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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电子设计竞赛,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
专业学生培养方案的要求从我校的具体实际情况来看,学生大多数比较注重理论上的学习,对知识的系统性掌握,而忽视了实践对自身学习的重要性,忽略了自己所学的专业对知识的具体要求。学生对课本上理论知识的学习较为乐观,由于实验课、实习课涉及实际的电子应用项目稀缺,因此在实验课、实习课上对器件、电路等的操作就相对薄弱,大多数课程都是为了验证实验而实验,根本满足不了当代电子技术迅速发展的需求,学生自主性课程设计的内容比较少,这样不利于学生创新思维的养成。对此,为解决这样的现象,需要对培养方案作出必要的改革。
1.1培养方案改革教学的初步改革是:作为加强学生创新思维和应用电子技术能力的单片机原理及接口技术、数字电子技术、模拟电子技术、传感器技术、微型计算机测控技术等理论课程体系,根据每门学科的特点以及相互的关联,制定一系列合适的教学计划。因为以上四门课程是学生参与电子设计类实践活动最基本的学科基础课程,应该对这四门课程的教学、实验、实习的比例进行重新分配,实践内容不能低于整个室内教学学时的45%,所开设的实验、实习项目必须紧贴理论,密切联系实践。
1.2对实践部分的改革方案对学生在实践方面的具体改革方式是:要求学生要熟练地掌握并完全理解具有验证性质实验的内容,重点鼓励学生认真投入到对实验的自主设计,加强培养学生的创新思维,这样更能符合电子设计大赛的宗旨。在基础的训练阶段,验证性实验可以强化学生的理论知识,还可以使学生在学习理论知识的同时,更好的掌握一般的实验方法和技巧。然而,仅仅要求学生依据已有的实验内容与实验步骤进行验证性实验操作是远远不够的,这样对学生的自主发挥和创新设计意识是无益的。对于非验证性实验来讲,则侧重于学生的自主设计与对实验的展开研究,这样就可以提供广泛的想象空间使学生的创新意识得到发挥,不断提高学生的动手能力及创新意识。在验证性实验中,我们需要针对某一实验内容,可以设置问题,让学生参与到问题的探讨中,并通过实验解决问题,以加强对学生探究性能力的培养。对于学生在实验操作中遇到的问题,结合学生们已有的知识,联系到实际的电路,关联到生活中的生产实践,激励学生在面对问题时进行自己的猜想、和团队一起讨论、然后发表自己的独特见解。经过学生们的猜想,再进一步的投入到实践中去,这样就会使问题变得简单化,同时对学生探索能力也会有所提高。针对自主设计性实验,再依据全国大学生电子设计竞赛的要求,重点开设如下实验内容:AC-AD与AD-AC高频电源变换电路,测量仪器仪表电路、信号源电路、无线模拟与数字信号传输系统,反馈与闭环控制电路等,使学生通过所学到的知识与积累到的经验,自主设计符合实验的电路,自己设计实验电路,从而达到动手能力强,高水平的设计能力及创新能力。
2通过教育教学内容的改革
为了更好的符合电子设计竞赛的要求,依据课程讲解的方法与规律,需要采取科学的、具有针对性的授课方法。
2.1直观性教学通常在以往的授课中,老师们往往采用的教学方式是以本为纲,一切教学活动都紧扣教材进行,而达到完成教学任务。学生在课堂中对课程涉及到的一些元器件,在老师的讲解过程中,对于元器件电路图符号的认知,使用参数的了解,其在电路中的工作原理以及使用方法没有一个深刻的认识,并没有与具体的实物联系起来,这样学生就会缺乏对事物的感性的体验。所以,为了激发学生的学习热情及探索的积极性,使学生对电子元器件及集成电路有一个感性的认识,在授课时,可以根据教学内容,准备一些课程涉及到的元件或集成电路的应用产品给学生讲解,学生在观察的同时可以加强对其理论上的理解与记忆,对产品的结构有一定的定向了解,以便促进学生学习的积极性。
