新工科背景下應(yīng)用型本科人才工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索
——以電子科技大學(xué)中山學(xué)院光電信息科學(xué)與工程專業(yè)為例

劉凱，王紅航，劉黎明，劉根據(jù)，遲峰，高玉梅

（電子科技大學(xué)中山學(xué)院 電子信息學(xué)院，廣東 中山）

為加快建設(shè)和發(fā)展新工科，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識的“新工科”人才，近年來電子科技大學(xué)中山學(xué)院結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展對應(yīng)用型專業(yè)人才的需求，創(chuàng)新工程教育方式與手段，著力加強(qiáng)實踐基地建設(shè)。眾所周知，LED照明產(chǎn)業(yè)已發(fā)展為中山的支柱產(chǎn)業(yè)，僅中山古鎮(zhèn)的LED燈飾產(chǎn)銷量就占了全國的60%之多。因此，中山的LED照明產(chǎn)業(yè)對光電類專業(yè)人才有強(qiáng)勁的需求。在此背景下，2016年學(xué)校將原電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的“光源與照明”方向上進(jìn)行升級，申報設(shè)置光電信息科學(xué)與工程專業(yè)，并通過教育部批準(zhǔn)審核，2017年開始招生。該專業(yè)開設(shè)了LED照明與光電顯示特色方向，以培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、重實踐的高素質(zhì)應(yīng)用型本科人才為目標(biāo)[1]。2018年，該專業(yè)立項開始廣東省高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)，進(jìn)一步凸顯“實踐+創(chuàng)新”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色[2]。

傳統(tǒng)的實踐形式是帶學(xué)生到真實的生產(chǎn)線實踐，目的是通過真實的生產(chǎn)環(huán)境和作業(yè)規(guī)范，讓學(xué)生理解產(chǎn)品如何生產(chǎn)和制備，通過親手生產(chǎn)制作，提高學(xué)生的實踐動手能力[3-4]。但在實踐活動中，企業(yè)和學(xué)校對學(xué)生實習(xí)目標(biāo)不能達(dá)成一致[5-6]。學(xué)校希望學(xué)生在企業(yè)能夠理論聯(lián)系實際，通過動手實踐，增長自己的才干，提升自己的本領(lǐng)。企業(yè)卻把利潤放在首位，把學(xué)生當(dāng)產(chǎn)線工人來用，無暇培訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生。這樣的實踐形式得不到學(xué)校和學(xué)生的支持。

我校前期的生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)是通過裝配收音機(jī)來實現(xiàn)提升學(xué)生的實踐能力，該實踐過程沒有生產(chǎn)規(guī)范，也沒有其它強(qiáng)制約束手段，后期的實踐考核僅憑收音機(jī)是否能正常工作和一份實踐報告，沒有后期的質(zhì)量跟蹤，學(xué)生抱著玩的心態(tài)，對錯無所謂，不能形成對真正產(chǎn)品的認(rèn)知和敬畏，達(dá)不到“新工科”人才培養(yǎng)的目的。

為更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，我校實驗中心投資100萬元建成的“電子工程實訓(xùn)基地”，將電子產(chǎn)品的生產(chǎn)線搬到學(xué)校。這種實踐形式學(xué)校可以自主安排理論課程和生產(chǎn)實習(xí)，但是學(xué)生課內(nèi)實踐產(chǎn)品與真正的產(chǎn)品還有很大的距離。一方面企業(yè)訂單對時效性要求高，需要一周甚至幾天之內(nèi)完成，學(xué)生課內(nèi)實踐產(chǎn)品難以滿足企業(yè)時效性要求；另一方面市場對學(xué)生生產(chǎn)的產(chǎn)品有顧慮，也不能真正放心使用，致使我們的產(chǎn)品無法真正走向市場。

為提高光電專業(yè)學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新能力，光電科研教學(xué)團(tuán)隊的教師們一直在尋找合適的實踐實訓(xùn)項目。合適的項目要求為：在項目實施的過程中，教師可以主導(dǎo)產(chǎn)品的整個研發(fā)和生產(chǎn)過程，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下全程參與工程實訓(xùn)課程，并且最終的產(chǎn)品能夠被市場接受。

