清华大学实践教学百年纪念征文之十六：我经历的清华工程实践教育-清华大学基础工业训练中心

我经历的清华工程实践教育

董宝光

（清华大学基础工业训练中心）

1999年9月大学毕业，我幸运地成为清华大学基础工业训练中心的一名实习指导老师。初到清华的暑假就参加了第一次电子工艺实习，我被分配到第二实习教室，主要是跟随带班班主任孟师傅一起见习。

我印象深刻的有三件事。第一件是电子焊接中立方体的焊接，一根铜导线，分剪成12根5.5厘米的短导线，徒手焊成一个正立方体，要求焊点一次成型，并符合焊接标准要求。我在无数次练习、无数次失败中真正理解了润湿、扩散、结合层这些电子焊接机理的概念，最后，终于能够在教学演示中一次焊接成功。第二件事是手工绘制印制板图，用松香和紫药水配成液体，用工笔在印制板上画电路图，就像一名画师在铜箔上作画，小心细致地、一笔一笔地描绘电路图。第三件事是电子产品维修，学生做的充电器和收音机产品总会有各种各样的问题，需要实习指导老师帮助学生查出问题并维修好，达到产品的功能。学生的错误千奇百怪，老师要千方百计地找到故障点，保证学生拿走完好的产品。实习结束后，我被分配到电子生产车间参加电子产品制造的实习，元器件测试、剪导线、镀锡、焊接、调试电路、印制板装联、整机测试、产品组装、包装发货，每个环节都要做。做完生产实践，再到技术组设计实验电路、搭建和测试电路、设计印制电路板、采买元器件、焊接样机、调试样机、写工艺测试文件并编写产品说明书。从工人到工程师的经历让我具备了成为一名电子工艺实习指导老师的专业能力，再去指导学生实习，自然就能够得心应手，也充满了自信和自豪。

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2000年于清华园

1999年时的“电子工艺实习”课程虽已开课十余年，但还是以讲授“工艺知识”、训练“动手能力”为主要内容，注重技工层面的认知与技能培养。显然，这样的实习目的与最高学府的人才培养目标差距甚远。特别是随着电子信息技术飞速发展和其在日常生活中的广泛应用，课程必须深化改革，拓展新领域，教学改革“势在必行”。

2000年，在李鸿儒老师和王天曦老师的带领下，教研组在清华大学科教仪器厂的赞助下，“电子工艺实习”首次在国内高校中将SMT实践引入教学，结合实习特点，分解SMT工艺流程，设计集成了SMT实训系统。把复杂连贯的工艺流程，分解设计成三部分，使流程可以独立操作，并连成系统。这一成果不仅让学生可以分步学习和掌握工艺内涵，而且人人都能身临其境，亲自动手，用SMT工艺焊接组装一台当时时髦的小型FM收音机，充分感受现代电子制造的高新技术。该项目成功解决了生产实践的高要求与学生亲自动手操作之间的矛盾，首次将世界先进主流工艺技术引入电子实习，实现了教学创新。教育部专家来清华验收时对这一成果给予高度评价，杨淑子院士兴奋地说：“你们把复杂的设备简单化,把神秘的工艺表面化,非常适合学生学习先进制造技术”。该项目获清华“实验技术成果”一等奖，并迅速辐射推广到国内数百所院校。