2.2采用多媒体多媒体教学对学生的影响也是至关重要的,它能生动形象地把需要讲授的教学内容完美的展示出来,学生在实验时的内容也能虚拟的在多媒体上充分显示出来。这样就如同使学生身临其境,更好的受到感悟与启发,极大地引发学生对学习的积极性。对电路的组成也可以通过多媒体的演示来实现,也可以将一些元件或模拟电路进行直观的演示,不仅节约了课堂上讲课的时间,还能让学生对所学习的知识有一个深刻直观的了解,提高学生们的学习兴趣进而提高了学生在课堂上的学习效率。
2.3注重应用老师在用多媒体授课时,需要掌握与其有关的工程应用实例,以便可以引发学生积极地思考,提高学生的观察能力和创新能力,并且需要理论与实际相互联系,对积极调动学生的积极性有很重要的影响,依据课堂的理论教学方式,引导学生进行电子的实物制作。这样,不仅在对理论的掌握方面有所提高,还提高了动手操作的能力。例如:“三极管放大特性”的课程中,为了让学生更好的了解三极管的放大作用,可先让学生通过对音乐门铃的制作,进而验证在使用三极管时出现的效果与没有使用三极管时的效果。从而来激发学生的学习热情。
3创新思维的学习
从对电子设计竞赛理解来看,这次竞赛需要的不是单纯的理论设计和单纯的实验能力。它需要通过查阅实验所需的相关资料,提取实验相关信息进行理论设计,确定方案,进而动手实现整个系统,然后开始调试系统,分析并排除故障,指标测试,最后撰写实验报告。从这些方面来看,就要求参赛的学生在平常的学习生活中要有良好的学习态度,有自主学习的能力,遇到问题能够通过查询资料分析并解决。同时还需要学生有设计,调试和写科技论文等综合能力。电子竞赛需要团队协作共同完成,所以团结协作能力是一个重要因素;培养学生们的团结协作精神是行之必然。而且竞赛学生们要有百分之百的态度和热情并具有创新意识;使学生们能够理论和实践相结合发展他们发散和聚合的思维方式。在电子设计竞赛的培训过程中,要提前告知学生们做好相关资料的学习和查阅,并对整理好的资料进行讨论,研习。学生们通过对各种电子元器件和集成电路的讨论进一步掌握相关知识,进而设计电路,编程器件,再配合微控制器各类芯片等电子元件组成电路;应用计算机软件画好电路板图,再利用刻绘机制造印刷电路板,通过学生们的焊接,进行装配,之后通过测试调整进而实现电子系统,培养学生动手和思想创新能力和开发电子产品的技能。
4结论
[关键词] 电子竞赛;实践教学;创新能力
[中图分类号] TN606 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2012)04?0075?02
全国大学生电子设计竞赛是面向全国大专院校开展的科技创新活动,挑战杯、创新杯及大学生创新性实验等项目规模已逐步加强,在高校的影响力也越来越大。这不仅能培养学生的创新精神,更重要的是能为学生毕业后的就业奠定良好的基础[1]。
一、电子设计竞赛的内容与特点
全国大学生电子设计竞赛每两年举办一届[2], 几乎在校的三四年级学生都有机会参加一次竞赛。竞赛的内容主要就是通过模拟、数字电路专业课的学习与实验,参考有关资料设计与我们生活和学习密切相关的应用电路。学生经过对电路的设计、仿真、安装、测试,进行一次创新训练,从而展示自己的作品,最后评出一、二、三等奖及部分优秀奖。电子设计竞赛的主要特点是: 实践性和综合性强,涉及的知识面广, 不但包括模拟电路、数字电路的基础知识,还涉及到一些专业选修课的内容。[3]这样就鼓励了学生学习选修课的积极性,比如传感器技术、电子测量、电子工艺、EDA仿真实验等专业的选修课[4]。设计手段可采用传统的实际动手方法,也可以采用现代化的电子技术设计方法,如EDA辅助设计,可大大促进参赛学生理论知识的升华和实践动手能力的提高[5]。
二、电子设计竞赛中的典型实例
1. 用电子技术开发中学物理实验
