張 瑩，王正峰

（燕山大學(xué)工程訓(xùn)練中心，河北 秦皇島 066004）

1 背景

工程教育認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)，是針對高等教育工程類專業(yè)開展的一種合格評價(jià)[1-2]。

在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的框架下，要不斷改進(jìn)并促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新、完善實(shí)習(xí)基地建設(shè)，切實(shí)提高工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。這兩點(diǎn)要求中都離不開實(shí)踐。在工程教育認(rèn)證中，實(shí)踐教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，與理論教學(xué)相比，實(shí)踐教學(xué)為學(xué)生提供了與社會(huì)接軌的橋梁，通過讓學(xué)生運(yùn)用工具，結(jié)合理論完成指定任務(wù)，從而將理論知識轉(zhuǎn)化為個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生獲得操作技能、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新能力，強(qiáng)化了對專業(yè)理論知識的理解，提高了解決實(shí)際問題的能力。

2 課程改革意義

電子工藝實(shí)習(xí)作為工科生必不可少的電子類實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取實(shí)踐知識和經(jīng)驗(yàn)的一門重要課程，為滿足工程教育認(rèn)證要求，對電子工藝實(shí)習(xí)課程的教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容也需不斷改進(jìn)與更新。諸多高校中，充電器、收音機(jī)是這門課程的一個(gè)標(biāo)志性項(xiàng)目，使用SMT技術(shù)和焊接技術(shù)完成這兩種電子產(chǎn)品的焊接與調(diào)試，多年實(shí)踐下來，這類內(nèi)容已不能適應(yīng)目前培養(yǎng)目標(biāo)的需求。電子工藝實(shí)習(xí)是通過一個(gè)完整項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程，使學(xué)生清楚電子產(chǎn)品從需求、設(shè)計(jì)、仿真、印刷電路板、焊接、組裝、調(diào)試、驗(yàn)收這一套完整的工作順序。

3 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)內(nèi)容打消同學(xué)們的積極性，個(gè)性化的學(xué)生和統(tǒng)一化的課程內(nèi)容使學(xué)生感覺乏味，因此如何引導(dǎo)學(xué)生興趣設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容是體現(xiàn)課程好壞的重中之重。課程在電路設(shè)計(jì)上采用“主電路+附加電路”的模式，即一個(gè)具有指定功能和多個(gè)通用功能的電路，學(xué)生可自由組合進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、電路仿真、焊接以及調(diào)試。

3.1 注重基礎(chǔ)──手動(dòng)焊接

電子工藝實(shí)習(xí)課程的一個(gè)必要過程就是手工焊接，練習(xí)焊接時(shí)，學(xué)生應(yīng)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(diǎn)要求具有良好的電氣性能，較高的機(jī)械強(qiáng)度，焊料適中，焊點(diǎn)表面光亮均勻，焊點(diǎn)無毛刺、空隙，焊點(diǎn)表面清潔。在此基礎(chǔ)上，考慮成品整體性能，還要求學(xué)生做到用焊點(diǎn)代替導(dǎo)線，達(dá)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(jìn)行設(shè)計(jì)

學(xué)生通常在第3、4學(xué)期進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等相關(guān)課程，但此時(shí)還缺乏綜合應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。因此，課程內(nèi)容從電類基礎(chǔ)課理論出發(fā)，列出眾多電路功能需求，學(xué)生根據(jù)自己能力及興趣選擇想要完成的電路，綜合利用學(xué)過的知識完成相關(guān)的電路設(shè)計(jì)，教師做適當(dāng)提示及幫助，遇到問題鼓勵(lì)學(xué)生通過查找資料、互相討論來解決，給予學(xué)生足夠的自主空間，以此激發(fā)學(xué)生對電子設(shè)計(jì)的興趣。學(xué)生根據(jù)自己選擇的電路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過可行性分析及仿真后，實(shí)驗(yàn)室提供元件支持。

