基于CDIO模式的高职PCB工艺教学改革对学生创新能力提升的探索

朱志强，王慧，王长佳

（江阴职业技术学院，江苏江阴 214400）

随着制造业企业“智能化改造和数字化转型”的全面深入实施，信息化对制造业的支撑作用愈发凸显，与此同时，行业对新器件、集成电路的应用需求越来越旺盛，市场对PCB 工程技术人才的需求也在不断增加，工程教育专业应当以学生为中心、以目标达成度为标准、以毕业生产出质量为导向，积极开展专业人才 培养[1]。如何培养具备工匠精神，精操作、懂工艺、会管理、善协作、能创新的现场工程师，对国内PCB 工程技术教育提出了新挑战。

CDIO 模式是一种全新的工程教育理念和实施体系，倡导学生在掌握扎实工程理论和专业知识的基础上，将教学融入具体的工程应用中[2]，采用CDIO 教学理念，以PCB 案例项目为依托，促成了学生PCB 相关能力培养目标的实现。本文提出结合工程应用中“智能小家电产品设计”的典型项目，在“构思、设计、实现、运作”4 个环节开展教学实践，校企多方考核评价结果表明：基于CDIO 模式的教学方式，激发了学生学习的积极性，提高了学生实际工程实践能力以及创新能力，促进了教学目标的有效达成[3]。

1 高职院校PCB工艺教学现状分析

PCB 设计与制作是高职电子信息类专业学生应当掌握的核心技能，在教育部最新公布的电子信息类专业教学标准中，明确要求学生具备设计PCB 版图的能力[4]。目前，国内高职院校电子信息类专业大多开设了PCB 工艺相关课程，但在实际教学中还存在一些问题，具体如下。

1.1 教学内容与生产实际脱节

教学内容没有对标教育部公布的电子信息类专业教学标准设计，且教学目的和培养方向不够明确。新标准中要求学生掌握印制电路板设计与生产基本知识、PCB 布局布线技术、PCB 设计工艺规范、运用主流软件绘制规范的电路原理图等内容。但一些高职院校在实际教学中所采用的PCB 案例大多是沿用历年的案例，教学设计未能将当前行业应用、电子设计竞赛等新内容融入，导致教学内容与PCB 行业发展实际脱节，制约了学生学习兴趣与创新能力的提高。

1.2 实验实训条件受限

PCB 制版课程所涉及的工艺流程覆盖面较广且烦琐，每个流程都有严格的行业标准，因此，对实验实训条件提出了较高要求。传统的PCB 制版课程往往只是依赖某个机房或学生笔记本电脑，通过常用电子CAD 软件绘制原理图并生成PCB，至于PCB 设计中的重要因素如PCB 布局、布线等规则，无法通过实物通电进行测试，实验实训条件限制了PCB 制版课程的教学目标达成，学生学习PCB 版图设计仍旧停留在能画图的初级阶段[5]。

1.3 评价形式单一

在教学改革中，学生是主体，学生的素质和能力发展是课程设计的出发点，基于这一原则，教师在课程设计中要充分发挥其作为课堂的组织者、指导者和评价者的重要作用，将学生的角色从被动变为主动。此外，课程设计中的评价环节也是十分重要的。在传统教学模式下，课程评价采取的是对PCB 设计环节的SCH 原理图和PCB 效果图打分的单一评价模式，难以有效激发学生的学习主动性，教学目标的达成也会受到影响。

2 CDIO模式下PCB制版工艺课程教学改革设计

PCB 制版工艺是高职电子信息类专业的重要课程，长期以来，受诸多因素影响，教学实施过程未充分融入PCB 设计行业背景、PCB 制版教学内容与生产实际脱节、学生能力培养目标定位不准确。为了解决数字化、智能化职业场景下PCB 制版课程教学存在的问题，要树立明确的课程建设目标与课程教学改革设计思路[6]。

