国际工程教育背景下电子工艺教学改进建议
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作者:程桂仙 方润
摘 要：具备国际竞争力的工程技术人才是国家工业化进步的源动力，电子信息产业水平是国家工业化国际竞争力的核心，电子工艺作为电子信息科学科学与技术专业人才培养的重要课程，目前存在扼制学生的实践能力和创新能力的突出问题。本文旨在探索电子工艺课程的工程化教育教学创新模式，采用将软件与硬件相结合，理论与工程实践相结合的教学理念，将电子信息科学与技术专业所学的基础课程与电子工艺教学相结合，通过对完整电路系统的方案设计、电路板绘制、电路的焊接与调试等一系列工程实践过程，帮助学生掌握电子制作的基本过程，以期大力提高学生的工程实践和管理能力，锤炼创新性思维。
关键词：电子工艺;工程教育;电子信息
中图分类号：G642 文献标识码：A
信息是世界万物之间沟通的载体，信息的采集、处理、传输、存储都以电子信息科学技术为基础。经过几十年的发展，我国的电子信息产业已经得到了长足发展，其已被广泛应用于国防、工业、医疗、交通、物流、零售等各领域，使得人们日常的生产与生活带来了巨大的改善。
但是，我国电子信息产业起步晚，发展时间较短，国内的电子信息产业尚未达到世界先进水平，[1]加之，我国的电子信息产业发展具有不平衡性，具体表现在我国的整机水平已经达到世界之最，但是半导体等基础领域却非常薄弱。为支撑我国电子信息产业的深度变革，打造我国电子信息产业的国际制高点，各高校应在电子信息科学与技术专业的人才培养中，着重培养学生的专业知识、工程实践技能及创新能力，从而推動我国电子信息产业不断前进。
一、国际工程教育背景
具备国际竞争力的工程技术人才是国家工业化进步的源动力，也是国家持续发展和提升国际竞争力的有利保证。[2]目前，我国已提出“中国制造2025”计划，显著突出了工程教育的重要性。此外，为提高高校的工程教育水平，相继推出了“卓越工程师教育培养计划”和“国际工程教育专业认证”措施，以期和国际先进对标，培养具备国际工程视野的创新人才，支撑我国工业化水平的跨越发展。
（一）“中国制造2025”
2015年，我国提出了“中国制造2025”行动纲领。它基于我国的基本国情，着眼于提升国家的综合国力和世界竞争力，面向制造业的各个领域，制定了一系列方针、政策。[3]
目前，制造业的数字化、网络化、智能化发展，离不开电子信息产业的支持，制造业的发展可以反哺电子信息产业。因此，将电子信息产业与制造业的相互融合，可以促进二者更好的发展。任何领域竞争的核心都在于人才，为培养具备国际视野的优秀工程技术人员，我国高校责无旁贷。
（二）卓越工程师教育培养计划
2010年6月，教育部在天津启动“卓越工程师教育培养计划”，该计划是我国《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020）》组织实施的一个重大项目，旨在培养一大批卓越工程技术人才，最终实现我国工业化进步以及国际竞争力的提升。[4]
该计划明确了高校深入开展工程教育的重要性，并为高校工程人才培养提出了明确的路线图。
（三）国际工程教育专业认证
2016年我国加入《华盛顿协议》，正式开启我国工程教育专业认证之路，[5-6]该协议承认签约国所认证的普通高等学校本科工程专业的培养方案具有同等有效性，任一合约国所认证的毕业生都已经达到从事工程师职业的学术要求和基本质量标准。[7]2017年，中国工程教育专业认证协会修订了《工程教育认证标准》，该标准适用于全国普通高等学校本科工程教育认证，包含通用标准和专业补充标准两方面内容。从学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件七个方面制定了相应的标准，使得学生在毕业5年后能够达到职业与专业的总体描述。[8]
国际工程教育专业认证非常注重培养学生的工程实践能力和专业素养，要求学生具有能够设计并解决复杂工程的能力。我国各项事业发展已步入到前所未有的深水区，而科学技术仍然是发展的第一生产力。为推动中国这个巨大的经济体不断进步，实现中华民族伟大复兴的中国梦，国家工业化的不断进步是根本保障，这对我国的高等教育事业变革提出了迫切地需求。为提升我国高校工程教育人才的培养能力，将基础理论、工程实践及国际视野有机结合，走出具备中国特色的工程化教育路线，将是一个具备广泛前景的措施。
二、当前电子工艺课程教学开展状况
电子工艺[9-10]作为电子信息科学科学与技术专业人才培养的核心课程，需要将理论知识与实践相结合，它起源于上个世纪90年代，主要介绍电子工艺制作的基本过程。
当前，各高校在本门课程的教学过程中存在着一些扼制学生实践能力及创新能力的弊端。例如在教学中通常制作一些固定的电子产品：如万用表、收音机等。在课程中，学生只是按照预先给定的电路图纸，将元器件按照进行简单组装，并进行焊接及测试。[11]这种教学模式忽略了学生的主观能动性，学生未深入参与完整的电子工艺生产过程，例如电路原理图的设计、印制电路板（PCB）的绘制等关键工艺流程，使得学生的学习积极性大幅下降，造成大部分学生存在只为拿学分而完成任务的错误想法，并且在课程结束后也未能明显提高学科知识及工程实践能力。
随着国际电子工艺水平的不断进步，为避免课程教学远与工业发展相脱节，电子工艺课程的教学内容应动态修编，以及培养出具备国际工程竞争能力的优秀人才。
三、工程教育与电子工艺教学课程的融合
