电子工艺实习改革的实践探索——以西北农林科技大学为例

王东

（西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌712100）

自2017年起，教育部积极推进新工科建设，先后发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的“中国模式”“中国经验”，助力高等教育强国建设［1］。在此背景下，国内高校也启动了新一轮的工程教育改革［2］，旨在从根本上对工程教育进行一次系统性反思和变革［3］。“新工科”战略的提出，对高等教育中工程技术和应用创新型人才的培养提出了更高要求，而高等工程教育改革则是点燃创新驱动的新引擎［4］。电子工艺实习作为绝大部分新工科专业的基础和核心实践课程，如何顺应社会发展与时代变化进行改革创新，实现对大学生创新内驱力的激发，值得深入探讨。本文以西北农林科技大学十年来电子工艺实习的改革实践为例，借此为西部地区高校及农林院校等弱势工程类专业的发展改革提供经验与支撑［5］。

一、高校电子工艺实习概况及存在问题

电子工艺实习几乎涉及所有的新工科专业，既是大学生学习基本技能和工艺知识的入门向导，又是创新实践的启蒙课，具有较强的工程实践性、应用性和先进性，其发展极具时代性和创新性［6］。从基本元件认知到高水平创新实践，电子工艺实习满足了大学生理论学习和技能实践的多种需求，极大地节省了教学时间和经济成本；同时，电子工艺实习还为大学生课程设计、毕业设计和创新实践等提供了有利支撑，在高校人才培养环节的创新驱动作用日益突出。但在国内很多高校尤其是西部地区或农林类等工程类专业发展相对弱势的高校，电子工艺实习还面临着很多挑战并存在一些普遍的问题［7-10］。

（一）教学内容滞后于现代技术发展——实践项目更新迭代缓慢

电子工艺技术发展日新月异且应用广泛，但各高校电子工艺实习的实践项目普遍存在更新迭代缓慢的问题，导致操作技能训练不足，教学实效性受阻。以西北地区为例，即使在一本院校，依然有相当比例的高校在电子工艺实习中，依然采用已濒临淘汰的收音机组装或单片机实验箱等单一模式开展实习教学，实践项目十余年未发生实质改变，电子工艺实训的产品严重滞后于现代电子技术发展水平。

（二）教学知识与实践技能分离——教学系统性不强

电子工艺实习作为一门综合实训课，与模拟电路、数字电路、单片机原理等多门专业课密切相关，是大学生课程设计、毕业设计等诸多环节的基础实践课程，传统的实践训练模式受制于电子产品落后于时代发展，其理论基础、知识体系与专业其他后续课程相关度不高甚至没有任何衔接，导致教学系统性不强，大学生对现代电子技术前沿知之甚少，依旧停留在数年前的理论架构，未能形成理论与实践的协同性。

（三）教学创新的驱动性不足——实习作品单一，自主学习创新受限

传统的实习作品仅能完成简单的电子产品组装和调试，功能单一。大学生在完成基本的技能训练后，仅能掌握简单的电子工艺技术。实习成果往往在实习后即闲置，实用价值不高，学生不能借助电子工艺实习成果实现电子技术应用于实践的目的，导致学生自主创新的热情不高。

二、西北农林科技大学电子工艺实习课程改革的导向

电子信息技术的飞速发展，要求电子工艺实习课程要突破单一的认知和技能训练，聚焦问题，精准发力，不断进行改革创新［11］。西北农林科技大学探索集实践操作能力、工艺设计能力和研究创新能力为一体的综合产品项目，在知识学习、实践技能和创新素养等方面深化改革，在教学理念、内容和保障等方面不断优化，并依托实践教学、自主创新和平台建设三大路径，提升大学生核心工程素养［12］。

（一）与时俱进：现代技术与传统工艺并举，打造实践技能“启蒙课”