基于普通中学物理器材的笨重、价格昂贵、操作复杂、可靠性差、实验效果不明显,难以引起学生的兴趣这一缺陷,我们指导学生以LED发光器件为核心,将其低功耗、低成本、不易损坏、使用寿命长的发光二极管应用于中学物理实验中。这样,一方面能提高学生的学习兴趣与动手能力,另一方面改进了中学物理实验教学,提高了实验教学水平[6]。
如图1中的上图是一个欧姆定理原理实验图,下图是一个多功能信号测试原理图,图2是测试欧姆定理的显示效果图。如果将上图电路的输出接入下图直流输入端M1、M3端,改变电源电压的大小或者滑动变阻器的大小时,通过LED2一组两只发光二极管的发光亮暗,可以观察到电流、电压以及电阻之间的关系,从而通过实验演示验证了欧姆定律I=V/R的关系。
图2的测试电路不但可以测试欧姆定理,还可以测试中学物理实验所有信号的电路,比如进行电磁感应现象测试,交直流电信号的测试,音乐电平信号的测试;变压器原理的测试等等。
2. 单双向可控硅导通特性的模拟演示实验装置
图3是单双向可控硅导通性能演示实验装置原理设计图,图4是单双向可控硅导通性能演示实验效果图,每个图的左半部分由电源、可调电阻及电容组成一个充电回路,右半部分的可调电阻、电容、双向二极管、可控硅组成一个触发电路及可控硅导通回路[7]。导通后的显示效果是用555多谐振荡器和CD4017十进制计数器联用,555用作时钟脉冲发生器送到CD4017的CP端,使CD4017计数器的十个输出端随输入时钟的加入,依次出现高电平,故LED0——LED9依次点亮,则形成“单双向可控硅导通”模拟显示电路。它演示的动态效果非常生动地揭示了可控硅触发导通的特性,很具有创新性及说服力。
这种新颖独特的演示教具一方面将理论知识和实际电路联系起来,便于学生理解其内部特性,另一方面培养了学生的动手能力,为激发学生的创新思维打下了坚实的基础[8]。另外,这种教具还可以很好地用于课堂教学的实验演示,便于教师进行课堂教学时的讲解。
制作这种教具的方法是:选择一大小合适的盒子,将控制电路图按比例大小安排在盒内,使整个所需电路图都能附在盒内,然后在需要安装元件的地方钻孔安装元件,把焊接好的流水灯电路板安放在盒内,再把输出的每只发光二极管按照点亮的顺序用引线安排在单双向可控硅电路的导通回路,内部安装好后,盖上盒盖,在发光二极管相对应的盒面位置画上可控硅的导通原理示意图,安装好控制开关及电源就可以演示。
三、结语
通过上面的实例,充分说明了电子竞赛不单单是一次竞赛活动,而是和我们学习的专业知识紧密相关。它是检验学生理论知识的量度尺,是培养学生实践创新能力的必要措施[9],能让学生在自主设计、动手动脑的过程中,体验到创新的乐趣,从而增强了他们学习的兴趣。通过竞赛促进了教师的实验教学,反之,实验教学又加强了学生的创新精神[10]。学生们可以借助EDA技术,首先进行电路的仿真,然后进行设计、安装、测试,虚实结合,环环紧扣,通过自主创新,可以创作出各种电路,为他们毕业后的就业打下坚实的基础。
参考文献:
[1] 徐彬,杨丹,李晶皎.竞赛式教学在电子技术基础课程实验教学中的应用[J].实验科学,2008(5):181-182.
[2] 宋智,车仁信.结合电子竞赛开展实践教学的研究与实践[J].实验科学,2008(6):174-175.
[3] 赵青云,杨培林,黄朝艳.基于电子设计竞赛的电子专业教学研究[J].中国科技信息,2010(1):279-280.
[4] 姚有峰,赵江东,汪明珠.从电子设计竞赛谈电子类实践教学改革[J].实验技术与管理,2009(7):111-132.
[5] 刘韵,余魅.开展电子设计竞赛 培养学生的创新能力[J].实验科学与技术,2007(8):121-122.
[6] 冯忠耀,罗惠霞.大学物理实验[M].北京:机械工业出版社,2009:247-250.
[7] 徐长军,王峰,等.双向可控硅的设计及应用[J].电子产品世界,2008(12):33-35.
[8] 杨兆民.高校物理实验课程的构建与改革[J].实验科学,2011,(2):14-17.