2010年8月，教育部电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会推出的《高等学校电子信息科学与工程类本科专业指导性专业规划（试行）》[12]中对于电子信息科学与技术本科专业实践教学内容部分的相关指导，电子工艺训练成为电子科学技术类专业本科教学的重要关注点。 基于以上，本文将工程教育的标准融合至电子工艺课程，通过将软件与硬件相结合、理论与工程实践相结合的理念，在巩固学生已有的专业知识的同时培养学生成为电子工程师的综合素养。通过这一课程的教学，使学生全面了解电子生产，增强学生对电子工程师职业的了解明确未来的职业规划，培养学生的工程素养。
下面将详细介绍国际工程教育背景下电子工艺课程教学的创新体系，它涵盖电路图纸的设计至最终实际电路的各个环节。
首先要求学生通过融合模拟电子技术、通信电子线路等基础学科的理论知识并查阅资料，设计出具有完整功能的电路系统;第二步，通过电路板绘制软件进行电路版图绘制;第三步，对加工后的电路板进行焊接与调试，并通过测试结果对第一步中设计的电路进行改进。经过这门课程的学习，使学生通过简易的生产实践，了解电子生产中的基本过程，掌握电子制作工艺的相关知识，并从中培养学生的解决工程实践问题的能力、创新性思维、项目管理经验和其他的电子工程师素养。通常可以选择学生比较感兴趣且常用的一些具体电路如稳压电源电路、功率放大器、鉴频器等电路的设计，并且通过加入单片机或者可编程逻辑控制器来实现智能调节和控制。下面详细介绍电子工艺教学的基本内容：
（一）电路方案设计
发挥学生的主观能动性，要求学生综合应用所学的基础理论知识设计一个相对完整的工程电路系统。近年来，随着计算机技术的不断进步，电子设计自动化（EDA）逐渐成为了工业设计中的重要部分，能够帮助工程师提高设计的成功率并有效节约生产成本和时间。在教学过程中引入EDA软件进行辅助教学，丰富了学生的学习形式，激发了学生的学习热情，掌握了相关的仿真软件，对学生日后参加工作有一定的帮助。因此，在方案设计中，学生可借助Proteus、SPICE、Multisim 等EDA软件对设计电路进行仿真，從而增大实验的成功性。
（二）绘制印制电路板
根据（一）中设计的电路方案，就可以进入原理图和印制电路板的绘制。Altium Designer是最常用的PCB绘制软件，它是由Altium公司设计开发的一款基于Windows操作系统并具有强大功能的PCB设计软件，它的前身是Protel。
PCB用于实现电路中电子元器件之间的电气连接，同时还起到固定、支撑元器件的作用。实际中，元件通过其封装中的焊盘固定在PCB上，所以在PCB排版前需要要绘制所有元件的封装。由于Altium Designer通常只提供常用电子元件的原理图和其对应的封装，而某些元器件则找不到其对应的原理图和其相应的PCB封装，在这种情况下就需要手动绘制原理图和其相应的PCB封装。在布局布线中，首先按照信号或者电流的走向将主要芯片排好，附属于主芯片的元件应紧凑、有序的排在主芯片周围;此外，PCB布局时要注意按照信号的走向。当PCB布局完成时可生成元件清单，然后根据元件清单采购元件。
（三）电路安装与调试
此部分内容需要学生能够识别并检测基本的电子元器件，并掌握常用仪器如：万用表、信号源、直流稳压电源、示波器等仪器的正确使用方法。
将购买的元件手动焊接在加工完的PCB板的对应位置上，将该元件通过焊盘接入PCB上的电路中，焊接过程中要注意不要出现虚焊或者短路的问题。焊接完成之后，就可以对电路进行调试。调试过程中要注意按照实验操作规范以及仪表仪器的使用步骤，进行详细调试。根据调试过程中发现的问题，可对（一）中原始设计电路进行改善。由于每个学生设计的电路会有不同，并且在调试过程中也会遇到不同的问题，教学过程中可以通过采用引导的方式，让学生自己解决遇到的问题，从而提高他们解决问题的能力和动手能力。
四、 结语
随着国家工业化水平的不断进步，电子信息产业作为国家国际竞争力的核心领域，对各高校工程教育的开展提出了重大挑战。通过将“中国制造2025”、“卓越工程师教育培养计划”及“国际工程教育专业认证”的指导思想及认证体系融入到电子工艺这门课程中，本文创新性地将基础理论、工程实践及国际视野有机结合，以期能够培养出具备国际事业的优秀电子工程师。
参考文献：
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[8]中国工程教育专业认证协会.工程教育认证标准.http：//www.ceeaa.org.cn/main！newsList4Top.w？menuID=01010702，2017-11.
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[11]刘太刚，韩琳.电子工艺实习的现状与对策研究[J].河南机电高等专科学校学报，2013（4）：78-79.
[12]教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员.高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）[M].北京：高等教育出版社，2010：6-12.
项目信息：1.贵州省科技厅，省科技合作计划，“汽车电动助力转向器的研究”，黔科合LH字[2014]7049号;2.贵州省科技厅，省科技合作计划，车联网信息传输技术关键理论问题的研究”，黔科合LH字[2016]7223号
作者简介：程桂仙（1986-），女，山西平遥人，博士，讲师，研究方向：射频技术、携能通信、载波索引调制;方润（1985-），男，贵州大方人，硕士，讲师，研究方向：集成电路、汽车电子智能控制。
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