電子設(shè)計(jì)競賽促實(shí)踐教學(xué)改革的探討

張新安 熊文元 包本剛

（湖南科技學(xué)院 電子工程系，湖南 永州 425100）

電子設(shè)計(jì)競賽促實(shí)踐教學(xué)改革的探討

張新安 熊文元 包本剛

（湖南科技學(xué)院 電子工程系，湖南 永州 425100）

根據(jù)全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的內(nèi)容及要求，針對學(xué)生在參加競賽過程中暴露的問題，對電子技術(shù)類課程的實(shí)踐教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了改革。培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高了實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的效果。

電子設(shè)計(jì)競賽；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)踐能力；創(chuàng)新能力

0 引言

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是信息產(chǎn)業(yè)部人事司和教育部高等教育司主辦的四大學(xué)科競賽之一，是具有權(quán)威性和很大影響力的全國性電子類專業(yè)大學(xué)生課外科技競賽活動。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的開展，不僅提高了大學(xué)生的電子設(shè)計(jì)制作能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作精神，同時(shí)也促進(jìn)了電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)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(xùn)的情況，淺談我校以全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽促進(jìn)電子技術(shù)類課程實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的體會。

1.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的意義

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

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的輔助，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多數(shù)是驗(yàn)證理論知識，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的方法和步驟就可完成實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生完全是被動的[1]。這樣的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)對學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以激發(fā)學(xué)生的對實(shí)踐教學(xué)的興趣。

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽要求參賽學(xué)生在四天內(nèi)完成從選題、搜集資料、設(shè)計(jì)方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試、測試、排除故障、做出成品和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的全過程，并且要求三人組隊(duì)參賽，是對學(xué)生綜合素質(zhì)的全面考核，具有極大的挑戰(zhàn)性[2]。比賽中既要?jiǎng)邮植僮?，又要理論分析。?jīng)過培訓(xùn)和參加競賽的學(xué)生，其實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力都得到很大的提高，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生對實(shí)踐教學(xué)的興趣。

1.2 有利于增強(qiáng)學(xué)生的競爭意識和就業(yè)能力

在電子設(shè)計(jì)競賽中能脫穎而出的都是理論知識扎實(shí)，動手能力強(qiáng)，經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練，具有創(chuàng)新意識和協(xié)作精神的優(yōu)秀學(xué)生。無論獲獎(jiǎng)與否，參加過培訓(xùn)和電子設(shè)計(jì)競賽的學(xué)生，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)中受到老師的青睞，在實(shí)際工作中，表現(xiàn)出較好的獨(dú)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(qiáng)了就業(yè)能力[3]。

1.3 有利于推動電子技術(shù)類課程的教學(xué)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(shù)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(jī)應(yīng)用、可編程器件、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)和EDA等課程的內(nèi)容[4]，競賽中既要考察學(xué)生的實(shí)際動手能力，又要考察學(xué)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(shè)計(jì)，又有單一功能的電路設(shè)計(jì)；既有以指標(biāo)性設(shè)計(jì)為目的的題目，又有以功能性設(shè)計(jì)為目的的題目；既有基本要求，又有發(fā)揮部分，同時(shí)在電子設(shè)計(jì)競賽中又鼓勵(lì)學(xué)生使用新技術(shù)、新器件和新電路，以滿足先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。所以，對電子技術(shù)類課程的教學(xué)改革具有指導(dǎo)和推動作用。

2. 對參賽學(xué)生的能力要求

參加電子設(shè)計(jì)競賽的學(xué)生應(yīng)具備的實(shí)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(shè)計(jì)與制作等電子設(shè)計(jì)制作基礎(chǔ)；集成直流穩(wěn)壓電源、運(yùn)算放大器電路、信號產(chǎn)生電路和處理電路、顯示電路和 A/D轉(zhuǎn)換器等單元電路設(shè)計(jì)；通用鍵盤及顯示電路、單片機(jī)與液晶顯示接口電路、單片機(jī)與 D/A和 A/D轉(zhuǎn)換電路等單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)；FPGA最小系統(tǒng)和配置電路的設(shè)計(jì)及FPGA的最小系統(tǒng)板下載等可編程邏輯器件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及資料查閱、綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告等。

3. 電子設(shè)計(jì)競賽中反映的問題

我校歷屆培訓(xùn)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(xué)生都是先翻教科書，不去查找具有最新技術(shù)的期刊文獻(xiàn)，特別是上網(wǎng)搜集資料的能力差。

