開展大學生電子設計競賽提升學生實踐創新水平 促進本科教學改革

李梅 許家紫 張梅

摘要：大學生電子設計大賽作為教育部組織的四大競賽之一，每年全國各大高校都積極組織學生參加。該大賽專業性強、實踐水平高，對學生的動手能力，理論水平都有一定的要求。通過對這幾年我院的參賽情況的分析，可以發現相比較一般的電氣類本科實驗課程，電子競賽對創新能力的要求更高。學生通過競賽的學習和鍛煉，專業實踐水平得到大幅提升，創新能力進一步加強。另一方面，組織開展大學生電子競賽能夠促進本科教學的改革，促進實驗室的優化，對本科實驗教學改革有著積極的促進作用。

關鍵詞：電子設計大賽;電子競賽;實驗教學

中圖分類號：G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）19-0173-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： As one of the four competitions organized by the ministry of education， the electronic design competition for college students is actively organized by colleges and universities throughout the country every year. This competition has certain requirements for professional，? practical ability and theoretical level. Through the analysis of the competition in our college in recent years， it can be found that compared with the general electrical undergraduate experimental courses， electronic competition has higher requirements on innovation ability. Through the study and exercise of the competition， the professional level of students have been greatly improved， and the ability of innovation has been further strengthened. On the other hand， organizing and carrying out electronic competition for university students can promote the reform of undergraduate teaching and the optimization of laboratory， which has a positive role in promoting undergraduate experimental teaching.

Key words： electronic design competition; electronic competition; experimental teaching

實驗作為電子類專業本科教學的一部分，有著十分重要的意義。它不僅能夠把抽象的知識具體化，加深對原理，公式的理解，還能夠訓練思維，發散思維，從而研究出具有實際應用價值的裝置[1]。目前，本科院校的理工類專業每一門理論課幾乎都有相應的配套實驗，并且占有一定比重。通過基礎實驗和專業實驗的訓練，學生具有了一定的實踐水平和動手能力，但由于本科課程較多，實驗課程學時有限，學生的實踐水平提升受到一定限制。為了給予學生更大的發展空間和驗證本科教學的成果，教育部高等教育司等單位自1994年聯合發起了全國大學生電子設計大賽，給全國各地的大學生提供了一個展示實際操作能力的平臺。

1 大學生電子設計大賽的特點和要求

大學生電子設計大賽是教育部高等教育司和信息產業部人事司共同發起和主辦的大學生學科競賽之一[2]。大賽自1997年開始舉行，奇數年舉辦全國大學生電子設計賽，偶數年舉辦省大學生電子設計大賽，一般情況每年三月初啟動比賽，8、9月份開始比賽。目的在于推動高等學校信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革。有助于培養和實施大學生的實踐創新意識和素質教育，提高學生針對實際問題的解決能力，為優秀人才的培養創造條件。競賽與高等學校相關專業的課程體系相結合，涉及課程包括電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、FPGA原理及應用、C語言程序設計、單片機原理及應用等等。同時，電子競賽對本科的學科課程的教學成果也是一種反相驗證。電子設計競賽的所設題目既有一定實際應用性，又有一定的難度，題目包括電源類，信號源類，放大器類，控制類等，高頻無線電類，儀器儀表類，數據采集與處理類七個方向。競賽采用全國統一命題、分賽區組織的方式，競賽采用"半封閉、相對集中"的組織方式進行。競賽的時間短，強度大，競爭激烈。

2 電子設計大賽的組織和管理

我院從2011年開始組織學生報名和參賽，七年期間共取得了國家級獎項9個，省級獎項23個，在大賽的組織和培訓方面積累了一定的經驗。

2.1 參觀實驗室、組織學生報名

在學生入學的第一年組織學生參觀學院的基礎和專業實驗室，介紹各個實驗室的功能和作用。學生在參觀實驗室之后對所學專業有了實際的感受，對今后學習的專業知識有一個初步的“形”的認識，更有接觸和學習專業知識的欲望。在學生已經開始學習電氣專業基礎課的同時可組織學生報名，組成課外興趣小組，為儲備競賽候選隊員做準備。學院對興趣小組成員定期進行專業知識培訓。在學習完電氣專業課程后做相應的知識點提高。這一階段主要以學生自學為主，老師集中教學為輔。在實驗室方面，院里積極提供場地和設備，實驗元器件等，并予以足夠的經費支持，維持日常的訓練開支。培訓場所可建成獨立的創新實驗室，實驗室開放時間靈活，預約使用，由專門的實驗管理員進行管理。在培訓教師方面，抽派各專業知識水平強的教師若干名進行專項輔導，答疑。

