué)生難以將相關(guān)知識和實(shí)踐技能結(jié)合起來形成體系。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)，大量知識和實(shí)踐技能由于未被學(xué)生“注意”到而被很快忘記，導(dǎo)致學(xué)生自身的知識和經(jīng)驗(yàn)未能得到有效提升[6-7]

2電子工藝基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)改革措施

為了提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，更好地適應(yīng)新時代復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求[8-10]，針對當(dāng)前存在的問題，以“工程訓(xùn)練要著力培養(yǎng)大學(xué)生的工程觀、質(zhì)量觀、系統(tǒng)觀”[11-12]這一工程實(shí)踐新發(fā)展理念為宗旨，以工程訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，課程組在傳統(tǒng)工藝中求革新，通過更新教學(xué)內(nèi)容和變革教學(xué)方法將新的教學(xué)理念和現(xiàn)代化教學(xué)手段引入傳統(tǒng)工種教學(xué)中，建設(shè)并擴(kuò)充實(shí)踐教學(xué)課程資源，為學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)的工程實(shí)踐體驗(yàn)。

2.1 實(shí)訓(xùn)載體

實(shí)訓(xùn)載體的設(shè)計(jì)需綜合考慮多方面因素：電路功能應(yīng)經(jīng)典且具有代表性，蘊(yùn)含豐富的電氣理論知識，具有專業(yè)教育意義；電路設(shè)計(jì)難度要適中，既不宜過于簡單，使學(xué)生缺乏成就感，也不宜太過復(fù)雜，導(dǎo)致成品率過低，應(yīng)結(jié)合大一、大二學(xué)生在專業(yè)知識儲備和實(shí)踐動手能力方面的實(shí)際情況進(jìn)行統(tǒng)籌選擇；裝配電路過程中所用到的元器件和電子儀器應(yīng)盡可能豐富，以滿足工程訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)中對該工種訓(xùn)練的要求，使學(xué)生能夠掌握所需的基礎(chǔ)知識和基本技能。實(shí)訓(xùn)載體應(yīng)兼具實(shí)用價值和趣味性，以激發(fā)學(xué)生的積極性[13]。

數(shù)字時鐘是日常生活中不可或缺的電子產(chǎn)品，它集成了熱敏傳感器、光敏傳感器、集成電路、計(jì)時芯片、蜂鳴器等常用電子元器件。焊接完成后的數(shù)字時鐘不僅具有可聽、可看、可用的特性，還能將教學(xué)與娛樂相結(jié)合，實(shí)用性強(qiáng)，能夠有效激發(fā)學(xué)生動手實(shí)踐的興趣和積極性。此外，數(shù)字時鐘電路的難易程度適中，具有明確的產(chǎn)品導(dǎo)向，非常適合用作電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)載體。然而，市面上大多數(shù)同類產(chǎn)品采用雙面板設(shè)計(jì)，這與電子工藝基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)的課堂需求不匹配。因此，課程組對電路進(jìn)行重新規(guī)劃，設(shè)計(jì)了如圖1所示的模塊化數(shù)字時鐘功能電路，作為實(shí)訓(xùn)載體。

2.2 實(shí)訓(xùn)方案

以產(chǎn)品導(dǎo)向結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生練習(xí)電子焊接，每節(jié)課設(shè)置明確的實(shí)踐目標(biāo)，分別完成不同功能模塊的元器件識別檢測、安裝焊接、通電測試和故障檢測；引導(dǎo)學(xué)生正確建立電路分析、測試的概念和認(rèn)知；出現(xiàn)功能異常時，以功能模塊為單元能快速鎖定故障位置，提高課堂效率和成品率，增強(qiáng)學(xué)生成就感；滿足不同專業(yè)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，落實(shí)倡導(dǎo)的“一院一方案，一生一課表”個性化人才培養(yǎng)模式[14-15]，針對零基礎(chǔ)學(xué)生，只需他們實(shí)現(xiàn)基本時鐘功能；針對電類專業(yè)學(xué)生，增加光控、溫度測量功能；部分優(yōu)秀學(xué)生課后可預(yù)約創(chuàng)客加工、工創(chuàng)空間等開放平臺進(jìn)行功能拓展或其他創(chuàng)意開發(fā)。