2.1 PCB 技能与CDIO 模式

从CDIO 模式的概念来看，CDIO 模式强调以产品从研发到运行的整个生命周期为载体，通过系统的产品设计，提升学生的专业技术和知识水平、个人能力、职业能力和态度、团队协作和交流能力，培养他们在企业环境下对产品系统进行构思、设计、实施、运行的综合素质[7-8]。PCB 制版工艺的内涵包括PCB 相关技能与工程能力两个方面，从教育部发布的高等职业学校信息专业教学标准来看，PCB 技能融合了多种信息类学科知识，要求学生具备模拟电子技术、数字电子技术、电子线路设计、5S 管理以及安全生产等知识背景。因此，PCB 制版教学要求学生树立电子行业“大工程”的观念。

工程层面对学生的要求是能够密切关注行业发展动向，将所学的PCB 相关技能转化为企业实际用人需求，为企业和社会创造更多价值，这也是CDIO 模式下对PCB 技能教学目标达成的要求[9]。在PCB 工艺相关课程教学中，引入该模式能有效增强课程设计的合理性、科学性，可有效激发学生学习的主动性。

2.2 基于CDIO 模式的PCB 工程人才培养

高职要根据PCB 行业需求与发展形势，明确行业对PCB 从业人员的要求，进而确定人才培养目标，要把行业所需的专业知识、专业素养与专业实践能力融入人才培养方案，把专业能力细分到各专业课程。这就要求教师在课程教学设计中构建合理的知识框架，如学生需要哪些理论知识、实践环节，确保这些知识点之间能够密切衔接、有机统一。CDIO 模式注重激发学生学习的主动性，能有效提升学生的学习效果，其特有的优势非常适合学生工科技能的培养，对工科工程人才的培养起到了很好的促进作用。如何在PCB 传统教学模式的基础上引入CDIO 模式，推动PCB 工艺人才的高质量培养十分值得探讨[10]。

3 PCB制版工艺课程教学改革措施

目前，高职院校培养的PCB 工程人员综合素质水平与电子行业对工程技术人才的要求不匹配的问题比较突出，特别是面向产业需求的工程实践能力不足。由此可见，高职院校要在提升学生工程素质方面加大力度，在具体的培养模式和操作步骤上进行创新[11]。工程人才培养模式的优化仅依靠教育系统自身的改革是难以实现的，工程教育需要立足企业需求调整工程人才的培养目标，进行培养模式的改革优化。

3.1 优化课程内容

课程教学内容的优化有利于教学资源的合理利用，因此，课程组需要积极进行课程改革和教学内容创新。结合CDIO 教育理念，传统的PCB 工艺知识点需要按照行业发展要求进行优化，将企业主流生产案例经过教学加工后，融入课程的各个实施环节[12]。PCB制版分为前段和后段，前段主要涉及PCB 的设计，后段主要是电路板的制作与测试。传统教学中受到实践条件的限制，往往局限于设计环节，把大部分学时用于PCB 设计软件的使用，学生只是掌握了软件使用方法而不了解PCB 设计。CDIO 模式注重实施与运行环节，因此，优化后的PCB 工艺课程加入了PCB 的制版环节和电路板测试环节，只有让学生真正体验整个行业的前后端工艺流程，学生才会对课程有全面的认识，才能真正激发学生的学习动力。

3.2 结合5S 工艺单开展教学

5S 管理是PCB 行业中较多使用方法，课程可充分利用现有实训条件开展5S 管理工艺单教学，营造以学生为中心的PCB 行业生产氛围，借鉴企业5S 管理的流程要求，聘请企业5S 管理专家，结合课程实践环节的要求，制定课程5S 管理的要求，把实践项目编制成工艺单，按照工艺单工艺和流程展开实训，并按工艺单进行考核，培养学生良好的职业素养和规范意识。

3.3 科学设计教学流程

PCB 制版工艺涉及多个生产环节，各个环节之间联系紧密。传统的教学模式以教师为中心开展教学活动，学生被动接受知识，机械地记忆，对知识理解的深度不够[13]。部分教师由于PCB 行业实践经历不足，在课程教学中多数以教材讲授为主，加之部分高职院校专业实践基础建设滞后，导致专业课程教学脱离实际，学生毕业后将难以快速适应和匹配企业真实场景下的生产和管理模式。

引入CDIO 模式后，将企业典型案例经教学加工后进行任务分解，经过科学设计，使其贯穿整个教学流程，能够有效培养PCB 新工科人才。如图1 所示，科学的教学流程充分体现“构思、设计、实现、运作”4 个环节，注重PCB 制版的产品生命周期，且在教学实施过程中，充分体现了学生的主体地位。