主電路設(shè)計(jì)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(jìn)行備選，學(xué)生在開課前兩周進(jìn)行項(xiàng)目選擇，留出時(shí)間教師準(zhǔn)備元器件。主電路的設(shè)計(jì)基于555定時(shí)器、濾波器、譯碼器、多諧振蕩器等原理。附加電路中，有方波發(fā)生器、數(shù)字邏輯筆、短路測試儀等功能備選，設(shè)計(jì)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(shù)字邏輯筆就是數(shù)字電平的檢測（圖1，P215），使用反相器也可實(shí)現(xiàn)，在輸入端接一個(gè)信號發(fā)生器，產(chǎn)生方波，不斷輸出高低電平，如輸入一個(gè)低電平信號，則LED2亮起，相反在pin端輸入一個(gè)高電平信號，則LED1亮起，依靠兩個(gè)LED亮的狀態(tài)可以判斷輸入電平的高低。方波發(fā)生電路可使用 RC振蕩器原理來實(shí)現(xiàn)，這一知識點(diǎn)在電路原理中學(xué)生有學(xué)習(xí)。這里選擇反相器來實(shí)現(xiàn)，在某一個(gè)時(shí)刻，反相器1的輸入端為高電平，則1的輸出端為低電平，經(jīng)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?yōu)榈碗娖?，一旦低?0%VCC就會(huì)使非門翻轉(zhuǎn)，此時(shí)反相器1與2中間為高電平，經(jīng)反相器2反相后向電容反向充電，達(dá)到條件之后再次翻轉(zhuǎn)，因此輸出端就會(huì)形成高低電平變化，周而復(fù)始形成振蕩。利用電阻與電容組成正反饋，添加補(bǔ)償調(diào)節(jié)電阻，用于在電源電壓變化時(shí)穩(wěn)定頻率。以上兩個(gè)電路均用到了反相器，則可使用CD4069的六路反相器芯片實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電路功能。

圖1 數(shù)字邏輯電路仿真圖

3.3 仿真驗(yàn)證

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

3.4 排兵布陣，優(yōu)化全局

出于實(shí)驗(yàn)室安全及工業(yè)要求的考慮，在實(shí)驗(yàn)室條件下要完成實(shí)際電路板印刷比較難于實(shí)現(xiàn)，因此采用手動(dòng)繪制布線圖的方式來代替電腦繪圖，不僅能使學(xué)生了解元件排版、布線，還鍛煉了學(xué)生的空間想象力、產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體布局能力。

4 考核及評價(jià)方式

4.1 基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)及測試

電子工藝實(shí)習(xí)涉及手工焊接技術(shù)、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(chǔ)知識，實(shí)習(xí)開始前，學(xué)生可通過線上平臺發(fā)布的微課進(jìn)行學(xué)習(xí)，來到實(shí)訓(xùn)場地待老師進(jìn)行實(shí)物演示后，當(dāng)堂進(jìn)行理論測試，作為理論分?jǐn)?shù)。

4.2 實(shí)踐考核

在這一環(huán)節(jié)中，根據(jù)學(xué)生自行設(shè)計(jì)的電路和焊接的成品，考核是否可以一次實(shí)現(xiàn)電路所有功能，對于不能一次完成制作的產(chǎn)品，考核能否獨(dú)立完成電路排錯(cuò)。打分采用彈性考核方式，這個(gè)彈性主要體現(xiàn)在學(xué)生的創(chuàng)新以及電路特色方面，其他考核點(diǎn)有焊點(diǎn)、仿真、布局、功能調(diào)試以及數(shù)據(jù)分析。

4.3 答辯及報(bào)告考核

實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要體現(xiàn)電路的總體思路，有所用元件及設(shè)備的使用描述，總結(jié)里有在實(shí)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題和解決方式、辦法，并且要將仿真圖、原理圖、接線圖、實(shí)物圖附在報(bào)告中。實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，教師組織學(xué)生以演講、答辯的方式進(jìn)行交流總結(jié)，同時(shí)，教師會(huì)根據(jù)學(xué)生在整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程中的表現(xiàn)綜合打分。

5 結(jié)語

從需求出發(fā)，所選項(xiàng)目貼近生活，趣味性強(qiáng)，知識應(yīng)用綜合強(qiáng)，達(dá)成方法多樣性。學(xué)生選擇的電路多數(shù)會(huì)從自身需求出發(fā)，成品服務(wù)于后續(xù)的課程設(shè)計(jì)或大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目。實(shí)訓(xùn)過程中引導(dǎo)學(xué)生自主思維，完成電路設(shè)計(jì)、仿真，在電子產(chǎn)品制作的全流程中，教師作為“旁觀者”，見證學(xué)生從電子設(shè)計(jì)新手到熟練運(yùn)用的過程，資料檢索能力、綜合設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、分析解決問題的能力都得到相應(yīng)提高，更重要的是，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)對電子設(shè)計(jì)產(chǎn)生濃厚興趣，對學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)、工作等方面起到積極作用。