基于OBE 理念的引線鍵合實驗教學改革

李 紅， 石素君， 趙修臣， 劉 穎， 鄭 冰

（北京理工大學材料科學與工程學院，北京100081）

0 引 言

實驗教學是工程技術人才培養的重要教學環節，是培養學生實驗技能、分析問題和解決問題能力、實踐創新能力的主要方式［1］。對于工科類本科專業，加強實驗教學建設與改革，不斷在教學實踐中更新實驗教學理念與思路，是培養適應新時代高水平工程技術人才的基本途徑之一［2］。

近年來各高校不斷加強實踐教學工作，強化實踐育人環節，在實驗教學改革、實驗室建設與學生能力培養等方面進行了大量研究，其中基于學習產出的教育模式（OBE）理念已成為高校教學改革的熱點［3-7］。OBE教育理念強調學生個人的進步和學業成就，要求教師清楚學生應達到的結果，然后設計合適的教學手段使他們達到相應的效果［8］。

在貫徹實施高校深化教育教學改革中，我校電子封裝技術專業結合本專業的特點及培養目標，積極探索將OBE教育理念3大要素［9］“學習目標、教學方法、結果評估”應用到本專業實驗教學中，構建多層次實驗教學模塊，大力改革實踐教學，加強對學生綜合實踐能力的培養［10］。針對引線鍵合技術，從實驗學習目標、實驗教學內容、實驗效果評估3個方面設計引線鍵合實驗教學內容，將OBE理念應用到實驗教學中，進行引線鍵合實驗教學改革，建立提高學生實踐能力的實驗教學新思路。

1 引線鍵合實驗教學改革的意義

在中美經貿摩擦升級以來，我國集成電路產業受制于人的現象日益凸顯，為了保障供應鏈安全和產業安全，集成電路成為國家戰略計劃推動下的一個大產業。《2018—2024年中國半導體行業市場產銷態勢分析及投資發展趨勢報告》指出，到2030年，集成電路產業鏈主要環節達到國際先進水平，IC封裝測試將實現率先突破。引線鍵合技術作為現代集成電路IC封裝測試中的一個關鍵技術，因其具有成本低廉、工藝實現簡易、封裝形式適用性高等優點，在各層次的IC封裝形式中凸顯出愈加重要的地位［11］。我校電子封裝技術專業作為國防緊缺專業，承擔著為國家輸送高素質半導體行業封裝高級技術人才的重任，因此，進行引線鍵合實驗教學改革是我校電子封裝技術專業一項重要的實踐內容。近年來，基于OBE理念的實驗教學改革在各大高校展開，經過對OBE理念的分析，發現傳統的實驗教學仍有不少環節存在著問題。

（1）教學模式固定，實驗室老師做實驗準備，課堂上老師對實驗原理、方法、內容、操作步驟和注意事項等對學生作講解和示范［12-14］，學生進行簡單操作。這樣的實驗課堂，仍舊是以教師為主導，學生被動地學習，不能很好地調動學生的積極性和主動性，不能有效地促進理論教學，學生的動手能力、獨立思考與分析能力目標和知識應用能力目標也沒有得到很好的培養。

（2）學生實驗過程中基本操作內容比重較大，缺乏分析問題、知識應用能力的訓練，實驗教學內容和結構設計不完善，無法激發學生科學研究的積極主動性。

（3）課程評價機制單一，原有的實驗教學中主要以實驗報告和出勤情況決定實驗成績，忽視學生綜合素質的評價，課程考核不夠規范，持續改進不夠完善。

2 基于OBE理念的實驗教學改革與實施

2.1 實驗教學培養目標的確定

在OBE理念的指導下，采用教學目標先于教學內容，所有實驗教學活動都圍繞實驗教學預期目標展開，促進學生積極參與到實驗教學過程中，使學生不再是學習的被動者，而是學習的主體，真正成為實驗教學活動的中心，而教師轉變教育理念，成為學生達成預期學習產出的幫助者、促進者和組織者［15］。因此在OBE教育理念的指導下，提出合理的教學培養目標極其重要。

引線鍵合實驗作為電子封裝技術專業一項重要的大型專業綜合實驗內容，針對傳統實驗教學中存在的問題，結合該實驗具有較強的工藝性特點，調研了該專業學生畢業后在該領域應該達到的能力，確定了該實驗的多層次培養目標，包括以認知為導向的基礎能力目標、以問題為導向的綜合實踐能力目標和以任務為導向的工程實踐能力目標。基礎能力目標通過學生對實驗設備及表征檢測設備的操作等，提高學生的基本動手能力和基礎實驗素養；綜合實踐能力通過學生對材料性能分析、工藝參數研究及工藝質量研究等來提高學生的知識運用能力、分析問題的能力；工程實踐能力是基礎能力和綜合實踐能力的進一步提升，通過對工程實踐問題及當前技術熱點項目的研究，培養學生獨立思考解決問題的能力以及實踐創新能力。

