基于“新工科”的电子封装技术实验教学改革与探索_石素君.pdf

实 验 技 术 与 管 理 第 40 卷 增刊 1 2023 年 7 月 Experimental Technology and Management Vol.40 No.S1 Jul.2023 收稿日期:2023-04-26 基金项目:2018 年北京理工大学深化教育教学改革专项（SG180308）；2020 年北京理工大学虚拟仿真实验教学项目“基于引线键合技术的金丝球焊关键工艺虚拟仿真实验”；2021 年北京理工大学教改项目“基于新工科理念的电子封装技术专业课程实验课程建设与探索”作者简介:石素君（1985），女，山东济宁，硕士，实验师，主要从事电子封装技术实验教学与研究工作，。引文格式:石素君，李红，赵修臣，等.基于“新工科”的电子封装技术实验教学改革与探索J.实验技术与管理,2023,40（增刊 1）:29-33.Cite this article:SHI S J,LI H,ZHAO X C,et al.Reform and exploration of electronic packaging technology experimental teaching based on“New Engineering”J.Experimental Technology and Management,2023,40(S1):29-33.(in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/T DOI:10.16791/ki.sjg.2023.S1.007 基于“新工科”的电子封装技术实验教学改革与探索 石素君，李 红，赵修臣，郑 冰，许兴燕（北京理工大学 材料学院，北京 100081）摘 要：该文针对电子封装技术专业课程实验教学改革，制定了知识、能力和思政多维度教学目标，构建了以技术前沿为引领的全封装工艺流程知识体系，形成了以虚拟仿真、SPOC 视频等现代信息技术为手段的线上线下多形态实验教学模式，建立了科学全面的实验教学评价体系，将价值引导贯穿人才培养全过程。该项改革大大提高了学生的自主学习能力、解决问题能力和探索创新能力。关键词：新工科；多维度；全工艺；新形态 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2023)S1-0029-05 Reform and exploration of electronic packaging technology experimental teaching based on“New Engineering”SHI Sujun,LI Hong,ZHAO Xiuchen,ZHENG Bing,XU Xingyan(School of Materials Science&Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)Abstract:This paper focuses on the reform of experimental teaching in electronic packaging technology courses,and establishes multi-dimensional teaching objectives based on knowledge,ability,and ideological and political education.This paper constructs a full packaging process knowledge system led by the forefront of technology,forms an online and offline multimodal experimental teaching mode using modern information technologies such as virtual simulation and SPOC video,and establishes a scientific and comprehensive evaluation system for experimental teaching,Guides value throughout the entire process of talent cultivation.This reform has greatly improved students self-learning ability,problem-solving ability,and exploratory innovation ability.Key words:New Engineering;multi-dimensional;full process;new form 2017 年以来，教育部先后形成“复旦共识”1、“天大行动”2和“北京指南”3，积极推进“新工科”建设成为我国高等院校教育教学改革的新方向。