十年磨一剑 潜心创新路——工程实践实验室机制创新的探索与实践

王天曦，王豫明

(清华大学 基础工业训练中心，北京 100084)

工程实践教育离不开实践基地。基于我国现阶段的国情，校内基地不可或缺，因而几乎所有学校都投入很多经费和配置很多资源，用于校内以实验室模式运行的工程实践基地的建设。发挥投资效益、提高资源利用率，是当前深化工程实践教育改革创新的一个重大课题。

1 SMT实验室面临的问题

SMT实验设备通常就是工业规模生产制造装备，设备投资大，运行费用高；占用面积大，环境要求高；管理与操作技术复杂，涉及行业背景与工业安全等诸多方面，因此，发挥与提高资源效益有一定难度。当前国内电子工程实践装备实际运行中问题主要有3种：

第一种是操作演示型，设备仅由实验技术人员或合作企业派人为教学作“演示”，加工对象一般是“假活”( 专为教学设计的演示件)或企业自带的演示产品，通常开动时间有限，甚至1年也就1～2次；

第二种是教学参观型，设备因缺人才、缺经费、缺技术、缺订单，或运行机制不顺等原因无法用起来，在工程实践教育中仅起到供学生参观的作用；

第三种是设备闲置型，盲目投资，搞形象工程，有的设备闲置无人问津，有的设备甚至放置数年没拆包。

在这3种情况中，第一种对于资源的利用好于“参观型”，但缺乏工业背景和生产现场，教学效果依然比较差，并且需要不断“输血”才能维持；第二种教学效果比教学录像片或虚拟仿真软件好不到哪里，资源占用却大得多；第三种设备闲置甚至数年没拆包，显而易见是国家资源极大浪费，不可容忍。

显然，资金投入很大，面积资源占用不少，发挥实践教育作用却与预期相差甚远，甚至成为一个需要不断投入的“黑洞”，或令人头痛的“鸡肋”，工程实践实验室运行成为当前困扰工程实践教育领域的一大难题。教育投资讲效益，工程实践求质量，国内工程实践实验室运行机制必须创新，应该是当前工程教育深化改革的重要内容。

2 我们的探索与实践

清华大学基础工业训练中心SMT实验室(下称SMT实验室)创建于2004年，是与美国伟创力公司共建的面向现代电子制造产业的高科技实验室。SMT(Surface Mount Technology)即表面组装技术，是现代电子信息产品制造业的主流技术。SMT实验室属于典型现代工程实践类实验室，投资大、占用资源多、技术门槛高、行业竞争激烈，国内外都没有成功运行的先例。

探索中国特色工程实践教育道路,改变工程实践实验室运行不畅、需要不断“输血”的现状，要设法把实践教学设备开动起来，提高工程实践教学质量、开展产业急需的科研、提供多种科技服务，这就是清华大学SMT实验室10年潜心探索的电子工程实践实验室产学研一体化创新机制[1-5]。

2.1 将设备开动起来

清华大学SMT实验室从筹建时就明确购进的实验设备一定要开动起来，要为工程教育创造一种真实的工业背景，为实践教学提供鲜活的生产现场。例如，为某设备动起来，我们专门从企业引进有实践经验的高级工程师作为技术带头人，从本单位抽调技术骨干组成攻关小组，在合作企业支持下，主要靠自己坚持不懈地努力和扎扎实实地实干精神，在预定的时间内，让已经闲置了几年、又经过长途海陆运输的二手设备“苏醒”、“康复”起来，并让该设备及时“上岗”，当年就为1 000多名学生提供了教学实习环境，为数十名学生开设了高校最早的拥有最好实践条件的SMT课程。同时通过技术培训和学校师资教学研讨会，推动了国内电子实践教学发展，开启了走中国特色工程实践教育创新之路的探索历程。

2.2 把育人放在首位

对于工程实践实验室，设备开动起来不是目的，实现自己“造血”培养人才才是目的。清华大学SMT实验室从创建之初就确立了“育人为本”的宗旨，以实实在在的工程背景和扎扎实实的专业技术为学生在电子实践教学领域提供多层次、全方位的教学环境和资源，满足人才培养的不同需求[6-7]。

2.2.1 工程实践的3个基本层面

(1) 与通识教育相衔接。每年为超过2 000名本校和兄弟院校学生提供SMT课程工程实践，通过实际制作电子产品，并且近距离接触“活”的实际生产线，了解高科技电子产品的制造过程，打开了工程实践的窗口。

(2) 工程实践的深入与提高。开设“表面贴装技术基础”选修课，为一部分对SMT有志趣的学生提供深入的专业课程，学生能够到实验室实践印刷焊膏、贴片机编程、焊接曲线设置以及检测返修等，即使到企业也不可能全程参与这些实践环境，连续10年，每年学生超过200名。