一 借助產(chǎn)學(xué)研走出困境

（一） 工程實訓(xùn)課程產(chǎn)品調(diào)研

光電科研教學(xué)團(tuán)隊在調(diào)研過程中，了解到校內(nèi)明德樓的樓梯間節(jié)能燈損壞率很高，節(jié)能燈和人工成本都很高。該樓梯采用聲光控制系統(tǒng)，用節(jié)能燈作為電光源，這個系統(tǒng)引入的目的是節(jié)能環(huán)保，但是實際使用的時候卻問題頻出。首先節(jié)能燈壽命短，同學(xué)們學(xué)習(xí)相關(guān)活動造成節(jié)能燈頻繁啟動，致使節(jié)能燈壽命僅能維持大概3個月。其次節(jié)能燈成本高，明德樓1600只燈，一年需要更換的數(shù)量為6400只燈，每只燈的倉庫價格為9.00元，一年共需費(fèi)用為5.76萬元。

鑒于LED燈節(jié)能環(huán)保、壽命長，光電科研教學(xué)團(tuán)隊決定用7W LED球形燈作為明德樓樓梯燈的替代產(chǎn)品。

LED燈具電光轉(zhuǎn)換效率為100lm/W，而節(jié)能燈為75lm/W，7W LED燈和13W節(jié)能燈發(fā)出的光通量等同，LED燈更節(jié)能；LED燈珠壽命大約10萬小時，為節(jié)能燈的100倍；優(yōu)化設(shè)計電源控制LED燈，可以延長LED燈的壽命。預(yù)估明德樓一年用LED球形燈的費(fèi)用為2.88萬元，共計節(jié)約費(fèi)用為2.88萬元，LED球形燈提供三年質(zhì)保，三年共節(jié)約費(fèi)用為14.4萬元，同時節(jié)約人工成本。以上只是明德樓的樓梯燈成本核算狀況，繼明德樓后，厚德樓、1~4號教學(xué)樓、實驗樓和行政樓等，整個中山學(xué)院用到樓梯燈的地方都可以使用LED燈替代。

（二） 工程實訓(xùn)課程產(chǎn)品研發(fā)

光電科研教學(xué)團(tuán)隊教師綜合分析市面上7W LED球形燈的性能指標(biāo)，總結(jié)出項目的主攻方向：（1）芯片選型；（2）燈具散熱；（3）燈具發(fā)光質(zhì)量。樓梯燈對LED的顯色指數(shù)和色溫要求均不高，考慮到節(jié)能效果，團(tuán)隊選擇LG 5630燈珠。

LED是將電能轉(zhuǎn)化為光能的器件，但因為電光轉(zhuǎn)換效率比較低，大部分的電能轉(zhuǎn)換為熱能，而這些熱如果不能有效散去，將直接影響LED的光色電性能指標(biāo)，從而影響其光效和壽命，因此LED燈具設(shè)計的首要因素便是散熱。在實際的設(shè)計中，團(tuán)隊主要通過對LED燈結(jié)構(gòu)的選擇以及工藝的改善來解決LED燈的散熱問題。通過調(diào)研7W LED球形燈的各種外殼結(jié)構(gòu)，決定采用塑包鋁外殼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：外殼里層是鋁材質(zhì)，便于散熱；外層是塑料，絕緣效果好，且塑料方便制作固定PCB板的卡槽。缺點(diǎn)是要解決球形燈的整體散熱問題，尤其是驅(qū)動電路的散熱。為了解決球形燈的整體散熱問題，我們嘗試在燈具內(nèi)部灌散熱膠，在燈具內(nèi)部的鋁表面涂碳納米管材料，將外部塑料變?yōu)殓U空結(jié)構(gòu)等等，通過使用杭州虹普的TP200多路溫度巡檢儀檢測各種方案下LED燈珠PCB板、LED電源驅(qū)動板和LED燈具內(nèi)外表面的溫度，結(jié)果表明這些措施均可以有效降低LED燈具的溫度。結(jié)合量產(chǎn)、模具費(fèi)用和成本等各種因素的影響，團(tuán)隊最終選擇在燈具內(nèi)部灌散熱膠來實現(xiàn)LED燈具的散熱。同時，在工藝上采取一系列措施來幫助LED燈具散熱，比如：將LED燈珠PCB板的鋁基板厚度由0.3mm增加到0.5mm，使用導(dǎo)熱的粘合劑，將外層塑料變?yōu)閷?dǎo)熱塑料等等。

