論 電 源 類 實 驗 教 學 改 革

陳 怡， 陳國定， 南余榮， 周文委

(浙江工業大學 信息工程學院，浙江 杭州 310023)

0 引 言

我國由教育部倡導面向普通高校大學生的四大學科競賽包括：電子設計競賽、數學建模競賽、機械設計競賽和結構設計競賽。其中，參加電子設計競賽的大學生主體是全國范圍內電類專業的本科生和高職、高專生。開展電子設計競賽的目的在于推動高等院校電類專業的教學改革，培養大學生的實踐創新意識、團隊協作精神和理論聯系實際的學風，為優秀創新人才能脫穎而出創造條件。全國性的大學生電子設計競賽每逢單數年舉辦。在雙數的非全國性競賽年份里，各省賽區還會舉辦區域性的大學生電子設計競賽。國內具有培養創新人才優良傳統的高等院校，更是年年舉辦院級和校級的電子設計競賽[1-3]。

大學生電子設計競賽內容既有理論分析與設計，又有實際制作與調試，所涉及的知識點包括基礎的模擬電路、數字電路和單片機應用以及專業的電力電子、傳感、測量、控制、通信等技術[3]；試題更是具有強實用性、強綜合性、強靈活性等特點，按功能劃分主要包括以下7大類方向：電源類、信號源類、信號及功率放大類、無線電技術類、自動控制類、測量及儀器儀表類、數據采集處理類[4]。對現有大多數高等院校的大學生電子設計競賽實驗教學工作而言，要全面覆蓋上述7大類方向，培養更多具有專業理論素養、實際工作能力和團隊合作精神的創新人才，是一項巨大的挑戰。但是，只要堅持改革就可以變挑戰為機遇。

以浙江工業大學信息工程學院(浙工大信息學院)為例，分析我國高等院校在大學生電子設計競賽實驗教學中普遍存在的問題；然后，聚焦于電源類實驗教學，提出打造多專業融合的指導教師團隊、構建面向對象的啟發創新式實驗教學體系、引入“海量”培養加良性競爭的人才選拔機制等一系列改革舉措；最后，介紹近年來電源類實驗教學改革所取得的初步成績。

1 普遍存在的問題

(1) 指導教師數量少而且專業背景單一。難以全面覆蓋大學生電子設計競賽的所有方向,指導教師在大學生電子設計競賽實驗教學過程中的作用至關重要。但長久以來，指導教師隊伍一直得不到發展，不但數量少而且專業背景單一，難以全面而深入地就整個競賽內容的所有方向開展實驗教學。正因為指導教師專業背景的局限性，浙工大信息學院直到2010年才正式涉足電源類別的比賽，至此才完全覆蓋大學生電子設計競賽的所有類別。正所謂術業有專攻，發展和培養更多具有不同專業背景的青年指導教師十分必要，這將有助于大學生電子設計競賽實驗教學工作的全面展開。近年來，我國高等院校在師資隊伍建設方面十分注重擇優引進、不斷充實各學科專任教師，大學生電子設計競賽指導教師隊伍也有望得到壯大。

(2) 傳統的灌輸式實驗教學方式和方法。不足以適應創新人才培養的需求,大學生電子設計競賽實驗教學屬于第二課堂范疇[5]，是第一課堂的有益補充。不同于第一課堂教學，大學生電子設計競賽實驗教學工作在時間和空間上需要講究“化零為整”和“靈活機動”。若仍沿用傳統、集中的灌輸式實驗教學方式和方法，將不能在有限的時間和空間內最大程度地激發學生的主觀能動性和培養學生的創新意識。浙工大信息學院曾一度采用“手把手”灌輸式的實驗教學模式，盡管指導教師們付出了很多心血，但結果是學生依然缺乏獨立自主的工作能力，令學生創新淪為空談。為了能更充分地利用第二課堂的時間和空間，采用更為靈活、開放的實驗教學方式和方法勢在必行。

(3) 在學生中的普及力度有限。不利于更多優秀創新人才的涌現,普及大學生電子設計競賽實驗教學需要投入大量的人力和物力。前些年，因受到辦學師資和經費的限制，大多數高等院校無奈之下在大學生電子設計競賽實驗教學工作中只能采取“精英”培養模式，即將極有限的資源集中投在少數優秀學生的身上，令其余廣大的學生得不到惠顧。又因為缺乏必要的競爭選拔機制，受惠的少數優秀學生的潛能也得不到充分地激發。受到客觀條件的約束，2010年浙工大信息學院直接挑選成績優秀的學生，組成了5支隊伍參加浙江省大學生電子設計競賽電源類別的比賽。因缺乏競爭的氛圍，這些成績優秀的學生在備賽的電源類實驗教學中表現得差強人意，最后在正式比賽中全部名落孫山，士氣遭到嚴重打擊。近年來，我國各高等院校的實力都獲得了長足的發展，大學生電子設計競賽實驗教學工作在學生中推廣并普及已成為可能，有望能培養出更多的優秀創新人才。

