十年磨一劍 潛心創新路
——工程實踐實驗室機制創新的探索與實踐

王天曦，王豫明

(清華大學 基礎工業訓練中心，北京 100084)

工程實踐教育離不開實踐基地。基于我國現階段的國情，校內基地不可或缺，因而幾乎所有學校都投入很多經費和配置很多資源，用于校內以實驗室模式運行的工程實踐基地的建設。發揮投資效益、提高資源利用率，是當前深化工程實踐教育改革創新的一個重大課題。

1 SMT實驗室面臨的問題

SMT實驗設備通常就是工業規模生產制造裝備，設備投資大，運行費用高；占用面積大，環境要求高；管理與操作技術復雜，涉及行業背景與工業安全等諸多方面，因此，發揮與提高資源效益有一定難度。當前國內電子工程實踐裝備實際運行中問題主要有3種：

第一種是操作演示型，設備僅由實驗技術人員或合作企業派人為教學作“演示”，加工對象一般是“假活”( 專為教學設計的演示件)或企業自帶的演示產品，通常開動時間有限，甚至1年也就1～2次；

第二種是教學參觀型，設備因缺人才、缺經費、缺技術、缺訂單，或運行機制不順等原因無法用起來，在工程實踐教育中僅起到供學生參觀的作用；

第三種是設備閑置型，盲目投資，搞形象工程，有的設備閑置無人問津，有的設備甚至放置數年沒拆包。

在這3種情況中，第一種對于資源的利用好于“參觀型”，但缺乏工業背景和生產現場，教學效果依然比較差，并且需要不斷“輸血”才能維持；第二種教學效果比教學錄像片或虛擬仿真軟件好不到哪里，資源占用卻大得多；第三種設備閑置甚至數年沒拆包，顯而易見是國家資源極大浪費，不可容忍。

顯然，資金投入很大，面積資源占用不少，發揮實踐教育作用卻與預期相差甚遠，甚至成為一個需要不斷投入的“黑洞”，或令人頭痛的“雞肋”，工程實踐實驗室運行成為當前困擾工程實踐教育領域的一大難題。教育投資講效益，工程實踐求質量，國內工程實踐實驗室運行機制必須創新，應該是當前工程教育深化改革的重要內容。

2 我們的探索與實踐

清華大學基礎工業訓練中心SMT實驗室(下稱SMT實驗室)創建于2004年，是與美國偉創力公司共建的面向現代電子制造產業的高科技實驗室。SMT(Surface Mount Technology)即表面組裝技術，是現代電子信息產品制造業的主流技術。SMT實驗室屬于典型現代工程實踐類實驗室，投資大、占用資源多、技術門檻高、行業競爭激烈，國內外都沒有成功運行的先例。

探索中國特色工程實踐教育道路,改變工程實踐實驗室運行不暢、需要不斷“輸血”的現狀，要設法把實踐教學設備開動起來，提高工程實踐教學質量、開展產業急需的科研、提供多種科技服務，這就是清華大學SMT實驗室10年潛心探索的電子工程實踐實驗室產學研一體化創新機制[1-5]。

2.1 將設備開動起來

清華大學SMT實驗室從籌建時就明確購進的實驗設備一定要開動起來，要為工程教育創造一種真實的工業背景，為實踐教學提供鮮活的生產現場。例如，為某設備動起來，我們專門從企業引進有實踐經驗的高級工程師作為技術帶頭人，從本單位抽調技術骨干組成攻關小組，在合作企業支持下，主要靠自己堅持不懈地努力和扎扎實實地實干精神，在預定的時間內，讓已經閑置了幾年、又經過長途海陸運輸的二手設備“蘇醒”、“康復”起來，并讓該設備及時“上崗”，當年就為1 000多名學生提供了教學實習環境，為數十名學生開設了高校最早的擁有最好實踐條件的SMT課程。同時通過技術培訓和學校師資教學研討會，推動了國內電子實踐教學發展，開啟了走中國特色工程實踐教育創新之路的探索歷程。

2.2 把育人放在首位

對于工程實踐實驗室，設備開動起來不是目的，實現自己“造血”培養人才才是目的。清華大學SMT實驗室從創建之初就確立了“育人為本”的宗旨，以實實在在的工程背景和扎扎實實的專業技術為學生在電子實踐教學領域提供多層次、全方位的教學環境和資源，滿足人才培養的不同需求[6-7]。

