可制造性设计规范融入高职院校“电子线路制图与制版”课程改革实践.pdf

第 37 卷第 1 期2024 年 1 月镇江高专学报Journal of Zhenjiang CollegeVol.37 No.1Jan.,2024可制造性设计规范融入高职院校“电子线路制图与制版”课程改革实践顾菊芬(苏州信息职业技术学院 通信与信息工程系,江苏 苏州 215200)摘 要:“电子线路制图与制版”是高职院校培养电子信息行业应用型印制电路板(PCB)设计人才的重要课程,应紧密对接印制电路板可制造性设计标准及工艺规范要求,在教学设计和实施过程无痕渗透规范意识、工匠精神,通过混合式教学融规范、拓展工程实训育规范,提升学生 PCB 可制造性设计规范意识和实践能力。关键词:印制电路板(PCB)设计;可制造性设计;工匠精神;行业规范;混合式教学;工程实训中图分类号:G642.0文献标志码:C文章编号:1008-8148(2024)01-0098-03收稿日期:2023-05-10基金项目:2021 年江苏省教育厅高校哲学社会科学研究一般项目(2021SJA1446);2021 年苏州信息职业技术学院教改课题(2021YJ05)作者简介:顾菊芬(1980),女,江苏苏州人,副教授,主要从事半导体测试与应用、嵌入式系统设计及应用研究。一般印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)设计岗位职责:PCB 元件标准封装的建立、元件库的创建和维护;根据结构原理图进行 PCB 布局,独立完成符合硬件、结构要求的 PCB 设计及优化;负责PCB 制版过程工程确认,配合工艺工程师优化设计;负责 Printed Circuit Board Assembly(PCBA)试制过程中输出试产报告,改善 PCB 设计问题;负责对PCB 制造工艺、电子装联工艺编写相关 PCB 设计规范;编制 PCBA 工艺文件,为 PCBA 厂解决生产问题;输出相关生产文件,编制品质体系相关文件。一般 PCB 设计制造相关岗位对 PCB 可制造性设计标准及工艺规范要求较高1。“电子线路制图与制版”课程教学时要渗入 PCB 可制造性设计规范,使学生明确电路设计、PCB 工艺规范紧密关联,树立规范意识,提高实践能力2-3。1 成果导向教学设计,“五维协同”渗透规范1.1 渗透可制造性设计规范,修订教学目标国际电工委员会(IEC)制定了印制板设计、制造和电子装联技术标准、规范 100 余项,涉及印制板及其组装件设计、材料、各类产品、制造技术及测试方法、质量保证等,形成配套体系。目前最具影响并被许多国家采用的是美国电子电路封装协会的标准(即 IPC 标准)。其中 PCB 及其安装技术的标准已形成完整体系,包括设计、制造和安装工艺、材料、各类产品、试验方法、质量保证等,配套性好,可操作性强,标准修订速度快,内容先进,满足元器件、印制板及安装技术发展需要1-3。“电子线路制图与制版”是培养电子产品 PCB设计技术人才的重要课程,具有很强的技术性、专业性、实践性、综合性,以电路应用为基础,遵循行业规范,培养学生电子线路制图与制版的能力。课程开设于第 3 学期,学生已学习“模拟电子”“数字电子技术”课程,具备一般的识图分析能力,但不熟悉PCB 生产制造行业规范、生产制造设备。在教学中可围绕电路设计进行软件操作、PCB 设计,完成成果文件输出,融入可制造性设计规范。将 PCB 可制造性设计融入项目案例和实践教学,在满足产品功能和性能可实现的前提下至少考虑如下基本问题:1)自动化生产所需的工艺传送边、定位孔、光学定位符号。2)与生产效率有关的拼板。3)与焊接合格率有关的元件封装选型、基板材质选择、组装方式、元件布局、焊盘设计、阻焊层设计。4)与检查、维修、测试有关的元器件间距、测试89焊盘设计。5)与 PCB 制造有关的导通孔和元件孔径设计、焊盘环宽设计、隔离环宽设计、线宽和线距设计。6)与装配、调试、接线有关的丝印或腐蚀字符。7)与焊接、螺装、铆接工艺有关的孔径、安装空间。教师要强调在设计阶段考虑制造因素,提高产品设计、工艺设计、制造一次成功率,缩短开发周期,并通过学生工程制版测试反馈及时优化训练。1.2 成果导向构建“理实一体”教学体系融入可制造性设计规范的“电子线路制图与制版”课程模块如图 1 所示。引入企业真实案例,由浅入深、由简到繁,通过项目引领、任务驱动组织内容,融“教、学、做”于一体,包括练习、产品仿制、自主设计 3 个阶段,利用放大电路、插卡音箱、电子沙漏等电子产品开展工程训练,无痕融入行业规范、设计要求等,提高学生综合工程素养。图 1 融入可制造性设计规范的课程模块1.3“五维协同”渗透行业规范融入行业规范,形成协同效应,从技术要求角度强化可制造性设计理念,“价值塑造、知识传授、能力培养、教研结合、创新实践”五维协同,无痕渗透科学思维、工匠精神、创造精神。注重学生创新能力培养,通过科研、竞赛、项目反哺课程教学,结合“岗课赛证”要求,强化成果导向理念,采用 CDIO(Con-ceive,Design,Implement,Operate,即构思、设计、实现、动作)工程教育模式进行课程建设。通过专业社团、第二课堂等积累实践经验和收集案例素材。2 实施混合式教学,线上线下融规范2.1 开发工作手册教材和在线开放课程互联网时代,在线教学和混合式教学必不可少,在线开放课程和配套的工作手册教材尤为重要,符合“以学生发展为中心、以学生学习为中心,以学习成果为中心”的教育理念。