1.全国大学生电子设计竞赛的意义
1.1有利于培养学生的创新能力,激发学生对实践课的兴趣
传统的实践教学是理论教学的辅助,实验内容多数是验证理论知识,学生根据实验指导书上的方法和步骤就可完成实验,整个实验过程学生完全是被动的[1]。这样的验证实验不能实现对学生实践能力和创新能力的培养,难以激发学生的对实践教学的兴趣。全国大学生电子设计竞赛要求参赛学生在四天内完成从选题、搜集资料、设计方案、分析论证、元器件选择、硬软件设计、组装、调试、测试、排除故障、做出成品和撰写设计报告的全过程,并且要求三人组队参赛,是对学生综合素质的全面考核,具有极大的挑战性[2]。比赛中既要动手操作,又要理论分析。经过培训和参加竞赛的学生,其实践能力与创新能力都得到很大的提高,同时激发了学生对实践教学的兴趣。
1.2有利于增强学生的竞争意识和就业能力
在电子设计竞赛中能脱颖而出的都是理论知识扎实,动手能力强,经过严格训练,具有创新意识和协作精神的优秀学生。无论获奖与否,参加过培训和电子设计竞赛的学生,在系统设计、方案论证、合作精神与创新能力等方面都有很大的提高,在毕业设计中受到老师的青睐,在实际工作中,表现出较好的独立性,创新精神、协作能力与竞争意识,得到社会及用人单位一致的肯定和好评,增强了就业能力[3]。
1.3有利于推动电子技术类课程的教学改革
电子竞赛题目是一批高水平的教授、专家根据电子技术发展的最新信息拟出的。选题涵盖了模拟电路、数字电路、高频电路、单片机应用、可编程器件、传感器技术、自动控制技术和EDA等课程的内容[4],竞赛中既要考察学生的实际动手能力,又要考察学生的理论知识和创新能力;既有涉及知识面广、功能多的系统设计,又有单一功能的电路设计;既有以指标性设计为目的的题目,又有以功能性设计为目的的题目;既有基本要求,又有发挥部分,同时在电子设计竞赛中又鼓励学生使用新技术、新器件和新电路,以满足先进的技术指标。所以,对电子技术类课程的教学改革具有指导和推动作用。
2.对参赛学生的能力要求
参加电子设计竞赛的学生应具备的实践能力包括[5]:电子元器件的识别及使用方法、印制电路板设计与制作等电子设计制作基础;集成直流稳压电源、运算放大器电路、信号产生电路和处理电路、显示电路和A/D转换器等单元电路设计;通用键盘及显示电路、单片机与液晶显示接口电路、单片机与D/A和A/D转换电路等单片机最小系统设计;FPGA最小系统和配置电路的设计及FPGA的最小系统板下载等可编程逻辑器件系统设计,以及资料查阅、综合系统设计、创新设计和撰写设计报告等。
3.电子设计竞赛中反映的问题
我校历届培训及竞赛现场,主要表现出以下一些问题[6]。
(1)查阅参考资料的能力差。在拿到竞赛题目后,学生都是先翻教科书,不去查找具有最新技术的期刊文献,特别是上网搜集资料的能力差。
(2)对知识的综合应用能力不强。对一个制作项目能够提出的设计方案很少,不能对方案进行充分的论证和比较,生搬硬套参考电路,不能设计出简单先进的电路,综合应用所学知识分析和解决问题的能力较差。反映我们的实践教学缺少综合性、设计性实验的训练。
(3)新技术、新器件的应用能力差。有的制作项目如能采用新技术、新器件,如FPGA、CPLD等实现系统设计,不仅性能指标优于传统电路,而且电路简单。反映我们的实践教学内容陈旧,不能紧跟电子科学技术的发展。
(4)不适应工程设计技术指标要求。竞赛中学生对竞赛题目的各类技术指标的实现和改善上感到无从下手。
(5)实验动手能力不强。竞赛过程中,一部分同学在安装、焊接、电路调试、故障查找和排除等过程中操作不熟练,不能适当地设计实验数据表格,不能通过对实验数据的归纳、总结去分析、解决问题。反映我们的实验教学验证性实验多,综合性、设计性的实验少,学生的动手能力和综合运用能力没有得到应有的训练。
(6)单片机知识的应用能力有限。很多竞赛题要用到单片机的知识去完成设计,部分参赛同学因单片机知识与应用能力不够,未能取得较好的竞赛成绩。
(7)设计报告撰写的质量不高。设计报告的格式与内容存在很多缺陷,方案论证不够充分,理论分析不够严谨。反映我们的实验课教学忽视了实验报告这个重要环节。