電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)將元件識別測試、電子儀表使用、電子焊接等傳統(tǒng)電子工藝基礎(chǔ)實(shí)踐內(nèi)容有機(jī)融合，幫助學(xué)生建立相關(guān)知識和技能的關(guān)聯(lián)性，促進(jìn)知識內(nèi)化，保障教學(xué)效果。數(shù)字時鐘裝配測試內(nèi)容表1所示。

裝配成品如圖2所示。

2.3落實(shí)工程實(shí)踐新發(fā)展理念所采取的措施

中國工程院院士邵新宇指出：“工程訓(xùn)練要著力培養(yǎng)大學(xué)生的工程觀、質(zhì)量觀、系統(tǒng)觀?！盵]在電子工藝基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計(jì)中，課程組認(rèn)真落實(shí)了這一工程實(shí)踐新發(fā)展理念，基于工種特點(diǎn)從以下幾個方面引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀、工程觀和質(zhì)量觀。

1）在錫焊材料講解環(huán)節(jié)，介紹歐盟RoHS指令頒布以來無鉛器件已是趨勢，同時指出由于無鉛焊點(diǎn)長期可靠性等方面的問題尚未完全研究清楚，有高可靠性要求的電子產(chǎn)品（如軍事、航天等領(lǐng)域）獲得了RoHS豁免，是否實(shí)施無鉛工藝必須慎重考慮，關(guān)鍵核心部位仍需有鉛元件。通過這一講解，讓學(xué)生客觀認(rèn)識到科技發(fā)展是一個循序漸進(jìn)的過程，人與社會、生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展是一個長期命題，從而培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維和大局意識。

2）在元器件安裝焊接環(huán)節(jié)要求學(xué)生參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電子元器件引線成型工藝規(guī)范》進(jìn)行實(shí)踐操作，引導(dǎo)學(xué)生建立工程規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)意識，養(yǎng)成良好的專業(yè)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟仞B(yǎng)。

3）手工焊接實(shí)踐環(huán)節(jié)，在學(xué)生焊接完成作品以后，除引導(dǎo)學(xué)生檢查通電測試電路功能是否正常以外，還會進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從焊點(diǎn)長期可靠性、耐用性和電路板安全隱患等方面更加深入地對焊接質(zhì)量進(jìn)行自檢，讓學(xué)生認(rèn)識到，電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量不僅要考慮外觀，即焊點(diǎn)幾何形貌、光澤度是否符合要求，還要考慮性能，即焊點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣性能、物理化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等方面是否滿足要求，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量觀。

2.4教學(xué)手段

以往電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)采用現(xiàn)場實(shí)操演示的方式傳授工藝操作要點(diǎn)和設(shè)備操作過程，學(xué)生難以近距離細(xì)致觀察，課堂效率低，教學(xué)效果差。為了取得更好的教學(xué)效果，課程組充分利用現(xiàn)有的現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備，配套建設(shè)有多種形式的教學(xué)資源，包括幻燈片課件、電子版裝配教程、工藝教學(xué)視頻等，采用現(xiàn)場實(shí)操演示、線上微視頻教學(xué)、電子講義等多種手段結(jié)合的方式授課，學(xué)生掃描二維碼即可觀看學(xué)習(xí)相關(guān)課程資源。相比以往示范操作加講授的教學(xué)方式，學(xué)生不再受時間和空間的限制，可以隨時、隨地根據(jù)需要學(xué)習(xí)鞏固課上所學(xué)知識和經(jīng)驗(yàn)。同時，將翻轉(zhuǎn)課堂引入傳統(tǒng)工種實(shí)訓(xùn)，減少教師課堂講授時間，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、主動發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，提升了其綜合素質(zhì)。

2.5 評分標(biāo)準(zhǔn)

課程組在依據(jù)工程訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)訓(xùn)新理念充實(shí)教學(xué)內(nèi)容、合理嵌入知識技能的基礎(chǔ)上，為了更加全面、客觀、真實(shí)地反映學(xué)生課堂表現(xiàn)，對課程評分規(guī)則進(jìn)行了調(diào)整。與以往依賴教師主觀評分的方式不同，此次調(diào)整在實(shí)踐作品的質(zhì)量檢驗(yàn)中增加了測量工具，以提高評分的公平性和合理性。實(shí)踐作品（數(shù)字時鐘）質(zhì)量檢驗(yàn)的具體檢驗(yàn)點(diǎn)與評分細(xì)則如表2所示。