结合企业岗位和智能硬件安装调试“1+X”证书制度要求,开发专业能力与关键能力协同培养的工作手册教材,遵循系统颗粒化、颗粒系统化原则进行课程数字化资源建设,将自制知识点和技能点微课视频纳入课程框架,形成在线开放课程,并不断融入新技术、新工艺,实施单项技能考证认定,培养懂规范、精技能的现代电子产品设计辅助技术人员。该课程于 2022 年 10 月立项为省级精品在线课程。学生通过在线开放课程平台开展学习,解决操作练习疑难问题。线上学习注重知识型结果评价和过程考核,线下项目注重能力评价和素质评价,打通课程监控、大数据分析等平台,实时捕捉教学行为大数据,构建课程、教师、学生量化的过程评价指标,依托在线开放课程平台教学数据,实现过程评价。2.2 递进式混合教学,注重能力培养采用成果导向的工程训练模式,按照工作流程划分 7 个单元,前 6 个单元为基础入门和专项训练阶段,第 7 单元为综合项目训练阶段。基础入门和专项训练阶段,利用在线课程开展混合式教学。在线开放课程平台有通知发布、视频讲解、作业、测验、考核、论坛交流、在线答疑、评价建议等模块。教学视频以知识点为单元将教学内容拆解录制,可自由安排学习时间;知识点以课件、动画、实操录像等方式展示,促进学生理解;作业、阶段测试、期末考试等多种考核方式辅助学生及时了解学习状况;在线答疑、论坛交流等交互单元可及时为学生答疑解惑。训练遵循学生认知规律,按照“知、明、拓、验”四阶递进,如图 2 所示。图 2 四阶递进的“PCB 基础知识和设计软件”基础入门教学99综合项目训练阶段,首先,强化原理图分析,培养设计思维和分析能力。掌握电路的相关理论知识,学会分析设计要求、电路原理图,才能很好地完成 PCB 的布局和布线,实现 PCB 版图设计与制作。其次,规范 PCB 电气特性及制作工艺,满足可制造性设计要求。强调软件使用时涉及的相关技术规范及工艺制作要求,避免出现实际生产的 PCB 无法正常使用的现象。最后,择优选择 PCB 作品打板制作。学生通过项目实战和实际作品进一步体验 PCB 设计、制造、调试、测试的全过程,得以全面锻炼4-6。3 拓展工程实训途径,工程实战育规范 探寻多种工程实践途径,助力学生学以致用,强化 PCB 可制造设计规范。3.1 选拔实践创新小组,以赛促学以第二课堂、专业社团兴趣班的模式引导学生开展综合训练项目,以项目载体、成果导向促进高效学习。选拔学生参加集成电路开发与应用技能大赛、“蓝桥杯”单片机设计与开发大赛、EDA 设计与开发大赛,激发专业学习热情。项目训练和竞赛中需要进行电路设计制作,PCB 设计中的原理图库和封装库设计难度系数不高但耗时,其设计过程繁琐且存在重复性设计问题,物料采购、焊接、调试是重要环节,可以建立校内专业社团,形成学习共同体,维护已有的原理图库和封装库,还可以通过教师指导、项目学习提高 PCB 设计效率,借助嘉立创 PCBA平台快速提供元器件选型和 PCBA 打版制作,通过实物调试反馈优化 PCB 设计。3.2 依托创新实践项目,以练促学依托创新实践项目,引导学生融合电路设计制作与创意想法,厘清工程实践思路,强化团队合作意识。如图 3 所示,2019 年指导的省级大学生创新训练项目“动态显示屏 PCB 设计制作”,基于单片机控制、电机控制、视觉暂留原理设计与制作动态显示屏幕,将大学生的创新思维融入“电子线路制图与制版”课程综合创新训练,通过实践育规范4-5。图 3“动态显示屏 PCB 设计制作”综合训练项目3.3 校企联合培养人才课程教学团队联合江苏创新融网络科技股份有限公司制订 PCB 和 PCBA 工程师培养方案,建立企业导师指导考核机制,完善理论学习和工程实训的评分标准,让学生参与工业现场,助力学生职业选择与发展。不少毕业生在电子产品技术辅助研发岗位,负责电子线路制图与制版及后续调试、测试,进行产品定型前的设计改良,赢得用人单位一致好评。4 结束语 按照企业岗位对可制造性设计标准及工艺规范的要求,在“电子线路制图与制版”教学中无痕渗透可制造性设计规范、工匠精神,通过混合式教学融规范、拓展工程实训育规范,有效提升学生 PCB 可制造性设计规范意识。(下转第 105 页)0018 赵宇博,张丽萍,闫盛,等.个性化学习中学科知识图谱构建与应用综述J.计算机工程与应用,2023,59(10):1-21.9 罗婕溪,刘帅,张玉志,等.基于知识图谱技术的线上教学资源推荐系统设计与实现J.数据与计算发展前沿,2022,4(3):3-18.10 王冬青,殷红岩.基于知识图谱的个性化习题推荐系统设计研究J.中国教育信息化,2019(17):81-86.11 刘泽京,邬楠,黄抚群,等.基于知识图谱与协同过滤混合策略的在线编程评测系统题目推荐模型J.计算机科学,2023,50(2):106-114.责任编辑:卢 蕊Teaching reform of the course“Assembly Language Programming”based on knowledge graph recommendation system in colleges and universitiesXIAO Zhenhuai(School of Computer Engineering,Shangqiu Polytechnic,Shangqiu 476005,China)Abstract:With the rapid advancement of modern educational technology,theres a pressing need to innovatetraditional instructional