4.电子技术类课程的实践教学改革
根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求,针对学生在培训和竞赛过程中暴露的问题,我们对电子技术类课程的实践教学进行了如下改革。
4.1改革实践教学体系
依据学科专业特点,结合我校实际,将实践教学从理论教学中分离出来,单独设课、单独考核,构建起一个与理论教学体系相互匹配,相互联系、相互补充,相对独立、科学优化的实践教学体系。将实验教学环节划分为三个层次[7]。
(1)基本技能训练层:以电子工艺实习、实训为教学内容,掌握万用表的使用,电子元器件识别、检测,印制板制作、焊接,直流稳压电源组装,收音机安装调试等基本操作技能。以电路分析、电子测量、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础课的实验为教学内容,掌握信号发生器和示波器等常用仪器的使用方法,培养正确记录、处理数据及分析实验结果的能力。
(2)课程设计实验层:以电子技术、单片机技术、EDA技术等课程的实验为教学的主要内容。通过对简单电路的设计,熟悉常用电子元器件,学会查阅元器件手册及通过互联网寻找所需资料的方法,让学生通过安装调试,学会通过调整元件参数,满足实验指标要求。
(3)综合设计实践层:以传感器技术及应用、单片机技术、EDA技术、电子系统综合设计等课程实验、电子设计竞赛等课外活动为实践教学环节,掌握用最先进的设计平台和最新的工具进行高效的综合设计,用组装的系统电路板,用电子设计自动化仿真软件Matlab、Muhisim等工具,进行“虚、实、软、硬”相结合的现代电子技术设计实践。要求学生能独立完成从设计到制作的全过程,提高学生运用所学知识进行电路级的综合设计能力以及系统级的开发应用和创新能力。
4.2更新实验教学内容
实践教学改革的关键是教学内容的改革,要根据认知规律、学科特点、实践教学自身的规律和学生实践能力、创新能力的培养要求,更新实验内容。
(1)减少验证性实验,增加应用性、设计性、综合性、创新性实验。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系统和虚拟仪器等先进的实践教学内容[8]。增加单片机课程设计的实验课时,加强其实验和设计应用,增加EDA技术和Protel课程设计的实验课时,加强Protel电路设计软件和EDA电路设计仿真软件的实践应用;增加电子实习课时,增加和竞赛有关电路的制作内容。实践教学内容要体现最新的科技成果,反映运用现代科学技术成果的新的实验技术和新的实验方法,实现实践教学内容的与时俱进。
(2)增加能培养学生实际操作能力的工艺性操作实践。注重电子元器件特别是新型元器件的使用[9]。元器件选择方面,除个别验证性实验仍保留部分分立器件外,其余均采用集成化,数字化,模块化的器件,如集成稳压电源、集成运放、集成功放、集成A/D,D/A等器件,RAM、EPROM集成电路,以及ASIC可编程控制器。对于综合型、设计型实验,指导学生选择最新器件来完成设计。
(3)对整个课程体系的实验内容进行整体优化组合,将同类课程体系或同类学科的实验项目合并,创建新的综合实验课程,实现学科之间实验内容的互相交叉渗透。修改综合设计内容,把本专业的理论知识同单片机技术和PLC技术更多地结合应用,并把电子设计竞赛知识结合其中。
(4)设立学生科研基金,资助运用新技术、新器件、新思想的电子设计与制作的学生课题[10]。把科研引进教学过程,鼓励学生参与教师的科研工作和生产中急需解决或探索的实际问题的研究,培养学生的方案论证、装配、调整、检测,数据处理、数据分析、总结归纳,撰写科研论文等能力。
4.3改革实践教学方法
(1)实施开放式实践教学
在实践内容、实践时间、实践方法、组织形式等方面实行开放式教学,打破时间、空间的限制,提供给学生进行创造的环境,让学生真正成为学习的主体[11]。在实验内容上,设定必做实验、选做实验和自主实验的比例,前者保证教学基本要求和基本技能训练,后者则由学生根据自身的条件与兴趣,在众多的实验课题中选择,以达到因材施教的目的。课程设计、综合性、设计性实验,教师只提出设计的总体要求和要达到的效果,不制定统一的参数指标,设计步骤,给学生一个较大的创造空间。提倡方案的多样性,给学生充分的创新机会。由学生完成从方案制定、电路设计、元件筛选、焊接组装、程序设计、系统调试到设计报告撰写、答辩等全部过程,教师变指导为引导,充分发挥学生的主动性。
