張新安 熊文元 包本剛

（湖南科技學院 電子工程系，湖南 永州 425100）

電子設計競賽促實踐教學改革的探討

張新安 熊文元 包本剛

（湖南科技學院 電子工程系，湖南 永州 425100）

根據(jù)全國大學生電子設計競賽的內容及要求，針對學生在參加競賽過程中暴露的問題，對電子技術類課程的實踐教學體系、教學內容和實踐教學方法進行了改革。培養(yǎng)了學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神，提高了實踐教學質量，取得了良好的效果。

電子設計競賽；實踐教學；實踐能力；創(chuàng)新能力

0 引言

全國大學生電子設計競賽是信息產業(yè)部人事司和教育部高等教育司主辦的四大學科競賽之一，是具有權威性和很大影響力的全國性電子類專業(yè)大學生課外科技競賽活動。全國大學生電子設計競賽的開展，不僅提高了大學生的電子設計制作能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作精神，同時也促進了電子技術類課程的教學改革和教學質量的提高。我校自2005年開始已連續(xù)參加了三屆，本文依據(jù)我校參賽和培訓的情況，淺談我校以全國大學生電子設計競賽促進電子技術類課程實踐教學改革，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力的體會。

1.全國大學生電子設計競賽的意義

1.1 有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學生對實踐課的興趣

傳統(tǒng)的實踐教學是理論教學的輔助，實驗內容多數(shù)是驗證理論知識，學生根據(jù)實驗指導書上的方法和步驟就可完成實驗，整個實驗過程學生完全是被動的[1]。這樣的驗證實驗不能實現(xiàn)對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以激發(fā)學生的對實踐教學的興趣。

全國大學生電子設計競賽要求參賽學生在四天內完成從選題、搜集資料、設計方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設計、組裝、調試、測試、排除故障、做出成品和撰寫設計報告的全過程，并且要求三人組隊參賽，是對學生綜合素質的全面考核，具有極大的挑戰(zhàn)性[2]。比賽中既要動手操作，又要理論分析。經過培訓和參加競賽的學生，其實踐能力與創(chuàng)新能力都得到很大的提高，同時激發(fā)了學生對實踐教學的興趣。

1.2 有利于增強學生的競爭意識和就業(yè)能力

在電子設計競賽中能脫穎而出的都是理論知識扎實，動手能力強，經過嚴格訓練，具有創(chuàng)新意識和協(xié)作精神的優(yōu)秀學生。無論獲獎與否，參加過培訓和電子設計競賽的學生，在系統(tǒng)設計、方案論證、合作精神與創(chuàng)新能力等方面都有很大的提高，在畢業(yè)設計中受到老師的青睞，在實際工作中，表現(xiàn)出較好的獨立性，創(chuàng)新精神、協(xié)作能力與競爭意識，得到社會及用人單位一致的肯定和好評，增強了就業(yè)能力[3]。

1.3 有利于推動電子技術類課程的教學改革

電子競賽題目是一批高水平的教授、專家根據(jù)電子技術發(fā)展的最新信息擬出的。選題涵蓋了模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路、單片機應用、可編程器件、傳感器技術、自動控制技術和EDA等課程的內容[4]，競賽中既要考察學生的實際動手能力，又要考察學生的理論知識和創(chuàng)新能力；既有涉及知識面廣、功能多的系統(tǒng)設計，又有單一功能的電路設計；既有以指標性設計為目的的題目，又有以功能性設計為目的的題目；既有基本要求，又有發(fā)揮部分，同時在電子設計競賽中又鼓勵學生使用新技術、新器件和新電路，以滿足先進的技術指標。所以，對電子技術類課程的教學改革具有指導和推動作用。

2. 對參賽學生的能力要求

參加電子設計競賽的學生應具備的實踐能力包括[5]：電子元器件的識別及使用方法、印制電路板設計與制作等電子設計制作基礎；集成直流穩(wěn)壓電源、運算放大器電路、信號產生電路和處理電路、顯示電路和 A/D轉換器等單元電路設計；通用鍵盤及顯示電路、單片機與液晶顯示接口電路、單片機與 D/A和 A/D轉換電路等單片機最小系統(tǒng)設計；FPGA最小系統(tǒng)和配置電路的設計及FPGA的最小系統(tǒng)板下載等可編程邏輯器件系統(tǒng)設計，以及資料查閱、綜合系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計和撰寫設計報告等。

