基于CDIO模式的高職PCB工藝教學改革對學生創新能力提升的探索

朱志強，王慧，王長佳

（江陰職業技術學院，江蘇江陰 214400）

隨著制造業企業“智能化改造和數字化轉型”的全面深入實施，信息化對制造業的支撐作用愈發凸顯，與此同時，行業對新器件、集成電路的應用需求越來越旺盛，市場對PCB 工程技術人才的需求也在不斷增加，工程教育專業應當以學生為中心、以目標達成度為標準、以畢業生產出質量為導向，積極開展專業人才 培養[1]。如何培養具備工匠精神，精操作、懂工藝、會管理、善協作、能創新的現場工程師，對國內PCB 工程技術教育提出了新挑戰。

CDIO 模式是一種全新的工程教育理念和實施體系，倡導學生在掌握扎實工程理論和專業知識的基礎上，將教學融入具體的工程應用中[2]，采用CDIO 教學理念，以PCB 案例項目為依托，促成了學生PCB 相關能力培養目標的實現。本文提出結合工程應用中“智能小家電產品設計”的典型項目，在“構思、設計、實現、運作”4 個環節開展教學實踐，校企多方考核評價結果表明：基于CDIO 模式的教學方式，激發了學生學習的積極性，提高了學生實際工程實踐能力以及創新能力，促進了教學目標的有效達成[3]。

1 高職院校PCB工藝教學現狀分析

PCB 設計與制作是高職電子信息類專業學生應當掌握的核心技能，在教育部最新公布的電子信息類專業教學標準中，明確要求學生具備設計PCB 版圖的能力[4]。目前，國內高職院校電子信息類專業大多開設了PCB 工藝相關課程，但在實際教學中還存在一些問題，具體如下。

1.1 教學內容與生產實際脫節

教學內容沒有對標教育部公布的電子信息類專業教學標準設計，且教學目的和培養方向不夠明確。新標準中要求學生掌握印制電路板設計與生產基本知識、PCB 布局布線技術、PCB 設計工藝規范、運用主流軟件繪制規范的電路原理圖等內容。但一些高職院校在實際教學中所采用的PCB 案例大多是沿用歷年的案例，教學設計未能將當前行業應用、電子設計競賽等新內容融入，導致教學內容與PCB 行業發展實際脫節，制約了學生學習興趣與創新能力的提高。

1.2 實驗實訓條件受限

PCB 制版課程所涉及的工藝流程覆蓋面較廣且煩瑣，每個流程都有嚴格的行業標準，因此，對實驗實訓條件提出了較高要求。傳統的PCB 制版課程往往只是依賴某個機房或學生筆記本電腦，通過常用電子CAD 軟件繪制原理圖并生成PCB，至于PCB 設計中的重要因素如PCB 布局、布線等規則，無法通過實物通電進行測試，實驗實訓條件限制了PCB 制版課程的教學目標達成，學生學習PCB 版圖設計仍舊停留在能畫圖的初級階段[5]。

1.3 評價形式單一

在教學改革中，學生是主體，學生的素質和能力發展是課程設計的出發點，基于這一原則，教師在課程設計中要充分發揮其作為課堂的組織者、指導者和評價者的重要作用，將學生的角色從被動變為主動。此外，課程設計中的評價環節也是十分重要的。在傳統教學模式下，課程評價采取的是對PCB 設計環節的SCH 原理圖和PCB 效果圖打分的單一評價模式，難以有效激發學生的學習主動性，教學目標的達成也會受到影響。

2 CDIO模式下PCB制版工藝課程教學改革設計

PCB 制版工藝是高職電子信息類專業的重要課程，長期以來，受諸多因素影響，教學實施過程未充分融入PCB 設計行業背景、PCB 制版教學內容與生產實際脫節、學生能力培養目標定位不準確。為了解決數字化、智能化職業場景下PCB 制版課程教學存在的問題，要樹立明確的課程建設目標與課程教學改革設計思路[6]。

