開展虛擬電子設(shè)計競賽，促進電類實驗教學

周金濤 張科紅

（浙大城市學院信息與電氣工程學院 浙江·杭州 310015）

0 引言

現(xiàn)行實驗教學課程內(nèi)容主要是以驗證理論課的相關(guān)內(nèi)容為主，過分強調(diào)了實驗的驗證性，限制了學生們的思維。這種做法一定程度上是“照方抓藥”，書上怎么寫，學生就這么做。整個實驗教學過程中，學生缺乏了獨立思考，按部就班，沒將這種實驗當成自己獨立去思考、去研究的過程。面對當今高科技的創(chuàng)新發(fā)展，這種傳統(tǒng)的教學方法無疑束縛了對學生全面素質(zhì)的培養(yǎng)。

電子設(shè)計競賽的目的是在于培養(yǎng)大學生的自主創(chuàng)新精神，激發(fā)學生學習電子技術(shù)的興趣，吸引同學們走進實驗室，提高學生的實踐操作能力，推動課程體系與實踐、實驗教學相結(jié)合的改革。從2010年舉辦大賽至今，我校已成功舉辦了九屆虛擬電子設(shè)計競賽，吸引了不少同學踴躍參加。一個從“設(shè)計”到“完成”的過程，涉及電學基礎(chǔ)學科各方面的知識和操作能力，這一過程能夠充分調(diào)動學生的主觀能動性，不僅激發(fā)對實驗的熱情，還能培養(yǎng)學生獨立思考、動手鉆研的能力，將學生的潛能最大化開發(fā)出來，使學生的學習態(tài)度從“要我做”轉(zhuǎn)變到“我要做”，從實驗中獲得快樂，用實驗充實自己的課外生活！

1 虛擬電子設(shè)計競賽的定位

眾所周知，虛擬仿真軟件已經(jīng)和我們的電子技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)密不可分，相關(guān)專業(yè)的同學們確實需要熟練掌握電子電路仿真軟件及設(shè)計工具如multisim、orcad等的應(yīng)用，所以虛擬電子設(shè)計競賽定位為電子技術(shù)實驗虛擬教學的一個拓展，為同學們提供一個第二課堂的實踐機會，提升同學們對電子技術(shù)實驗的興趣。傳統(tǒng)的電子設(shè)計大賽，是以小組為單位，由同學分組完成，需要的時間長，還需要一些專門的實驗設(shè)備和器材，對于提升同學的實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神是大有裨益的，但是因為涉及到大量實驗器材的準備，往往能參與的人數(shù)并不多。我們設(shè)計的虛擬電子設(shè)計大賽因為競賽時間短（僅僅兩個小時）、只需要一定規(guī)模的機房，所以大大降低了準備的難度，參與的同學可以更加廣泛，同時它的內(nèi)容來源于課堂，但又有一定創(chuàng)新性，既能為電子設(shè)計大賽選拔部分電學基礎(chǔ)知識掌握較好的人才，同時又讓大量同學通過競賽的參與感受電子電路設(shè)計的過程，增強對電子技術(shù)學習的興趣。

2 競賽的組織

虛擬電子設(shè)計競賽最初作為分院培育賽事運行了一年，后來隨著參賽規(guī)模和影響力的擴大正式納入了學院的院級競賽。每年在比賽之前，都需要向?qū)W院提前申請報批，擬定競賽章程，設(shè)置競賽組委會與評委會，并及時發(fā)布通告。一般競賽組委會會提前兩周召開會議討論競賽的相關(guān)工作：如競賽的宣傳、競賽的相關(guān)培訓、競賽的題目設(shè)計、賽場（機房）的準備、監(jiān)考安排以及競賽結(jié)果評議等等，并且分工到人。在競賽前三天，組委會還要對各項工作進行檢查，如：試題是否已經(jīng)討論確定并印刷；競賽人員是否都已經(jīng)通知；監(jiān)考人員是否已經(jīng)安排到位；特別是對競賽場地進行檢查，看看計算機是否滿足報名人數(shù)需求，軟件是否都能正常運行，是否都能通過FTP上傳到指定服務(wù)器。競賽的前日，再次向各位參賽人員推送通知、檢查機房、提醒賽時有序進行參賽人員的簽到、并針對賽時有可能遇到的特殊問題給出詳細的預(yù)案。為了保證競賽工作的順利開展，還組建了由數(shù)位黨員、預(yù)備黨員、積極分子組成的學生志愿者支隊來協(xié)助老師完成工作。

