電子系統(tǒng)可靠性是影響武器裝備作戰(zhàn)能力的重要因素,熱是影響電子系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素之一?在我國(guó)電子產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化和自主可控對(duì)可靠性復(fù)合型人才的迫切需求背景下,加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生可靠性實(shí)踐與創(chuàng)新能力,是高校的可靠性工程實(shí)踐教學(xué)面臨的新要求?

電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)熱分析實(shí)驗(yàn)是一門與可靠性工程關(guān)系密切?實(shí)踐性較強(qiáng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程?其在可靠性專業(yè)課程中占有重要的地位,是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決電子設(shè)備熱問題的能力?動(dòng)手操作能力及電子產(chǎn)品可靠性實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)?

隨著高校改革和優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè),可靠性專業(yè)本科畢業(yè)生的平均升學(xué)率(讀研的比例)較高,本研兩個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容雖然能滿足教學(xué)任務(wù),但沒有很好地實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)和優(yōu)化?此外,隨著新技術(shù)?新材料等技術(shù)發(fā)展,原有的熱設(shè)計(jì)熱分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不適應(yīng)現(xiàn)代可靠性的發(fā)展需求,暴露出一些問題,亟待改革?

一?熱設(shè)計(jì)熱分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題分析

(一) 教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊

目前該實(shí)驗(yàn)包括電子系統(tǒng)性能測(cè)試?可靠性熱設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)?熱仿真分析?熱性能測(cè)量等內(nèi)容?采用軟件進(jìn)行熱優(yōu)化設(shè)計(jì)及熱仿真分析,采用實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)進(jìn)行電子系統(tǒng)性能及熱測(cè)量?實(shí)驗(yàn)對(duì)象仍然是10年前電子產(chǎn)品,不能緊跟近年工程中環(huán)境復(fù)雜多樣帶來的變化?另外,本研一體化培養(yǎng)是當(dāng)今高校工科教育改革的最新動(dòng)向,由于本科與研究生階段教學(xué)內(nèi)容沒有進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有部分重復(fù),不利于學(xué)生本研一體化及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?

(二) 教學(xué)模式傳統(tǒng)單一

實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)+實(shí)驗(yàn)前教師集中講解+分小組試驗(yàn)操作+撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告”方式?這種傳統(tǒng)教學(xué)模式相對(duì)單一,學(xué)生按部就班完成實(shí)驗(yàn),容易導(dǎo)致學(xué)生思維狹窄僵化,在很大程度上抑制了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的主觀能動(dòng)性,不利于學(xué)科交叉與跨學(xué)科復(fù)合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)?此外,提前預(yù)習(xí)以及課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)也不容易落到實(shí)處?

(三) 考核方式不合理

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)由預(yù)習(xí)報(bào)告?實(shí)驗(yàn)操作?實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合得出,各占比三分之一?由于實(shí)驗(yàn)操作過程以小組方式進(jìn)行,每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相同,學(xué)生課后所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告相似率極高,存在抄襲現(xiàn)象,導(dǎo)致教學(xué)考核效果差,達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的?

二?實(shí)驗(yàn)本研一體化多層次教學(xué)改革探索

電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)熱分析實(shí)驗(yàn)屬于專業(yè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),必須以學(xué)生為中心,加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題?分析問題和解決問題能力的培養(yǎng),設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容以及多層次的教學(xué)模式,讓學(xué)生主動(dòng)投入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去,實(shí)現(xiàn)本科階段實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和研究生階段實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)階性和銜接性?將本研一體化循序漸進(jìn)的教學(xué)同本科生與研究生實(shí)踐能力的培養(yǎng)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在不同階段的培養(yǎng)目標(biāo)?

(一) 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置為基礎(chǔ)?拓展和延伸創(chuàng)新三個(gè)層次,其中,基礎(chǔ)?拓展層次實(shí)驗(yàn)突出對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng);創(chuàng)新層次實(shí)驗(yàn)具有一定的探究性,以解決實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn),突出對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),三個(gè)層次整合打通本研兩個(gè)階段?

實(shí)驗(yàn)教學(xué)原有的熱設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括:

(1) 初選散熱器,電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及性能測(cè)試?降額設(shè)計(jì);

(2) 優(yōu)化散熱器,電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及性能測(cè)試?降額設(shè)計(jì);

(3) 采用Qfin軟件對(duì)散熱器進(jìn)行熱設(shè)計(jì)熱分析?散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)以及評(píng)估;

熱分析模塊包括:

(1) 電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)及性能測(cè)試;

(2) 獲取熱源功耗,建立熱仿真模型,進(jìn)行熱分析;

(3) 電子產(chǎn)品熱測(cè)量及熱分析誤差來源分析?

在原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)上,在電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中增加散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱分析拓展內(nèi)容,優(yōu)化電子系統(tǒng)熱分析實(shí)驗(yàn)?zāi)K?此外,結(jié)合電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)發(fā)展,針對(duì)電子產(chǎn)品使用環(huán)境,對(duì)電源系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)新增熱環(huán)境下的電子材料力學(xué)性能測(cè)試等延伸內(nèi)容,如圖1所示,新增電子系統(tǒng)熱分析實(shí)驗(yàn)?zāi)K中信號(hào)對(duì)熱的影響分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,如圖2所示,進(jìn)一步分析熱參數(shù)計(jì)算過程中電源波動(dòng)?信號(hào)變化的影響,觀察信號(hào)在熱過程中的變化?