2.2 實驗教學內容改革

引線鍵合實驗教學在其培養目標的指導下，結合電子封裝技術專業實驗室擁有的完整企業工藝線實驗教學資源，針對不同層次學生的教學需求，積極構建前后銜接、循序漸進、層次分明的與電子封裝技術專業相適應的遞進式、多元化的引線鍵合實驗教學體系［16］，如圖1所示。

圖1 OBE理念下的引線鍵合實驗教學內容

從圖中可見，教學目標優先于教學內容而出現，教學內容圍繞預期教學目標而展開，分層次的實驗教學內容構成了電子封裝專業引線鍵合實驗教學體系。

基礎實驗以鍵合相關設備、鍵合相關材料、鍵合質量評價手段及分析表征測試方法、表征設備使用為主要實驗內容，這類實驗不需要學生的創新設計、主要培養學生掌握實驗設備主要構成、工作原理、操作步驟，認知鍵合用原材料，鍵合質量評價手段等，以促進學生深化理論知識，掌握基本技能和方法。

OBE理念的核心精神是培養學生能力，通過設定預期產出，實現教育活動由“教師中心”向“學生中心”的轉移。引線鍵合實驗教學采用開放式的實驗教學方式，在“邊看邊學，邊做邊學”的基礎實驗基礎上，設計了學生在教學中占主導地位，以學生為中心的綜合實驗、研究實驗。

綜合實驗是基礎實驗內容的綜合運用、發展與創新，該實驗內容引入不同材料、不同結構、不同特性的芯片（裸晶）或者基板，比如實驗室提供不同類型的基板或者芯片，有鍍銀基板、復合鍍層基板、鍍金陶瓷基板、LED芯片、砷化鎵芯片等，鼓勵學生自主設計鍵合實驗方案，改變鍵合工藝參數，利用焊接強度測試儀測試引線鍵合后引線的拉力、剪切力和利用光學顯微鏡觀測引線的外觀形貌來分析判斷鍵合質量等，最終探索和分析不同鍵合工藝條件（超聲功率、超聲時間、鍵合壓力等）對鍵合質量的影響規律，使學生掌握工藝流程、關鍵工藝因素，達到培養學生知識綜合運用能力、分析能力、實踐能力的目標。

研究實驗是從新材料、新結構、可靠性上著手，以引線鍵合當前研究熱點，面臨的工藝、材料、可靠性等工程實踐問題或難題為驅動點確定研究課題，研究課題主要來源于教師的科研項目、企業的課題項目、大學生創新項目等［17］。研究實驗教學，在教學模式上，采用探究式教學模式；在教學方式上，學生自由組隊、自己安排實驗時間；在教學策略上，學生在教師指導下制定實驗方案、創新設計、動手實驗、數據分析等系列探究過程來完成項目構思、設計、實施到完成的周期過程，該部分實驗內容的設計主要是要求學生帶著要研究的問題，主動、自覺地尋找解決方案，通過教師引導、學生主導的實驗模式，給學生以最大的自主學習空間，培養學生的項目設計開發能力、工程實踐能力和團隊合作意識。

2.3 實施多元化的實驗效果考核

結果評估是OBE教學模式3大要素之一，在實驗教學中是一個重要的輔助手段，有效的評估手段能促進學生的學習積極性，可進一步促進實驗教學改革的順利進行［2］。因此基于OBE教育理念，必須注重以學生為主體，重視實驗過程，探索針對“教學培養目標”多元化的考核方法。引線鍵合實驗考核評價體系如表1所示。

表1 引線鍵合實驗考核評價體系

引線鍵合實驗教學評價體系圍繞預期產出的目標，以盡可能的客觀評價學生的實驗過程及效果。在多層次實驗內容的指導下，實施階梯式實驗教學考核方式，設置詳細的考核指標及考核點，改變過去統一的基礎實驗、綜合實驗的“一視同仁”的考核方式，加大對研究實驗內容的考核力度，從而激發學生的創新意識，使實踐動手能力較強、具有創新精神的優秀學生成績更加突出，更能體現教學效果評價的公平、公正。

3 結 語

將OBE教學模式應用到引線鍵合實驗教學中是提升電子封裝技術專業實驗教學質量的一次嘗試，是對傳統教學模式的一次革新。通過確定學生學習成果目標，以學生為中心，提高了學生對引線鍵合實驗的興趣和自主性，激發了學生對科學研究的熱情，提高了學生的基礎動手能力、科學探究能力和工程實踐能力。