“新工科”建设要求探索更加多样化、个性化的人才培养模式，培养具有创新创业能力和跨界整合能力的工程科技人才，对实验教学改革具有深远影响4-8。实验教学是沟通理论与实践的桥梁，是教学体系中不可或缺的关键环节，对培养学生实验操作能力、独立探索能力和科学研究能力具有重要作用9。在“新工科”背景下推进实验教学改革，是践行工程教育新要求、人才培养新目标的重要方面，旨在提高学生理论联系实际的意识和能力。1 电子封装技术专业实践教学现状及存在问题 电子封装技术是一门新兴的交叉学科，是涉及材料科学、微电子科学、先进加工技术、物理与化学等多学科的制造和研究领域。电子封装技术实验是一门具有基础性、专业性和综合性特点的实验课程，多年来已逐渐完成从依附到相对独立、从被动到相对主动、从单一到相对多样的转变9。30 实 验 技 术 与 管 理 对照“新工科”课程建设要求，目前的电子封装技术实验教学存在以下问题：教学内容偏重基础知识训练，综合类实验欠缺，创新性不足。教学方式单一，传统的课堂实验限制了理论知识的外延拓展，不利于对学生科学研究能力的培养。评价机制有缺陷，传统的“实验报告+平时出勤”成绩评定模式限制了学生实验热情，忽视了学生的个性化发展需求，无法体现学生探究、创新、合作、实践等方面能力，对善于思考、勤于动手、具有创新精神的学生缺乏公平性。2 电子封装技术实验课程改革举措 基于“新工科”理念10，以我校材料学院“双 一流”学科建设为契机，以培养学生卓越的动手能力和创新精神为目标，以优化实验教学内容为核心，以探索实验教学新模式为重点，以改进实验教学评价机制为保障，开展了电子封装技术实验课程教学改革。2.1 提升教学理念，确立多维度实验教学目标 培养“新工科”创新型人才，需要在夯实其科学理论基础、提高其实践创新能力、强化其知识应用能力、提高其职业综合素质的同时，将价值引导贯穿人才培养的全过程11。因此，我们为本实验课程确立了“知识-能力-思政”多维度教学目标，如图 1所示。图 1 电子封装技术实验教学目标 授课教师在关注学生掌握知识、技能情况的同时，也关注学生情感、态度、价值观的形成，通过改进教学内容、教学方法、教学评价，将科学方法、科学精神、科学素养具象化，实现立德与树人、育人与育才的有机结合。2.2 融合教学资源，构建“全工艺”实验教学内容 充分利用校内优质资源，对我校电子封装实验室、微纳加工中心、先进材料实验中心以及虚拟仿真实验平台的资源进行统筹整合，以集成电路和半导体封测产业发展为牵引，以封测企业需求为导向，以电子封装工艺为主线，对原模块化实验教学内容12再拓展、再延伸，构建了具有系统化、模块化的“全封装工艺流程”的实验教学内容，如图 2 所示。整个实验课程按照电子封装工艺流程设计了 5 大模块，包括引线键合技术、倒装封装技术、印刷电路板技术、表面贴装技术以及器件可靠性技术，形成了全封装工艺线的电子封装技术实验内容。根据学生学习认知和能力提高的规律，设计为 3 个能力层次，依次是基本动手能力、知识应用能力和科学创新能力，并将其融入设备的熟悉与基础训练过程、工艺的设计与实现过程、技术的研究与创新过程三大过程，从而形成多层递进的课程教学体系。在培养学生科学创新能力方面，我们建立了创新实验项目库，如大功率 LED 器件的结构分析及封装工艺研究、铜（银）合金键合丝在 Si 基芯片（GaN 芯片或 GaAs 芯片）上的工艺研究、金凸点倒装芯片封装工艺及性能研究、功率芯片封装设计及可靠性评价、柔性线路板封装设计与工艺研究等 10 余项行业前沿技术实验项目。在这些实验项目中，要求学生选择完成 1项，采用自建团队、自由选题、自主设计、自主实验方式，强调以学生为中心，进行产教融合，培养学生独立思考能力、调研能力、行业发展跟踪能力以及科研创新能力。实验项目库每年根据行业技术发展以及企业产品问题需求进行持续更新。以金凸点倒装芯片封装工艺及性能研究项目为例，其实验过程流程如图 3所示。通过对原材料的分析、实验工艺方法的设计、工艺条件的探索以及性能质量的评价与分析，锻炼了学生的知识运用能力、实践动手能力和创新思维能力。石素君，等：基于“新工科”的电子封装技术实验教学改革与探索 31 图 2 电子封装技术实验内容基本框架 图 3 金凸点倒装芯片封装工艺及性能研究项目实验过程流程图 在实验教学中，通过对比国内外生产设备、工艺能力和技术水平等让学生了解我国技术与国外的差距，激发爱国情怀。