3. 電子設計競賽中反映的問題

我校歷屆培訓及競賽現(xiàn)場，主要表現(xiàn)出以下一些問題[6]。

（1）查閱參考資料的能力差。在拿到競賽題目后，學生都是先翻教科書，不去查找具有最新技術的期刊文獻，特別是上網(wǎng)搜集資料的能力差。

（2）對知識的綜合應用能力不強。對一個制作項目能夠提出的設計方案很少，不能對方案進行充分的論證和比較，生搬硬套參考電路，不能設計出簡單先進的電路，綜合應用所學知識分析和解決問題的能力較差。反映我們的實踐教學缺少綜合性、設計性實驗的訓練。

（3）新技術、新器件的應用能力差。有的制作項目如能采用新技術、新器件，如FPGA、CPLD等實現(xiàn)系統(tǒng)設計，不僅性能指標優(yōu)于傳統(tǒng)電路，而且電路簡單。反映我們的實踐教學內容陳舊，不能緊跟電子科學技術的發(fā)展。

（4）不適應工程設計技術指標要求。競賽中學生對競賽題目的各類技術指標的實現(xiàn)和改善上感到無從下手。

（5）實驗動手能力不強。競賽過程中，一部分同學在安裝、焊接、電路調試、故障查找和排除等過程中操作不熟練，不能適當?shù)卦O計實驗數(shù)據(jù)表格，不能通過對實驗數(shù)據(jù)的歸納、總結去分析、解決問題。反映我們的實驗教學驗證性實驗多，綜合性、設計性的實驗少，學生的動手能力和綜合運用能力沒有得到應有的訓練。

（6）單片機知識的應用能力有限。很多競賽題要用到單片機的知識去完成設計，部分參賽同學因單片機知識與應用能力不夠，未能取得較好的競賽成績。

（7）設計報告撰寫的質量不高。設計報告的格式與內容存在很多缺陷，方案論證不夠充分，理論分析不夠嚴謹。反映我們的實驗課教學忽視了實驗報告這個重要環(huán)節(jié)。

4. 電子技術類課程的實踐教學改革

根據(jù)全國大學生電子設計競賽的內容及要求，針對學生在培訓和競賽過程中暴露的問題，我們對電子技術類課程的實踐教學進行了如下改革。

4.1 改革實踐教學體系

依據(jù)學科專業(yè)特點，結合我校實際，將實踐教學從理論教學中分離出來，單獨設課、單獨考核，構建起一個與理論教學體系相互匹配，相互聯(lián)系、相互補充，相對獨立、科學優(yōu)化的實踐教學體系。將實驗教學環(huán)節(jié)劃分為三個層次[7]。

（1）基本技能訓練層：以電子工藝實習、實訓為教學內容，掌握萬用表的使用，電子元器件識別、檢測，印制板制作、焊接，直流穩(wěn)壓電源組裝，收音機安裝調試等基本操作技能。以電路分析、電子測量、模擬電子技術、數(shù)字電子技術等專業(yè)基礎課的實驗為教學內容，掌握信號發(fā)生器和示波器等常用儀器的使用方法，培養(yǎng)正確記錄、處理數(shù)據(jù)及分析實驗結果的能力。

（2）課程設計實驗層：以電子技術、單片機技術、EDA技術等課程的實驗為教學的主要內容。通過對簡單電路的設計，熟悉常用電子元器件，學會查閱元器件手冊及通過互聯(lián)網(wǎng)尋找所需資料的方法，讓學生通過安裝調試，學會通過調整元件參數(shù)，滿足實驗指標要求。