(3) 探索工程实践领域拔尖人才的培养。为拔尖学生培养试验计划的钱学森力学班开设具有工程实践特色的“电子系统的物理实现过程与可靠性研究”课程，获得学生的好评和教师的认同。

2.2.2 多方位实践育人

让优质教学资源效益最大化是清华大学SMT实验室实践育人的另一个特点。在开设普及、提高和拔尖不同类型课程的同时，积极开展多方位实践育人探索。

(1) 为国家级精品课“实验室科研探究”开设“现代电子制造可靠性”与“电子产品的可制造性设计”2个单元专题课程，每年参加学生超过百名；

(2) 连续多年对学生提供全程技术指导和帮助，支持学生科协的新生实践竞赛，激发新生探究志趣，接纳学生达400多人；

(3) 嵌入其他课程，将电子工程实践项目模块嵌入“现代汽车制造技术”、“工业系统概论”等课程，为这些课程注入新的活力，每门课程上课的学生数超过200人；

(4) 吸纳学生参与实验室科研项目，提供了多学科交叉和综合的良好环境；

(5) 承担了从小学生到研究生、从夏令营到新生创新实践大赛等多种实践教学项目，为校外更多学生提供在高科技实践环境中学习、实践、交流、提高的机会，受益学生达数百人，实现了资源开放和共享。

2.2.3 教材建设

教材建设是培养人才的核心工作。10年来，清华大学SMT实验室编写工程实践教材和专著7本，包括“十一五”国家级精品教材2本，高等教育“十二五”规划教材1本，参译专著1本，技术培训教材3本，以及专业技术培训讲义几十种。

2.3 科研奠定发展的基础

科研是工程实践深层次发展必需的基础，是提高工程实践师资水平的驱动力，实现实践教学创新的源泉。

2.3.1 清华大学SMT实验室的科研工作

清华大学SMT实验室主要开展以下科研工作：

(1) 与企业和科研机构合作，开展多项业界急需的有关应用技术课题研究，例如焊接材料特性、元器件及其互连的可靠性测试、产品失效分析等；

(2) 航天、军工领域高可靠电子系统可靠性分析及工艺方案，例如受航天部九院、502所、504所、803所、200厂等机构委托进行的多种实验与分析课题；

(3) 与校内其他院系合作，共同承接国家及企业有关课题研究，例如PoP工艺及可靠性研究(国家02重大专项，与微电子所合作)、片式元件焊点分析建模(外企项目，与机械系合作)等；

(4) 与外企合作，进行电子制造领域一部分基础课题研究，例如氮气在绿色电子制造中应用(与德国Linde合作)、PoP组装工艺可靠性及气体应用(与美国AP公司合作)、高密度电路组件“枕头效应” (与HIP、head-in-pillow合作)、故障分析及解决方案(与韩国三星公司合作)等。

上述研究项目已经取得初步成果，而且这些成果都已经在有关企业生产和研发工作中得到应用，解决了生产和研发中的实际问题，获得合作伙伴与单位的认可和好评。

2.3.2 实验室科研的特点

清华大学SMT实验室10年来开展了数十项科研工作，都是企业委托或与企业合作的形式。由于课题和经费主要来源于企业，因此为企业解决研发和生产中实际问题是这类科研基本要求，同时出于项目保密、知识产权和企业竞争力等的要求，既不宜出论文，也不便报奖。

清华大学SMT实验室走出国内一些高校科研工作从研发到出论文、报奖、然后束之高阁的怪圈,真正为科技成果转化为现实生产力做贡献是SMT实验室的科研的特点[8]。

2.3.3 科研成果转化为教学资源，促进工程实践教学

SMT实验室科研不仅解决了社会企业生产和研发中的实际问题，而且有力地促进学校的工程实践教学，及时将科研成果不断转化成教学资源，赋予实践教学丰富的内涵，保持活力，不断深化。

例如由于做了多项“板级产品可靠性分析”和大量“先进电子组装工艺缺陷与故障分析”科研项目，除如前述开出了国家级精品课程“实验室科研探究”中的相关专题课程外，还在钱学森力学班“创新设计与实践——电子系统的物理实现过程与可靠性研究”课程教学中，将多项科研实验原理与方法应用到指导学生自己设计、制作教学U盘并进行可靠性分析的理论与实践过程中，获得良好教学效果。

2.4 科技服务是发展要素

清华大学SMT实验室的对外科技服务包括对校内的科研和学生科技活动提供支持、对校外高科技企业、科研机构和兄弟院校提供技术培训和咨询、举办技术研讨会等方面[9]，开展科研技术和服务，促进了实验室的发展，也促进了学校教学科研的发展和有关企业的发展。