2.2 集中培訓

這一階段的任務是在日常的培訓的基礎上進行強化訓練并篩選出優秀的參賽隊員。在離比賽開始前的四個月將興趣小組的學生集中起來，在學生沒有課的時間如晚上和周末進行集中培訓。往屆的參賽隊員尤其是獲過獎的隊員可以分享學習心得和比賽經驗給新加入的成員。教師找出歷年競賽真題，模擬比賽情景，在規定的時間內讓學生完成題目內容。教師根據學生的測試結果，分析知識點的掌握情況，針對做錯的或者不會的知識點著重講解和練習，做到查漏補缺。同時，在進行實際操作的過程中不忘加強理論學習。扎實的理論基本功是迅速的分解題目和設計電路的基本保障。對于競賽中出現但書本上沒有深入闡述的知識點由老師集中授課講解，練習。教師還可以設計一些有一定難度的題目給學生練習和提高。最后，集中培訓結束后進行隊內考核，選出最終參賽的隊員。

2.3 團隊配合與后勤保障

電子競賽的題目比較復雜，由于時間有限，一個人短時間內無法完成，這就需要分工明確的團隊合作。正式競賽以三人為一小組，因此在平時的培訓就以三人自行組隊。三人分工負責不同的工作：在全組隊員討論完設計思想和方案后，一個人負責電路設計，一人進行硬件制作、調試，一人負責繪制電路圖和書寫報告。任何一個隊員遇到困難的時可進行全組討論。在集中培訓的階段，團隊的磨合更加能夠體現出個人的長處，從而找到適合每個人的工作。團隊隊員之間的交流、配合在真正的比賽階段是十分重要的，因此在平時的培訓階段需要多磨合。學院和實驗室對競賽的支持也十分重要。學院派專門的老師進行競賽輔導，并適當給予報酬。學院設立專項經費用于大學生電子設計競賽以及其他競賽項目。正式比賽時的實驗儀器、實驗器件、實驗場地都由參賽單位提供。因此，平時訓練時盡可能地讓學生使用一些性能比較好的儀器設備并且熟悉它，對學生平時所需要的各類元器件，院里要準備充足，做到隨需隨買。學院提供足夠的實驗場地給學生進行訓練和比賽。

2.4 賽前動員與競賽

正式比賽前夕，學院組織輔導老師開展動員大會，動員學生積極備戰，同時調整心態發揮正常水平，力求在穩扎穩打的基礎上進行突破。往屆正式比賽階段或多或少存在一些突發狀況，因此，輔導教師可提前設想幾種突發狀況并分別找出解決方案，制定緊急預案。正式比賽階段學生不能有任何的場外指導，全靠平時的積累和臨場發揮，因此學生的壓力比較大。學院盡其所能提供優良的后勤服務，包括飲食，休息等等。準備的儀器、設備、元器件一定要充足。比賽測試成品的時候切勿緊張，按比賽要求展示作品即可。比賽結束后，所有的參賽隊員應及時對比賽進行總結，包括學習到什么，收獲了哪些知識和經驗，還有哪些不足等等，以便為今后的學習和比賽做新的計劃，爭取以后取得更好的成績。