2.2.1 工程實踐的3個基本層面

(1) 與通識教育相銜接。每年為超過2 000名本校和兄弟院校學生提供SMT課程工程實踐，通過實際制作電子產品，并且近距離接觸“活”的實際生產線，了解高科技電子產品的制造過程，打開了工程實踐的窗口。

(2) 工程實踐的深入與提高。開設“表面貼裝技術基礎”選修課，為一部分對SMT有志趣的學生提供深入的專業課程，學生能夠到實驗室實踐印刷焊膏、貼片機編程、焊接曲線設置以及檢測返修等，即使到企業也不可能全程參與這些實踐環境，連續10年，每年學生超過200名。

(3) 探索工程實踐領域拔尖人才的培養。為拔尖學生培養試驗計劃的錢學森力學班開設具有工程實踐特色的“電子系統的物理實現過程與可靠性研究”課程，獲得學生的好評和教師的認同。

2.2.2 多方位實踐育人

讓優質教學資源效益最大化是清華大學SMT實驗室實踐育人的另一個特點。在開設普及、提高和拔尖不同類型課程的同時，積極開展多方位實踐育人探索。

(1) 為國家級精品課“實驗室科研探究”開設“現代電子制造可靠性”與“電子產品的可制造性設計”2個單元專題課程，每年參加學生超過百名；

(2) 連續多年對學生提供全程技術指導和幫助，支持學生科協的新生實踐競賽，激發新生探究志趣，接納學生達400多人；

(3) 嵌入其他課程，將電子工程實踐項目模塊嵌入“現代汽車制造技術”、“工業系統概論”等課程，為這些課程注入新的活力，每門課程上課的學生數超過200人；

(4) 吸納學生參與實驗室科研項目，提供了多學科交叉和綜合的良好環境；

(5) 承擔了從小學生到研究生、從夏令營到新生創新實踐大賽等多種實踐教學項目，為校外更多學生提供在高科技實踐環境中學習、實踐、交流、提高的機會，受益學生達數百人，實現了資源開放和共享。

2.2.3 教材建設

教材建設是培養人才的核心工作。10年來，清華大學SMT實驗室編寫工程實踐教材和專著7本，包括“十一五”國家級精品教材2本，高等教育“十二五”規劃教材1本，參譯專著1本，技術培訓教材3本，以及專業技術培訓講義幾十種。

2.3 科研奠定發展的基礎

科研是工程實踐深層次發展必需的基礎，是提高工程實踐師資水平的驅動力，實現實踐教學創新的源泉。

2.3.1 清華大學SMT實驗室的科研工作

清華大學SMT實驗室主要開展以下科研工作：

(1) 與企業和科研機構合作，開展多項業界急需的有關應用技術課題研究，例如焊接材料特性、元器件及其互連的可靠性測試、產品失效分析等；

(2) 航天、軍工領域高可靠電子系統可靠性分析及工藝方案，例如受航天部九院、502所、504所、803所、200廠等機構委托進行的多種實驗與分析課題；

(3) 與校內其他院系合作，共同承接國家及企業有關課題研究，例如PoP工藝及可靠性研究(國家02重大專項，與微電子所合作)、片式元件焊點分析建模(外企項目，與機械系合作)等；

(4) 與外企合作，進行電子制造領域一部分基礎課題研究，例如氮氣在綠色電子制造中應用(與德國Linde合作)、PoP組裝工藝可靠性及氣體應用(與美國AP公司合作)、高密度電路組件“枕頭效應” (與HIP、head-in-pillow合作)、故障分析及解決方案(與韓國三星公司合作)等。

上述研究項目已經取得初步成果，而且這些成果都已經在有關企業生產和研發工作中得到應用，解決了生產和研發中的實際問題，獲得合作伙伴與單位的認可和好評。

2.3.2 實驗室科研的特點

清華大學SMT實驗室10年來開展了數十項科研工作，都是企業委托或與企業合作的形式。由于課題和經費主要來源于企業，因此為企業解決研發和生產中實際問題是這類科研基本要求，同時出于項目保密、知識產權和企業競爭力等的要求，既不宜出論文，也不便報獎。

清華大學SMT實驗室走出國內一些高校科研工作從研發到出論文、報獎、然后束之高閣的怪圈,真正為科技成果轉化為現實生產力做貢獻是SMT實驗室的科研的特點[8]。

2.3.3 科研成果轉化為教學資源，促進工程實踐教學

SMT實驗室科研不僅解決了社會企業生產和研發中的實際問題，而且有力地促進學校的工程實踐教學，及時將科研成果不斷轉化成教學資源，賦予實踐教學豐富的內涵，保持活力，不斷深化。

