以學科競賽為導向的應用型本科“三電”教學模式改革

“電路分析基礎”“數字電子技術”“模擬電子技術”即“三電”是電氣類專業的基礎課，而目前在教學中普遍采用傳統的教學模式，過于注重理論講授，課時較多，很多內容無法做到理論聯系實際，使學生在“三電”課程的學習過程中不能很好地掌握課程真正的內容。另外“三電”課程開設的實驗基本上以驗證定理為主，實驗過程依然采用“預習—講解—操作—報告”的常規教學模式，這種模式雖然培養了學生良好的習慣，但同時限制了學生工程實踐應用能力的提高、創新能力的培養。

“三電”是電氣類專業的基礎課，具有很強的理論性與實踐性，是電氣類學生必須掌握的重要課程。為深化教學改革和適應創新型應用型本科人才培養目標，近年來常熟理工學院在教學中始終以培養學生工程素質和綜合應用能力為宗旨，圍繞如何將教學理念切實地轉化為教學行為，將學科競賽滲透到教學方法、教學內容等實際教學工作中，對學校應用型本科專業“電路分析基礎”“數字電子技術”“模擬電子技術”課程的教學方法進行了不懈的改革與實踐。

學科競賽

學科競賽的開展為“三電”課程的改革提供了有效途徑，對培養和提高大學生的創新思維、創新能力、解決實際問題和實踐能力非常有效。我們將結合電氣類相關專業課程的特點，以大學生學科競賽為引領，以培養學生的自主學習能力為手段，以提高學生實踐能力為目標，深化“三電”課程教學改革，探索實用型創新人才培養的新方法。

學科競賽涉及“三電”課程的知識點不僅豐富，而且內容靈活，學生需在熟悉基礎知識的基礎上，綜合運用課程知識點。學科競賽設計方案開放，也為學生的創新提供了很好的平臺。參賽者可以用不同的方法實現同一個項目，通過比賽項目，激發學生對“三電”課程的學習興趣，培養他們的創新能力。

（1）中國機器人大賽暨RoboCup公開賽。1999年，在RoboCup國際委員的支持和授權下，首屆中國機器人大賽暨RoboCup公開賽在中國重慶舉辦，目前是中國機器人最具影響力的賽事，比賽共設立12類65項賽事。機器人競賽種類多、規模大、水平高。

（2）“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽。教育部委托高等學校自動化專業教學指導分委員會主辦。競賽分競速賽與創意賽兩類比賽。自2006年首次舉辦以來，“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽已經成功舉辦了8屆。

（3）電子設計競賽。是教育部倡導的大學生學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革。競賽的特點是與高等學校相關專業的課程體系和課程內容改革密切結合，以推動其課程教學、教學改革和實驗室建設工作。自1994年首次舉辦以來，全國大學生電子設計競賽已經成功舉辦了11屆。

堅持學科競賽與課程改革相結合

以學科競賽為載體，將使改革進一步具體化，可操作性強。近年來電氣與自動化工程學院在江蘇省電子競賽、全國大學生電子設計競賽、中國機器人大賽暨RoboCup公開賽、“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽等多種競賽中取得了優異的成績。

常熟理工學院已經成功舉行了4屆“華能環保”杯智能汽車競賽，2屆“天銀機電杯”機器人競賽，5屆“瑞特杯”電工電子競賽，使學院各個專業方向都有相應的學科競賽作為載體，開展理論、實踐教學改革。通過學科競賽的鍛煉，學生能廣泛地了解“三電”課程的知識點、理論聯系實踐，更好地掌握“三電”課程的知識點。

2014年TI（Texas Instruments）杯江蘇省大學生電子設計競賽題，有6個題目：（A題）四旋翼飛行器、（B題）金屬物體探測定位器、（C題）鎖定放大器的設計、（D題）帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器、（E題）Σ-Δ型A/D轉換電路、（F題）無線電能傳輸裝置。每個題目要求學生在4天內完成，而且提出了比較高的性能指標。通過4天的比賽，有些學生體會到，沒有系統掌握“三電”課程內容，等到用的時候才發現，有的概念模棱兩可，不知道如何去應用，沒有將理論轉化為實踐，這方面的不足，使得設計缺乏系統性，顧此失彼，非常被動。將學科競賽與課堂教學結合起來，將大賽作品融入到課堂教學中，活躍了課堂氛圍，提高了學生的學習興趣，鞏固了學生對理論知識的理解和掌握。

學科競賽促進了理論教學改革的推進

由于科學技術的迅猛發展，使得電氣信息類專業課程的內容更新快，而教材建設往往落后于技術的發展，只有把最新的技術和成果運用到教學中，才能使學生掌握本領域內的最新發展動態。通常教師上課時將傳統的分立元件教學內容作為重點，講的內容原理性過多，沒有將重點放在集成電路的應用、電路設計等方面。將Multisim、Protel、Matlab等軟件工具應用于“三電”課程或實踐環節的教學中，可更好地讓學生掌握實際電路的應用。在課堂教學時通過學科競賽的電路設計案例，加深學生對理論知識的理解和掌握，激發學生學習的熱情。