2 “有的放矢”的改革舉措

2.1 打造多專業融合的指導教師團隊

要解決指導教師數量少而且專業背景單一的問題，關鍵在于積極打造一支或一批多專業融合的指導教師團隊。最簡單可行的辦法是，在原有指導教師的基礎上不斷補充具有不同專業背景的青年教師。集多專業融合的指導教師團隊之合力[2]，全面開展覆蓋整個電子設計競賽內容所有方向的實驗教學，將有助于最大范圍地提升學生的創新實踐能力。同時，通過參與大學生電子設計競賽實驗教學工作，青年教師在教學和科研業務上也可以獲得更快更好的成長[6]。2011年初，浙工大信息學院成立了由自動化專業資深教授領銜擔綱的大學生電子設計競賽電源類指導教師團隊，納新了自動化、電氣、電子等多個專業的具有博士學位的青年指導教師。此舉措一改以往“單兵作戰”的頹勢局面，開辟了“協同作戰”的嶄新局面。在資深教授的帶領和指導下，青年教師發揮各自的專業優勢、通力合作、共同提升了實驗教學品質。

2.2 構建面向對象的啟發創新式實驗教學體系

要適應大學生電子設計競賽實驗教學工作在時間和空間上“化零為整”和“靈活機動”的特點，關鍵在于構建一個面向對象的啟發創新式實驗教學體系，并采用靈活、開放的實驗教學方式和方法以適應創新人才培養的需求。

(1) 規劃實驗教學內容總框架。整個框架需要具有開放的特點，可以根據相關技術的發展隨時更新和擴充。根據難易程度，實驗教學內容可以分為基礎篇和進階篇2大部分。基礎篇應該囊括所有相關的基本技術知識點，主要目的是夯實學生的知識基礎。在基礎篇之上，再進一步設計進階篇。進階篇可以是基于基礎篇的一系列綜合性應用實例[7]，主要目的是培養學生活學活用、舉一反三的創新基本能力。如果把基礎篇形容成一系列的“點”，那么進階篇就是以這些點為基礎形成的一系列的“面”。圖1所示是浙工大信息學院結合“電力電子技術”課程教學改革[8]，為電源類實驗教學內容基礎篇特地設計的一套具有多層樹形結構的基本技術知識點體系。圖2所示是浙工大信息學院為電源類實驗教學內容進階篇特地設計的一套綜合性應用實例體系。

圖1 電源類實驗教學內容基礎篇中的基本技術知識點體系

圖2 電源類實驗教學內容進階篇中的綜合性應用實例體系

(2) 面向對象量身定制實驗教學計劃[2]。指導教師團隊需要根據具體的時間跨度、現場的軟硬件條件、特定的學生及其所屬隊伍情況等，從所規劃的實驗教學內容總框架中選出適合的實驗教學內容，并在此基礎上為學生量身定制出一份“專享”的實驗教學計劃。表1所示的一份電源類“速成”實驗教學計劃就是浙工大信息學院基于圖1和圖2所示的電源類實驗教學內容總框架專為大二學生3人組特制的。

(3) 有張有弛、注重傳承的啟發創新式實驗教學互動。在整個大學生電子設計競賽實驗教學過程中，指導教師團隊應嚴格按照為學生量身定制的實驗教學計劃與學生及其所屬隊伍展開一系列的教學互動。為克服傳統、集中的灌輸式實驗教學方式和方法不夠靈活的缺點[9]，可啟動更為靈活、開放的啟發創新式實驗教學模式[10]，即由指導教師布置任務和把握進度，

表1 為期5周的電源類“速成”實驗教學計劃表

學生在指導教師的指導和幫助下主要通過自學來完成實驗任務。在每個時間節點上，指導教師都會檢查學生實驗任務完成情況并給予中肯的評價，就學生自學過程中遇到的問題以啟發引導的方式幫助和鼓勵學生自己發現問題的根源所在并最終找出解決方案。除了注重指導教師與學生之間開放式的互動，還需要注重學生與學生之間、隊伍與隊伍之間暢通的技術交流和互助。浙工大信息學院在學生中倡導“老生領跑、新生緊隨”的實驗教學互助新模式，積極倡導技術及技能方面的積累和傳承，確保了參加大學生電子設計競賽電源類別比賽的學生隊伍能長期地持續發展壯大。