教学理念上，西北农林科技大学立足电子科技前沿，针对电子技术更新换代速度快的特点，淘汰传统落后的电子产品，引入先进的科学技术知识。将现代电子技术与传统焊接组装综合考虑，从大二的电子工艺实习开始，指导学生自主制作、调试出“单片机综合开发板”，大学生的课程实验、毕业设计和各类竞赛等均可依托这块实习产品进行拓展实践训练，电子工艺实习要成为名副其实的实践技能启蒙课。

（二）知技融合：实践内容与相关课程衔接，打造专业课程“基础课”

实践内容上，西北农林科技大学注重与模拟电路、数字电路及单片机等控制类课程内容的前后衔接。将多门课程的教学实验需求纳入开发板的功能设计，开发支持所有课程实验的“单片机集成开发板”；结合实习实践，编制《电子工艺实习教程》，鼓励和指导学生开展实践探索，实现随时、随地自主学习；根据电子技术发展和学生实践中出现的问题，对开发板进行多次优化升级和更新换代，在充分考虑学生自主设计空间的基础上，集成温度、光照、红外、电机控制等功能模块，为学生专业学习实践提供了良好的基础。

（三）平台贯通：操作技能与工程素养协同，打造创新能力“素质课”

西北农林科技大学建设了“大学生电子创新实验室”，实施“教师负责，学生自治”的管理模式，面向全体大学生24 小时开放；为大学生提供电子设计的仪器仪表、焊接测试工具、常用元器件和必要的指导；引导学生结合学校农业特色，发挥学科优势，鼓励学生自主创新，开展与农业紧密结合的科研创新活动；“以赛促学”，支持和指导学生积极参加专业相关的高水平学科竞赛，全力提升大学生的核心工程素养。

三、西北农林科技大学电子工艺实习改革创新的着力点

西北农林科技大学肩负着为“智慧农业”输送农业信息技术人才的重要使命，如何依托电子工艺实习的改革实践，全面提升大学生农业信息技术的创新能力，是电子工艺实习改革创新的主要目标。西北农林科技大学机械与电子工程学院顺势而为，改革后的电子工艺实习，以课程体系、实践产品与实现路径为着力点，统筹了多渠道的资源，实现了教学、实践以及创新能力培养的系统耦合，既实现了与后续课程教学系统衔接，又为学生课后实验以及创新竞赛提供了平台，充分调动了大学生自主创新的积极性。

（一）课程体系创新

团队构建了面向信息化发展的电子工艺实习课程体系——“现代技术与传统工艺并举”“实践内容与专业课程衔接”和“操作技能与工程素养协同”。根据电子信息技术发展迅速的特点以及国家信息化战略对人才培养的实际需求，注重培养大学生核心工程素养，在锻炼学生传统的实训技能基础上，敢于更新和淘汰落后的电子工艺实习模式；注重人才培养的系统性，在实习作品的功能设计方面，与后续多门课程衔接，集便携灵活、功能齐全、自主学习为一体，为培养新工科复合型人才打下了坚实的基础。

（二）实践产品创新

团队指导并带领学生自主开发、升级了3 代便携式单片机综合开发板并投入实践教学使用（图1-图3）。十年来，以团队教师为核心，指导学生骨干大胆创新实践，开发的V1.0 最小系统单片机开发板，尺寸仅为7cm×6cm，可作为控制核心，用于学生自主设计电路；升级的V2.0 非独立电路集成开发板，不仅提升了焊接训练量，还集成了相关课程的所有实验内容；V3.0 独立电路集成开发板，在拓展了单片机功能模块基础上，电路采用独立设计方案，支持学生自行定义处理器接口功能，极大推动了学生的自主创新。

