全國大學生電子設計競賽培訓改革與實踐

榮海林，姚福安，徐向華

（山東大學 控制科學與工程學院，山東 濟南250061）

0 引言

全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽，是面向大學生的群眾性科技活動，是國內參與范圍最廣、受益學生最多的學科競賽之一，旨在培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風；有助于學生工程實踐素質的培養、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才的脫穎而出創造條件。競賽的特色是與理論聯系實際學風建設緊密結合，競賽內容既有理論設計，又有實際制作，以全面檢驗和加強參賽學生的理論基礎和實踐創新能力［1～3］。

以山東大學為例，由校級電工電子創新教育平臺負責，在創新創業學院領導下，每年負責來自控制學院、信息學院、微電子學院、電氣學院、機械學院、機電與信息工程學院等近千名學生參加全國（或山東省）大學生電子設計競賽。電工電子創新教育平臺在促進學生知識能力提升，創新人才培養模式方面采取了一系列改革舉措。

1 研究主要內容

為了培養學生綜合創新素質，鍛煉創新實踐能力，從搭建創新平臺、改革課程體系、完善培訓資源等方面同時入手，建立全方位的全國大學生電子設計競賽培訓模式，形成了“理論培訓→選拔→工程實訓→選拔→強化培訓→參賽”為結構的創新能力培養模式，實行導師負責制［4，5］。

1.1 內建外聯，搭建創新平臺

一方面，集中整合學校所有優勢資源，包括空間資源、課程資源、師資資源等，建立面向全校開放的電工電子創新教育平臺，負責所有電類學科競賽的培訓工作；另一方面，同知名企業如TI、NI、Xilinx、鋼鐵俠等建立校企聯合實驗室，讓學生在學習相關基礎課程的基礎上同前沿科研技術接軌，了解最新產業成果，并將其轉化到競賽培訓中，做到科研反哺教學、科研反哺競賽。

1.2 多措并舉，改革課程體系

在本科生院和創新創業學院統一協調下，在全校所有相關學院開設了以創新實踐類暑期學校為主，同時包含嵌入式系統、電子電路基礎、TI學習套件、電子設計培訓等課程，包含理論學習和實踐指導，涵蓋全國大學生電子設計競賽各個賽題方向，推動相關電類學科教學改革與課程體系重塑，賽教結合、以賽促教［6～8］。

1.3 線上線下，完善培訓資源

通過建立線上MOOC教學和線下實參實訓的方式，將一些通用的知識點通過線上部分錄制MOOC，同學在掌握一定理論基礎上，進入實驗室分方向、分賽題進行實操實訓，充分發揮老師和同學之間“傳、幫、帶”的作用，充分利用模塊化全國大學生電子設計競賽實訓平臺，真正做到坐得住、有得學、學有獲，極大刺激同學學習積極性。圖1為整年線上線下培訓安排。

圖1 培訓時間軸

2 具體實施方案

2.1 建立校級創新平臺

對電工電子創新教育平臺的實驗室基礎環境進行改造，優化物理空間，改善配套設施，加強實驗室創客文化建設，營造氛圍濃厚的創新平臺。

2.2 實行學生自主管理

充分發揮學生的主觀能動性，簡政放權，讓電子設計競賽社團進入實驗室，畢竟單靠老師的精力來管理是遠遠不夠的。放管結合，優化服務，提升實驗室開放共享質量。試行開放式自主實驗教學模式，為學生提供充分的自主學習和實踐的軟硬件條件，在建立適應開放教學模式的教學質量保障體系，確保開放式實驗教學的成效的基礎上，將開放的內涵從“實驗時間”、“實驗空間”拓展到“實驗內容”、“實驗指導”、等方面，實現了真正意義上的開放式教學，使學生逐漸擺脫對老師的依賴心理，養成自主發現、解決問題的習慣［9～12］。

