“電子電工實訓”課程教學體系優化探索研究

張林媛，李 釗，祁富貴，路國華

（空軍軍醫大學 軍事生物醫學工程學系，陜西 西安 710032）

隨著電子技術的飛速發展，小至家電（空調、冰箱、電視、音響）、計算機、手機、電子玩具、各類報警器等產品，大至航天（衛星定位、測控）、軍事（雷達、電子導航）、工業（數控機床）等各個領域，都可以看到電子技術的身影。這對大學生的設計與實踐能力提出了更高的要求。

電子電工實訓是工科類院校專業必修實踐課。它注重學員工程思維、科研思維、創新能力、動手能力的培養，是實踐性、實用性很強的課程。它是一門橋梁課程，連接基礎課程與專業課程，為后續學生畢業設計和崗位任職奠定堅實的實踐基礎。隨著信息化的發展，“電子電工實訓”課程體系需要不斷優化，順應時代、順應學情。在教學過程中，注重科學創新精神和積極競爭意識尤為重要，激發學員的創新熱情，培養學員求真務實、用于創新的科學精神，鼓勵學員力爭上游，提高積極向上的競爭意識。筆者結合多年教育教學經驗和循證實踐，對“電子電工實訓”課程教學方式方法進行了探索研究，提出幾點建議。

一、改善教學條件，為學員實訓提供基礎保障

長期以來，因辦學資金相對匱乏，傳統電子電工實驗室條件較差，僅有一些常用電子電工工具及儀器儀表，設備更新緩慢。缺乏高端儀表儀器設備，比如印制電路板雕刻機、阻焊字符、孔金屬化裝置等。使得教學過程中，直觀性差，學生僅了解概念，不懂如何操作。同時在參加競賽過程中，短期內無法完成競賽內容，難以取得優異成績。對于動手能力的訓練更是無從談起。實踐教學在低水平徘徊。PCB的設計采用Altium Designer軟件進行，若無機房及軟件支撐，教員只能通過幻燈演示，學員無法直接課堂操作。本教學組在學校經費的支持下，購置了先進的PCB雕刻機、孔金屬化裝置、恒溫烙鐵、信號發生器、示波器、穩壓電源，為學員定制工具箱，包含電子電工實訓的常用工具。采用項目式的教學方法，學員需在實訓過程中自行完成貼片旋轉流水燈等的制作。這些設備儀器足以支撐從PCB設計、制作、焊接、安裝的全過程。特別是PCB雕刻機的購入，為電子產品設計研發制作的關鍵環節提供了極大便利。同時，在原有機房基礎上，更新設備，安裝最新的Altium Designer 2019軟件，實現學員與教員同步操作，隨堂快速解決學員在操作中遇到的實際問題。基于新工科建設對于大學生能力的培養要求，我系實驗室采取半開放實驗室管理機制，提高實驗教學資源的使用率。在上課期間，實驗室保障課程教學；在實驗室不承擔教學任務期間，實驗室可公共開放給參加競賽的學員，保障設計和制作。

二、完善教學內容，為學員能力培養提供合理知識結構

本門課程的教學目標是通過課堂教學、實訓，讓學生掌握電子系統的組成、Altium Designer軟件設計PCB印制電路板、電子系統焊接與安裝工藝；熟悉常用電子元器件、常用工具與儀器設備、PCB印制電路板的制作；理解電子元器件的封裝、焊接常見問題；了解PCB制作工藝。突出訓練學員的實際動手能力與創新思維能力，培養科研思維和工程思維，為后續的學習和科研打下良好的基礎。基于此，教學內容分為主線和輔線兩方面。主線內容的設計主要是培養學員的科研思維，輔線內容的設計主要培養學員的工程思維。具體的主線教學設計路線圖1，從課程目標設立、PCB設計、PCB制作、焊接、電路安裝、調試、排除故障到形成實驗總結，一一對應科學研究中立項、設計、實驗、發現并解決問題到形成報告/論文，以此來培養學員的科研思維。

圖1 主線教學設計路線

工程思維是指學生運用工程領域的思想方法界定問題、抽象特征、建立模型，形成解決方案。基于此，具體的輔線教學設計圖2，采用工藝化流程教學，從而培養學員的工程思維。從印制電路板打孔、孔金屬化處理、電路板制作、阻焊綠油、烘烤、曝光、顯影到有機保焊膜工藝，全流程向學員展示PCB印制電路板制作的工藝流程。

圖2 輔線教學設計路線

三、更新教材內容，為學員提供針對性的指導

經調研，其他指導書目中的實訓內容與本系實驗室的教學條件、本課程的教學內容不吻合，不能開展針對性的指導。故學員采用的教材也需要同步進行更新。

符合軍事生物醫學工程學員人才培養方案要求，遵循電工實訓課程教學規律，在電子電工實習實驗室建設情況基礎上，編寫了符合我系學員適用的《電子電工實訓指導用書》，并為電子電工實訓提供參考材料。教材內容包括電子系統安裝工具和常用儀器、PCB設計、PCB制造工藝、焊接工藝、實訓內容、電子元器件封裝大全。常用工具與儀器的內容，去除過于常識性的內容，全面介紹先進的儀器設備與工具。PCB設計方面介紹功能強大且穩定的Protel 99SE軟件，并非簡單的介紹軟件的使用，而是突出PCB設計思路與結構的邏輯性。結合實驗室的建設情況，PCB制作工藝過程，重點突出理論，用于指導實踐。焊接與實訓內容跟進電子技術的發展，摒棄老舊的內容。電子元器件的介紹，重點在封裝的介紹，與基礎專業課程重復較少。根據教學目標與要求，教材編寫的思路從基本常識到課程理論到學員實踐，對應教材的各個章節。本《電子電工實訓指導用書》大大提高了教學效果，與教學貼合度高，學員普遍反映指導性強。