(1) 对校内的科研和学生科技活动提供支持。科技服务首先是对校内的科研和学生科技活动提供支持。 10年来为校内几百项科研和学生科技项目提供了数万块电路板组装服务，其中多数是高密度、细间距及微型BGA等难度较大的电子组件，促进了学校科研和学生科技活动的发展。

(2) 为高科技企业、科研机构、航天军工等提供科技服务。作为中关村开放实验室成员的清华大学SMT实验室，为许多中关村高科技企业、科研机构和兄弟院校的产品研发和小批量试制提供加工服务，仅近3年已提供近10万块电路板，包括一部分高难度的为出口定制产品的电路板。此外，对军工、医疗、航天等电子系统多品种、小批量、高可靠性的特殊要求是实验室服务的一个重要领域，近年来已经为数十家相关单位提供了技术咨询、故障诊断、可靠性分析和电路板研发等服务，包括部分国外的部门或单位。

(3) 举办技术培训和研讨会。为企业提供技术培训是清华大学SMT实验室对外科技服务的重要环节。10年来，为满足企业转型和技术升级需求，举办过40多次先进技术培训，参加者累计超过1 000人次；还有针对不同企业专门定制的多种技术培训，使多家企业，包括一部分外资企业的从中受益。 此外，实验室在杭州、青岛、大连等城市多次举办SMT可制造性设计与先进组装等新技术、新工艺研讨会，与业界交流实验室科研及行业最新技术成果，已经形成技术交流与推广的一个品牌；近年还与国内多个省市的SMT专业委员会以及美、英等国专业技术媒体联合主办中国高端SMT学术会议，为国内外行业技术交流与合作提供平台。

3 产学研一体化运行的几个问题

10年探索、10年实践，清华大学SMT实验室在挫折与教训中成长与前进。回顾并总结以下几点是主要的。

3.1 先进理念是核心

先进指导思想和理念是改革与发展的核心。清华大学SMT实验室在10年探索与实践中，始终遵循“育人为本，科研为基，服务为要”的核心理念；践行清华大学 “行胜于言”的校风，鄙视空谈，崇尚实干；在技术发展上提出“贯通上下游、结合产学研，服务全行业”的技术方向，并且确定第一个10年达到 “国内一流，国际知名”这一明确而现实的发展目标，保证了10年潜心探索与实践，致力于电子工程实践和电子制造高素质人才培养，努力探索工程实践实验室发展机制[10-12]。

3.2 技术带头人是关键

如同搞学术离不开学科带头人一样，搞工程同样离不开技术带头人。工程实践教学对技术带头人除了一般工程技术人员要求外，还要求：

(1) 符合师德规范要求；

(2) 具备独当一面的工程实践能力和不断更新的学习能力；

(3) 爱岗敬业，愿意从事并忠诚于教育事业。

一般情况下，学校比较缺乏这种技术带头人，需要花大力气培养或者从企业引进。在引进技术带头人后，培养了一批技术骨干，实验室形成了拥有10余名技术骨干的铁打的营盘，没有因为人员流动而影响工程实践教学的发展。

3.3 机制是保证

清华大学SMT实验室10年实践证明，对于这类实验室运行采用不同于普通实验室的“准企业机制”，是工程实践实验室持续发展的保证。

所谓“准企业机制”，是在符合国家政策和学校规章制度的前提下给予实验室运行一定的“自由度”，相当于校内的“小特区”，主要有以下几点：

(1) 人员聘用：由实验室负责人首先在本单位双向选择，不足人员面向社会招聘，人员薪酬由实验室自筹分配；

(2) 经费管理：在符合学校财务制度和保证教学经费前提下，设置独立账号，由实验室自己管理收支运行，容许实验室有自己的员工保障资金和发展经费；

(3) 工作制度：在符合国家、学校规章制度和保证教学任务前提下，自己决定工作与休假时间，及参加行业学术交流、技术培训等活动。

3.4 产学研动态平衡

工程实践实验室设备开动起来，为教学提供真实的工程实践环境实质是赋予实验室一种生产属性，必然面临创收与教学、科研与生产的矛盾。如何保证教学主旋律，怎样处理实验室运行中的各种关系，是工程实践实验室重新探索与实践中必须解决好的重要难题。清华大学SMT实验室的做法是：