在本科階段,為加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),以小組合作形式完成原有實(shí)驗(yàn)?zāi)K內(nèi)容及拓展內(nèi)容,使學(xué)生理解電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)熱分析基本原理,熟練掌握熱設(shè)計(jì)熱分析流程和熱評(píng)估手段,訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的能力?研究生階段注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),學(xué)生根據(jù)學(xué)業(yè)規(guī)劃決定是否可提前做完延伸性實(shí)驗(yàn),以便在研究生階段免修該實(shí)驗(yàn),為本研一體化培養(yǎng)提供制度性保障?這樣從內(nèi)容上細(xì)化了本研一體教學(xué)內(nèi)容,提出了不同層次的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)?

(二) 四位一體多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

提出“微課預(yù)習(xí)+集中教學(xué)+專業(yè)實(shí)驗(yàn)+自主探究實(shí)驗(yàn)”四位一體實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)效果?

1. 以微課促進(jìn)有效預(yù)習(xí)?根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,在集中授課之前將實(shí)驗(yàn)相關(guān)專題及儀器操作等微課通過網(wǎng)絡(luò)提供給學(xué)生,學(xué)生利用微課自主完成新知識(shí)的學(xué)習(xí),并完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告?這樣在集中教學(xué)時(shí)可減少一些內(nèi)容講解,集中精力解決學(xué)生預(yù)習(xí)中的問題?

2. 基于啟發(fā)式的集中教學(xué)?根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)有針對(duì)性地集中講解,對(duì)熱相關(guān)知識(shí)?環(huán)境溫度對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響?實(shí)驗(yàn)中的硬件和軟件平臺(tái)等實(shí)驗(yàn)中可能遇到技術(shù)要點(diǎn)問題進(jìn)行啟發(fā)和討論,使學(xué)生熟悉該門實(shí)驗(yàn)應(yīng)完成的核心內(nèi)容?

3.團(tuán)隊(duì)合作完成專業(yè)實(shí)驗(yàn)?指導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)及熱設(shè)計(jì)熱分析軟件,以團(tuán)隊(duì)合作方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使學(xué)生掌握評(píng)估熱設(shè)計(jì)的手段,學(xué)會(huì)利用現(xiàn)代化熱分析軟件及熱測(cè)量手段,理解改進(jìn)電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的方法,具備使用實(shí)驗(yàn)工具分析問題和解決問題的能力?

4.探究性自主實(shí)驗(yàn)?增設(shè)探究性自主實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),學(xué)生依據(jù)熱設(shè)計(jì)?熱分析所學(xué)內(nèi)容,針對(duì)工程實(shí)際需求和問題,自主搜集資料,制定散熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,分析熱環(huán)境及信號(hào)波動(dòng)對(duì)熱的影響,在教師引導(dǎo)下,提出相應(yīng)處理措施,切身感受到不同參數(shù)?不同方法?不同工藝對(duì)熱的影響?

(三)完善考核方式

在考核方式上,首先,根據(jù)每位同學(xué)提交的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,檢查其對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解程度,給出分值;其次,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)每組同學(xué)的監(jiān)督,盡量掌握每個(gè)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手情況,及時(shí)記錄操作成績(jī);再次,根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫及完成情況進(jìn)行計(jì)分;最后,對(duì)于探究性自主實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)完成后安排參加的學(xué)生答辯,答辯成績(jī)計(jì)入實(shí)驗(yàn)總成績(jī)?

細(xì)化實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定比例,改革后的實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)?實(shí)驗(yàn)操作?實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)答辯(針對(duì)選做探究性自主實(shí)驗(yàn)的同學(xué))等幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定?實(shí)驗(yàn)操作(實(shí)驗(yàn)答辯)所占比重為50%左右?預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比約50%,杜絕個(gè)別同學(xué)不認(rèn)真做實(shí)驗(yàn),抄襲作業(yè),卻還能獲得高分的可能,同時(shí)鼓勵(lì)同學(xué)在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)發(fā)揮自己的能動(dòng)性和創(chuàng)新性?

三?教學(xué)改革初步成效

經(jīng)過初步實(shí)施,學(xué)生對(duì)電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)和熱分析實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)熱情和實(shí)際操作能力均有很大的提升?經(jīng)學(xué)生反饋,本研一體化實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,在知識(shí)廣度?層次性及創(chuàng)新性上有較大提高,實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量也有了顯著改進(jìn)?大部分學(xué)生能夠接受這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,并表現(xiàn)出濃厚的興趣?

四?結(jié)語(yǔ)

通過教學(xué)內(nèi)容?教學(xué)模式及考核方式三個(gè)方面的教學(xué)改革探索,學(xué)生對(duì)電子系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)?熱分析和熱評(píng)估流程有了一個(gè)更加清晰的認(rèn)識(shí),提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)?

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