工程教育認證背景下電子工藝實習課程的探索與實踐

張 瑩，王正峰

（燕山大學工程訓練中心，河北 秦皇島 066004）

1 背景

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎，是針對高等教育工程類專業開展的一種合格評價[1-2]。

在工程教育認證標準的框架下，要不斷改進并促進實踐教學創新、完善實習基地建設，切實提高工科專業實踐教學質量。這兩點要求中都離不開實踐。在工程教育認證中，實踐教學是人才培養的重要環節，與理論教學相比，實踐教學為學生提供了與社會接軌的橋梁，通過讓學生運用工具，結合理論完成指定任務，從而將理論知識轉化為個體經驗，實踐教學使學生獲得操作技能、技術經驗和創新能力，強化了對專業理論知識的理解，提高了解決實際問題的能力。

2 課程改革意義

電子工藝實習作為工科生必不可少的電子類實訓環節，是學生獲取實踐知識和經驗的一門重要課程，為滿足工程教育認證要求，對電子工藝實習課程的教學方式與教學內容也需不斷改進與更新。諸多高校中，充電器、收音機是這門課程的一個標志性項目，使用SMT技術和焊接技術完成這兩種電子產品的焊接與調試，多年實踐下來，這類內容已不能適應目前培養目標的需求。電子工藝實習是通過一個完整項目實現過程，使學生清楚電子產品從需求、設計、仿真、印刷電路板、焊接、組裝、調試、驗收這一套完整的工作順序。

3 教學內容設計

傳統填鴨式的教學內容打消同學們的積極性，個性化的學生和統一化的課程內容使學生感覺乏味，因此如何引導學生興趣設計教學內容是體現課程好壞的重中之重。課程在電路設計上采用“主電路+附加電路”的模式，即一個具有指定功能和多個通用功能的電路，學生可自由組合進行方案設計、電路仿真、焊接以及調試。

3.1 注重基礎──手動焊接

電子工藝實習課程的一個必要過程就是手工焊接，練習焊接時，學生應注意焊接姿勢、烙鐵的握法、焊錫絲的拿法、操作過程等等。焊點要求具有良好的電氣性能，較高的機械強度，焊料適中，焊點表面光亮均勻，焊點無毛刺、空隙，焊點表面清潔。在此基礎上，考慮成品整體性能，還要求學生做到用焊點代替導線，達到萬能板即絲印板的水平，減少電路板飛線，使作品整潔、美觀。

3.2 選擇有興趣的題目進行設計

學生通常在第3、4學期進行實訓，此時學生已經學習了電路原理、數字電子技術、模擬電子技術等相關課程，但此時還缺乏綜合應用的經驗。因此，課程內容從電類基礎課理論出發，列出眾多電路功能需求，學生根據自己能力及興趣選擇想要完成的電路，綜合利用學過的知識完成相關的電路設計，教師做適當提示及幫助，遇到問題鼓勵學生通過查找資料、互相討論來解決，給予學生足夠的自主空間，以此激發學生對電子設計的興趣。學生根據自己選擇的電路進行系統設計，通過可行性分析及仿真后，實驗室提供元件支持。

主電路設計中，有例如家用門鈴、炫光彩燈、有源/無源濾波器、矩陣鍵盤、閃光胸針等題目進行備選，學生在開課前兩周進行項目選擇，留出時間教師準備元器件。主電路的設計基于555定時器、濾波器、譯碼器、多諧振蕩器等原理。附加電路中，有方波發生器、數字邏輯筆、短路測試儀等功能備選，設計原理基于RC電路、反相器、三極管特性等原理。

以附帶功能電路為例。數字邏輯筆就是數字電平的檢測（圖1，P215），使用反相器也可實現，在輸入端接一個信號發生器，產生方波，不斷輸出高低電平，如輸入一個低電平信號，則LED2亮起，相反在pin端輸入一個高電平信號，則LED1亮起，依靠兩個LED亮的狀態可以判斷輸入電平的高低。方波發生電路可使用 RC振蕩器原理來實現，這一知識點在電路原理中學生有學習。這里選擇反相器來實現，在某一個時刻，反相器1的輸入端為高電平，則1的輸出端為低電平，經過反相器2之后輸出高電平向電容充電，隨著電容兩端的電壓升高，反相器1的輸入端逐漸變為低電平，一旦低于50%VCC就會使非門翻轉，此時反相器1與2中間為高電平，經反相器2反相后向電容反向充電，達到條件之后再次翻轉，因此輸出端就會形成高低電平變化，周而復始形成振蕩。利用電阻與電容組成正反饋，添加補償調節電阻，用于在電源電壓變化時穩定頻率。以上兩個電路均用到了反相器，則可使用CD4069的六路反相器芯片實現兩個電路功能。

圖1 數字邏輯電路仿真圖

3.3 仿真驗證

仿真可以提前驗證電路方案的可行性，是實訓過程中有效減少實驗失敗的重要手段。完成電路圖設計，在焊接成品電路之前，先使用仿真軟件對電路各個功能模塊進行仿真分析，除了對電路原理進行仿真外，還可以模擬故障，對電路的常見故障進行仿真，這樣可以使學生更加深入的了解電路原理，在之后的作品調試過程中遇到的問題，學生知道如何分析、解決。

3.4 排兵布陣，優化全局

出于實驗室安全及工業要求的考慮，在實驗室條件下要完成實際電路板印刷比較難于實現，因此采用手動繪制布線圖的方式來代替電腦繪圖，不僅能使學生了解元件排版、布線，還鍛煉了學生的空間想象力、產品設計整體布局能力。

4 考核及評價方式

4.1 基礎知識學習及測試

電子工藝實習涉及手工焊接技術、仿真軟件的使用、常見儀器儀表的使用、多種元器件及集成芯片的使用等方面基礎知識，實習開始前，學生可通過線上平臺發布的微課進行學習，來到實訓場地待老師進行實物演示后，當堂進行理論測試，作為理論分數。

4.2 實踐考核

在這一環節中，根據學生自行設計的電路和焊接的成品，考核是否可以一次實現電路所有功能，對于不能一次完成制作的產品，考核能否獨立完成電路排錯。打分采用彈性考核方式，這個彈性主要體現在學生的創新以及電路特色方面，其他考核點有焊點、仿真、布局、功能調試以及數據分析。

4.3 答辯及報告考核

實驗報告中要體現電路的總體思路，有所用元件及設備的使用描述，總結里有在實習過程中出現的問題和解決方式、辦法，并且要將仿真圖、原理圖、接線圖、實物圖附在報告中。實訓結束后，教師組織學生以演講、答辯的方式進行交流總結，同時，教師會根據學生在整個實訓過程中的表現綜合打分。

5 結語

從需求出發，所選項目貼近生活，趣味性強，知識應用綜合強，達成方法多樣性。學生選擇的電路多數會從自身需求出發，成品服務于后續的課程設計或大學生創新訓練項目。實訓過程中引導學生自主思維，完成電路設計、仿真，在電子產品制作的全流程中，教師作為“旁觀者”，見證學生從電子設計新手到熟練運用的過程，資料檢索能力、綜合設計能力、動手能力、分析解決問題的能力都得到相應提高，更重要的是，學生通過實訓對電子設計產生濃厚興趣，對學生后續的學習、工作等方面起到積極作用。