例如由于做了多項“板級產品可靠性分析”和大量“先進電子組裝工藝缺陷與故障分析”科研項目，除如前述開出了國家級精品課程“實驗室科研探究”中的相關專題課程外，還在錢學森力學班“創新設計與實踐——電子系統的物理實現過程與可靠性研究”課程教學中，將多項科研實驗原理與方法應用到指導學生自己設計、制作教學U盤并進行可靠性分析的理論與實踐過程中，獲得良好教學效果。

2.4 科技服務是發展要素

清華大學SMT實驗室的對外科技服務包括對校內的科研和學生科技活動提供支持、對校外高科技企業、科研機構和兄弟院校提供技術培訓和咨詢、舉辦技術研討會等方面[9]，開展科研技術和服務，促進了實驗室的發展，也促進了學校教學科研的發展和有關企業的發展。

(1) 對校內的科研和學生科技活動提供支持。科技服務首先是對校內的科研和學生科技活動提供支持。 10年來為校內幾百項科研和學生科技項目提供了數萬塊電路板組裝服務，其中多數是高密度、細間距及微型BGA等難度較大的電子組件，促進了學校科研和學生科技活動的發展。

(2) 為高科技企業、科研機構、航天軍工等提供科技服務。作為中關村開放實驗室成員的清華大學SMT實驗室，為許多中關村高科技企業、科研機構和兄弟院校的產品研發和小批量試制提供加工服務，僅近3年已提供近10萬塊電路板，包括一部分高難度的為出口定制產品的電路板。此外，對軍工、醫療、航天等電子系統多品種、小批量、高可靠性的特殊要求是實驗室服務的一個重要領域，近年來已經為數十家相關單位提供了技術咨詢、故障診斷、可靠性分析和電路板研發等服務，包括部分國外的部門或單位。

(3) 舉辦技術培訓和研討會。為企業提供技術培訓是清華大學SMT實驗室對外科技服務的重要環節。10年來，為滿足企業轉型和技術升級需求，舉辦過40多次先進技術培訓，參加者累計超過1 000人次；還有針對不同企業專門定制的多種技術培訓，使多家企業，包括一部分外資企業的從中受益。 此外，實驗室在杭州、青島、大連等城市多次舉辦SMT可制造性設計與先進組裝等新技術、新工藝研討會，與業界交流實驗室科研及行業最新技術成果，已經形成技術交流與推廣的一個品牌；近年還與國內多個省市的SMT專業委員會以及美、英等國專業技術媒體聯合主辦中國高端SMT學術會議，為國內外行業技術交流與合作提供平臺。

3 產學研一體化運行的幾個問題

10年探索、10年實踐，清華大學SMT實驗室在挫折與教訓中成長與前進。回顧并總結以下幾點是主要的。

3.1 先進理念是核心

先進指導思想和理念是改革與發展的核心。清華大學SMT實驗室在10年探索與實踐中，始終遵循“育人為本，科研為基，服務為要”的核心理念；踐行清華大學 “行勝于言”的校風，鄙視空談，崇尚實干；在技術發展上提出“貫通上下游、結合產學研，服務全行業”的技術方向，并且確定第一個10年達到 “國內一流，國際知名”這一明確而現實的發展目標，保證了10年潛心探索與實踐，致力于電子工程實踐和電子制造高素質人才培養，努力探索工程實踐實驗室發展機制[10-12]。

3.2 技術帶頭人是關鍵

如同搞學術離不開學科帶頭人一樣，搞工程同樣離不開技術帶頭人。工程實踐教學對技術帶頭人除了一般工程技術人員要求外，還要求：

(1) 符合師德規范要求；

(2) 具備獨當一面的工程實踐能力和不斷更新的學習能力；

(3) 愛崗敬業，愿意從事并忠誠于教育事業。

一般情況下，學校比較缺乏這種技術帶頭人，需要花大力氣培養或者從企業引進。在引進技術帶頭人后，培養了一批技術骨干，實驗室形成了擁有10余名技術骨干的鐵打的營盤，沒有因為人員流動而影響工程實踐教學的發展。

