“新工科”背景下充分發(fā)揮《電子工藝實習(xí)》課程在電氣信息類實踐教學(xué)中的重要作用

王學(xué)忠，藺金元，王鵬珍

寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院，寧夏銀川，750021

0 引言

“新工科”背景下要求學(xué)生具備“解決復(fù)雜工程問題”的實踐能力，其中實驗教學(xué)在培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用?！峨娮庸に噷嵙?xí)》課程是針對通信工程、電氣工程及其自動化等電氣信息類工科專業(yè)學(xué)生所開設(shè)的一門實踐課程，主要是培養(yǎng)學(xué)生對電子元器件的識別能力、對電路分析的測試能力、對PCB板的設(shè)計制作能力、對電子儀器儀表的使用能力。該課程與其他專業(yè)課程之間有著緊密的聯(lián)系，對電氣信息類工科學(xué)生培養(yǎng)實踐能力非常有幫助。

在實際的工程中僅有軟件是不夠的，還必須有硬件才能構(gòu)成系統(tǒng)，而要讓軟件與硬件協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試是必須掌握的技能。PCB設(shè)計、焊接與調(diào)試應(yīng)該是當(dāng)今電氣信息類大學(xué)生的必修技能，沒有這個環(huán)節(jié)，在研發(fā)工作中就無法真正理解自己面對的對象、無法分析自己遇到的問題。因此，如何充分發(fā)揮好《電子工藝實習(xí)》課程貫穿電氣信息類課程的銜接作用，讓它為電氣信息類專業(yè)實踐教學(xué)的落實起到積極促進作用，需要我們深入研究和探討。

1 《電子工藝實習(xí)》課程的特點

《電子工藝實習(xí)》課程具備以下幾個特點。

（1）實踐性強。本課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，重在培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，能夠通過使用儀器、儀表和測量工具，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（2）綜合性高。本課程屬于綜合性實驗課程，要求學(xué)生有較多的知識儲備，如電路的相關(guān)術(shù)語及概念、電路分析、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等基礎(chǔ)知識，具備靈活運用這些知識的能力。

（3）環(huán)節(jié)較多。本課程包含的教學(xué)環(huán)節(jié)較多，首先要設(shè)計電路，然后按照流程使用各種設(shè)備制作電路板，包括磨板、覆膜、腐蝕、打孔、焊接等，步驟繁多，最后還要整機調(diào)試，分析并解決遇到的問題。

（4）耗時長。本課程教學(xué)環(huán)節(jié)多，需要的課時也多。尤其是電路板制作的過程和整機調(diào)試過程，這些環(huán)節(jié)僅僅靠平時的兩學(xué)時一節(jié)課完全不夠，所以工藝設(shè)計課程一般都需要集中時間，理論課停課一周來完成。

2 《電子工藝實習(xí)》的課程目標(biāo)與實驗項目

《電子工藝實習(xí)》課程的課程目標(biāo)與實驗項目分別如下。

（1）課程目標(biāo)

課程目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)知識，完成課程要求的實驗制作與調(diào)試，具備工程設(shè)計能力和實際動手能力。

課程目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生能夠正確進行實驗操作，并對實驗結(jié)果進行分析和解釋，獲取合理有效的結(jié)論。

課程目標(biāo)3：通過實驗過程，讓學(xué)生理解工程實踐的核心理念，了解工程師的職業(yè)性質(zhì)和責(zé)任，能夠在工程實踐中自覺遵守職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。

課程目標(biāo)4：培養(yǎng)學(xué)生能夠理解團隊協(xié)作的必要性，能夠主動與小組成員合作開展工作，能夠獨立完成團隊分配的工作。

課程目標(biāo)5：訓(xùn)練學(xué)生具備團隊負(fù)責(zé)人的素質(zhì)，能夠組織團隊成員開展工作。

課程目標(biāo)6：培養(yǎng)學(xué)生具備良好的文字組織能力，能夠撰寫規(guī)范的設(shè)計報告。具有良好的語言表達能力，善于溝通，能夠清楚闡述電子工藝設(shè)計中電路的組成、工作原理等完成工藝的重要環(huán)節(jié)和步驟總結(jié)。

（2）實驗項目

實驗項目1：安全用電及電子工藝設(shè)計流程講解。

實驗項目2：電子元器件的識別與檢測，錫焊技術(shù)練習(xí)。

實驗項目3：電路板（PCB）的制作。

實驗項目4：安裝調(diào)試，完成設(shè)計報告并匯報驗收。

學(xué)生通過分組完成電子工藝實習(xí)，認(rèn)真做完這4個實驗項目就可以達到6個課程目標(biāo)的訓(xùn)練要求。

3 提高《電子工藝實習(xí)》課程教學(xué)效果的主要措施

《電子工藝實習(xí)》課程與電氣信息類的許多應(yīng)用型課程關(guān)系密切，因此，應(yīng)該要讓這門課程在實踐教學(xué)中發(fā)揮其積極的作用。對此，我們可以采取以下措施。

