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摘要：卓越工程师人才培养是提升我国工业化核心竞争力的关键，是双一流研究型大学肩负的历史使命。为此，电子科技大学提出了开展2017研究型教学改革与创新的综合教学改革计划，而教学模式的改革是关键。本文以我校应用化学系卓越工程师实验班核心课程“印制电路原理和工艺”为例，对卓越工程师创新人才培养目标导向下的印制电路本科课程的教学新模式进行探索。基于启发式、研讨式、探究式等研究型教学方法改革，认为卓越工程师创新人才培养应从以下三个方面着手：首先课程教学内容与时俱进，紧跟PCB领域的国际研究前沿与最新成果；其次建立新的课程综合考评体系，加强工程实践能力、创新能力的考查。
关键词：印制电路；培养模式；卓越工程师培养计划；课程建设
本文引用格式：杨文君,等.卓越工程师创新人才培养导向下教学新模式探索——以我校应用化学系卓越工程师实验班课程“印制电路原理和工艺”为例[J].教育现代化,2019,6(70):36-39.
一 引言
“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?”——“钱学森之问”发人深省。国家“十三五”规划纲要中明确提出“创新驱动”发展战略。而人才的培养问题是创新驱动发展的关键。教育部推出卓越工程师培养计划[1]，主要目的在于通过在试点高校及专业实施卓越计划，摸索建立具有中国特色的工程教育模式。我校作为研究型大学，承载着为中国乃至世界PCB工业发展提供人才和智力支撑的新责任和新使命，面对“一带一路”等国家战略要求，如何培养出能够引领未来PCB技术和产业发展的化学与电子的复合人才是高校、PCB行业协会人才培养关注的热点。PCB(Printed Circuit Board)，中文名为印制电路板,也叫印刷线路板，它是电子元器件电气连接的提供者，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的1/4以上，2018年产业规模达630亿美元。现在全球的PCB绝大多数在亚洲生产。中国大陆从2006年就超过日本成为世界第一大制造大国，2014年我们国家已经占到全球的44.9%，2016年中国大陆占的全球产值的50%，2018年全球产值在630亿美金，中国大陆产值在330亿美金，占比达到52%，中国内地占52.4%、中国台湾12.6%、韩国10.5%、日本8.7%。亚洲这四个国家/地区的PCB占全球比例的83.7%。但需要指出的是，中国大陆是第一大PCB产值国，而不是PCB技术强国，因为中国大陆做的绝大多数PCB产品是中低端的，绝大部分的高附加值高端PCB技术都被欧美日本韩国等国垄断了，因此还需要高校教育界、产业界继续努力。
为此，高校人才培养必须打破现有灌输式的教学模式，通过培养创新型卓越工程师人才来支撑我国PCB工业创新驱动发展的战略。结合电子技术、材料与化学技术培养综合性印制电路高科技人才是我校应用化学本科专业的特色，在印制电路课程设置、综合实验、科研创新、综合工程能力素养培养以及国际视野培养等方面实施一系列的特色培养举措，以实际行动回答“钱学森之问”。培养学生的原创精神、创新思维和工程实践能力是卓越工程师人才培养的重点，主要在于深化启发式、研讨式、探究式教育教学改革是培养引领未来技术和产业发展的人才引擎，也是卓越工程师人才培养的保障。面对世界“新科技革命”和“新工业革命”竞争态势，在复杂的电子技术与化学相结合的卓越工程师人才培养体系的构建中，印制电路课程教学新模式的探索和实践是我校教育工作者面临的新要求和新挑战，也是在我校本专业教育教学改革的过程中亟待解决的问题。
二印制电路原理和工艺教学现状及存在问题
传统印制电路原理和工艺教学采用经典的教材，但近年来伴随着印制电路技术工艺的发展，新产品的涌现，生产企业需要新的设备、新的工艺技术和新的材料投入到生产中。因此，课程内容与卓越工程人才面向国际前沿的培养目标存在差距，传统教学内容更谈不上引领未来技术和产业发展创新人才的培养。要培养卓越工程师人才，需要不断加强教材建设与科研训练。课堂教学需要与时俱进，需要整体把握当前印制电路面临的历史性机遇与挑战，把PCB全加成法制造工艺中的最新研究进展融入课堂教学与课程体系建设中。印制电路是横跨信息电子与新材料两大国家战略性新兴产业，属于朝阳性产业，在卓越工程师人才培养中无先例可寻，需要打破传统的老师单向灌输、学生被动接受的课题教学局面，在本专业人才培养体系中逐步建立并完善“材料”、“化学”与“电子”相结合的启发式、研讨式、探究式人才培养模式，激发学生自觉主动地学习新知识的热情和对作为未来印制电路历史性变革时代的参与及见证者的美好憧憬。