电子工程类生产实习教学改革与探索

孙璎竑，赵 燕，孔庆生，王 勇

(复旦大学 信息科学与工程学院，上海 杨浦区 200433)

生产实习是高等院校电子工程类专业的重要专业课程，是不可缺少的教学实践环节[1－2]。传统的生产实习，通常是与企业进行合作，到企业中参加生产的实训操作。随着学生数量的增加，很难找到有条件的企业，对大批量学生的短时间生产实践提供有针对性的实习岗位。很多高校逐步演变成带学生到企业参观，这使得学生只是简单地了解一下企业概况或生产流程，无法真正理解并体验生产整体的操作规程[3]。为解决这类问题，部分工科院校或专业建立了生产实习基地或实习中心，并取得了一定成效[4－6]。

复旦大学信息科学与工程学院电子工程系的生产实习课程，根据复旦大学建设国际一流本科教育的发展目标，结合了本学科的特点，以及专业的培养目标与要求，逐步形成了具有自己特色的生产实习课程体系。

1 生产实习课程体系的构建理念

复旦大学电子工程系生产实习课程是培养方案中的必修课程。旨在在已修的课程基础上，拓展专业的基本技能，培养学生的综合实践能力与素质。为后续的课程与课题研究打下扎实的基础。

通过生产实习，学生能够较为深入地了解电子产品的生产过程。在理解电子产品的工作原理基础上，学生能够掌握产品的设计、装配、组装、调试等过程中的方法与技能，更深刻地掌握已学过的专业知识。生产实习能够有效地训练学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的创造力与创新能力，为培养拔尖创新人才奠定基础。

剖析生产实习的目标与构成，它主要分为印刷电路板设计和电路板焊接两大模块。课程将软件与硬件相结合，将设计与实践相联系，使学生在学习过程中掌握所需的技能。

在进行生产实习前，学生需要具有模拟电路、数字电路的课程基础[7]，以便理解生产实习中电路原理。由于后续课程以及电子竞赛等对学生技能的要求，学院将生产实习安排在大三上学期完成。

学校的电子信息教学实验中心资源相对充足，经过合理分配，学校让学生在校内的实验室中体验生产实习的主要过程，包括理论及经验的课程教授，以及可反映学习效果的动手操作。在授课过程中，安排很有经验的专职实验教师进行讲授和指导；在学生实践过程中，教师也在不断地观察和帮助同学们解决问题，正确引导他们的设想和操作方法，由此学生也能在技能学习中巩固基本知识和原理。

2 印刷电路板设计实验的层次化设置

印刷电路板的设计实验是学习软件Altium Designer的使用，对模拟与数字电路进行电路原理图与印刷电路板图的综合设计[8]。对该内容进行分层递进教学，即单面印刷电路板设计、双面印刷电路板设计—原理图元件符号创建—印刷电路板图元件封装创建[9]。每周完成一项内容，并且每项内容基于不同的电路开展。

1)单面印刷电路板设计。从单面印刷电路板的设计入门，以简单的晶体振荡器电路为基础，让学生熟悉软件的整体操作流程，能够自主建立项目、建立编辑电路原理图、建立设计印刷电路板。教师通过PPT演示整体的设计过程并讲述设计的要点、难点，使学生掌握最基本的原理图与印刷电路板的设计步骤与方法，如印刷电路板中的元件的布局、布线的基本原则，并加以实践。

2)双面印刷电路板的设计。当印刷电路板元器件少且分布密度要求不高时，通常采用单面印刷电路板。但随着电路的复杂化，便需采用双面板，甚至多层板。以较为复杂的电路为基础，逐步增加设计细节的操作指导，如原理图编辑中的批量处理、总线，双面印刷电路板的过孔、手工布线、数字地与模拟地分开等，学习这些要点可以使学生进一步掌握正确的设计方法。

3)原理图元件符号与印刷电路板图元件封装创建。由于Altium Designer元件库中并未包含所有的元器件，在应用中很可能找不到某些器件对应的原理图元件符号或印刷板元件封装图形，这需要在使用过程中建立新的元件符号或封装图形，或是对原有的进行编辑、修改。我们设计了两个实验分别引入了新的元件符号和封装图形的建立。