（1）要求學(xué)生嚴(yán)格按照工藝規(guī)范和儀器操作規(guī)范完成整個實習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虒嵺`作風(fēng)，提高動手能力。

（2）強化學(xué)生工程實踐能力，培養(yǎng)工程師責(zé)任感，能夠?qū)﹄娐废到y(tǒng)進行測試與分析，培養(yǎng)學(xué)生工程師基本素質(zhì)，為學(xué)生后續(xù)參加工作奠定基礎(chǔ)。

（3）更新設(shè)備，改進技術(shù)，為培養(yǎng)一流學(xué)生配備一流設(shè)備。工藝設(shè)計實驗室配備雙面板過孔、回流焊、絲印、平面焊等新型PCB制作工藝設(shè)備，讓學(xué)生能夠接觸到較為先進的現(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。

另外，配備液態(tài)金屬打印設(shè)備，可以直接打印自主設(shè)計的簡單電路，非常有利于學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練。通過這些先進的制作工藝技術(shù)，最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為今后學(xué)生走向工作崗位打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

（4）不斷提高教師自身素質(zhì)和知識水平。實驗教師要不斷學(xué)習(xí)新知識、熟悉新設(shè)備，這樣才能將先進的工藝技術(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。

（5）發(fā)揮《電子工藝實習(xí)》課程在其他電氣信息類課程中承上啟下的銜接作用。通過電子工藝實習(xí)課程，學(xué)生能夠自己動手完成高精度要求的、較為復(fù)雜的電路設(shè)計與制作，具備較強的實際動手能力。因此，在其他電氣信息類課程的開展過程中，合理與《電子工藝實習(xí)》課程銜接，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會有所提升。

4 《電子工藝實習(xí)》課程與其他課程的關(guān)系

電氣信息類專業(yè)課程中，為了豐富學(xué)生的工程知識、培養(yǎng)他們的工程實踐能力，很多課程都是應(yīng)用類課程。這些應(yīng)用類課程如果要制作出實物作品，都或多或少會用到電子工藝實習(xí)課程學(xué)到的知識，可以獲得支撐作用[1]。

課程之間的相互支撐主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）《電子工藝實習(xí)》課程所用電路綜合了許多課程的內(nèi)容，分析電路工作原理、調(diào)試電路的時候，需要用到其他課程的理論基礎(chǔ)。

（2）通過《電子工藝實習(xí)》課程，學(xué)生熟悉了常用的電路元器件及其基本特征，掌握了對這些電路元器件的識別與應(yīng)用，為其他課程的實物制作奠定了基礎(chǔ)。

（3）在《電子工藝實習(xí)》課程的整機調(diào)試過程中，訓(xùn)練了學(xué)生熟練使用儀器儀表以及相關(guān)工具的能力，可以獨立測試、分析電路工作狀態(tài)，對基本電路錯誤進行故障排除，提升了學(xué)生的動手能力，為其他課程的實物制作調(diào)試奠定了基礎(chǔ)。

《電子工藝實習(xí)》課程與其他課程的關(guān)系如圖1所示。

圖1 相關(guān)課程之間的關(guān)系

5 充分發(fā)揮《電子工藝實習(xí)》在電氣信息類實踐教學(xué)中的銜接作用

經(jīng)過分析，電氣信息類課程中可以與《電子工藝實習(xí)》開展銜接的主要有4類課程。

（1）仿真軟件課程

這些電路仿真軟件課程主要學(xué)習(xí)電路設(shè)計、生成PCB電路等知識，通過仿真可以驗證電路結(jié)果，研究電路工作原理。這些課程比較容易結(jié)合到《電子工藝實習(xí)》課程里面。

我們以《電子線路CAD》課程為例：作為《電子工藝實習(xí)》課程的先修課程，《電子線路CAD》課程的主要內(nèi)容如表1所示，重點學(xué)習(xí)軟件的使用。

表1 課程主要內(nèi)容

當(dāng)《電子線路CAD》課程結(jié)課的時候，一般結(jié)課方式是要求學(xué)生設(shè)計一個實用電路，畫出原理圖，生成PCB電路并仿真成功。如果我們能夠在后續(xù)電子工藝課程上讓學(xué)生把這個自己設(shè)計的電路制作出來，一定會提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