（2）對知識的綜合應(yīng)用能力不強(qiáng)。對一個(gè)制作項(xiàng)目能夠提出的設(shè)計(jì)方案很少，不能對方案進(jìn)行充分的論證和比較，生搬硬套參考電路，不能設(shè)計(jì)出簡單先進(jìn)的電路，綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決問題的能力較差。反映我們的實(shí)踐教學(xué)缺少綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。

（3）新技術(shù)、新器件的應(yīng)用能力差。有的制作項(xiàng)目如能采用新技術(shù)、新器件，如FPGA、CPLD等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)電路，而且電路簡單。反映我們的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊，不能緊跟電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

（4）不適應(yīng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。競賽中學(xué)生對競賽題目的各類技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和改善上感到無從下手。

（5）實(shí)驗(yàn)動手能力不強(qiáng)。競賽過程中，一部分同學(xué)在安裝、焊接、電路調(diào)試、故障查找和排除等過程中操作不熟練，不能適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，不能通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納、總結(jié)去分析、解決問題。反映我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)少，學(xué)生的動手能力和綜合運(yùn)用能力沒有得到應(yīng)有的訓(xùn)練。

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

（7）設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫的質(zhì)量不高。設(shè)計(jì)報(bào)告的格式與內(nèi)容存在很多缺陷，方案論證不夠充分，理論分析不夠嚴(yán)謹(jǐn)。反映我們的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)忽視了實(shí)驗(yàn)報(bào)告這個(gè)重要環(huán)節(jié)。

4. 電子技術(shù)類課程的實(shí)踐教學(xué)改革

根據(jù)全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的內(nèi)容及要求，針對學(xué)生在培訓(xùn)和競賽過程中暴露的問題，我們對電子技術(shù)類課程的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了如下改革。

4.1 改革實(shí)踐教學(xué)體系

依據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合我校實(shí)際，將實(shí)踐教學(xué)從理論教學(xué)中分離出來，單獨(dú)設(shè)課、單獨(dú)考核，構(gòu)建起一個(gè)與理論教學(xué)體系相互匹配，相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，相對獨(dú)立、科學(xué)優(yōu)化的實(shí)踐教學(xué)體系。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為三個(gè)層次[7]。

（1）基本技能訓(xùn)練層：以電子工藝實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)為教學(xué)內(nèi)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(jī)安裝調(diào)試等基本操作技能。以電路分析、電子測量、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。

（2）課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)層：以電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、EDA技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)的主要內(nèi)容。通過對簡單電路的設(shè)計(jì)，熟悉常用電子元器件，學(xué)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(xué)生通過安裝調(diào)試，學(xué)會通過調(diào)整元件參數(shù)，滿足實(shí)驗(yàn)指標(biāo)要求。

（3）綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐層：以傳感器技術(shù)及應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)、EDA技術(shù)、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)等課程實(shí)驗(yàn)、電子設(shè)計(jì)競賽等課外活動為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，掌握用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)平臺和最新的工具進(jìn)行高效的綜合設(shè)計(jì)，用組裝的系統(tǒng)電路板，用電子設(shè)計(jì)自動化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具，進(jìn)行“虛、實(shí)、軟、硬”相結(jié)合的現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)踐。要求學(xué)生能獨(dú)立完成從設(shè)計(jì)到制作的全過程，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行電路級的綜合設(shè)計(jì)能力以及系統(tǒng)級的開發(fā)應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

4.2 更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)改革的關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容的改革，要根據(jù)認(rèn)知規(guī)律、學(xué)科特點(diǎn)、實(shí)踐教學(xué)自身的規(guī)律和學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（1）減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加應(yīng)用性、設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統(tǒng)和虛擬儀器等先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容[8]。增加單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，加強(qiáng)其實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)應(yīng)用，增加EDA技術(shù)和Protel課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，加強(qiáng)Protel電路設(shè)計(jì)軟件和EDA電路設(shè)計(jì)仿真軟件的實(shí)踐應(yīng)用；增加電子實(shí)習(xí)課時(shí)，增加和競賽有關(guān)電路的制作內(nèi)容。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)最新的科技成果，反映運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)。

（2）增加能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力的工藝性操作實(shí)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(gè)別驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生選擇最新器件來完成設(shè)計(jì)。