教师需以基本材料、线路设计、线路制作、三废处理、曝光、显影、腐蚀等相关领域的最新研究进展为媒介，并结合当前各种工艺流程中所面临的技术瓶颈为依托，在教学中，以“引领性”为原则,开阔学生国际视野，拓宽学生知识面，弘扬原创精神，提升工程专业的素养和科学的思维方式，使学生的创新思维和工程实践能力得以提高，着力培养卓越工程师人才。实际上，人才培养的模式变革不仅仅体现在教学内容上，还与考核评价体系息息相关，传统印制电路考核评价标准，学生可以通过考前临时突击，靠死记硬背并不能如实反映学生对知识的举一反三解决工程实践中的问题，更不能体现学生遇到工程实践难题时的创新思维和创新能力方面的水平，有些甚至知其然而不知其所以然。在本科教学改革中，通过对某一课程的学习，获得了应用所学知识来解决生产、科研实践中问题的工程能力，这将使得学生受益一生。因此，考核评价体系应当扭转传统的依靠死记硬背的机械式考试方法，建立兼顾能应用所学知识解决工程实践的难题能力、课堂参与讨论和互动、动手能力、发现问题分析问题解决问题能力等考评方法。扭转学生重理论知识的学习，忽略动手能力锻炼，对PCB制备工艺畏难情绪等负面情况。
三 印制电路课程概述
（一）课程的性质和任务
《印制电路原理和工艺》是应用化学专业的一门专业核心课，主要论述印制电路板的制造技术。印制电路制造技术与化学技术密切相关，它通过化学方法揭示印制电路工艺及工艺过程中相关的化学原理，论述不同类型印制电路板工艺过程及相应特点，其目的主要是加深印制电路板中相关的化学变化及一些过程的基本规律的认识，并逐步培养起在生产和科研中运用的能力。其任务是使学生了解掌握目前PCB制造前沿技术的基础知识与基本原理，使学生树立创新思维意识和客观看待PCB制程的先进性及其局限性，带有批判性学习PCB制程知识，引领学生从非等同性沉积铜，HDI盲孔填铜添加剂的协同技术、催化技术、新型界面化学选择性催化技术及定向腐蚀等多个角度，全面了解PCB制程的前沿技术和研究进展，了解其技术瓶颈，开阔学生的科技与产业视野，建立印制电路由减成法制程向加成法制程转变的概念，激发学生自觉主动地学习新知识的热情和对作为未来印制电路历史性变革时代的参与及见证者的美好期待，使学生具有初步的工程实践能力，能把所学到的PCB制程前沿技术运用到科研与生产实践中，培养卓越工程师人才，支撑我国印制电路工业创新驱动发展战略提供人才保障。
（二）课程的教学内容
印制电路课程涵盖理论和实验两部分，分别为《印制电路原理和工艺》和《综合实验课--双面印制电路板制作》，开课均安排在第三学年第1学期。《印制电路原理和工艺》是我校应用化学系专业必修课，48学时，教学内容涵盖基板材料、印制板的设计和布线、照相制版和图形转移、刻蚀和焊接技术、电镀技术和化学镀、孔金属化技术、HDI板和多层板的制作技术、印制电路板制备所产生的工业三废的控制、无铅化焊接技术、印制电路技术现状与发展趋势等部分[4]。《综合实验课》是专业实验课程，20学时，实验训练项目需要学生独立完成一块双面板的制程，其实验内容主要包括：菲林片的制作技术，PCB布线设计、拼版、电磁干扰等相关软件的学习、孔的清洗和孔金属化技术、图形转移技术、精细线路制作、电路板表面防护涂覆技术及字符层制作等实验内容。
四印制电路课程课堂教学模式改革思路与探索
基于启发式、研讨式、探究式等研究型教学方法改革，通过课堂教学及综合实验教学培养学生工程实践能力和工程创新能力。卓越工程师创新人才培养教学模式的改革应从以下三个方面着手：（1）课堂教学与科研及生产环节相互融合与支撑，摒弃传统填鸭式单向灌输方法，探索案例式教学等新的互动学习方法，在解决生产实际问题的思路中获取知识；（2）课程教学内容与时俱进，紧跟PCB领域的国际研究前沿与最新成果；（3）建立新的课程综合考评体系，加强工程实践能力、创新能力的考查。基于我国是第一大PCB产值国，而不是PCB技术强国的现状及印制电路领域的高技术人才匮乏困境，通过分析PCB传统教学存在的问题，可以尝试从以下几个方面进行教学改革。
（一）课程教学内容与时俱进，紧跟PCB领域的国际研究前沿与最新成果
通过设置前沿PCB加成法制程原理与工艺内容，力图使学生体会到印制电路领域处于伟大历史变革时期的前沿技术和科研创新的魅力，激发学生的创新精神，调动学生未来从事高端PCB制程科研与生产的积极性，切身体会前沿技术的高效和清洁特征，并切实掌握PCB前沿技术的制程工艺技能，为将来将该技术运用到科研与生产实践奠定坚实的基础。以国际学术前沿研究立体线路加成法制程工艺特点为例：如立体线路制作的工艺过程是使用激光按电路图形激活涂覆在印制电路板上的光敏物质，激活过的区域具有化学催化性能，然后通过化学镀铜达到所需的不规则立体线路，其流程如图2所示，通过图示方法强化学生对其基本原理及过程的感性认识。同时，还可以通过启发式教学模式引导学生化学镀铜需要掌握的知识及目前国际电化学领域的最新研究成果，通过互动的教学模式，对喷墨打印技术的加成法与传统的曝光显影蚀刻的减成法制程做对比研究，其流程如图3所示，引导学生对加成法与减成法的优缺点的讨论及加成法目前未能大规模化应用的技术瓶颈所在，并通过目前技术研发的可行性分析来激发学生的创新精神和未来从事高端PCB制程科研的积极性。