（3）綜合設計實踐層：以傳感器技術及應用、單片機技術、EDA技術、電子系統(tǒng)綜合設計等課程實驗、電子設計競賽等課外活動為實踐教學環(huán)節(jié)，掌握用最先進的設計平臺和最新的工具進行高效的綜合設計，用組裝的系統(tǒng)電路板，用電子設計自動化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具，進行“虛、實、軟、硬”相結合的現(xiàn)代電子技術設計實踐。要求學生能獨立完成從設計到制作的全過程，提高學生運用所學知識進行電路級的綜合設計能力以及系統(tǒng)級的開發(fā)應用和創(chuàng)新能力。

4.2 更新實驗教學內容

實踐教學改革的關鍵是教學內容的改革，要根據(jù)認知規(guī)律、學科特點、實踐教學自身的規(guī)律和學生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，更新實驗內容。

（1）減少驗證性實驗，增加應用性、設計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統(tǒng)和虛擬儀器等先進的實踐教學內容[8]。增加單片機課程設計的實驗課時，加強其實驗和設計應用，增加EDA技術和Protel課程設計的實驗課時，加強Protel電路設計軟件和EDA電路設計仿真軟件的實踐應用；增加電子實習課時，增加和競賽有關電路的制作內容。實踐教學內容要體現(xiàn)最新的科技成果，反映運用現(xiàn)代科學技術成果的新的實驗技術和新的實驗方法，實現(xiàn)實踐教學內容的與時俱進。

（2）增加能培養(yǎng)學生實際操作能力的工藝性操作實踐。注重電子元器件特別是新型元器件的使用[9]。元器件選擇方面，除個別驗證性實驗仍保留部分分立器件外，其余均采用集成化，數(shù)字化，模塊化的器件，如集成穩(wěn)壓電源、集成運放、集成功放、集成A/D，D/A等器件，RAM、EPROM集成電路，以及ASIC可編程控制器。對于綜合型、設計型實驗，指導學生選擇最新器件來完成設計。

（3）對整個課程體系的實驗內容進行整體優(yōu)化組合，將同類課程體系或同類學科的實驗項目合并，創(chuàng)建新的綜合實驗課程，實現(xiàn)學科之間實驗內容的互相交叉滲透。修改綜合設計內容，把本專業(yè)的理論知識同單片機技術和PLC技術更多地結合應用，并把電子設計競賽知識結合其中。

（4）設立學生科研基金，資助運用新技術、新器件、新思想的電子設計與制作的學生課題[10]。把科研引進教學過程，鼓勵學生參與教師的科研工作和生產中急需解決或探索的實際問題的研究，培養(yǎng)學生的方案論證、裝配、調整、檢測，數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、總結歸納，撰寫科研論文等能力。

4.3 改革實踐教學方法

（1）實施開放式實踐教學

在實踐內容、實踐時間、實踐方法、組織形式等方面實行開放式教學，打破時間、空間的限制，提供給學生進行創(chuàng)造的環(huán)境，讓學生真正成為學習的主體[11]。

在實驗內容上，設定必做實驗、選做實驗和自主實驗的比例，前者保證教學基本要求和基本技能訓練，后者則由學生根據(jù)自身的條件與興趣，在眾多的實驗課題中選擇，以達到因材施教的目的。

課程設計、綜合性、設計性實驗，教師只提出設計的總體要求和要達到的效果，不制定統(tǒng)一的參數(shù)指標，設計步驟，給學生一個較大的創(chuàng)造空間。提倡方案的多樣性，給學生充分的創(chuàng)新機會。由學生完成從方案制定、電路設計、元件篩選、焊接組裝、程序設計、系統(tǒng)調試到設計報告撰寫、答辯等全部過程，教師變指導為引導，充分發(fā)揮學生的主動性。

（2）增大實驗室開放的力度

在安排好課內實驗教學的基礎上，充分利用實驗室資源，制訂實驗室的開放項目、開放計劃。在實驗室開放時間里，為學生提供實驗場地的同時，還為學生提供萬用表、信號源、示波器、電類實驗箱、單片機實驗箱等設備，還安排教師進行現(xiàn)場指導。