四、改進教學方法，多措并舉提高教學質量

傳統電子電工實習項目十幾年不變，教學缺少新意，方法單一，學生被動接受，缺少主動設計環節，更沒有考慮學生的自主發展特性，無法實現因材施教。本門實訓課程教學采用多種教學方法協同實施。

（一）項目驅動式教學，培養學員綜合能力

以項目組的形式將學生進行分組，協力工作，從頭到尾完整體驗一個項目產品所要經歷的流程。以“貼片旋轉流水燈的制作”為例，學員分組合作。這種教學方法以項目為驅動，轉變傳統兩員角色，學員變為主動學習的主體，教員向引導、組織、協助學生學習轉變，有助于提高學員自主學習能力、思考能力、創新和協作的能力。

（二）線上線下結合，提高教學效率

利用現代化的信息手段和技術，為學員提供優質的MOOC資源，基礎知識可在MOOC資源上自學，節約課堂教學時間，將課堂教學用于重點內容的講解與實踐。

（三）演示教學，提高學生動手能力

在PCB的制作工藝中，采取問題導入、直觀演示、重點講授到學員實操的教學思路，激發學習興趣、觀看全過程、易錯點分析到實操的融會貫通。在焊接工藝的實訓中，學員觀看微課視頻，學習焊接的方法，邀請具有豐富焊接經驗的工程師現場為學員演示焊接技巧，現場指導學員焊接，學員動手能力迅速得到提升。

（四）賽教結合，充分調動積極性

另外，根據年度全國競賽情況，采取競賽驅動式教學方法。除常規旋轉貼片流水燈之外，采用案例式教學，學生自選題目進行實踐。例如，我系學員選取的“非接觸式睡眠呼吸暫停監測和報警裝置的設計與制作”課題。

該案例教學在第七屆全國電工電子技術基礎課程實驗教學案例設計競賽（鼎陽杯），獲得西部賽區一等獎和全國三等獎。賽教結合調動學生學習熱情，發揮競賽對人才培養的引領作用。

五、增加思政元素，培養新時代優秀人才

在2018年9月的全國教育大會上，習近平總書記明確指出：“培養什么人，是教育的首要問題。我國是中國共產黨領導的社會主義國家，這就決定了我們的教育必須把培養社會主義建設者和接班人作為根本任務，培養一代又一代擁護中國共產黨領導和我國社會主義制度、立志為中國特色社會主義奮斗終身的有用人才。”“電子電工實訓”課程是要培育對社會主義有貢獻的人，培育有創新奮斗精神的人。通過電子系統概述，結合利用電子設計解決實際問題來激發學生的創新熱情，培養學生求真務實、勇于創新的科學精神，使學生認識到知識就是力量，獨特設計能改變我們的生活；結合學科競賽介紹，使學生認識到理論基礎與實踐相結合的重要性，鼓勵學生積極參加競賽，提高學生積極向上的競爭意識。

六、優化考核方式，多方位評價學習效果

傳統的評價體系一般由學習態度、課堂表現和實習報告組成。無法調動學生的積極性，也不能客觀的考核和衡量學生的實踐創新能力。本門課程采取形成性考核和終結性考核相結合的方式，各占總分數的50%，細化考核指標。這種動態考核方式更注重學員整體學習效果的評價，學生以小組為單位，有助于培養團隊協作精神，增強責任感。設置現場答辯也是專業工程教育認證的要求，學員能夠就工程問題陳述發言，表達清晰，將來畢業后與業界同行能夠有效溝通交流。

結語

在2018年6月教育部召開的新時代中國高等學校本科教育工作會議上，陳寶生部長提出，對大學生要有效“增負”，要把“水課”轉變成有深度、有難度、有挑戰度的“金課”。“金課”就是具有高階性、創新性和挑戰度的課程，簡稱“兩性一度”。本門“電子電工實訓”課程不斷向金課靠攏，滿足“兩性一度”的要求。高階性體現在PCB電路板的設計與制作，涉及內容較廣，學員需要將專業理論知識與實際應用相結合，可以培養學生主動解決實際問題的綜合能力與創新思維。創新性體現在電子系統可以應用在各個前沿領域，在課程教學中，引入各領域的創新前沿應用，可充分激發學員學習的積極性，啟發學員智慧與潛能。挑戰度體現在針對教學目標，合理安排教學時間，Altium Designer以及PCB雕刻機的使用均具有一定難度，學員通過資料瀏覽，實際動手操作，具有一定的挑戰度。“電子電工實訓”這門傳統的實踐課程，在工科學員能力的培養中舉足輕重。改善教學條件、完善教學內容、更新教材內容、改進教學方法、增加思政元素、優化考核方式，形成科學合理可行的教學體系勢在必行。繼本門課程改革以來，不論是學員還是教員，在國家級競賽中均取得優異成績，展現出令人可喜的發展前景。教學質量提升，學員能力提高，教學效果良好。