2.3 豐富線上培訓資源

充分發揮線上培訓及MOOC課程的優勢，使更多的學生從中受益，且可以實現可持續性，表1為2021年暑假期間線上培訓安排。

表1 2021年寒假線上培訓安排

建立MOOC課程《電子電路設計基礎》，線上課程知識點：

◆全國大學生電子設計競賽簡介

◆電子設計的基本要求

◆常用電子器件-電阻器

◆常用電子器件-電容器

◆常用電子器件-電感線圈與變壓器

◆半導體二極管及應用

◆半導體三極管及應用

◆放大器的基本概念

◆集成運算放大器的基本模型

◆集成運算放大器的主要參數

◆集成運算放大器的分類及選型

◆集成運算放大器應用

◆集成運算放大器單電源供電應用

◆集成電壓比較器及其應用

◆集成差分放大器

◆集成儀表放大器

◆集成電流檢測放大器

◆集成功率放大器及其應用

◆電流型集成運算放大器

◆濾波器的基本概念

◆一階RC有源濾波器分析與設計

◆二階RC有源低通濾波器分析與設計

◆高階RC有源濾波器分析與設計

◆線性集成穩壓器及其應用

◆開關式集成穩壓器及其應用

2.4 完善線下培訓資源

設計及制作針對全國大學電子設計競賽各種題型的模塊化訓練單元，實現可移植，可復制。MSP430開發板配套實驗板：液晶、ADS1115模塊、DAC8552模塊、LCD12864液晶模塊、溫度傳感器模塊、MC34063電源模塊、TPS5430電源模塊、可變占空比PWM輸出、電機驅動模塊；其他電賽模塊：程控放大器模塊、濾波器模塊、有效值轉換模塊、DC/DC升壓模塊、DC/DC降壓模塊、橋式逆變模塊、橋式整流模塊、運算放大器模塊、DDS信號發生器模塊、智能小車模塊、無人機模塊［13］。

2.5 搭建競賽管理系統

全校范圍組織，建立山東大學-全國大學生電子設計競賽管理系統，系統示于圖2。校級競賽組織功能包含：競賽申報、審核競賽方案、確認報名資格、錄入競賽成績、提交競賽結果、競賽總結、競賽結果查詢、校級認定（打通學分互認通道）。學生競賽參賽功能包含：競賽報名、競賽輔導、材料提交、結果查詢。

圖2 競賽管理系統

2.6 搭建考試系統

圍繞電工基礎、模擬電子技術、數字電子技術、電子元器件、儀器儀表等多方面，分別建立試題庫，試題庫按簡易、一般、挑戰三級設立，對不同階段的同學分配試題，通過考試方能進入競賽參賽階段。

2.7 肯定競賽成績

讓學生從參賽過程中不僅有心理上的有“獲得感”、“成就感”，更重要的是從學校教務角度出發，學生參賽取得的成績學校要認可，打通學分互認通道，給學生看得見摸得著實實在在的實惠，這樣才能最大限度刺激學生參賽積極性，在全校范圍內形成“百花齊放”，“百舸爭流”的氛圍［14～15］。

3 實施成效

圍繞全國大學生電子設計競賽培訓，電工電子創新教育平臺經過近些年的改革與實踐，形成了“理論培訓→選拔→工程實訓→選拔→強化培訓→參賽”為結構的創新能力培養模式，調動了學生參賽熱情和積極性，極大鍛煉了學生創新實踐能力，最大范圍的發動更多的學生從中受益。越來越多的學生借助參賽成績被保送到清華大學、中科院、浙江大學、北京交通大學、上海交通大學等名校。表2為山東大學近年來參加全國（或山東省）大學生電子設計競賽取得的成績，尤其是2018年在全國大學生電子設計競賽模擬電子系統設計邀請賽中勇奪TI杯。

表2 山東大學近年全國大學生電子設計競賽成績

4 結語

以全國大學生電子設計競賽為例，山東大學圍繞電工電子創新教育平臺搭建、課程體系改革以及培訓資源完善等方面積極探索，建立了“理論培訓→選拔→工程實訓→選拔→強化培訓→參賽”為結構的學科競賽類創新能力培養模式，目前已經輻射到創新創業學院下設的九大創新平臺，該培訓模式易實現，可復制，可有效促進教學改革，助力完善創新型人才培養體系，具有較強的示范作用。