(2)增大实验室开放的力度
在安排好课内实验教学的基础上,充分利用实验室资源,制订实验室的开放项目、开放计划。在实验室开放时间里,为学生提供实验场地的同时,还为学生提供万用表、信号源、示波器、电类实验箱、单片机实验箱等设备,还安排教师进行现场指导。建立现代化的实验中心网上实验预约与管理系统,在开放的平台上,选做实验和自主实验学生可以个人预约,预约的内容包括实验时间、场地、内容、指导教师等,这种“集中”和“自由”相结合的开放管理方式,提高了实验室和仪器设备的利用率。
(3)开设电子技术实践选修课
根据现代电子技术的发展和全国大学生电子设计竞赛的情况,我们为电类专业的学生开设了如“电子制作”、“电子创新设计”等选修实践课,内容包括简单电路、系统电路和有创新特色的电子电路等的设计与制作等,为爱好电子设计的学生提供更多的学习机会。
(4)举办校内电子设计竞赛,激发学生学习兴趣
我校每年举行的全校大学生电子设计竞赛,按照全国大学生电子设计竞赛的方式进行,在为电子设计爱好者提供施展才能机会的同时,也为参加全国大学生电子设计竞赛选拔了队员。在校领导和有关部门的支持及全国大学生电子设计竞赛的影响下,参赛人数逐年增多,大学生电子设计竞赛已成为我校学生最喜爱的科技活动。
(5)认真组织学生参加全国大学生电子设计竞赛
我校是专升本不久的本科院校,电子类专业的办学时间不长,基础薄弱,参加全国性的电子设计大赛的经验更少,我们把参赛作为学习、实训、取经、提高的过程,参赛成绩逐年提高。
电路原理是我校电气工程及其自动化的一门重要的基础课,教材中所讲述的电路模型和基本定律比较抽象,学生在学习的过程中往往只会利用理论知识分析电路图,本文以大学生电子设计竞赛为导向,对电路原理课程进行教学改革,通过竞赛中的一个具体任务提高学生的创新能力和实践能力,不仅有利于教学和科研的相互促进,同时也让学生充分了解电气工程专业发展的最新动态。
1引言
全国大学生电子设计竞赛(赵妮娜,竞赛式教学在电工电子技术课程设计中的应用[J].电子设计工程,2013(15):44-46)作为四大竞赛之一,是教育部和工业和信息化部共同发起的大学生学科竞赛之一,竞赛的主要特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,从而推动课程教学、教学改革和实验室建设等相关工作。苏州大学建校历史悠久,机电工程学院自2003年以来组队参加了历年的大学生电子设计竞赛,经过长期的积累和沉淀,近年来取得了质的突破,取得了多个江苏省一、二等奖的好成绩,该比赛有助于电气工程及其自动化学科教学内容的改革以及相关实验室的建设,对专任教师提出了更高的要求,同时也提高了学生的创新能力和实践能力。
2大学生电子设计大赛任务和要求
全国大学生电子设计大赛每年8月份举办,赛期四天三夜,早上8点在网站统一公布题目,主要分为7大类,涉及电源类、信号源类、高频无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类以及控制类。为了更好的说明电子竞赛(陈东,谢发琴,电子设计竞赛与深化实践教学改革[J].实验技术与管理,2005:86-88)对电路理论教学的促进作用,我们经过仔细对比,选取了一道典型的无线电脑传输装置题目。该题目的任务是设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置(赵争鸣,张艺明,陈凯楠,磁耦合谐振无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报,2013,33(3):1-13),具体要求分为四部分,一二部分为基本要求。第三部分为自主发挥,第四部分为最终的设计报告。该竞赛题目和电路知识密切联系,同时也是当下的一个热点,无线电能传输将进一步得到普及。
