工程教育认证背景下电子工艺实习课程的探索与实践

张 莹，王正峰

（燕山大学工程训练中心，河北 秦皇岛 066004）

1 背景

工程教育认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础，是针对高等教育工程类专业开展的一种合格评价[1-2]。

在工程教育认证标准的框架下，要不断改进并促进实践教学创新、完善实习基地建设，切实提高工科专业实践教学质量。这两点要求中都离不开实践。在工程教育认证中，实践教学是人才培养的重要环节，与理论教学相比，实践教学为学生提供了与社会接轨的桥梁，通过让学生运用工具，结合理论完成指定任务，从而将理论知识转化为个体经验，实践教学使学生获得操作技能、技术经验和创新能力，强化了对专业理论知识的理解，提高了解决实际问题的能力。

2 课程改革意义

电子工艺实习作为工科生必不可少的电子类实训环节，是学生获取实践知识和经验的一门重要课程，为满足工程教育认证要求，对电子工艺实习课程的教学方式与教学内容也需不断改进与更新。诸多高校中，充电器、收音机是这门课程的一个标志性项目，使用SMT技术和焊接技术完成这两种电子产品的焊接与调试，多年实践下来，这类内容已不能适应目前培养目标的需求。电子工艺实习是通过一个完整项目实现过程，使学生清楚电子产品从需求、设计、仿真、印刷电路板、焊接、组装、调试、验收这一套完整的工作顺序。

3 教学内容设计

传统填鸭式的教学内容打消同学们的积极性，个性化的学生和统一化的课程内容使学生感觉乏味，因此如何引导学生兴趣设计教学内容是体现课程好坏的重中之重。课程在电路设计上采用“主电路+附加电路”的模式，即一个具有指定功能和多个通用功能的电路，学生可自由组合进行方案设计、电路仿真、焊接以及调试。

3.1 注重基础──手动焊接

电子工艺实习课程的一个必要过程就是手工焊接，练习焊接时，学生应注意焊接姿势、烙铁的握法、焊锡丝的拿法、操作过程等等。焊点要求具有良好的电气性能，较高的机械强度，焊料适中，焊点表面光亮均匀，焊点无毛刺、空隙，焊点表面清洁。在此基础上，考虑成品整体性能，还要求学生做到用焊点代替导线，达到万能板即丝印板的水平，减少电路板飞线，使作品整洁、美观。

3.2 选择有兴趣的题目进行设计

学生通常在第3、4学期进行实训，此时学生已经学习了电路原理、数字电子技术、模拟电子技术等相关课程，但此时还缺乏综合应用的经验。因此，课程内容从电类基础课理论出发，列出众多电路功能需求，学生根据自己能力及兴趣选择想要完成的电路，综合利用学过的知识完成相关的电路设计，教师做适当提示及帮助，遇到问题鼓励学生通过查找资料、互相讨论来解决，给予学生足够的自主空间，以此激发学生对电子设计的兴趣。学生根据自己选择的电路进行系统设计，通过可行性分析及仿真后，实验室提供元件支持。

主电路设计中，有例如家用门铃、炫光彩灯、有源/无源滤波器、矩阵键盘、闪光胸针等题目进行备选，学生在开课前两周进行项目选择，留出时间教师准备元器件。主电路的设计基于555定时器、滤波器、译码器、多谐振荡器等原理。附加电路中，有方波发生器、数字逻辑笔、短路测试仪等功能备选，设计原理基于RC电路、反相器、三极管特性等原理。

以附带功能电路为例。数字逻辑笔就是数字电平的检测（图1，P215），使用反相器也可实现，在输入端接一个信号发生器，产生方波，不断输出高低电平，如输入一个低电平信号，则LED2亮起，相反在pin端输入一个高电平信号，则LED1亮起，依靠两个LED亮的状态可以判断输入电平的高低。方波发生电路可使用 RC振荡器原理来实现，这一知识点在电路原理中学生有学习。这里选择反相器来实现，在某一个时刻，反相器1的输入端为高电平，则1的输出端为低电平，经过反相器2之后输出高电平向电容充电，随着电容两端的电压升高，反相器1的输入端逐渐变为低电平，一旦低于50%VCC就会使非门翻转，此时反相器1与2中间为高电平，经反相器2反相后向电容反向充电，达到条件之后再次翻转，因此输出端就会形成高低电平变化，周而复始形成振荡。利用电阻与电容组成正反馈，添加补偿调节电阻，用于在电源电压变化时稳定频率。以上两个电路均用到了反相器，则可使用CD4069的六路反相器芯片实现两个电路功能。

图1 数字逻辑电路仿真图

3.3 仿真验证

仿真可以提前验证电路方案的可行性，是实训过程中有效减少实验失败的重要手段。完成电路图设计，在焊接成品电路之前，先使用仿真软件对电路各个功能模块进行仿真分析，除了对电路原理进行仿真外，还可以模拟故障，对电路的常见故障进行仿真，这样可以使学生更加深入的了解电路原理，在之后的作品调试过程中遇到的问题，学生知道如何分析、解决。

3.4 排兵布阵，优化全局

出于实验室安全及工业要求的考虑，在实验室条件下要完成实际电路板印刷比较难于实现，因此采用手动绘制布线图的方式来代替电脑绘图，不仅能使学生了解元件排版、布线，还锻炼了学生的空间想象力、产品设计整体布局能力。

4 考核及评价方式

4.1 基础知识学习及测试

电子工艺实习涉及手工焊接技术、仿真软件的使用、常见仪器仪表的使用、多种元器件及集成芯片的使用等方面基础知识，实习开始前，学生可通过线上平台发布的微课进行学习，来到实训场地待老师进行实物演示后，当堂进行理论测试，作为理论分数。

4.2 实践考核

在这一环节中，根据学生自行设计的电路和焊接的成品，考核是否可以一次实现电路所有功能，对于不能一次完成制作的产品，考核能否独立完成电路排错。打分采用弹性考核方式，这个弹性主要体现在学生的创新以及电路特色方面，其他考核点有焊点、仿真、布局、功能调试以及数据分析。

4.3 答辩及报告考核

实验报告中要体现电路的总体思路，有所用元件及设备的使用描述，总结里有在实习过程中出现的问题和解决方式、办法，并且要将仿真图、原理图、接线图、实物图附在报告中。实训结束后，教师组织学生以演讲、答辩的方式进行交流总结，同时，教师会根据学生在整个实训过程中的表现综合打分。

5 结语

从需求出发，所选项目贴近生活，趣味性强，知识应用综合强，达成方法多样性。学生选择的电路多数会从自身需求出发，成品服务于后续的课程设计或大学生创新训练项目。实训过程中引导学生自主思维，完成电路设计、仿真，在电子产品制作的全流程中，教师作为“旁观者”，见证学生从电子设计新手到熟练运用的过程，资料检索能力、综合设计能力、动手能力、分析解决问题的能力都得到相应提高，更重要的是，学生通过实训对电子设计产生浓厚兴趣，对学生后续的学习、工作等方面起到积极作用。