3 电路板焊接实验

电路板焊接实验主要是学习电路板的插装、手工焊接、调试等操作应用。该内容安排在学习印刷电路板设计之后，使学生在识别印刷电路板的原理基础上进行进一步的实践操作。

3.1 实验内容

该实验分为3个部分进行:基本知识的讲解、焊接技巧的练习、焊接作品的制作。

3.1.1 基础知识的讲解

教师对基础知识的讲解，是学生焊接技能入门的关键，该内容主要分为以下5个部分。

1)回顾常用元器件识别与检测。

2)焊接机理的讲解。焊接过程主要包括焊料与焊件间润湿作用、扩散现象、结合层的形成等，只有从原理上让学生了解焊接，解决疑惑，才能为他们掌握焊接技巧打下理论基础。

3)常用焊接、装配、拆焊等相关工具与材料的介绍，如各式的烙铁、焊料、焊剂等。

4)常用元器件和导线端子的插装、焊接及拆焊的技巧方法的示范、讲解。重点演示经典的焊接五步法:准备施焊、电烙铁加热焊件、送入焊锡、移开焊锡、移开烙铁[10－12]，整个过程仅持续1～2 秒。

5)常见的焊接缺陷的识别与分析。

3.1.2 焊接技巧的练习

在了解焊接常识的基础上，学生进行焊接练习，以体会导线、器件的插装技巧以及焊接五步法，通过实际操作养成良好的焊接习惯，使学生能熟练插装最基本的器件，保持焊点的标准性，从而掌握基本的插装焊接技巧。

3.1.3 焊接作品的制作

课程中需要学生完成的作品是一台小车。小车依靠前端与侧面的红外探测板的探测，控制左、右前轮，实现按特定路径行走、防撞停止等基本功能。当然，学生也可不局限于基本思路，根据自己的想法设计出其他功能。

小车以 “散件”的形式发给学生，包括电路板、元器件、马达、齿轮、车板等等。学生需要自行焊接、组装、调试，最终得到合格的成品小车。实践的全过程以学生自己动手操作为主，辅以教师的引导。小车的组装关键步骤和要点为以下4点。

1)主控制板的焊接。学生在焊接前，根据由低到高、由难到易等焊接基本原则，全盘把握，对元器件进行分配、排序后实施焊接。

2)车体的组装。学生需要将马达、齿轮、轴承、车轮、车板等，通过卡槽、螺丝等固定组成车体。

3)控制导线的走线。主控制板与探测板、马达之间，需要通过导线相连。如何在车板上走线，可以既保证电气性能，又保证美观，是学生需要思考的问题。

4)通电、调试，实现小车功能。小车通上电后，需要学生对电位器等器件进行调节，才有可能实现基本功能。

3.2 引导学生解决实验问题，排除实验故障

1)在学生焊接过程中，总会出现焊接错误，如电路板铜盘脱落、器件焊错等，教师要帮助学生分析问题原因，告知其常见焊接问题的解决方法，引导学生自己解决问题，进而提高学生焊接水平。

2)在通电测试时，部分小车可能无法实现预期的功能。这需要学生在已有的电路、印刷版、焊接等知识的基础上，辅以向教师的咨询交流，逐级对电路进行检查、排错，最终实现完整的小车功能。这样既锻炼学生应用理论解决问题的能力，同时也让学生深刻理解保证每个焊点质量的重要性。

4 多方位的考核机制

生产实习的总体成绩分为通过与不通过，但也要进行多方面的综合考量。

1)印刷电路板实验的考核。

在实验的4个部分每个部分结束后，都需提交电路原理图与印刷电路板图，前者要通过电气规则检查，后者要通过设计规则检查。教师确认布局、布线合理后，方为通过。

2)电路板焊接实验的考核。

采用两阶段考核法:第一阶段，焊接技巧练习的考查，分为操作分和效果分。操作分是教师通过观察学生操作过程中的安全意识与操作步骤等进行的评价；效果分则包括评价插装效果、焊点形状等。这两项均通过后，学生方可进入下一阶段。第二阶段，组装小车。评定内容包括安全意识、控制板的焊接、车体的装配、导线的走线、小车成品情况、小车的调试、解决问题的能力、创造力等多方面，以此达到对学生的较为全面的考查，达到及格分，方为通过。