3電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)與其他課程的銜接

在學(xué)校的大力支持下，目前開設(shè)了電子工藝與產(chǎn)品制作、PCB設(shè)計(jì)與制作、開源硬件開發(fā)、3D打印、激光加工等30多類工種實(shí)踐課程。這些課程的基礎(chǔ)實(shí)踐內(nèi)容相對固定，主要側(cè)重于認(rèn)知訓(xùn)練，學(xué)生較少有機(jī)會將所學(xué)知識和工藝技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，以鍛煉解決系統(tǒng)工程問題的思維和能力，充分發(fā)揮個人創(chuàng)新能力，設(shè)計(jì)制作出自己的機(jī)電創(chuàng)意作品。

為了豐富工程訓(xùn)練實(shí)踐內(nèi)容，擴(kuò)充工程訓(xùn)練教學(xué)資源，鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識和動手能力，課程組研制了擬輝光管數(shù)字時鐘作為綜合訓(xùn)練項(xiàng)目。該產(chǎn)品采用時鐘信號控制LED，利用光學(xué)原理模擬輝光管的顯示效果，是一款安全性高且兼具創(chuàng)意、科技感、藝術(shù)美感和實(shí)用價值的電子工藝品。其制作過程融合了電子工藝基礎(chǔ)、開源硬件開發(fā)、PCB設(shè)計(jì)與制作、3D打印、激光加工、木工等多個工種，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多工種知識解決系統(tǒng)工程問題的能力。

為了取得更好的教學(xué)效果，促進(jìn)電工電子課程體系建設(shè)，此次電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)在課程優(yōu)化和資源建設(shè)方面兼顧了上述綜合訓(xùn)練項(xiàng)目一擬輝光管數(shù)字時鐘的設(shè)計(jì)與制作。兩個產(chǎn)品的核心功能均為數(shù)字時鐘，綜合訓(xùn)練課所開發(fā)的數(shù)字時鐘在產(chǎn)品形態(tài)、工作原理、制作工藝等方面均可作為基礎(chǔ)訓(xùn)練課程的銜接、延伸和拓展。電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)所采用的數(shù)字時鐘側(cè)重于元器件識別、測試、安裝焊接等傳統(tǒng)工藝實(shí)踐，其功能屬性能夠激發(fā)學(xué)生動手實(shí)踐的積極性，解決電子焊接簡單重復(fù)、操作枯燥的問題。然而，作為電子工藝基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)載體，該數(shù)字時鐘需要適合學(xué)生初學(xué)電子焊接時練習(xí)，但其元器件間距、焊盤大小和面板層數(shù)都有所限制，因此在產(chǎn)品美觀度、電路集成度、時鐘信號顯示效果等方面還有很大的優(yōu)化改進(jìn)和創(chuàng)造性空間。

通過基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)課程與綜合訓(xùn)練課程的銜接，學(xué)生不僅可以通過數(shù)字時鐘裸板的手工焊接鍛煉傳統(tǒng)電子工藝基礎(chǔ)實(shí)踐技能，還能將所學(xué)知識和工藝技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮個人創(chuàng)造性，設(shè)計(jì)開發(fā)更加精美成熟的原創(chuàng)機(jī)電創(chuàng)意作品。這有助于鍛煉學(xué)生解決系統(tǒng)工程問題的思維和能力，更好地滿足學(xué)校對綜合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。

4結(jié)束語

圍繞如何促進(jìn)學(xué)生更加高效、科學(xué)、合理地掌握電子元器件識別、測量儀器的使用、電路焊接等基礎(chǔ)工藝知識，課程組進(jìn)行了教學(xué)優(yōu)化與實(shí)踐。

教學(xué)方案在實(shí)踐中取得了良好反饋，有效解決了電子焊接簡單重復(fù)、操作枯燥的痛點(diǎn)問題，顯著提高了學(xué)生動手實(shí)踐的積極性，課堂任務(wù)完成度達(dá)到100% ，成品率超過 97% 。后續(xù)，課程組將立足工藝特點(diǎn)與長期發(fā)展規(guī)劃，持續(xù)進(jìn)行改革探索與實(shí)踐，以更好地滿足新時代國家對復(fù)合型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

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