封裝好的LED燈珠光效可以達(dá)到130lm/W，但是LED燈珠是點(diǎn)光源，燈光刺眼、眩光，對人眼的傷害極大。前期團(tuán)隊使用帶磨砂面的亞克力罩，使得光在燈罩內(nèi)發(fā)生漫反射，可以消除眩光，達(dá)到較好的用戶體驗；但光損失達(dá)到17%，違背了LED節(jié)能的初衷。后期團(tuán)隊使用納米高漫反射反光涂層，涂層對光線的全反射率極高，在波長380~1020 nm范圍內(nèi)，反射率均在97%以上。涂層的使用使得LED光線幾乎可以全部反射出來，光損失較低，進(jìn)一步實現(xiàn)節(jié)能高效的目標(biāo)。

（三） 工程實訓(xùn)課程設(shè)計

工程實訓(xùn)課程從研發(fā)方案設(shè)計、生產(chǎn)品質(zhì)控制、生產(chǎn)測試、使用過程的質(zhì)量跟進(jìn)和可靠性統(tǒng)計等方面設(shè)計學(xué)生的生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對項目有整體的系統(tǒng)的認(rèn)識[7-8]。課程一方面訓(xùn)練學(xué)生的科研思維，即針對某個實際問題，提出解決問題的辦法，并付諸行動的一系列過程。另一方面訓(xùn)練學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。學(xué)生在這個過程中，會碰到各種問題，通過將理論知識點(diǎn)和具體的問題相結(jié)合，提高學(xué)生的思考能力和實踐動手能力，從而提高他們對知識的理解程度。最后訓(xùn)練學(xué)生處理問題的思路。比如學(xué)生關(guān)注LED燈的顯色指數(shù)，假設(shè)這個參數(shù)性能指標(biāo)不理想，該用什么樣的手段提升這個參數(shù)，提升這個參數(shù)以后會對其它參數(shù)產(chǎn)生什么影響，如何處理各個參數(shù)之間的互相影響。工程實訓(xùn)課程，通過學(xué)生的全程參與，訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力、分析和解決問題能力，讓學(xué)生理解產(chǎn)品的面世過程和影響產(chǎn)品性能的各種因素，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新性思維，夯實就業(yè)基礎(chǔ)。

電子工程實訓(xùn)基地組建的電子產(chǎn)品中試生產(chǎn)線，完全按照企業(yè)化的生產(chǎn)工藝流程設(shè)計，具有40個工位，能完成電子電路的PCB制作、SMT表面貼裝、DIP插件焊接、功能測試等流程。工程實訓(xùn)課程按班上課，每班40人，課程32課時共8次課。在基本操作課堂上，為讓學(xué)生學(xué)習(xí)到扎實的基本功，避免出現(xiàn)虛焊、連錫、錫尖及錫渣等現(xiàn)象，光電科研教學(xué)團(tuán)隊專門設(shè)計“焊接訓(xùn)練板”，訓(xùn)練板設(shè)計不同的封裝形式，如插針式、貼片式1206、0805和0603，QFP和TQFP封裝，從大到小，從易到難。教師從焊接的基本操作流程開始教授，同時傳授熱風(fēng)槍、烙鐵的使用技巧和烙鐵頭的保養(yǎng)方法。每個同學(xué)都要在焊接技術(shù)上過關(guān)之后，才能進(jìn)入到生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)。生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)包括LED驅(qū)動電源板上電子元器件的焊接、燈具的組裝和測試，為了保證生產(chǎn)實踐的規(guī)范性，教師帶領(lǐng)學(xué)生專門制作7W LED球形燈作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范學(xué)生在制備時的每一步操作，保證產(chǎn)品的良率。

為完成學(xué)校明德樓樓梯燈生產(chǎn)，工程實訓(xùn)課程又追加了球形燈封膠、總檢等流程；同時整合電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實驗室中山分實驗室中LED的相關(guān)測試設(shè)備對LED的光色電性能參數(shù)及壽命進(jìn)行測試。