以行业企业生产的各种典型器件为研究对象，通过具体产品的具体工艺，让学生直观认识、了解产品的封装工艺特点，结合实际生产需求完成工艺设计或解决工艺问题，提高学生对电子封装技术专业的认同感和自豪感，培养工程实践能力和创新能力，树立严谨求实的学习态度。2.3 更新教学方法，探索“新形态”实验教学模式 在当今的信息化时代，产业新技术、新形态不断涌现，科学技术与信息技术促使人才培养产生了一系列由内而外的量变和质变，新形态教学方式在实践教学中发挥着越来越重要的作用。我们紧跟时代脚步，更新传统实验教学模式，采用现场分组教学、企业远程指导、线上视频教学、线上虚拟仿真教学及线下小组实验研究相结合的教学模式，如图 4 所示。32 实 验 技 术 与 管 理 图 4 电子封装技术实验教学模式 依托我校虚拟仿真实验课程教学平台，创建了电子封装实验 SPOC 课程。除了实验视频外，还编发了课程 PPT、随堂测试等资料，方便学生进行自学与自测。学生登录学校统一账号，可以随时随地观看视频，获取相关学习资料，提高了学生学习的主动性和学习效率，节省了课堂时间。本课程还借助了线上虚拟仿真实验，如金丝球焊原理与关键工艺、高可靠性电子封装焊点的合金设计，使学生可视、可感地体验半导体生产的超净间环境，学习电子封装基础知识，掌握设备结构与操作，熟悉实验工艺设计及实验机理。通过线上虚拟仿真，与实验安全、实验规范有机融合，克服了真实实验操作存在的教学死角和教学难点，实现了实验机理的反复探究和实验过程的多次推演，显著提升了教学效果。2.4 完善考核机制，建立“过程化”实验教学评价体系 电子封装技术实验课程坚持“学生中心、成果导向、持续改进”教育理念13-15，关注学习成效，将培养学生综合素质和创新能力的目标融入教学质量评价体系，完善过程评价和结果评价，以更真实、更科学、更公平的方式评价学生的学习效果。根据模块化、层次性的实验教学内容，本实验课程由 5+1 个实验项目成绩组成，其中“5”即图 2 中对应的 5 大技术模块下的工艺实验项目（分数总占比为 80%），“1”为 1 个技术创新实验项目（分数占比为 20%）。对 5 大技术模块的工艺实验项目根据其重要性与难易度划分分数权重，并对每个工艺实验设置多级考核指标点，如设备操作、实验安全、实验过程实施、实验指标达成度等。对 1 项技术创新实验的评价，依据的是项目的创新性、实验方案的合理性、研究成果以及成员参与度等，强调学生的参与性，在突出个人能力培养的同时，着力培养团队合作能力。该实验评价体系加大了对学生实验过程的考核力度，增加了对学生实验创新能力和科学精神的评价，能够更好地激励学生主动参与，激发创新意识，更好地体现教学效果评价的综合性、公平性和全面性。3 改革成效 2018 年以来，我校电子封装技术专业通过实验教学体系和教学内容改革，极大地提升了学生参与实验的积极性和学习效果，提升了学生的实践能力和创新精神。学生能够很快独立掌握实验设备操作，对实验内容的掌握也越来越好。课程设置的创新实验项目提升了学生的专业兴趣，提高了参与科创项目的积极性。近四年，获批大学生创新创业项目 23 项，参与学生 86 人次；在“世纪杯”、“挑战杯”、金相大赛等科技竞赛及技能大赛中获奖百余项。以 2016 级电子封装技术专业本科生为例，该专业共有 29 名学生，在 2019 年获批 4 项国家级和 3 项北京市级大学生创新计划项目，班上 80%的学生进行了参与，教学效果良好。4 结语 基于“新工科”理念，我们的电子封装技术实验课程在教育教学改革中，注重以学生为主体，以问题为导向，以能力培养为落脚点，将多元化教学手段与思政教育有机融合，实现了实验课程教学体系和教学内容的变革，激发了学生的实验兴趣，提高了学生的综合素质。所运用的“新形态”实验教学模式，打破 石素君，等：基于“新工科”的电子封装技术实验教学改革与探索 33 了时空限制，激发了学生的学习积极性，提高了学生的学习效率，改善了学生的学习效果。参考文献(References)1 佚名.“新工科”建设复旦共识J.高等工程教育研究，2017(1):1011.2 佚名.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）J.高等工程教育研究，2017(2):2425.3 佚名.新工科建设指南（“北京指南”）J.高等工程教育研究，2017(4):2021.4 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济J.高等工程教育研究，2017(1):19.5 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