構建適應電子設計競賽新特點的培訓體系

陳志彬　賈玉福　孟繁剛

摘 要 大學生電子設計競賽是提高電子信息類學生專業水平的一個重要抓手，通過參與電子設計競賽， 可以增強學生的創新創業意識和團隊精神，提高學生實踐創新能力。本文結合遼寧科技大學實際情 況，從不同層面探討了電子競賽培訓體系建立情況，以適應電子設計競賽近年來所呈現出來的新情況、新特點。新的培訓體系建立后在最近的三次國加和省級電子設計競賽中取得了前所未有的好成績。 實踐證明這一培訓體系的建立是成功的和有效的，適合我校的情況和特點，對和我校相同層次的普 通本科院校的電子設計類競賽有借鑒意義。

關鍵詞 電子設計競賽 培訓體系 實踐能力 創新

中圖分類號：G652文獻標識碼：A

0前言

大學生電子設計大賽作為高校電子信息類專業的主要學科競賽項目，其規模和影響力越來越大。2017年參賽學校1069所，代表隊14406隊，其中本科組12668隊。2019年參賽學校增加到1101所，代表隊15501隊，其中本科組13823隊。從參賽學校到參賽隊伍有較大幅度增長，顯示全國大學生電子設計競賽的影響力越來越大，各類院校越來越重視電子設計競賽。參與競賽的熱潮也和企業對獲獎學生能力以及團隊精神的認可，以及參賽學生較高的就業質量有著密不可分的關系，這也是院校樂見其成的目標。

遼寧科技大學的前身是鞍山鋼鐵學院，原隸屬于冶金部，在部委調整后變更為省屬院校。我校從1997年開始參加全國大學生電子設計競賽，成績一直不太理想。全國大學生電子競賽較好的成績是取得省二等獎，在遼寧省級電子設計競賽中我校獲得省一等獎獎項也很少。造成這種局面的原因是多方面的。電子類專業創辦較晚，軟件、硬件基礎薄弱是主要原因。學生和教師的積極性不高， 政策層面的原因也不能忽視。

隨著我校辦學定位從教學科研型轉為培養應用型人才，由此帶來了教學方式、目標等一系列的變化，學校對學科競賽愈來愈重視，由此促成了我校新的培養培訓體系的形成。本文將結合我校參加全國大學生電子設計競賽情況，針對學生在競賽中暴露出來的問題，探索建立新的培訓體系。

1關于電子競賽

全國大學生電子設計競賽始于 1994 年，至今共舉辦了 14 屆。競賽的目標是促進電子信息類學科專業基礎課教學內容的更新、整合與改革，培養大學生創新意識、綜合設計和工程實踐能力。25 年間競賽的題目也在不斷的更新和發展，從 1994 年的 2 個題目，到 2019 年本科題目數達到 8 個。從 2007 年的第八屆開始，增設了高職高專組題目，一般題目數 3 個，第八屆高職高專題目數為 4 個。內容也從最初的電源和數據采集兩個題目發展到 2019 年涵蓋無線充電系統，機器人，互聯網，無線通信，信號檢測，甚至于電磁炮，題目的難度逐漸增加，涵蓋了當前的熱點技術，真正做到了與時俱進。在競賽題目演進過程中，逐漸形成了基礎電路，測量儀器，通信與互聯網，自動化與人工智能四大類題目。每類題目都涉及軟硬件知識，側重于某一專業，如電子信息、計算機、通信、自動控制、電子技術應用等。全國大學生電子設計競賽試題實用性強、綜合性強、技術水平發揮余地大。電子設計競賽的試題反映了電子技術的先進水平，引導高校在教學改革中培養學生的工程實踐能力和創新設計能力。

近年來，全國大學生電子設計競賽呈現新的特點：（1）考核的內容更多地限定于電子基本電路以及信息前沿技術方面。（2）互聯網+，大數據以及人工智能技術的逐漸融入到題目中。這些新的特點，對參賽選手的知識和技能的儲備提出了更高的要求。原有的按照大類進行的培訓不再適應新的競賽要求，因此有必要對原有的培訓體系進行改變，以適應新的競賽要求。

2構建新的培訓體系

調整是從多個方面進行的。

學校層面，教務處牽頭制定了一系列的規范性文件。（1）將各類競賽分 A、B 類進行管理。全國大學生電子設計競賽和智能車競賽都歸為 A 類競賽，遼寧省電子設計競賽則歸為 B 類競賽。（2）學校從資金支持上向重點比賽傾斜。（3）出臺了學分置換管理辦法，鼓勵更多同學參加到競賽中去，并取得好的競賽成績。（4）給予指導教師獎勵政策。

管理方面，教務處負責競賽的全面協調管理工作，團委負責后勤支援，從學校層面整合優勢資源， 為競賽提供有力的支持，學院則負責競賽的具體實施。

參賽學生方面，充分發揮電子協會的作用，由電子協會負責學生前期培訓。電子協會在多年的運作過程中，形成了在教師指導下實現學生自主學習、自我管理，學生自主訓練為主的培養模式。學生可以根據自己的愛好和興趣，選擇自己的主攻方向，如單片機、可編程邏輯器件、智能控制等。指導教師團隊方面，學院選派 10 名具有實踐經驗的教師參與到培訓系統中，教師的實踐經驗對學生在競賽中的指導將更具有針對性，能很好解決學生面臨的難題。