2.1 競賽的宣傳

“巧婦難為無米之炊”，作為虛擬電子設(shè)計競賽這一賽事，本身從出發(fā)點而言就是激發(fā)同學學習電子技術(shù)類課程的興趣，所以希望參與的同學是越多越好。根據(jù)我校的實際情況，可能參與的對象包括信電學院、工程學院及計算學院等有學習過模擬電路、數(shù)字電路等課程的同學，數(shù)量看上去也不少，也并未對于參賽同學年級予以限制，但從歷年的最終報名情況看，主要來參與的還是大二的同學，他們正剛接觸電子技術(shù)相關(guān)課程，興趣也最為強烈，最關(guān)鍵的是我們的這些目標對象該怎么動員與挖掘。所謂酒香也怕巷子深，所以需要積極做好競賽的宣傳工作，第一是充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺，在校園網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布通知并開通網(wǎng)絡(luò)報名渠道；第二是依托教師，特別是模擬電路實驗、數(shù)字電路實驗及電路原理實驗等的任課教師，鼓勵學生直接在課堂上報名；第三是做好宣傳海報，即時張貼在校園的指定地點；第四是充分發(fā)揮學生黨支部和電子類社團的作用，讓學生現(xiàn)身說法，吸引更多同學參與，營造一個良好的氛圍。通過上述的努力，近年來的統(tǒng)計表明參與的人數(shù)能占到當年學習電子技術(shù)類課程的2/3。

2.2 競賽的內(nèi)容

虛擬電子設(shè)計競賽以培養(yǎng)創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力為目的，以競賽為手段，通過最新電路仿真技術(shù)，讓競賽題目與教學內(nèi)容緊密結(jié)合，與課程內(nèi)容及課程體系改革緊密結(jié)合，強調(diào)對同學既要有吸引力又要把控好難度，還要便于仿真實現(xiàn)。為此，競賽試題由評委會討論決定，競賽內(nèi)容強調(diào)來源于課程，又高于課程內(nèi)容，既有理論計算、方案論證，又有仿真實驗，與培養(yǎng)學生全面素質(zhì)的要求緊密結(jié)合。競賽軟件采用美國 NI公司的Multisim軟件，與國內(nèi)外最新教學和研究保持同步，具體競賽內(nèi)容是應(yīng)用電子設(shè)計軟件Multisim軟件完成相應(yīng)模擬及數(shù)字的實用性電路的仿真設(shè)計。由于競賽設(shè)置的時間是兩個小時，由個人獨立上機操作完成，主要考查同學模擬電路、數(shù)字電路的基本掌握情況，所以在內(nèi)容設(shè)置上我們的難度并不高，但是有趣味性、實用性和可仿真實現(xiàn)性。

下面舉一個實例予以說明，如在2018年，我們要求比賽完成兩道設(shè)計題，一道是與數(shù)字電路內(nèi)容相關(guān)，題目是：請設(shè)計實現(xiàn)可調(diào)頻跑馬燈，要求8個LED燈可以循環(huán)顯示，具體要求為：（1）8個LED燈，同時只有2個燈亮，并依次循環(huán)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如：00000011—10000001—11000000—01100000—00110000—00011000—00001100—00000110；（2）顯示頻率可以調(diào)節(jié)；（3）時鐘信號需要設(shè)計電路產(chǎn)生；（4）采用三節(jié)電池4.5V供電。

這道題目本身難度并不高，方法也不唯一，需要同學對數(shù)字電路的時鐘信號產(chǎn)生、計數(shù)器、移位寄存器等知識有一個很好的掌握，并且能在短時間內(nèi)通過Multisim進行調(diào)試展示。

另一道是與模擬電路相關(guān)，題目是：請設(shè)計模擬電路實現(xiàn)對直流電壓信號的處理監(jiān)測功能，輸出狀態(tài)用發(fā)光二極管指示。具體要求如下：已知輸入一個微弱直流電壓信號V1，請將電壓信號 V1反向放大 8倍輸出。如果 V1介于300mV～500mV之間，紅色發(fā)光二極管點亮，蜂鳴器報警；否則發(fā)光二極管不亮，不報警。輸入電壓信號V1要求設(shè)計電路產(chǎn)生，實現(xiàn)在0～1V范圍內(nèi)可調(diào)。該道題主要考察同學對電源電路、放大器、比較器、報警器等模擬電路知識的掌握情況，也需要將仿真結(jié)果能展示并說明。通過這些內(nèi)容的設(shè)計，考查了同學模、數(shù)電知識的學習情況以及軟件的使用情況，關(guān)鍵是讓同學建立起電路設(shè)計的概念，而不是在常規(guī)實驗中按步就班地操作，調(diào)動了他們的學習積極性。