3 電子設計競賽對學生實踐水平的提升

3.1 競賽有助于學生創新實踐水平的提高

近幾年國家明確提出要加強應用型人才的培養，所謂應用型人才，是指能將本專業知識和技能應用于從事的專業社會實踐的一種專門型人才[3-4]。大學生電子設計大賽不僅是一個賽事更對學生專業知識的考核和實踐水平的考察。從基礎的理論知識到電路設計，再到調試運行，報告提交，每個環節都需要參賽者有很強的操作能力和分析問題解決問題的能力。學生通過前期的競賽培訓在實踐動手能力上有了一定的基礎，正式比賽環節給學生提供發散思維，創新設計的機會。題目設置包含基礎和提高部分。提高的部分給了學生充分的發揮空間，學生在接到題目之后盡可能地發揮自己的創新思維，改進技術和算法，設計出功能強大，精確度更高的裝置。比賽評判的標準之一就是看同一題目規定下，誰設計的裝置性能更高，先進性更強，穩定性更好。比賽中會出現很多問題，各種軟硬件故障等。通過比賽鍛煉，學生在分析排除故障的能力上得到了提高。電子設計大賽對學生的創新實踐水平的提高比任何一個實驗更有效果。電子設計大賽用的元器件遠遠超過書本所學，經過電賽鍛煉的學生對元器件的識別要遠大于一般的學生，對基本焊接技術的掌握也更為熟練。大賽中，團隊合作是必不可少的環節，通過比賽的鍛煉磨合，同學之間的配合更加默契，分工協作能力也得到了提升。

此外，參加過電子設計大賽的學生，他們的實驗課程平均成績比沒有參加的學生要高一些。我們抽取了在讀的電氣工程和自動化專業的280名學生，對他們所學的9門實驗課程做了數據統計，統計結果如表1。從表中可以得出參加過電子設計大賽的學生在實驗、實踐課的成績上明顯高于沒有參加的學生。在對綜合水平要求的實踐類課程上分差就更為明顯，達到10-20分之多。可見，電子設計大賽有助于學生創新實踐水平的培養。

3.2 競賽對學生就業水平的影響

從以往的畢業數據可以發現，公司和用人單位更容易接收動手能力強的學生。經歷電子競賽磨煉過的學生，尤其是拿過獎項的學生更容易被好的公司相中，也更容易去知名的企業。通過對歷年參賽學生的畢業跟蹤，不難發現他們所在的單位基本都是電氣電子行業中的綜合實力排名比較靠前的大中型企業，工資薪酬待遇比較高，提升空間比較大，個人發展也比較好。正因為學生在用人單位的口碑比較好，用人單位也愿意繼續來我院招收新的畢業生。

4 電子設計競賽對本科教學改革的促進

4.1 對教學體系和模式的改進

電子設計大賽分不同的組別進行比賽，因此對專業知識水平要求較高。通過競賽能夠發現學生的對基礎知識的掌握不夠牢固，因此在今后的課程設置上，保證專業基礎課程的課時和教學質量，確實打牢基礎。理論課中與實際應用相關的章節增加課時，相應的實驗由老師親自講解。電氣專業的學生在軟件設計方面相對薄弱，因此提高了軟件設計課程的比例，可以用仿真實現的課程設計，要求必須先進行仿真設計。在實驗教學模式方面，設置四個梯度的實驗：基礎實驗，設計性實驗，綜合設計性實驗和研究型設計實驗，難度從低到高依次遞進[5]。學生學習的書本知識往往因為沒有應用于實踐而顯得抽象空洞，各類設計型實驗就是給學生提供一個親自動手的體驗，從而加深理論學習的印象，并能夠充分理解原理和機制。設計性實驗評分標準不同于普通實驗的直接評分，而是采用現場驗收和答辯環節，增加答辯環節后更加能激發學生的主動性和創造性，同時學生也能和老師一起探討問題，改進技術。從這幾年我院設計性實驗的開設結果來看，學生學習專業課的主動性和積極性明顯有所提高。

通過學生參加電子設計大賽的過程可以發現，學生的動手實踐能力還不夠強，實驗教育水平還需加強。由于實驗學分相對于理論課程來說比例比較小，很多學生在做實驗的時候不夠重視。實驗教師對實驗的重視程度也不夠，考核機制也不夠健全，評分標準不夠細化。因此總結這幾年的競賽情況，院里對實驗的重視程度大幅度提升，建立了考核目標體系，即每一個實驗項目都對應具體的實驗目標，并分別打分，不同實驗目標按權重和分數進行總體計算。采用考核目標打分制以后，學生對實驗的各個方面包括實驗儀器的使用，線路的搭建測試，數據分析和尋找排除實驗故障等的掌握更加熟練，實驗水平比之前更高。

