全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)改革與實(shí)踐

榮海林，姚福安，徐向華

（山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250061）

0 引言

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，是國(guó)內(nèi)參與范圍最廣、受益學(xué)生最多的學(xué)科競(jìng)賽之一，旨在培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力；有助于吸引、鼓勵(lì)廣大青年學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。競(jìng)賽的特色是與理論聯(lián)系實(shí)際學(xué)風(fēng)建設(shè)緊密結(jié)合，競(jìng)賽內(nèi)容既有理論設(shè)計(jì)，又有實(shí)際制作，以全面檢驗(yàn)和加強(qiáng)參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力［1～3］。

以山東大學(xué)為例，由校級(jí)電工電子創(chuàng)新教育平臺(tái)負(fù)責(zé)，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)下，每年負(fù)責(zé)來(lái)自控制學(xué)院、信息學(xué)院、微電子學(xué)院、電氣學(xué)院、機(jī)械學(xué)院、機(jī)電與信息工程學(xué)院等近千名學(xué)生參加全國(guó)（或山東省）大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。電工電子創(chuàng)新教育平臺(tái)在促進(jìn)學(xué)生知識(shí)能力提升，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式方面采取了一系列改革舉措。

1 研究主要內(nèi)容

為了培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新素質(zhì)，鍛煉創(chuàng)新實(shí)踐能力，從搭建創(chuàng)新平臺(tái)、改革課程體系、完善培訓(xùn)資源等方面同時(shí)入手，建立全方位的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)模式，形成了“理論培訓(xùn)→選拔→工程實(shí)訓(xùn)→選拔→強(qiáng)化培訓(xùn)→參賽”為結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，實(shí)行導(dǎo)師負(fù)責(zé)制［4，5］。

1.1 內(nèi)建外聯(lián)，搭建創(chuàng)新平臺(tái)

一方面，集中整合學(xué)校所有優(yōu)勢(shì)資源，包括空間資源、課程資源、師資資源等，建立面向全校開(kāi)放的電工電子創(chuàng)新教育平臺(tái)，負(fù)責(zé)所有電類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽的培訓(xùn)工作；另一方面，同知名企業(yè)如TI、NI、Xilinx、鋼鐵俠等建立校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上同前沿科研技術(shù)接軌，了解最新產(chǎn)業(yè)成果，并將其轉(zhuǎn)化到競(jìng)賽培訓(xùn)中，做到科研反哺教學(xué)、科研反哺競(jìng)賽。

1.2 多措并舉，改革課程體系

在本科生院和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，在全校所有相關(guān)學(xué)院開(kāi)設(shè)了以創(chuàng)新實(shí)踐類(lèi)暑期學(xué)校為主，同時(shí)包含嵌入式系統(tǒng)、電子電路基礎(chǔ)、TI學(xué)習(xí)套件、電子設(shè)計(jì)培訓(xùn)等課程，包含理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐指導(dǎo)，涵蓋全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽各個(gè)賽題方向，推動(dòng)相關(guān)電類(lèi)學(xué)科教學(xué)改革與課程體系重塑，賽教結(jié)合、以賽促教［6～8］。

1.3 線上線下，完善培訓(xùn)資源

通過(guò)建立線上MOOC教學(xué)和線下實(shí)參實(shí)訓(xùn)的方式，將一些通用的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)線上部分錄制MOOC，同學(xué)在掌握一定理論基礎(chǔ)上，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室分方向、分賽題進(jìn)行實(shí)操實(shí)訓(xùn)，充分發(fā)揮老師和同學(xué)之間“傳、幫、帶”的作用，充分利用模塊化全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，真正做到坐得住、有得學(xué)、學(xué)有獲，極大刺激同學(xué)學(xué)習(xí)積極性。圖1為整年線上線下培訓(xùn)安排。

圖1 培訓(xùn)時(shí)間軸

2 具體實(shí)施方案

2.1 建立校級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)

對(duì)電工電子創(chuàng)新教育平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)環(huán)境進(jìn)行改造，優(yōu)化物理空間，改善配套設(shè)施，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)客文化建設(shè)，營(yíng)造氛圍濃厚的創(chuàng)新平臺(tái)。

2.2 實(shí)行學(xué)生自主管理

充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，簡(jiǎn)政放權(quán)，讓電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽社團(tuán)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，畢竟單靠老師的精力來(lái)管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。放管結(jié)合，優(yōu)化服務(wù)，提升實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放共享質(zhì)量。試行開(kāi)放式自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為學(xué)生提供充分的自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的軟硬件條件，在建立適應(yīng)開(kāi)放教學(xué)模式的教學(xué)質(zhì)量保障體系，確保開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效的基礎(chǔ)上，將開(kāi)放的內(nèi)涵從“實(shí)驗(yàn)時(shí)間”、“實(shí)驗(yàn)空間”拓展到“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”、“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”、等方面，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的開(kāi)放式教學(xué)，使學(xué)生逐漸擺脫對(duì)老師的依賴(lài)心理，養(yǎng)成自主發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題的習(xí)慣［9～12］。

2.3 豐富線上培訓(xùn)資源

充分發(fā)揮線上培訓(xùn)及MOOC課程的優(yōu)勢(shì)，使更多的學(xué)生從中受益，且可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性，表1為2021年暑假期間線上培訓(xùn)安排。

表1 2021年寒假線上培訓(xùn)安排

建立MOOC課程《電子電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，線上課程知識(shí)點(diǎn)：

