新时代计算机类专业电子工程能力的培养探索

吴屏 高菲 姜倩倩

摘要：随着我国核心产业技术的自主化进程，十四五规划中明确提出了科技前沿领域的攻关，“人工智能”“集成电路”，包括不限于集成电路设计工具、聚焦高端芯片，加强通用处理器、云计算系统和软件核心技术一体化研发。这些规划和远景目标都要求新时代计算机类专业的学生拥有更多的电子类知识结构和一定的硬件动手能力，能够系统地分析解决工程问题，本文探索了如何在现有的课程架构中，改革工程训练（电子工艺实习）的课程内容和教学方式，以工程项目为引导，以电子产品设计制造的流程为主线，建设了紧接电子前沿技术行业、主流技术、多学科交叉的模块化的课程群。实践表明，课程的教学改革有助于计算机类专业电子工程能力的培养，对后续课程设计、竞赛、科技创新、科研深造等都有很好的促进作用。

关键词：电子工程;计算机人才培养;电子实训

多年来，随着计算机技术和产业的阶跃式的进步和发展，高校计算机类专业的培养方案和主干课程越来越向着软件类扩展，电子硬件课程类大量被删减，导致培养出来的学生缺少必要硬件的知识和能力，缺乏对系统的理解，对他们后期的深造和发展是十分不利的。随着我国核心产业技术的自主化进程，十四五规划中明确提出了科技前沿领域的攻关，“人工智能”“集成电路”[1]，包括了集成电路设计工具、集成电路先进工艺，聚焦高端芯片、操作系统、传感器等关键领域，加强通用处理器、云计算系统和软件核心技术一体化研发。这些规划和远景目标都要求新时代的计算机类专业的学生拥有更多的电子类的知识结构和一定的硬件动手能力，能够系统地分析问题，解决产业中学科交叉的工程问题[2]。

高校的专业培养方案的更改相比于市场人才的需求更新是缓慢的，那如何在现有的体制下，培养学生这种能力？我们研究探索了面向计算机类学生的工程训练（电子工艺实习）课程改革[3]，改变了传统的简单基础技能的动手实训，深度整合利用各专业的实验资源，让学生获得从芯片级到板级到整机级别的电子产品制成工艺的基本知识，建立电子产品设计、生产、加工、检测的制造体系概念，扩展学生的知识面，培养学生的系统观、工程知识和工业素养。

一、电子工艺实习

（一）课程内容体系

我校计算机类的工程训练（电子工艺实习），面向本科二年级学生，培养电子工程行业素质和综合实践能力。结合电子行业领域的背景，以及计算机类专业的课程体系，以电子工程项目方案为依托[4]，以电子产品设计制造的流程为主线，设计与制造并重，软件和工艺并存，建设了紧接电子前沿技术行业、主流技术、多学科交叉的模块化的课程群。

从电子产品开发制造流程来看，电子工艺实习的核心类课程体系分为如下几个教学模块：导论、半导体技术与应用、电子封装设计、电子元器件识别与检测、电子小制作、印刷电路板设计与制造、SMT生产工艺。学生由导论和半导体技术应用理论课领入门，随后开展电子硬件设计与制造实训课程。在电子封装设计中了解电子元器件微电子设计与制造工艺，学会测试元器件的特性和参数分析，学会挑选元器件进行电路原理图设计、PCB设计，了解PCB制造工艺，学会手工焊接与电路功能调试，同时了解自动化表面贴装焊接工艺（SMT工艺）与检测分析。

（二）教学模块建设

在上述的教学模块中，“电子小制作”是核心的综合类教学模块，以一个简单的“音响”产品为例，如图1为其关联其他的教学模块知识结构图。课程以一个简单的电子产品为方案依托，将电子工程中的设计知识、制造工艺流程知识等一系列的工程知识融入实物实操中，带领学生由浅入深地进入电子工程的世界，从微小到宏观，从设计图到实物，从人工到生产线，在这个过程中，引导学生结合自身计算机的专业背景去思考，在宏大的电子领域内，未来的发展中，“我的定位是什么”“我想做什么”“我能做什么”“我需要怎样做”。这样的教学方式，使得这门传统的工科实训课程丰富了思政教学、情操培养的内涵。

按照从微小到宏观，产品的制成顺序，我们的各教学模块知识点设计如下：

1.电子封装设计

电子封装是指在半导体圆片裂片以后，将一个或多个集成电路芯片用适宜的封装形式封装起来，并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合（WB）、载带自动键合（TAB）和倒装芯片键合（FCB）连接起来，使之成为有实用功能的电子元器件或组件，也称芯片级封装。

在电子封装设计教学模块中，通过电子封装行业背景和關键技术流程，以封装SMDLED为核心实操内容，通过具体工艺流程，让学生了解固晶、焊接、封胶过程中的关键工艺、材料和设备。便于计算机专业学生结合同学期其他相关课程“数字逻辑”“计算机组成原理”，加强对底层的数字芯片的制成工艺的理解，使得软件设计有了形象坚实的基石。

2.元器件识别与检测

通过学习常见的电子元器件的分类，特性，学会使用万用表、LCR测试仪、半导体图示仪等设备测量电子元器件的各种参数，理解同类型不同材料特性的元器件的参数差异，以及学习元器件选用的基本原则。

3.硬件电路设计——原理图和印刷电路板设计

硬件电路的设计，要求从需求功能分析到电子电路仿真，到电子元器件的计算选型，接着原理图设计和印刷电路板的设计，其中包含了元器件选型、电子电路的设计仿真、原理图绘制、印刷电路板绘制，对模拟电子技术知识的要求较高，而对于计算机类专业的同学来说，模拟电路设计并不是核心知识，所以，我们课程的教学模块仅要求同学们读懂元器件的数据手册，能读懂原理图，掌握原理图的画法规范，能够由原理图绘制印刷电路板图，理解印刷电路板图的工艺要点，并且体会工程设计软件对于硬件设计的帮助，同时了解机械加工、化学材料知识等在电子工艺中的应用，拓展知识面[5]。

4.印刷电路板制造

印制电路板是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。它将电路原理图的元器件以及他们的电气连接关系在三维空间中以多层的形式构建了出来。