图1 第1 代单片机核心板

图2 第2 代非独立开发板

图3 第3 代独立开发板（可自由编程）

（三）实现路径创新

团队拓展了“实践教学、自主创新和平台建设”三大实现路径，在实践中训练操作技能，在作品应用中推动自主创新，在平台保障中竞赛锤炼。电子工艺实习模式的革新，为鼓励学生持续学习、自主学习和以赛促学的专业热情，在学校的大力支持下，创建并发展了大学生电子创新开放实验室，根据学生的研究课题和各类学科竞赛活动需求，提供场地、仪器、元器件和指导教师等，使得电子工艺实习的课程价值无限延伸，为学生发展成长提供更多支持和保证。以机械与电子工程学院的电子信息专业为例，作为农林院校的弱势学科，在电子工艺实习改革实践中，高水平项目数量陡增、学科竞赛成绩斐然，如学生参加“全国大学生电子设计竞赛”“挑战杯”等各类高水平竞赛的比例从改革前的2.8%提升至改革后的42.0%；省级以上奖励从0 项提高到34 项，其中国家级奖励13 项，位居西部地区农业院校第一，大学生创新能力大幅提升。

四、西北农林科技大学电子工艺实习的实践成果与应用

（一）课程体系建设立足科技前沿，紧跟时代发展

电子工艺实习课程改革，实现了教学、实践以及创新能力培养的系统串联，借助实习作品的推陈出新和更新换代，为后续的专业学习奠定了良好的实践基础；与模拟电路、数字电路、单片机原理等多门专业课教师商讨适用性和功能性更为完备的实习方案；明确了电子工艺实习的知识模块、实践模块和创新素养模块要求，制定了符合电子技术发展水平的人才培养方案，极大提升了专业课程体系的系统性。

（二）多项高水平竞赛成绩喜人，大学生创新素养大幅提升

“大学生电子创新实验室”建成以来，持续承担大学生创新性实验计划项目和本科生毕业设计的硬件开发职能，学生作品质量持续提升；连续培养学生参加“全国大学生电子设计竞赛”“挑战杯”等各类高水平竞赛，获奖人数持续增长；先后组织50 余支队伍参加教育部组织的电子技术类含金量最高赛事——全国大学生电子设计竞赛，获得国家级二等奖2 项，省级一等奖4 项、二等奖2 项、三等奖7 项，使学校在此项赛事上取得了零的突破，大学生的创新素养获得质的提升。

（三）建立了“以学生为主体”的自主实践创新模式，助推人才培养与发展

学校打破了传统电子工艺实习受课时和场地设备的限制，功能强大的“单片机集成开发板”方便大学生随时随地对课上内容进行验证；鼓励大学生参与“单片机开发板”的升级更新，3 代产品均由多名骨干学生参与，如参与研发第一代开发板的A 同学，本科毕业后自主创业，研发的“高精度温度变送器”填补了国内空白，25 岁即被评为所在市“青年科技创新之星”；参与研发第二代开发板的B 同学，毕业后被保送至上海交通大学硕博连读研究生；参与研发第三代开发板的C 同学，获得了多项高水平竞赛成果，现在澳大利亚攻读博士学位。电子工艺实习的模式革新，极大提升了学生的自主实践创新行为，为现代农业输送了一大批兼具专业基础和农业知识的创新人才，学生毕业后服务农业信息技术相关研究人员比例高达70%。

五、结语

经过近10年的改革探索，西北农林科技大学的电子工艺实习已形成一套集实践操作能力、工艺设计能力和研究创新能力为一体的创新人才培养体系。在学校和学院的支持和激励下，电子工艺实习改革不断精进与优化，近五年来，大学生参与国家自然科学基金、“863 计划”项目等省部级以上科研课题62 人次，占在校学生的21%；高水平学术论文、专利及登记软件著作权等成果大幅提升，学生在校期间研制的“苹果霉心病快速无损检测仪”“基于适宜根温区间的水培蔬菜光环境调控系统”等多项发明填补国内空白并在生产实际中推广应用，学生在农业创新中解决问题的能力越来越强，有利助推了“智慧农业”落地生根。

电子工艺实习的改革之路依然任重而道远，只有将社会经济发展、国家战略需求、学校特色发展与人才创新培养充分融合，才能真正激活大学生创新的内在驱动力，将高校弱势学科的短板变为创新实践的利器，实现电子工艺实习在新工科专业中应有的实践性、应用性和先进性价值。