建立現(xiàn)代化的實驗中心網(wǎng)上實驗預約與管理系統(tǒng)，在開放的平臺上，選做實驗和自主實驗學生可以個人預約，預約的內容包括實驗時間、場地、內容、指導教師等，這種“集中”和“自由”相結合的開放管理方式，提高了實驗室和儀器設備的利用率。

（3）開設電子技術實踐選修課

根據(jù)現(xiàn)代電子技術的發(fā)展和全國大學生電子設計競賽的情況，我們?yōu)殡婎悓I(yè)的學生開設了如“電子制作”、“電子創(chuàng)新設計”等選修實踐課，內容包括簡單電路、系統(tǒng)電路和有創(chuàng)新特色的電子電路等的設計與制作等，為愛好電子設計的學生提供更多的學習機會。

（4）舉辦校內電子設計競賽，激發(fā)學生學習興趣

我校每年舉行的全校大學生電子設計競賽，按照全國大學生電子設計競賽的方式進行，在為電子設計愛好者提供施展才能機會的同時，也為參加全國大學生電子設計競賽選拔了隊員。在校領導和有關部門的支持及全國大學生電子設計競賽的影響下，參賽人數(shù)逐年增多，大學生電子設計競賽已成為我校學生最喜愛的科技活動。

（5）認真組織學生參加全國大學生電子設計競賽

我校是專升本不久的本科院校，電子類專業(yè)的辦學時間不長，基礎薄弱，參加全國性的電子設計大賽的經驗更少，我們把參賽作為學習、實訓、取經、提高的過程，參賽成績逐年提高。

結 語

全國大學生電子設計競賽，在全面提高大學生綜合素質的同時，也推進了電子類實踐課程的教學改革?？偨Y幾年來我校參加全國電子設計競賽的得與失，使我們找到了教學中存在的不足與欠缺，進一步明確了教學改革的目標和方向。通過近幾年對實踐教學的改革，提高了教學質量，取得了較好的成績。將新知識、新技術不斷地融入教學之中，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高校的長期任務。為此，我們將與時俱進，不斷地改革，不斷地探索，努力提高教學質量。

[1]付興鋒,張常年,肖秀玲,等.以大學生競賽活動為契機推進實踐教學改革[J].實驗室研究與探索,2010, 29(1): 127-128.

[2]趙顯利.2009年全國大學生電子設計競賽工作總結報告[EB/OL].(2009-12-07). http://www. nuedc. com. cn/news.asp? bid=5& sid=20&id=602.

[3]張瑞東,趙學余.加強學科競賽隊伍建設 提高綜合教學水平[J].實驗室研究與探索,2010,29(10):169-172.

[4]刁鳴,王松武,李海波.大學生電子設計競賽的實施與思考[J].實驗技術與管理,2010,27(9):127-129.

[5]張瑞成,陳至坤,王福斌.學科競賽內容向大學生實踐教學轉化的探討[J].實驗技術與管理,2010,27(7):130-132.

[6]姚有峰,趙江東,汪明珠.從電子設計競賽談實踐教學改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索, 2009(9): 140-142.

[7]劉韻,余魅.開展電子設計競賽 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[J].實驗科學與技術,2007,5(4):121-122．

[8]王越,韓力.大學生電子設計競賽的開展與學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].中國大學教學,2005(10): 4-6.

[9]王曉紅,吳德會.電子設計競賽促進電子實驗教學體系的改革與創(chuàng)新[J].九江學院學報,2007(6):107-110.

[10]宋智,車仁信.結合電子競賽開展實踐教學的研究與實踐[J].實驗室科學,2008,(6):174-175.

[11]嚴薇,楊天怡,袁云松.學科競賽與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索,2008,27(12):107-108.

G642.0

A

1673-2219（2011）12-0078-03

2011－4－16

湖南省教育廳教學改革資助項目“應用型本科電子技術專業(yè)實踐教學體系改革的研究與實踐”（項目編號：湘教通[2009] 321號）。

張新安（1957－），男，湖南永州人，本科，副教授，研究方向為數(shù)字信號處理及實踐教學改革。

（責任編校：劉志壯）