methods for assembly language programming courses to meet students diverse learningneeds.In this context,the exploration of the knowledge graph recommendation system emerged.This system,blending knowledge graph with student modeling,achieves personalized content recommendation,learning pathplanning,resource integration,and diversified teaching interaction strategies.To validate the efficacy of this systemin assembly language instruction,a comprehensive empirical study was conducted.The results indicate that theknowledge graph recommendation system effectively elevates students academic performance,learning interest,andsatisfaction levels,offering valuable insights for pedagogical innovation and optimization.Key words:knowledge graph;assembly language programming;recommendation system;personalized recommendation(上接第 100 页)参考文献:1 裴玉玲,庞佑兵.基于可制造性设计的 PCB 协同设计J.微电子学,2010,40(5):732-734.743.2 陈正浩.电子装联可制造性设计J.电子工艺技术,2006,27(3):177-181.3 史建洲.电子整机设备可制造性设计的应用研究J.工业技术与职业教育,2022,20(2):19-21.4 顾菊芬.工程思维导向的项目课程建设实践:以智能电子产品设计制作为例J.武汉船舶职业技术学院学报,2020,19(1):47-50.5 顾菊芬.无线感应供电的旋转 LED 动态显示屏设计J.安徽电子信息职业技术学院学报,2022,21(1):28-33.6 顾菊芬.IAP15 可仿真单片机教学平台的研制与应用J.宁波职业技术学院学报,2016,20(5):91-94.责任编辑:卢 蕊Practice of the curriculum reform of integrating manufacturability design norms into“Electronic Circuit Drawing and Plate Making”in higher vocational collegesGU Jufen(Communication and Information Engineering Department,Suzhou Institute of Information Technology,Suzhou 215200,China)Abstract:As an important course for higher vocational colleges to cultivate applied Printed Circuit Board(PCB)design talents with moderate theoretical knowledge and strong practical abilities at the forefront of the electronicinformation industry,“Electronic Circuit Drawing and Plate Making”closely aligns with the design standards andprocess specifications for printed circuit board manufacturability.It seamlessly permeates the awareness ofstandardization and craftsmanship spirit in the teaching design and implementation process,and integratesstandardization and norms through the blended teaching and the expanded engineering training to improve studentsawareness of manufacturability in PCB design and practical ability.Key words:Printed Circuit Board(PCB)design;manufacturability design;craftsmanship spirit;industry norms;blended teaching;engineering training501