3.3 機制是保證

清華大學SMT實驗室10年實踐證明，對于這類實驗室運行采用不同于普通實驗室的“準企業機制”，是工程實踐實驗室持續發展的保證。

所謂“準企業機制”，是在符合國家政策和學校規章制度的前提下給予實驗室運行一定的“自由度”，相當于校內的“小特區”，主要有以下幾點：

(1) 人員聘用：由實驗室負責人首先在本單位雙向選擇，不足人員面向社會招聘，人員薪酬由實驗室自籌分配；

(2) 經費管理：在符合學校財務制度和保證教學經費前提下，設置獨立賬號，由實驗室自己管理收支運行，容許實驗室有自己的員工保障資金和發展經費；

(3) 工作制度：在符合國家、學校規章制度和保證教學任務前提下，自己決定工作與休假時間，及參加行業學術交流、技術培訓等活動。

3.4 產學研動態平衡

工程實踐實驗室設備開動起來，為教學提供真實的工程實踐環境實質是賦予實驗室一種生產屬性，必然面臨創收與教學、科研與生產的矛盾。如何保證教學主旋律，怎樣處理實驗室運行中的各種關系，是工程實踐實驗室重新探索與實踐中必須解決好的重要難題。清華大學SMT實驗室的做法是：

(1) 牢固樹立 “育人第一”的原則不動搖，拒絕將實踐教學示范實踐活動變成單位創收工具；

(2) 在保證教學科研任務前提下按企業規律辦事，講任務時效、為客戶創造價值、不斷完善生產組織及投入產出分析、質量保證等生產要素；

(3) 生產以維持實驗室運行為基本要求，兼顧“非盈利”(教學工作)和“盈利”(生產服務)，實現確保教學前提下的“略有盈余”目標；

(4) 采用時間錯峰、員工一專多能、一人多崗等措施，合理規劃教學、生產與科研對時間、人力資源的需求，達到總體上動態平衡。

4 改革成效

清華大學基礎工業訓練中心SMT實驗室經過10年的探索與積淀，產學研一體化創新機制取得成效，可以為高校工程實踐實驗室建設和發展提供一些有益的啟示：

(1) 激活工程實踐。這種創新機制可以為工程實踐提供真實的工業背景和鮮活的生產現場，學生可以近距離接觸正在運行、創造價值的“活”設備，感受與體驗將電子高科技轉化為實際產品，創造社會財富的過程；同時產業對人才的要求、企業先進的工藝和技術、鮮活的案例等不斷直接推動、激活和豐富工程實踐教學,實現產學研相得益彰。

(2) 提高教育投資效益。符合國家“讓一切創造社會財富的源泉充分涌流”的全面深化改革的目標，實現教育資源共享，提高電子工程實踐設備資源利用率，直接為科研和國民經濟第一線服務。

(3) 夯實了校企合作的基礎。實驗室發揮了企業與教育之間紐帶與接口作用，獲得企業對學校工程實踐的認可與支持，例如，企業為實驗室提供百萬元以上的設備和價值千萬元的軟件用于教學；贊助一半的經費提供當前最先進的電子組裝設備——環球貼片機；吸引企業為學生設立獎學金——DEK獎學金，促進實踐教學發展；行業內領先企業和專家來校交流，提高了教學團隊技術水平。

(4) 可持續發展的工程實踐教育。提供工程實踐實驗室自身造血的能力，不僅不需要國家財政“輸血”運行，而且為工程實踐教學提供了實實在在的經費和技術支持，保持了實驗技術隊伍的穩定和技術水平不斷刷新，支撐工程實踐教育可持續發展。

(5) 實踐教學的重要資源。經過10年的開創性努力，SMT實驗室與電子工藝實習一起，已經建設成為清華大學訓練中心實踐教學的一個重要閃光點，同時是構成2005年基礎工業訓練中心獲評國家級教學成果二等獎，以及2006年獲評國家級實驗教學示范中心的重要申報資源。

實踐證明，這種學產研一體化創新機制，少花國家財政的錢，多辦教育大事，應該是我國工程實踐教育健康持續發展的一條自信之路，是利國家、利教育、利學校、利產業、利學生的好事，不僅理論上與工程實踐教育理念吻合，而且經過實際運行和實踐考驗完全可行。

5 結束語

在探索適合中國國情的工程實踐教育發展道路上，清華大學基礎工業訓練中心SMT實驗室作了有益探索和實踐，初步創出了一條注重內涵建設、著力可持續發展，挖掘發揮自身資源優勢，推進工程實踐教學創新的成功之路。盡管不同地區、不同類型學校情況各異，但每個學校都有自己的特色和優勢，搞改革、謀發展的道理是一樣的。

俗話說“十年樹木，百年樹人”。10年的探索與實踐對于百年教育大計來說還是短暫的，但在當今急功近利的浮躁之風大氣候下，堅持10年確實不容易。準確地說，取得成效還只是初步的，工程實踐教學的探索和實踐僅僅是開始，未來要走的路還很長。

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