2.3 引入“海量”培養加良性競爭的人才選拔機制

要培養更多的優秀創新人才，并且更大程度地激發學生潛能，關鍵還需要制度來“保駕護航”。制定計劃逐年增加對大學生電子設計競賽的投入力度、出臺政策鼓勵和支持更多具有不同專業背景的青年教師加入指導教師團隊[1,5,11]、聯合知名企業共同辦學[5,12]、建設大學生創新基地[13-14]、創立大學生創新基金[14]，這些都是能實現“海量”培養學生、提高學生整體創新水平的制度保障。

在“海量”培養學生的基礎上，還需要引入良性競爭的人才選拔機制[1-2]來促使優秀的創新人才更多更快地脫穎而出。浙工大信息學院的具體做法是：每年都承辦院級和校級的大學生電子設計競賽，為當年的國賽或省賽選拔優秀的參賽學生和隊伍。在院賽籌備期間，鼓勵所有感興趣的學生踴躍報名參加。院賽前，所有報名的學生都將接受統一的與基本技能相關的實驗教育。經院賽和校賽2輪選拔，脫穎而出的學生和隊伍將直接進入到下一輪分方向(如電源類方向)的與專業技能相關的實驗教學活動中。而那些在校賽中被淘汰但仍堅持不懈的學生和隊伍也將間接獲得進入下一輪接受與專業技能相關的實驗教育的機會。為了盡可能多地挖掘和培養創新人才苗子，浙工大信息學院更注重學生在與專業技能相關的實驗教學中的綜合實力表現，而他們的院賽和校賽成績僅供參考。以電源類實驗教學為例，不論院賽和校賽的成績如何，所有參加電源類實驗教學活動的學生和隊伍都有機會代表學校參加更高級別的電源類比賽。

3 電源類實驗教學改革成果

浙工大信息學院以大學生電子設計競賽電源類別比賽為試點，進行了一系列的實驗教學改革，探索著創新人才培養的新模式。于2011年初成立了大學生電子設計競賽電源類指導教師團隊，結合“電力電子技術”課程教學改革構建了面向對象的啟發創新式實驗教學體系，引入了“海量”培養和良性競爭的人才選拔機制。經過學校、學院、教師及學生各個層面的努力，大學生電子設計競賽電源類實驗教學工作在拓展學生視野、調動學生主觀能動性、挖掘學生創造潛力、激發學生克服困難的斗志、樹立健康的競爭意識、增強團隊合作精神、培養學生獨立思考和解決問題的能力等方面已取得了一些階段性的可喜成果。2011年浙工大信息學院有3支隊伍參加了全國大學生電子設計競賽電源類別比賽的角逐，獲得國家二等獎、浙江省一等獎、浙江省三等獎各1項，實現了獎項的突破；2012年浙工大信息工程學院又有4支隊伍參加了浙江省大學生電子設計競賽電源類別比賽的角逐，獲得浙江省二等獎1項和浙江省三等獎2項。最令人驚喜的是2012年獲得浙江省大學生電子設計競賽電源類別比賽二等獎的3名參賽學生全是僅為大二的學生，他們在通過校賽選拔后參加了僅為期1個多月的電源類實驗教學活動，在競賽中已能獨立設計和制作完成具有一定創意的基于Cuk變換器[15-16]的數控電子負載，并將電子負載允許的輸入電壓范圍從正電壓擴展至負電壓，他們的創意獲得了在場專家評委們的肯定。

4 結 語

本文以浙工大信息學院為例，分析了我國高等院校在大學生電子設計競賽實驗教學工作中普遍存在的問題。聚焦于電源類實驗教學工作，提出了打造多專業融合的指導教師團隊、構建面向對象的啟發創新式實驗教學體系、引入“海量”培養加良性競爭的人才選拔機制等一系列解決辦法。經過近幾年的具體實施，浙工大信息學院的大學生電子設計競賽電源類實驗教學工作已取得了一些階段性的可喜成果。今后，浙工大信息學院仍將更廣泛地開展大學生電子設計競賽電源類實驗教學工作并予以推廣，不但要爭取更好的競賽成績，而且要更充分利用大學生電子設計競賽這一平臺培養出更多更優秀的創新人才。

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