5 实践效果

1)印刷电路板设计。

通过递进式的实验设计，使学生在较短的时间内，逐步地掌握了软件Altium Designer的操作流程与应用技巧，理解了印刷电路板的布局、布线技术要领。提升了学生的应用设计能力，为后续的电子产品的设计与研发奠定基础。

2)电路板焊接。

将焊接与一个 “会动”的小车结合起来，不仅注重了学生焊接技巧的训练，还提高学生的动手能力，强化电子装配在实践中的应用，激发了学生的兴趣和积极性，增加了课程的吸引力。在此期间学生掌握了实实在在的组装和焊接技巧，以及一般的故障处理方法，既增强了他们的动手能力，也巩固了他们课堂上的理论知识。小车是同学们在大学期间完成的第一个完整电子作品，当它 “聪明”地在指定轨迹上行走、拐弯以及应急停止时，学生的激动之情和成就感可想而知。课程结束后，小车即为同学们所有，既可以作为纪念，也可以动手进一步改造。

生产实习对学生的动手能力及兴趣培养的影响是巨大的。生产实习的技能将应用于后续的多门课程当中，为课程开展提供更好的技术基础，如高频实验是基于印刷电路板，需要学生自己设计、制作、焊接电路板[7]；在开关电源题目里学生完成的印刷电路绘制、单面铜板的烧印腐蚀、焊接、调试等流程均建立在生产实习的基础上。本课程有力地支撑了学院的优秀学生多次在各类全国竞赛中斩获奖项。

6 结束语

复旦大学电子工程系的生产实习课程已经历经数年探索、实践，兼顾了软件、硬件的应用，以理论知识为基础，强化动手环节，为培养学生的创新能力和实践能力打下坚实的基础。

课程也有一定的不足，如何把两个模块有机地融合起来，让每个学生都能体验到真正手工制作电路板的过程，但毕竟学生数众多，且要考虑安全、成本、课时安排等问题，学院需要综合考量、准备完善后再开展。

随着复旦大学电子信息科学类卓越工程师班的开展，根据其培养计划，生产实习也采用了相应合理的形式，完善学生基础知识的理解过程，培养初步的科学研究能力，为卓越工程师的教育培养奠定了坚实的基础。

[1]薛梅.工程教育背景下电装实习改革探索与实践[J].实验科学与技术，2016，14(4):191－193.

[2]李晨霞，康娟，杨凯，等.电子科学与技术生产实习教学改革研究[J].教育教学论坛，2015(4):21－22.

[3]张显，曹全喜.生产实习模式的探索与实践[J].实验科学与技术，2011，9(2):151－154.

[4]陈新兵，龙晓莉，谢斌盛，等.课赛结合的电子实习中心建设探索[J].实验技术与管理，2016，33(1):159－162.

[5]周国平.“电工电子实习”的实践探索[J].电气电子教学学报，2010，32(z2):159－160，166.

[6]董嘉佳，康重庆.生产实习考核方式的探索[J].实验室研究与探索，2012，31(7):361－363.

[7]王勇.模拟电子线路实验教学体系建设与改革[J].实验室科学与技术，2012，10(6):50－51，64.

[8]陈新兵.AltiumDesigner在生产实习改革中的应用[J].实验科学与技术，2015，13(6):44－46.

[9]孔庆生.模拟与数字电路基础实验[M].上海:复旦大学出版社，2014.

[10]孙宜标，刘春芳，李海波.电子装置焊装与设计实训[M].北京:清华大学出版社，2015.

[11]崔爱玲.手工焊接电路板的方法与技巧[J].机械工程与自动化，2014(4):193－194.

[12]王炜.印制电路板(PCB)板件焊接工艺流程[J].东方电气评论，2014，28(28):74－80.