当年，印制板（PCB）设计也是电子工艺设计范围的主要内容，是培养学生工程实践能力的重要环节。2000年时的电子工艺实习中的PCB设计训练，以课外书面作业形式进行，枯燥、乏味、耗时是学生的普遍反映，虽然大家都能按时上交作业，但里面有多少错误，又有多少是相互抄袭的内容，教师无法对比和一一判断。而学生对自己的纸面“成果”大都“自以为是”，沾沾自喜。这种训练方式在全国高校普遍存在，并延续多年，其效果可想而知。要想提升培养质量只能用“实物”验证“图纸”，用“真刀真枪”去揭示设计的错误和缺陷，让学生从挫折和失败中汲取教训，真正达到工程实践能力的培养。同年，教研组联手清华大学科教仪器厂广泛开展市场调研，探索现代科技产品的应用范围，改装传统PCB行业的专用设备，结合多年手工制作印制板的经验，经过反复探索和不断改进，终于利用多台设备集合总成了一套完整的PCB手工快速制作系统，满足了学生数量多、时间短、费用低、易操作等多项特殊要求。2001年暑期，PCB手工快速制作系统投入试用，学生使用效果极佳，单批学生240余人，按规定流程每人独立操作，从图纸到实物，能够在两天内全部完成，圆满实现了“真刀真枪”取代“纸上谈兵”的梦想。教研组开发的《PCB快速制作系统》，因操作简单（易学易会）、用时短（30分钟内）、费用低（0.02元/cm²）、精度高（间距、线宽0.2mm）、加工灵活（可单件可批量），系统总体造价低（根据配置数千~数万元）等一系列优点，也被清华评为“实验技术成果”一等奖，同样迅速推广到国内百余所高校。

EDA（Electronic Design Automation）技术，即电子设计自动化，是电子信息技术发展的杰出成果，它的发展与应用引发了工业设计和制造领域的革命。2002年暑期，教研组重新修改教学内容：1.选择带有三个传感器的电动机器猫取代传统的晶体管收音机，2.通过计算机EDA软件对机器猫电路进行仿真并用PCB软件设计印制板，3.把自行设计的布线图独立做成实物印制板，4.用自制的印制板焊接组装完整机器猫，并调试达到出厂标准。学生上机学习应用软件（Multisim和Ultiboard），并针对实习产品，独立完成从电路仿真、元器件确认、线路板设计、印制板制作，直到元器件检验、焊接、安装、调试。“人手一猫”，一气呵成，真正以工程师的身份体验了产品从设计到制造的过程。这一环节把枯燥乏味的“纸上谈兵”变成了兴趣盎然的“真刀真枪”。同学们抱着能走会叫的机器猫，饶有兴趣地说：“我的成绩，猫评判。”EDA实践成功引入课程内容，实现了从单纯技能训练向全面工程素质培养的跨越，不仅激发了学生自主学习的积极性，更为今后创新打下基础。

设计集成SMT实训系统、建设PCB手工快速制作系统和重组EDA教学内容，是清华大学“电子工艺实习”课程经历的三次重要教学改革，让基础工业训练和先进技术相得益彰、鼠标键盘和烙铁改锥珠联璧合，进一步带动了全国上千所高等院校电子工艺实习课程整体的提升，使“电子工艺实习”课程上升到了一个崭新的、系统的时代。

技术在日新月异的变化，训练中心工程实践教学探索的脚步从未停歇。2009年，训练中心实体化后，在李双寿老师的领导下，开始探索机电结合的项目式工程实践教学，我有幸参加了“防爆排雷”小车项目的教学改革，并一直沿用至今天的“制造工程实践”课程。2013年，训练中心初创iCenter创客空间，建立融工程训练、工程素质培养、技术创新创业教育于一体的课程体系，建立“学生主体、创客驱动、跨界融合，知识传授、能力培养和价值塑造协调发展”的新发展理念。2016年，训练中心搬入李兆基科技大楼，在国家双创示范基地重点建设工程项目支持下，实习的教学环境和设备条件发生了翻天覆地的变化，建设的跨学科创客实践平台iCenter在国内享有很高的影响力。2017年，建设了国内领先的数字化能力发展中心。2022年，牵头成立教育部工程创客教育虚拟教研室。近两年，我参加通识课程建设，将物联网技术和云平台引入制造工程体验课程智能家居单元课程建设，让学生零距离接触智能家居产业，以企业云端开发者平台为依托，智能宠物饮水机为案例，从市场需求和产品定位为起点，经过CDIO工程教育模式，即产品构思、设计、实现与运作，带领学生完成一个智能家居产品创意设计与制作全生命周期的工程实践体验。

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