图1 教学流程设计

3.4 校企合作建设开放式创新实训工场

近年来，电子信息行业的生产经营呈现出日益规模化、集约化、智能化的趋势，高职院校电子类专业原有的很多实验实训设备及教学条件已无法满足行业对人才的现实需求。高职院校应与企业密切合作，深化产教融合，充分利用产业和企业资源，结合企业实际生产及工程现场，开展实验实训条件建设，将企业先进的设备设施等生产资源引入教育教学，覆盖PCB 工艺领域的主要技术，有助于学生更好地理解行业的主流技术和前沿技术发展趋势，按照工程标准建设的实训工场不管是在布局还是环境方面，都能够更好地满足学生工程实践的需求。

企业在投入设备和产品的同时，将工程案例及项目、行业标准及技术规范、生产工艺及方法、工程管理要求及体系、企业文化及思维等也融入人才培养过程，让学生更加深刻地理解工程活动的内涵和要求。以江阴职业技术学院电子信息工程系为例，教师在教学中把PCB 产品设计与制作的工作过程按工序分解成PCB 设计→硫酸纸打印→精密数控钻床钻孔→分板→曝光→显影→蚀刻制板→线路板装配测试8 道工序、8 个工位。工作过程中工位流转可以是串行工作方式，既解决了设备数量的问题，又锻炼了学生的管理能力，再采用5S 管理，教学效果提升明显。

3.5 依托专业社团平台

为了实现课程教学目标和提升学生的实践能力，课堂教学可延伸到课外学习，以课程知识点为主线，以专业社团为平台，学生助学助教，将项目实施的工作过程按工序分解成工位，学生结合各工位所要求的知识与技能展开针对性学习，各工位都有专职学生负责管理并辅导，实现学生助管助教。通过实施课内课外互动教学，改革效果进一步提升[14]。

社团学生依托PCB 设计与制作创新机制，能灵活地将自己的PCB 设计作品从创意阶段延伸到参与产品设计的实物阶段。部分社团学生在此基础上可完美实现创新创业项目的底层PCB 电路硬件，如社团学生在“斯迪姆”少儿编程工作室创业项目中的图形化编程小车的控制电路及传感电路即基于此实现，通过与专业社团的融合，学生的创新创业能力得到了有效提升。

江阴职业技术学院电子信息工程系近年来的实践表明：专业社团建设是课程建设的必要环节，通过课内课外活动联合以及对社团的有效管理，学生的实践技能和管理能力都得到了很好的培养和提高。

3.6 改进学生能力提升评价模式

高职院校PCB 制版教学旨在培养学生基于PCB行业相关工艺及行业标准的动手实践能力与职业素养，课程的考核评价机制将直接影响教学目标的达成与人才培养的质量。多元化的评价机制有利于提升教学目标达成度，且评价要贯穿课前、课中、课后，评价主体、内容、方式都应做到多元化，以更为全面、准确地进行效果评价。

过程性评价能及时发现学生掌握PCB 制版技能的真实情况，课程组可以此为依据调整教学方案，课后的总结性多元评价能充分培养学生协作与汇报能力，此环节还可以加入企业工程师评价，可及时把生产一线的工艺标准反馈到教学中，有利于学生职业素养和创新能力的综合培养。

4 结语

电子信息行业的快速发展迫切需要熟练掌握PCB工艺且具有创新能力的应用型人才，为行业培养高质量应用型人才是高职院校的重要使命。在PCB 工艺教学中引入CDIO 模式是助力应用型人才培养的重要途径，但在具体实施过程中，如何科学构建PCB 人才培养模式，学校、企业、社会该如何进行角色分工，这些问题仍需要进一步探索。近两年，江阴职业技术学院电子信息工程系将CDIO 工程教育模式应用于PCB 工艺相关课程教学实践中，建设了优质在线教学资源和工位式PCB 实训工场，学生在江苏省SMT 技能竞赛、江苏省大学生电子设计竞赛等大赛中多次获奖，实践能力和工程素养都获得了较大提升。