因此，本课程的教学环节设置必须具有一定的创新性。为了调动学生主动学习的热情更好地培养学生的创新工程能力，对课程授课环节的教学方式在以下几个方面进行改革和探索：（1）PCB前沿技术的内容设置。选择非等同性电镀催化机制、蚀刻的选择性腐蚀、喷墨打印技术的固化与导电率的影响、化学镀的活化等前沿工业制程技术，设置合适的授课内容，与传统减成法制程对比，加深对减成法制程技术的理解和掌握，并对加成法制程产生浓厚的兴趣，激发学生的创新精神和未来从事高端PCB制程科研的积极性。（2）分组讨论制程优劣点及技术瓶颈，加强PCB教学内容以及组内进行对比和讨论。对学生进行工艺制程讨论分组，可以按照以下几部分进行分工，包括：新技术、新制程与传统技术及制程对比，工艺参数优化如曝光、显影、蚀刻制程中的催化剂、时间、温度等优化方法，从而可以更好地体会PCB现状及其未来发展的趋势，感知PCB技术的促进作用和独特魅力，同时增强学生的主动性积极性和创造性，培养学生基本的科研素养。（3）引入微课，提高课前的预习效果[5]。课前预习和准备变得生动、有趣，可将新的反应技术、原理等通过图示的方式操作制成视频，从而增强学生对课前预习的主动性，提高学生参与课题互动的主动性。
（二）建立新的课程综合考评体系，加强工程实践能力、创新能力的考查
传统的印制电路课程考核和成绩评定方法最根本的缺陷就是重结果轻过程、重知识轻能力,忽视学生的工程素质教育和能力的提高,不利于创新精神和卓越工程师人才的培养。因此，教学新模式探索也要采用与之相匹配的行之有效的考核评定模式。采用科学的考核方式，引导学生主动参与学习的过程，适应新的工程能力培养教学模式，从而达到教学改革的目标。印制电路课程综合考评体系，需要加强工程实践能力、创新能力的考查，需要摒弃期末考试这一传统的卷面成绩考核方法，综合考核内容可以包括：学生出勤率、课堂讨论、互动、热点科技问题的创新性分析思维，工程实践的动手能力、印制电路前沿书籍及科研文献阅读、撰写读书、实验报告、课程内容与科研及生产环节相互融合与支撑的环节及其知识点等诸多环节的综合考评新体系，减轻考勤、卷面测评占分比重。以创新工程能力为考评导向，贯穿整个学习互动环节的考评体系。扭转传统的教学模式中学生重视理论知识轻视实践能力的心理，减轻对PCB制作工艺制程产生的畏难情绪。从而建立兼顾学以致用、解决工程实践的难题能力、课堂参与讨论和互动、实验操作与动手能力、具有原创精神、具备发现问题分析问题解决问题能力等的新的考评方法。
五 结语
高等教育承载着为中国乃至世界PCB工业发展提供人才和智力支撑的新责任和新使命，“一带一路”等国家战略要求，需要培养出一大批高素质创新型印制电路工程科技人才，使中国从PCB制造大国向PCB强国迈进。以电子科技大学开展的2017研究型教学改革与创新的综合教学改革计划为契机，修订印制电路系列课程教学大纲，编写课程教学内容与时俱进，紧跟PCB领域的国际研究前沿与最新成果，精炼实验教学内容，采用启发式、研讨式、探究式等研究型教学方法调动学生学习印制电路热情和创新意识。通过课堂教学与科研及生产环节融为一体的教学模式，摒弃传统填鸭式单向灌输方法，探索案例式教学等新的互动学习方法，在解决生产实际问题的思路中获取知识，从而在本科教学中，拓宽学生知识面，激发创新热情，以“引领性”为原则，拓宽学生国际视野，弘扬原创精神的弘扬，强化工程专业的素养和科学的思维方式，提高学生的创新思维和工程实践能力，为未来占据印制电路高端制造技术制高点储备卓越科技工程人才。
参考文献
[1]林文松.“卓越工程师培养计划”下的工程材料课程建设[J].大学教育，2013(6):139-140.
[2]张怀武，何为,等.现代印制电路原理与工艺[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3]钱宇光.试论高效拔尖创新人才培养的模式[J].继续教育研究,2016,(9):121-123.
[4]陶志华，王守绪，杨文君等.印制电路工程专业卓越工程师培养探索[J].科技创新导报,2014,(10):189-199.
[5]赵忠奎.拔尖创新人才培养导向下教学新模式探索[J].教育教学论坛，2017,(39):106-109.
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