除了在課堂上學習的實驗、實踐課程外，學院鼓勵學生走出去，參加各專業認知實習。院里組織學生參觀一些本地或者外地的大型電氣類企事業，從而學習了解當前先進的電氣、自動化技術。

另外，除以上教學環節外，可聘請一些國內外比較知名的高校學者或企事業技術總監、研究員等，針對當前國內外電氣發展的趨勢，開展專業知識講座。學生對知識講座的興趣是非常濃厚的，講座的開展對他們專業自信的建立有著很好的激勵作用。

4.2 對實驗室建設的優化

實驗室的建設在整個學院的建設中有著舉足輕重的地位，實驗室水平的優劣直接影響了本科教學水平的高低。因此，實驗室的建設和當今的科研技術一樣要與時俱進。在現有的實驗室基礎上，重新整合實驗室，將實驗平臺更加細化，功能化。將實驗室劃分為四個層次：電工電子基礎實驗室，包括電子實驗室，電工實驗室。學科基礎實驗室，包括單片機/微機原理及應用實驗室、PLC實驗室、自動控制實驗室，仿真實驗室，電力電子實驗室等。專業實驗室，包括繼電保護實驗室，電力系統實驗室，電機拖動實驗室，自動化儀表與過程實驗室等。最后一個是創新實驗室，開展的實驗包括電子設計競賽、單片機競賽、智能車競賽和大學生創新計劃項目等。創新實驗室不同于一般的課程實驗室，電子競賽需要的設備主要以各種測量儀器，開發系統，元器件，電路制作設備為主。要根據平時所需器件隨時添置新的材料，學生自主選擇性更強。因此學院需要成立專門的創新實驗室作為日常培訓的場所，它不僅可以作為電子競賽的培訓和比賽場地還可以作為單片機競賽，大學生科研項目的實驗場所。實驗室由專職實驗員管理，實驗教師由院里抽派，實驗耗材由院里統一采購，可提供各種嵌入式系統、FPGA開發版，單片機開發系統等等。通過電子競賽學生可以了解當下比較實用的電子技術，對于陳舊的即將淘汰的技術我們在進行理論學習的時候可以減少篇幅，對于相應的實驗也可以壓縮甚至不做。對于一些陳舊的實驗室要及時進行更新和擴建，對于一些陳舊的實驗設備進行報廢和升級。電子競賽對實驗室建設起到了一定的更新和優化作用，因此適當鼓勵學生參賽很有必要。實驗管理力度加強后可以發現，學生的動手能力得到了提高，競賽水平也有所提升。

5 結語

通過組織學生參加大學生電子設計大賽，可以充分檢驗學生所學的理論知識是否扎實，本科教學水平是否適應當下電子技術的發展。同時，通過開展電子設計大賽培訓，學生的學習熱情更高漲，學習更加主動積極。通過比賽的鍛煉，學生的創新水平，動手實踐能力，分工協作能力都得了一定程度的提升。同時，大學生電子設計大賽的開展促進了實驗教學體系和模式的改革，促進了本科教學的改革。大學生電子競賽的開展還優化了實驗室建設，使得實驗室的設置更加合理，提高了實驗室的建設水平。綜上所述，當下，開展大學生電子設計大賽對學生的實踐創新水平和本科教學有著積極的作用和意義，但其中存在的不足還需要我們進一步總結和完善。

參考文獻：

[1] 程南. 電工電子實踐教學環節對動手能力培養途徑的分析[J].高校實驗室工作研究，2013（4）：31-33，59.

[2] 李穩國，崔治，鄧曙光，等. 探討電子設計大賽對大學生創新能力的培養[J]. 實驗實踐教學，2012（8）：115-116.

[3] 陳立章，宋學瑞，彭紅. 組織電子設計競賽 培養大學生創新能力總結和體會[J].湖南醫科大學學報（社會科學版），2008（7）：95-97.

[4] 黃智勇，劉濤.電子綜合設計課程創新改革[J].課程教育研究.2013（16）：141-142.

[5] 陳爽.應用型人次培養模式的實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2012，31（8）：1-3，38.

【通聯編輯：王力】