2.3 競賽結(jié)果的評議

由于虛擬電子設(shè)計競賽的作品均是軟件作品，為了保證結(jié)果的公平性，我們要求每個同學將自己的作品通過FTP上傳到指定服務(wù)器，由評委會成員進行集中評議打分。我們設(shè)置了評分表格，主要從電路圖是否清晰、電路設(shè)計思路是否正確、電路仿真結(jié)果是否正確、電路原理說明是否清楚、電路的創(chuàng)新性等幾個方面來考查，并將評議的結(jié)果及時通過網(wǎng)絡(luò)予以公示，保留三天的申訴期。競賽迄今已舉辦十屆，從這些屆的競賽結(jié)果來看，還是非常公正客觀的，沒有一名學生提出異議，而且競賽獲獎的同學也確實在后續(xù)的課業(yè)方面以及電子設(shè)計大賽的表現(xiàn)中更加優(yōu)秀。

2.4 競賽的激勵機制

既然是一個競賽，總得有一個好的激勵機制，為了鼓勵同學，我們在競賽中設(shè)置一等獎不超過5%、二等獎不超過10%、三等獎不超過15%和成功參賽獎若干名，但具體的獲獎數(shù)量也會參考當屆比賽同學軟件作品完成的質(zhì)量。我們還積極去尋找企業(yè)對于競賽進行合作，如曾經(jīng)與浙江大華儀器有限公司進行合作，對獲獎同學給予適量的物質(zhì)獎勵。當然，對同學而言最主要是學校的認可，虛擬電子設(shè)計大賽作為院級賽事，對于競賽的具體獎勵辦法按照《浙江大學城市學院大學生學科競賽管理辦法》(浙大城院發(fā)教〔2009〕64號)和《浙江大學城市學院實施本科生第二課堂教育試行辦法》（浙大城院發(fā)教〔2009〕129號）的有關(guān)規(guī)定來執(zhí)行，學生會有相應(yīng)的第二課堂分以及推薦獎學金的機會，并且獲獎的同學可以優(yōu)先加入我們電子設(shè)計大賽的團隊，接受相應(yīng)的訓練。

3 競賽的效果分析

開展虛擬電子設(shè)計競賽旨在培養(yǎng)學生們的創(chuàng)新意識和實踐能力，讓同學們喜歡做實驗，愛上做實驗。參加虛擬電子競賽的對象以二、三年級學生為主兼有少數(shù)一年級學生，并且是以電類專業(yè)學生為主，兼有機械類學生的復(fù)合模式，實現(xiàn)高年級學生帶動低年級學生，電類專業(yè)學生帶動機械類專業(yè)學生的傳、幫、帶的組織模式，使競賽的熱情延續(xù)下去、擴展開來。自開展電子設(shè)計競賽以來，物理實驗中心的實驗室開放利用率大大提升，不僅提高了學生們動手操作的積極性，還促進了電類實驗教學和物理實驗教學質(zhì)量的提升。通過參加虛擬電子設(shè)計競賽，近年來同學們在電類實驗課中的成績有所提高，并且有部分同學入選了學院電子設(shè)計大賽團隊，在近年來的國家和省級電子設(shè)計大賽中取得了較好的成績。

4 總結(jié)

虛擬電子設(shè)計競賽活動的舉辦，能讓更多的學生參與其中，充分發(fā)揮學生的自主創(chuàng)新能力，使其得到更好的鍛煉。校內(nèi)各種科技活動作為企業(yè)、省級、國家級舉辦的各種競賽的補充，為大部分學生施展才能提供了舞臺，同時還推動了電類實驗教學的改革和發(fā)展。但改革創(chuàng)新是永無止境的，隨著時代的進步，新技術(shù)、新科技的不斷涌現(xiàn)，提高學生的工程素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高等學校的長期任務(wù)。積極倡導(dǎo)學生參加各類活動競賽，為學生們創(chuàng)造一個能夠自主思考、學習、實踐的平臺，給予學生力所能及的幫助。我們也將不斷思考探索，努力提高教學水平和教學質(zhì)量。