通過這種課程之間的前后銜接支撐，不但能夠讓學(xué)生溫故知新，加深對前面課程所學(xué)知識的理解，而且通過工藝課程制作自己設(shè)計的實物，能夠激發(fā)學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣，吸引他們自主設(shè)計電路，提高創(chuàng)新實踐能力。

（2）專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計

電氣信息類課程的課程設(shè)計，很多都要求做出實物。這些課程設(shè)計如果是作為先修課程或者平行課程，可以讓學(xué)生自主選題，設(shè)計出電路后先仿真看效果；然后，運用電子工藝課程學(xué)到的知識制作出實物，調(diào)試成功。例如，模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)的課程設(shè)計，這些專業(yè)基礎(chǔ)課程用到的都是基礎(chǔ)電路，相對簡單，學(xué)生設(shè)計出來并制作完成相對容易，會讓學(xué)生比較有成就感。這樣銜接，既可以分別完成兩門課程的任務(wù)，又可以通過課程銜接，樹立學(xué)生的系統(tǒng)工程意識，訓(xùn)練學(xué)生的工程思維。

（3）嵌入式系統(tǒng)課程

嵌入式系統(tǒng)課程是以微控制器為基礎(chǔ)的多事件處理平臺，要通過各種“輸入”方式獲取外界的控制和狀態(tài)信息，經(jīng)過邏輯算法處理以后，再通過“輸出”將控制信息、狀態(tài)信息等按照外設(shè)的特性和需求送出。即使這類課程是專注于編程，也要了解輸入、輸出面對的外部對象的特性，滿足實時性要求，也就是說，必須了解硬件是如何工作的。因此，要入門嵌入式系統(tǒng)，成為一個名副其實的“嵌入式系統(tǒng)工程師”，硬件設(shè)計這一關(guān)必須要過，硬件的系統(tǒng)調(diào)試必須要自己動手完成。

嵌入式系統(tǒng)課程一般都是《電子工藝實習(xí)》的后續(xù)課程，比如，《單片機原理及應(yīng)用》課程。單片機課程實驗通常是用市面上買的單片機開發(fā)板，但是采購的開發(fā)板上面有很多元器件學(xué)生平時用不到，最重要的是開發(fā)板的電路連接不是學(xué)生自己設(shè)計制作的，學(xué)生對線路并不熟悉，使用起來有局限性[2]。因此，可以自主設(shè)計一個簡單的開發(fā)板，只包括基本元件和必要電路，可以讓學(xué)生在工藝設(shè)計課程中提前做出來，到上課的時候再拿出來用。也可以在嵌入式系統(tǒng)課程開設(shè)的時候，讓學(xué)生自己設(shè)計制作簡單的開發(fā)板。這樣，學(xué)生就能對單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路連接有清楚的認(rèn)識，還可以通過制作提高動手能力，訓(xùn)練創(chuàng)新思維。

（4）開放實驗

電工電子實驗中心為本科生和研究生專門開設(shè)了開放實驗室，學(xué)生可以在自主選題后進行電路設(shè)計，來開放實驗室制作電路板，驗證設(shè)計結(jié)果。在制作電路板的過程中，可以用工藝實驗室的設(shè)備完成實物制作，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，提高創(chuàng)新能力[3]。

一個合格的電子工程師應(yīng)該具備PCB設(shè)計、FPGA、電源設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等各方面的知識，掌握儀器使用、器件選擇的方法，完成系統(tǒng)的模擬和安裝調(diào)試。而《電子工藝實習(xí)》課程恰恰可以培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)技能[4]。

由此可見，上述4類課程不論什么時候開設(shè)，只要對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)不變，都可以與電子工藝課程相結(jié)合，彼此能夠通過這個課程得到很好的銜接與相互促進。

6 結(jié)論

《電子工藝實習(xí)》課程培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力以及分析和解決問題的能力，是每個電氣類工科學(xué)生應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)的課程，也是電氣信息類實踐教學(xué)應(yīng)該重視的課程，可以在整個大學(xué)學(xué)習(xí)過程中起到很好的銜接和輔助作用。通過完成《電子工藝實習(xí)》課程[3]，不但能夠提高學(xué)生制作電路板、手工錫焊等動手能力，還可以使學(xué)生掌握工程實踐的基礎(chǔ)知識，提高學(xué)生安裝、調(diào)試電子電路的綜合能力，讓學(xué)生了解到作為工程師應(yīng)該具備的能力和職責(zé)，提升社會責(zé)任感，為設(shè)計開發(fā)與研究并解決復(fù)雜工程問題奠定扎實的基礎(chǔ)，為培養(yǎng)新工科優(yōu)質(zhì)畢業(yè)生提供高效可行的方法。