教師團隊負責學生中、后期的培訓，對學生理論水平進行提高的同時，通過有針對性的訓練， 提高學生解決復雜問題的實踐能力，以適應難度、復雜性更高的競賽題目的要求。

培訓體系方面，建立三期培訓制度，制定每期的培訓計劃、培訓內容、實踐環節的內容，明確每個培訓周期結束學生應該掌握的知識和技能。培訓的內容編排上遵從單元到綜合，從簡單到復雜的原則。

前期培訓主要由電子協會自己完成，內容是模擬電子線路、數字電子線路、單片機的基礎部分， 從簡單的單元電路開始，要求學生逐漸掌握電路的基本原理、電子元器件的認知、電路的焊接和調試;掌握電子CAD 軟件的使用，包括原理圖、PCB 的設計以及電路仿真等。

中期培訓由指導教師團隊主導，在注重理論的基礎上，重視電子線路系統整體設計能力的提高， 以及電路的綜合調試能力，并著重提高學生在實踐環節中分析問題、解決問題的能力。

后期培訓是實戰模擬，訓練題目選自往屆的參賽題目，要求學生在一周之內完成訓練內容。通過實戰訓練，各個小組做好隊員分工與協作，培訓學生的創新實踐能力及團隊協作精神。

中、后期的培訓內容包括六個模塊，分別是智能控制系統，嵌入式系統與 FPGA，電源系統，通信電子線路、物聯網技術和科技報告寫作。除了科技報告寫作是 16 學時以外，其他課程均為 48 學時，其中實戰實訓 24 學時，結合往屆題目進行針對性訓練。

智能控制系統模塊培訓包括常用的積分分離 PID，專家 PID 控制，模糊 PID 控制，神經網絡 PID 等先進的 PID 控制算法。安排 MATLAB 實驗，通過實驗讓學生對 PID 參數在控制中的作用有更深入的認識。這些 PID 算法可以在單片機、ARM、FPGA 等平臺上實現。實踐環節則安排了風力擺控制系統（2015 年國賽題目），小球滾動控制系統（2015 年國賽題目）和自動循跡小車（2016 年省賽題目）（任選一）。

嵌入式系統與 FPGA 模塊重點是 FPGA 高級編程與應用，涉及狀態機設計，序列發生器，AD 接口設計等。實踐方面，安排了基于 FPGA 平臺的 AD 轉換程序設計與數據采集，以及數據傳輸等內容 。

電源系統模塊重點介紹直流-直流（DC-DC）交換，升壓、降壓電路的結構與工作原理，直流-交流（DC-AC）變換電路及工作原理，檢測與保護電路、濾波電路等內容。實踐環節則安排了降壓型直流開關穩壓電源（2016 年省賽題目）和雙向 DC-DC 變換器設計（2015 年國賽題目）。

通信電子線路模塊主要介紹通信接口電路設計，信號變換與濾波電路，信號放大與調理電路， 波形發生電路的設計，模擬與數字調制與解調等內容。實踐環節則安排了位同步時鐘提取電路（2016省賽題目）和自動增益控制放大器（2014 省賽題目）等內容。

物聯網技術主要講解互聯網、無線寬帶網絡、無線低速網絡的構建，以及相關網絡協議。實踐環節是通過單片機+藍牙/Wifi 模塊組成信息交換系統。

科技報告寫作根據賽事組委會對學生提交報告的要求，講解學術報告的撰寫規范，要求學生培訓結束后提交一個報告。

該培訓系統從 2016 年秋開始執行，從培訓體系建立以來，學生參加了 2017 和 2019 的國賽和2018 年的省賽，取得了不錯的成果。2017 年國賽中，我校有一組以 118 分獲得推薦，并最終取得了國家一等獎，這是我校參加電子設計競賽以來首次獲得國家一等獎。2018 年遼寧省電賽，我校取得了 5 個一等獎，6 個二等獎的優異成績，也是歷年來獲得省一等獎最多的一次。2019 年全國比賽， 我校有兩組獲省一等獎，推薦國家最終獲得國家二等獎，是我校一次獲得國家獎項最多的一次。近三年來競賽取得優異成績，表明新的培訓體系的與現有的競賽是相適應的，能有效提升學生的理論知識和實踐能力。我們將根據競賽題目呈現的新特點，進一步更新、完善培訓體系（2019 年電子設計競賽結束后增加了物聯網技術課程），全面提升學生的實踐動手能力和綜合創新能力，為電子設計競賽服務。

3總結

經過調整與完善，我校逐步建立了適合校情與特點的電子設計競賽培訓體系，并在近三年的國家和省級電子設計競賽中收到了良好的效果，賽事成績連續取得突破，表明新的培訓在全面提升了學生的實踐動手能力和綜合創新能力發揮了關鍵作用。競賽培訓體系的建立和實施，教師培訓團隊的形成，促進了電子類課程教學內容改革以及教學質量的提高，也促使了我校電子信息類專業創新人才培養質量的提升。

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