（四） 工程實訓(xùn)課程特色

電子科技大學(xué)中山學(xué)院的工程實訓(xùn)課程，是在新工科背景下對工程教育的探索和實踐。工程實訓(xùn)課程配套的電子工程實訓(xùn)基地，產(chǎn)線制度嚴(yán)謹(jǐn)，生產(chǎn)操作規(guī)范，是真正的生產(chǎn)線；學(xué)生態(tài)度認(rèn)真，完全按照規(guī)范進(jìn)行操作，對自己對同伴要求嚴(yán)格，在實踐中培養(yǎng)企業(yè)精神；工程實訓(xùn)課程研發(fā)生產(chǎn)的7W LED球泡燈提供給學(xué)校后勤使用，走向了市場，是真正的產(chǎn)品，受市場的規(guī)范和約束。在工程實訓(xùn)課堂上，學(xué)生可以親身經(jīng)歷一次科學(xué)研究的全過程，親身經(jīng)歷一次產(chǎn)品誕生的全過程，這為提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，鍛煉團(tuán)隊協(xié)作能力，增強(qiáng)知識運(yùn)用能力提高了非常好的機(jī)會。

二 借助產(chǎn)學(xué)研對于人才培養(yǎng)的效果

7W LED球形燈項目經(jīng)過持續(xù)研發(fā)和工藝改善，取得階段性的成果。經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測，球形燈各項性能指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且處于業(yè)界領(lǐng)先，并且獲得兩項國家發(fā)明專利。球形燈在小批量試用后，質(zhì)量得到學(xué)校后勤保障部肯定，成為我校樓梯間的指定用燈。教學(xué)團(tuán)隊與學(xué)校后勤保障部簽訂長期供應(yīng)協(xié)議，該協(xié)議通過將學(xué)生實訓(xùn)的球形燈賣給學(xué)校后勤保障部，將科研、教學(xué)和市場聯(lián)系起來，實現(xiàn)科研成果-理論教學(xué)-實踐教學(xué)-成品質(zhì)量檢驗-推向市場一條完整的產(chǎn)學(xué)研體系，做到協(xié)同創(chuàng)新，資源共享；實現(xiàn)產(chǎn)教融合，促進(jìn)理論與實踐緊密結(jié)合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高學(xué)校高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

我們的工程實訓(xùn)課程采用了新型的項目浸潤式教學(xué)模式，該教學(xué)模式以學(xué)生為教學(xué)核心、以教師為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)教師的引導(dǎo)作用以及學(xué)生的主體地位，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手操作、主動學(xué)習(xí)和自主思考問題，該教學(xué)模式可以增強(qiáng)學(xué)生之間的探討活動和師生的互動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來的問題。球形燈項目研發(fā)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生不斷提出問題、解決問題，使得學(xué)生能參與項目的調(diào)研、數(shù)據(jù)測試和分析、驅(qū)動電路的設(shè)計、LED燈珠板和整燈的散熱方案選擇，給學(xué)生寶貴的科研實踐。球形燈項目制備過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計焊接訓(xùn)練板、定制作業(yè)指導(dǎo)書，使得學(xué)生能參與教師的課程設(shè)計中，理解教師在教學(xué)中的良苦用心，在小組作業(yè)過程中，更好地傳達(dá)教師的想法，更高效完成實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

本課程教學(xué)團(tuán)隊的教師獲得了學(xué)生的高度評價，評教分連續(xù)四年位列學(xué)院第一。根據(jù)課后反饋，學(xué)生充分肯定的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在三個方面：（1）借助產(chǎn)學(xué)研，進(jìn)入實際的研發(fā)環(huán)境中，有助于提升學(xué)生后續(xù)科研創(chuàng)新能力；（2）參與完成整個項目，有助于提升學(xué)生的科研項目管理能力；（3）通過工程實訓(xùn)，擁有了產(chǎn)品產(chǎn)線的經(jīng)歷，增強(qiáng)了實踐能力，為下一步進(jìn)入企業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。

三 結(jié)語

論文借助工程實訓(xùn)課程的教學(xué)改革，踐行新工科的工程教育理念。通過對傳統(tǒng)實踐教學(xué)課程的剖析，引出工程實訓(xùn)課程的必要性。依托LED燈開發(fā)項目開設(shè)工程實訓(xùn)課程，讓光電專業(yè)學(xué)生親身經(jīng)歷實施科研項目和開發(fā)產(chǎn)品的全過程，使其對產(chǎn)品和工程有更深刻的認(rèn)識和領(lǐng)會，有效提高了學(xué)生的工程實踐與創(chuàng)新能力，有力促進(jìn)了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新。本文的探索有助于提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)工作質(zhì)量，滿足地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展對專業(yè)人才的需求，也為新工科背景下應(yīng)用型本科人才的工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了新思路。