(1) 牢固树立 “育人第一”的原则不动摇，拒绝将实践教学示范实践活动变成单位创收工具；

(2) 在保证教学科研任务前提下按企业规律办事，讲任务时效、为客户创造价值、不断完善生产组织及投入产出分析、质量保证等生产要素；

(3) 生产以维持实验室运行为基本要求，兼顾“非盈利”(教学工作)和“盈利”(生产服务)，实现确保教学前提下的“略有盈余”目标；

(4) 采用时间错峰、员工一专多能、一人多岗等措施，合理规划教学、生产与科研对时间、人力资源的需求，达到总体上动态平衡。

4 改革成效

清华大学基础工业训练中心SMT实验室经过10年的探索与积淀，产学研一体化创新机制取得成效，可以为高校工程实践实验室建设和发展提供一些有益的启示：

(1) 激活工程实践。这种创新机制可以为工程实践提供真实的工业背景和鲜活的生产现场，学生可以近距离接触正在运行、创造价值的“活”设备，感受与体验将电子高科技转化为实际产品，创造社会财富的过程；同时产业对人才的要求、企业先进的工艺和技术、鲜活的案例等不断直接推动、激活和丰富工程实践教学,实现产学研相得益彰。

(2) 提高教育投资效益。符合国家“让一切创造社会财富的源泉充分涌流”的全面深化改革的目标，实现教育资源共享，提高电子工程实践设备资源利用率，直接为科研和国民经济第一线服务。

(3) 夯实了校企合作的基础。实验室发挥了企业与教育之间纽带与接口作用，获得企业对学校工程实践的认可与支持，例如，企业为实验室提供百万元以上的设备和价值千万元的软件用于教学；赞助一半的经费提供当前最先进的电子组装设备——环球贴片机；吸引企业为学生设立奖学金——DEK奖学金，促进实践教学发展；行业内领先企业和专家来校交流，提高了教学团队技术水平。

(4) 可持续发展的工程实践教育。提供工程实践实验室自身造血的能力，不仅不需要国家财政“输血”运行，而且为工程实践教学提供了实实在在的经费和技术支持，保持了实验技术队伍的稳定和技术水平不断刷新，支撑工程实践教育可持续发展。

(5) 实践教学的重要资源。经过10年的开创性努力，SMT实验室与电子工艺实习一起，已经建设成为清华大学训练中心实践教学的一个重要闪光点，同时是构成2005年基础工业训练中心获评国家级教学成果二等奖，以及2006年获评国家级实验教学示范中心的重要申报资源。

实践证明，这种学产研一体化创新机制，少花国家财政的钱，多办教育大事，应该是我国工程实践教育健康持续发展的一条自信之路，是利国家、利教育、利学校、利产业、利学生的好事，不仅理论上与工程实践教育理念吻合，而且经过实际运行和实践考验完全可行。

5 结束语

在探索适合中国国情的工程实践教育发展道路上，清华大学基础工业训练中心SMT实验室作了有益探索和实践，初步创出了一条注重内涵建设、着力可持续发展，挖掘发挥自身资源优势，推进工程实践教学创新的成功之路。尽管不同地区、不同类型学校情况各异，但每个学校都有自己的特色和优势，搞改革、谋发展的道理是一样的。

俗话说“十年树木，百年树人”。10年的探索与实践对于百年教育大计来说还是短暂的，但在当今急功近利的浮躁之风大气候下，坚持10年确实不容易。准确地说，取得成效还只是初步的，工程实践教学的探索和实践仅仅是开始，未来要走的路还很长。

[1] 潘际銮，人类历史上重大创新来源于实践[J].实验技术与管理，2008，25(11)：5-6.

[2] 吴启迪，中国工程教育的问题挑战与工程教育研究:在清华大学工程教育研究中心成立大会上的讲话[J].清华大学教育研究，2009(4):4-8.

[3] 孙康宁,傅水根,梁延德,等.浅论工程实践教育中的问题与对策及通识教育属性[J].中国大学教育，2011(9):17-20.

[4] 朱高峰.工程教育的几个问题探讨[J].中国高等教育,2010(3):4-6.

[5] 左铁镛，林忠钦.工程实践教育必须加强[J].实验室研究与探索，2010，29(1):1-5.

[6] 李正，林凤.从工程的本质看工程教育的发展趋势[J].高等工程教育研究，2007(2):19-25.

[7] 姜嘉乐.工程教育永远要面向工程实践:万钢校长访谈录[J].高等工程教育研究，2006(4):1-7.

[8] 潘云鶴.大力培养创新型工程科技人才[J].求是，2009(10):50-52.

[9] 余寿文.中国工程教育必须“两条腿走路”，[EB/OL].清华大学新闻网(2011-02-25).http://www.tsinghua.edu.cn/publish/news/4205/2011/20110225232225281641196/20110225232225281641196_.html.

[10] 王孙禺,刘继青.中国工程教育[M].北京:社会科学文献出版社,2013.

[11] 李茂国.中国工程教育全球战略研究[J].高等工程教育研究,2008(6):1-12.

[12] 林健.卓越工程师教育培养计划 学校工作方案研究[J].高等工程教育研究,2010(5):30-36,43.