◆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽簡(jiǎn)介

◆電子設(shè)計(jì)的基本要求

◆常用電子器件-電阻器

◆常用電子器件-電容器

◆常用電子器件-電感線圈與變壓器

◆半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用

◆半導(dǎo)體三極管及應(yīng)用

◆放大器的基本概念

◆集成運(yùn)算放大器的基本模型

◆集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)

◆集成運(yùn)算放大器的分類(lèi)及選型

◆集成運(yùn)算放大器應(yīng)用

◆集成運(yùn)算放大器單電源供電應(yīng)用

◆集成電壓比較器及其應(yīng)用

◆集成差分放大器

◆集成儀表放大器

◆集成電流檢測(cè)放大器

◆集成功率放大器及其應(yīng)用

◆電流型集成運(yùn)算放大器

◆濾波器的基本概念

◆一階RC有源濾波器分析與設(shè)計(jì)

◆二階RC有源低通濾波器分析與設(shè)計(jì)

◆高階RC有源濾波器分析與設(shè)計(jì)

◆線性集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用

◆開(kāi)關(guān)式集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用

2.4 完善線下培訓(xùn)資源

設(shè)計(jì)及制作針對(duì)全國(guó)大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽各種題型的模塊化訓(xùn)練單元，實(shí)現(xiàn)可移植，可復(fù)制。MSP430開(kāi)發(fā)板配套實(shí)驗(yàn)板：液晶、ADS1115模塊、DAC8552模塊、LCD12864液晶模塊、溫度傳感器模塊、MC34063電源模塊、TPS5430電源模塊、可變占空比PWM輸出、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；其他電賽模塊：程控放大器模塊、濾波器模塊、有效值轉(zhuǎn)換模塊、DC/DC升壓模塊、DC/DC降壓模塊、橋式逆變模塊、橋式整流模塊、運(yùn)算放大器模塊、DDS信號(hào)發(fā)生器模塊、智能小車(chē)模塊、無(wú)人機(jī)模塊［13］。

2.5 搭建競(jìng)賽管理系統(tǒng)

全校范圍組織，建立山東大學(xué)-全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽管理系統(tǒng)，系統(tǒng)示于圖2。校級(jí)競(jìng)賽組織功能包含：競(jìng)賽申報(bào)、審核競(jìng)賽方案、確認(rèn)報(bào)名資格、錄入競(jìng)賽成績(jī)、提交競(jìng)賽結(jié)果、競(jìng)賽總結(jié)、競(jìng)賽結(jié)果查詢(xún)、校級(jí)認(rèn)定（打通學(xué)分互認(rèn)通道）。學(xué)生競(jìng)賽參賽功能包含：競(jìng)賽報(bào)名、競(jìng)賽輔導(dǎo)、材料提交、結(jié)果查詢(xún)。

圖2 競(jìng)賽管理系統(tǒng)

2.6 搭建考試系統(tǒng)

圍繞電工基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子元器件、儀器儀表等多方面，分別建立試題庫(kù)，試題庫(kù)按簡(jiǎn)易、一般、挑戰(zhàn)三級(jí)設(shè)立，對(duì)不同階段的同學(xué)分配試題，通過(guò)考試方能進(jìn)入競(jìng)賽參賽階段。

2.7 肯定競(jìng)賽成績(jī)

讓學(xué)生從參賽過(guò)程中不僅有心理上的有“獲得感”、“成就感”，更重要的是從學(xué)校教務(wù)角度出發(fā)，學(xué)生參賽取得的成績(jī)學(xué)校要認(rèn)可，打通學(xué)分互認(rèn)通道，給學(xué)生看得見(jiàn)摸得著實(shí)實(shí)在在的實(shí)惠，這樣才能最大限度刺激學(xué)生參賽積極性，在全校范圍內(nèi)形成“百花齊放”，“百舸爭(zhēng)流”的氛圍［14～15］。

3 實(shí)施成效

圍繞全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)，電工電子創(chuàng)新教育平臺(tái)經(jīng)過(guò)近些年的改革與實(shí)踐，形成了“理論培訓(xùn)→選拔→工程實(shí)訓(xùn)→選拔→強(qiáng)化培訓(xùn)→參賽”為結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，調(diào)動(dòng)了學(xué)生參賽熱情和積極性，極大鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，最大范圍的發(fā)動(dòng)更多的學(xué)生從中受益。越來(lái)越多的學(xué)生借助參賽成績(jī)被保送到清華大學(xué)、中科院、浙江大學(xué)、北京交通大學(xué)、上海交通大學(xué)等名校。表2為山東大學(xué)近年來(lái)參加全國(guó)（或山東省）大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽取得的成績(jī)，尤其是2018年在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)邀請(qǐng)賽中勇奪TI杯。

表2 山東大學(xué)近年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽成績(jī)

4 結(jié)語(yǔ)

以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，山東大學(xué)圍繞電工電子創(chuàng)新教育平臺(tái)搭建、課程體系改革以及培訓(xùn)資源完善等方面積極探索，建立了“理論培訓(xùn)→選拔→工程實(shí)訓(xùn)→選拔→強(qiáng)化培訓(xùn)→參賽”為結(jié)構(gòu)的學(xué)科競(jìng)賽類(lèi)創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，目前已經(jīng)輻射到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院下設(shè)的九大創(chuàng)新平臺(tái)，該培訓(xùn)模式易實(shí)現(xiàn)，可復(fù)制，可有效促進(jìn)教學(xué)改革，助力完善創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，具有較強(qiáng)的示范作用。