以（F題）無線電能傳輸裝置題為例，以磁耦合諧振式實現無線能量傳輸，題目要求以TI公司提供的MOS管、電源管理等芯片為核心，搭建一個無線電能傳輸裝置，通過對電路中電感線圈、電容等值的調節與計算，調節LC諧振，以達到一定距離電能無線傳輸的目的，并且盡可能提高傳輸效率。這部分的內容涉及到“三電”課程中的很多知識點，包括MOS管構成的驅動電路，橋式整流電路，計算諧振電感、諧振頻率、效率η等。以此為例，激發學生的學生興趣，課堂效果非常好。

在課堂上講解、分析與“三電”課程緊密相關的學科競賽試題，并將學生分組，3人一組，共同完成布置的學科競賽試題，合理分工，期末課程結束前，對每組學生進行課題答辯，考核，作為部分考試成績。不但有助于學生深入掌握理論內容，更有助于理論聯系實際，培養學生分析問題、解決問題的能力，加深了對理論、概念的理解，同時增強了學生的記憶，教學效果得到顯著提高。

學科競賽促進了實踐教學改革的推進

理論教學和實驗教學是“三電”兩個不可缺少的組成部分，實驗教學不但能加深對“三電”理論教學的理解，而且對學生的動手能力、創新意識的培養至關重要。但目前的實驗教學存在著諸多弊端，從實驗內容上看，驗證性實驗過多，綜合性、設計性實驗偏少，從實際操作上看，學生多、設備少，學生動手的時間不足，這樣的實驗教學模式嚴重削弱了學生學習的主動性，阻礙了學生創新能力和實踐動手能力的提高。

由學科競賽的導向可以看出，每年的電子競賽的命題專家，都會讓大家使用新的技術、新的元件，培養學生接觸新事物的能力，而我們的實驗課程中使用的元件，都是好幾年前的元件，更新的速度太慢，沒有機會讓學生接觸新的技術。

學科競賽的舉行為“三電”實驗教學改革和實驗內容的更新提供了有利的支撐。針對目前實驗教學存在的弊端，對實驗教學內容進行改革，將實驗內容由易到難分為三個層次：

（1）基礎驗證性實驗。這部分實驗用來驗證課堂上所講授的基本理論和方法，其目的是讓學生理解基本電子器件的工作原理。這部分的內容面向所有的學生，將這部分的內容整理成“電子技術課程設計”的題庫，學生按照一定的流程完成該部分的要求，并完成實驗報告。

以（F題）無線電能傳輸裝置題為例，傳輸裝置的發射與接收部分均為空心線圈，需要計算電感值，從而選擇合適的線圈，選取1MM漆包線，以20CM為線圈外徑，單股密繞10圈，并在之后的測試中適時地調整線圈匝數。這部分的內容，對學生的要求不高，但學生完成后，對電感有了新的認識。

（2）提高性實驗。對于想進入大學生創新實驗平臺的學生來說，這部分的內容是進入實驗平臺的前提，讓學生獨立完成實驗步驟及測試方法的擬定，元件的選擇等。學生帶著自己完成的課題參與考核，考核通過才有資格進入創新實驗平臺。以（F題）無線電能傳輸裝置題為例，其中對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。此處用的開關器件為TI公司的CSD19533KCS MOS管，課程內容肯定不會涉及芯片的使用，新的芯片能考驗學生的實踐應用能力，使其對學過的知識舉一反三。

（3）綜合設計性實驗。要求讓學生獨立完成電子電路設計、元器件選擇、電路的安裝和調試、擬定實驗步驟和測試方法等。以電子競賽的內容為基本素材，將歷屆電子競賽內容作為綜合設計性實驗。已經進入創新實驗平臺的學生，在進入一段時間的學習后，完成綜合設計型實驗內容，基本上具有綜合應用知識的能力以及解決實際問題的能力。以（F題）無線電能傳輸裝置題為例，完成理論計算，電路焊接，實現電能無線傳輸，盡可能提高傳輸效率。這個題目相對來說有一定的難度，對學生的要求也比較高。

“三電”教學改革的成果

常熟理工學院長期堅持教學改革，積極探索學科競賽與“三電”教學的教學方法與手段，自2010年以來，學生在各類大學生學科競賽中取得了豐碩的成果，見表1。

對在學科競賽中突出的學生，學生可以申報課程免修，學生提交相應的作品，由答辯委員會進行答辯，通過的學生課程免修。同樣，學生通過自主學習也可以拿到學分。4年多來，自主學習通過了33人，37人課程免修。

“三電”實踐證明，學科競賽是培養學生創新精神和動手能力的有效手段，是學校常規教學的重要補充，對于培養學生綜合素質、增強科技意識和提高創新能力有著顯著的作用。本文以常熟理工學院電氣類學生為對象，通過開展大學生科技競賽，對專業相關課程的教學內容、教學方法和教學手段等方面進行了改革。實踐結果表明：以大學生學科競賽為引導的三電教學改革很好地激發了學生學習的興趣，鍛煉了學生動手能力。自“三電”課程改革以來，畢業的學生由于工作上手快，工作能力強，受到了用人單位的好評。（作者供職于常熟理工學院電氣與自動化工程學院。基金項目：本文系江蘇省自動化類重點專業建設的研究成果）