2.1 PCB 技能與CDIO 模式

從CDIO 模式的概念來看，CDIO 模式強調以產品從研發到運行的整個生命周期為載體，通過系統的產品設計，提升學生的專業技術和知識水平、個人能力、職業能力和態度、團隊協作和交流能力，培養他們在企業環境下對產品系統進行構思、設計、實施、運行的綜合素質[7-8]。PCB 制版工藝的內涵包括PCB 相關技能與工程能力兩個方面，從教育部發布的高等職業學校信息專業教學標準來看，PCB 技能融合了多種信息類學科知識，要求學生具備模擬電子技術、數字電子技術、電子線路設計、5S 管理以及安全生產等知識背景。因此，PCB 制版教學要求學生樹立電子行業“大工程”的觀念。

工程層面對學生的要求是能夠密切關注行業發展動向，將所學的PCB 相關技能轉化為企業實際用人需求，為企業和社會創造更多價值，這也是CDIO 模式下對PCB 技能教學目標達成的要求[9]。在PCB 工藝相關課程教學中，引入該模式能有效增強課程設計的合理性、科學性，可有效激發學生學習的主動性。

2.2 基于CDIO 模式的PCB 工程人才培養

高職要根據PCB 行業需求與發展形勢，明確行業對PCB 從業人員的要求，進而確定人才培養目標，要把行業所需的專業知識、專業素養與專業實踐能力融入人才培養方案，把專業能力細分到各專業課程。這就要求教師在課程教學設計中構建合理的知識框架，如學生需要哪些理論知識、實踐環節，確保這些知識點之間能夠密切銜接、有機統一。CDIO 模式注重激發學生學習的主動性，能有效提升學生的學習效果，其特有的優勢非常適合學生工科技能的培養，對工科工程人才的培養起到了很好的促進作用。如何在PCB 傳統教學模式的基礎上引入CDIO 模式，推動PCB 工藝人才的高質量培養十分值得探討[10]。

3 PCB制版工藝課程教學改革措施

目前，高職院校培養的PCB 工程人員綜合素質水平與電子行業對工程技術人才的要求不匹配的問題比較突出，特別是面向產業需求的工程實踐能力不足。由此可見，高職院校要在提升學生工程素質方面加大力度，在具體的培養模式和操作步驟上進行創新[11]。工程人才培養模式的優化僅依靠教育系統自身的改革是難以實現的，工程教育需要立足企業需求調整工程人才的培養目標，進行培養模式的改革優化。

3.1 優化課程內容

課程教學內容的優化有利于教學資源的合理利用，因此，課程組需要積極進行課程改革和教學內容創新。結合CDIO 教育理念，傳統的PCB 工藝知識點需要按照行業發展要求進行優化，將企業主流生產案例經過教學加工后，融入課程的各個實施環節[12]。PCB制版分為前段和后段，前段主要涉及PCB 的設計，后段主要是電路板的制作與測試。傳統教學中受到實踐條件的限制，往往局限于設計環節，把大部分學時用于PCB 設計軟件的使用，學生只是掌握了軟件使用方法而不了解PCB 設計。CDIO 模式注重實施與運行環節，因此，優化后的PCB 工藝課程加入了PCB 的制版環節和電路板測試環節，只有讓學生真正體驗整個行業的前后端工藝流程，學生才會對課程有全面的認識，才能真正激發學生的學習動力。

3.2 結合5S 工藝單開展教學

5S 管理是PCB 行業中較多使用方法，課程可充分利用現有實訓條件開展5S 管理工藝單教學，營造以學生為中心的PCB 行業生產氛圍，借鑒企業5S 管理的流程要求，聘請企業5S 管理專家，結合課程實踐環節的要求，制定課程5S 管理的要求，把實踐項目編制成工藝單，按照工藝單工藝和流程展開實訓，并按工藝單進行考核，培養學生良好的職業素養和規范意識。

3.3 科學設計教學流程

PCB 制版工藝涉及多個生產環節，各個環節之間聯系緊密。傳統的教學模式以教師為中心開展教學活動，學生被動接受知識，機械地記憶，對知識理解的深度不夠[13]。部分教師由于PCB 行業實踐經歷不足，在課程教學中多數以教材講授為主，加之部分高職院校專業實踐基礎建設滯后，導致專業課程教學脫離實際，學生畢業后將難以快速適應和匹配企業真實場景下的生產和管理模式。

引入CDIO 模式后，將企業典型案例經教學加工后進行任務分解，經過科學設計，使其貫穿整個教學流程，能夠有效培養PCB 新工科人才。如圖1 所示，科學的教學流程充分體現“構思、設計、實現、運作”4 個環節，注重PCB 制版的產品生命周期，且在教學實施過程中，充分體現了學生的主體地位。