（3）對整個(gè)課程體系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化組合，將同類課程體系或同類學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目合并，創(chuàng)建新的綜合實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的互相交叉滲透。修改綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容，把本專業(yè)的理論知識同單片機(jī)技術(shù)和PLC技術(shù)更多地結(jié)合應(yīng)用，并把電子設(shè)計(jì)競賽知識結(jié)合其中。

（4）設(shè)立學(xué)生科研基金，資助運(yùn)用新技術(shù)、新器件、新思想的電子設(shè)計(jì)與制作的學(xué)生課題[10]。把科研引進(jìn)教學(xué)過程，鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研工作和生產(chǎn)中急需解決或探索的實(shí)際問題的研究，培養(yǎng)學(xué)生的方案論證、裝配、調(diào)整、檢測，數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、總結(jié)歸納，撰寫科研論文等能力。

4.3 改革實(shí)踐教學(xué)方法

（1）實(shí)施開放式實(shí)踐教學(xué)

在實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐時(shí)間、實(shí)踐方法、組織形式等方面實(shí)行開放式教學(xué)，打破時(shí)間、空間的限制，提供給學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造的環(huán)境，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體[11]。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，設(shè)定必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)的比例，前者保證教學(xué)基本要求和基本技能訓(xùn)練，后者則由學(xué)生根據(jù)自身的條件與興趣，在眾多的實(shí)驗(yàn)課題中選擇，以達(dá)到因材施教的目的。

課程設(shè)計(jì)、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，教師只提出設(shè)計(jì)的總體要求和要達(dá)到的效果，不制定統(tǒng)一的參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)步驟，給學(xué)生一個(gè)較大的創(chuàng)造空間。提倡方案的多樣性，給學(xué)生充分的創(chuàng)新機(jī)會。由學(xué)生完成從方案制定、電路設(shè)計(jì)、元件篩選、焊接組裝、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試到設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫、答辯等全部過程，教師變指導(dǎo)為引導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性。

（2）增大實(shí)驗(yàn)室開放的力度

在安排好課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，制訂實(shí)驗(yàn)室的開放項(xiàng)目、開放計(jì)劃。在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間里，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)場地的同時(shí)，還為學(xué)生提供萬用表、信號源、示波器、電類實(shí)驗(yàn)箱、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱等設(shè)備，還安排教師進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。

建立現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)預(yù)約與管理系統(tǒng)，在開放的平臺上，選做實(shí)驗(yàn)和自主實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以個(gè)人預(yù)約，預(yù)約的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間、場地、內(nèi)容、指導(dǎo)教師等，這種“集中”和“自由”相結(jié)合的開放管理方式，提高了實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的利用率。

（3）開設(shè)電子技術(shù)實(shí)踐選修課

根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的情況，我們?yōu)殡婎悓I(yè)的學(xué)生開設(shè)了如“電子制作”、“電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)”等選修實(shí)踐課，內(nèi)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(shè)計(jì)與制作等，為愛好電子設(shè)計(jì)的學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會。

（4）舉辦校內(nèi)電子設(shè)計(jì)競賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

我校每年舉行的全校大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽，按照全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的方式進(jìn)行，在為電子設(shè)計(jì)愛好者提供施展才能機(jī)會的同時(shí)，也為參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽選拔了隊(duì)員。在校領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)部門的支持及全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的影響下，參賽人數(shù)逐年增多，大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽已成為我校學(xué)生最喜愛的科技活動。

（5）認(rèn)真組織學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽

我校是專升本不久的本科院校，電子類專業(yè)的辦學(xué)時(shí)間不長，基礎(chǔ)薄弱，參加全國性的電子設(shè)計(jì)大賽的經(jīng)驗(yàn)更少，我們把參賽作為學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、取經(jīng)、提高的過程，參賽成績逐年提高。

結(jié) 語

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

[1]付興鋒,張常年,肖秀玲,等.以大學(xué)生競賽活動為契機(jī)推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010, 29(1): 127-128.

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G642.0

A

1673-2219（2011）12-0078-03

2011－4－16

湖南省教育廳教學(xué)改革資助項(xiàng)目“應(yīng)用型本科電子技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系改革的研究與實(shí)踐”（項(xiàng)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?yàn)閿?shù)字信號處理及實(shí)踐教學(xué)改革。

（責(zé)任編校：劉志壯）