圖1 教學流程設計

3.4 校企合作建設開放式創新實訓工場

近年來，電子信息行業的生產經營呈現出日益規模化、集約化、智能化的趨勢，高職院校電子類專業原有的很多實驗實訓設備及教學條件已無法滿足行業對人才的現實需求。高職院校應與企業密切合作，深化產教融合，充分利用產業和企業資源，結合企業實際生產及工程現場，開展實驗實訓條件建設，將企業先進的設備設施等生產資源引入教育教學，覆蓋PCB 工藝領域的主要技術，有助于學生更好地理解行業的主流技術和前沿技術發展趨勢，按照工程標準建設的實訓工場不管是在布局還是環境方面，都能夠更好地滿足學生工程實踐的需求。

企業在投入設備和產品的同時，將工程案例及項目、行業標準及技術規范、生產工藝及方法、工程管理要求及體系、企業文化及思維等也融入人才培養過程，讓學生更加深刻地理解工程活動的內涵和要求。以江陰職業技術學院電子信息工程系為例，教師在教學中把PCB 產品設計與制作的工作過程按工序分解成PCB 設計→硫酸紙打印→精密數控鉆床鉆孔→分板→曝光→顯影→蝕刻制板→線路板裝配測試8 道工序、8 個工位。工作過程中工位流轉可以是串行工作方式，既解決了設備數量的問題，又鍛煉了學生的管理能力，再采用5S 管理，教學效果提升明顯。

3.5 依托專業社團平臺

為了實現課程教學目標和提升學生的實踐能力，課堂教學可延伸到課外學習，以課程知識點為主線，以專業社團為平臺，學生助學助教，將項目實施的工作過程按工序分解成工位，學生結合各工位所要求的知識與技能展開針對性學習，各工位都有專職學生負責管理并輔導，實現學生助管助教。通過實施課內課外互動教學，改革效果進一步提升[14]。

社團學生依托PCB 設計與制作創新機制，能靈活地將自己的PCB 設計作品從創意階段延伸到參與產品設計的實物階段。部分社團學生在此基礎上可完美實現創新創業項目的底層PCB 電路硬件，如社團學生在“斯迪姆”少兒編程工作室創業項目中的圖形化編程小車的控制電路及傳感電路即基于此實現，通過與專業社團的融合，學生的創新創業能力得到了有效提升。

江陰職業技術學院電子信息工程系近年來的實踐表明：專業社團建設是課程建設的必要環節，通過課內課外活動聯合以及對社團的有效管理，學生的實踐技能和管理能力都得到了很好的培養和提高。

3.6 改進學生能力提升評價模式

高職院校PCB 制版教學旨在培養學生基于PCB行業相關工藝及行業標準的動手實踐能力與職業素養，課程的考核評價機制將直接影響教學目標的達成與人才培養的質量。多元化的評價機制有利于提升教學目標達成度，且評價要貫穿課前、課中、課后，評價主體、內容、方式都應做到多元化，以更為全面、準確地進行效果評價。

過程性評價能及時發現學生掌握PCB 制版技能的真實情況，課程組可以此為依據調整教學方案，課后的總結性多元評價能充分培養學生協作與匯報能力，此環節還可以加入企業工程師評價，可及時把生產一線的工藝標準反饋到教學中，有利于學生職業素養和創新能力的綜合培養。

4 結語

電子信息行業的快速發展迫切需要熟練掌握PCB工藝且具有創新能力的應用型人才，為行業培養高質量應用型人才是高職院校的重要使命。在PCB 工藝教學中引入CDIO 模式是助力應用型人才培養的重要途徑，但在具體實施過程中，如何科學構建PCB 人才培養模式，學校、企業、社會該如何進行角色分工，這些問題仍需要進一步探索。近兩年，江陰職業技術學院電子信息工程系將CDIO 工程教育模式應用于PCB 工藝相關課程教學實踐中，建設了優質在線教學資源和工位式PCB 實訓工場，學生在江蘇省SMT 技能競賽、江蘇省大學生電子設計競賽等大賽中多次獲獎，實踐能力和工程素養都獲得了較大提升。