3以竞赛任务为驱动的课程设计教学的实施
3.1系统方案。根据所学电路理论知识,我们选择了电磁感应方案,谐振式强磁耦合方案以及电磁波辐射方案。就题目来说,电磁感应方案最大的缺点是它的传输效率低,而电磁波辐射方案对设备的要求很高。因此综合来说,谐振式强磁耦合方案(吴嘉迅,吴俊勇,张宁,等.基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究[J].现代电力,2012,29(1):24-28)最合理。在此方案中有三大难点需要解决:(1)传输效率很难提高。距离越大,传输功率越低。(2)系统谐振频率难达到期望值。(3)谐振频率和RC振荡电路的固有频率难匹配。3.2系统总体框图。在对题目要求进行理论分析与计算后,我们将学生分成八个小组,提出各自的方案,其中具有代表性的系统总体框图如图1所示。为了充分体现学生的创新能力,我们采取了两种方案去完成。一个典型方案是由MSP430F149单片机输出3.3V高频PWM方波信号,控制驱动电路,产生15V高频方波信号。经LC振荡电路,将电能传输出去。在谐振点,能量效率最高。经过桥式整流稳压,得到8V稳定的直流电压。另外一个方案由纯电路来完成,主要分为发射端电路、接收端电路以及测试用的LED灯,由于我们的课程应用对象是电路原理,因此我们重点介绍这个方案。3.3发射端电路原理图。发射端是Royer振荡器回路,具有自启动功能,取决于输入的直流电压,接通电源后,考虑到两个晶体管的特性的差异性,我们做如下分析,如果Q1先导通,此时电感线圈产生感应电动势,通过一组线圈产生反馈,从而Q1处于导通状态,Q2处于截止状态,当电感磁芯达到饱和时,电动势为零,Q1变成截止状态,于是电动势反向,从而导致Q2导通。由于逆变震荡器产生正弦信号,通过线圈将能量发送出去。高频输出级用大功率场效应管时需加上面积足够大的散热器。输入端采用场效应管Rover高频逆变元件,逆变震荡器产生正弦信号,并用线圈将能量发送出去,双管推挽电流馈电,当发射和接收线圈处于同一频率时会产生共振现象,从而实现无线电能的传输。电容组成的并联谐振回路辐射出去.发射机是一级振荡一对推挽输出的电磁波感应发射器,将直流电变成脉冲交流用电感线圈幅射出去,为接收部分提供能量。具体电路如图2所示。3.4接收端电路原理图。LA为发射线圈、LB为接收线圈、fr是电容调谐后达到一致的固有频率,其中需要注意的问题是高频传输(1~20M)。具体电路图如图3所示:图3接收端电路原理图其中的输出整流滤波电路选用了全波整流电路,全波整流变压器输出功率的利用率为100%,输出直流电压中的纹波较低。具体选择输出整流二极管时和电容要充分考虑其特性值,其中重点需要留意的是耐压值。3.5系统测试。利用可变电源作为输入端的输入电源,从9V电源开始增加一直到15V,在增加电压的过程中首先保证两个串联的1W的LED灯能够保持一定的亮度,然后在增加距离的时候找一个大概超过十厘米的位置进行测试,在输入直流电压为15V时,测量接收端的直流电流I的大小。再测量直流电压。然后在输入直流电压15V的条件下,不断加大LED灯与发射端的距离,然后测量灯直到不亮时的距离。测试结果,我们初步测得最大的距离为50厘米左右,此时灯都是亮的,输出的电流可达到505毫安,电压超过8V。
4结束语
通过从竞赛的选题到理论分析,再到具体的电路设计以及元器件选购,直到完成最终的调试,并写成相应的竞赛式课程设计报告(徐振方,孟艳花,王艳,从电子设计竞赛看电子信息类专业的教学改革[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2010,27(I):35-36),为后续的毕业设计提供了很好的素材。同时我们将抽象的书本知识应用于具体的任务,为后续的专业课的学习打下了坚实的基础,电路原理课程的教学改革还需要不断的探索和研究,与大学生电子设计竞赛相结合提供了一条切实可行的思路,在此基础上我们可以进一步改革相关课程(王越,韩力,大学生电子设计竞赛的开展与学生创新能力的培养[J].中国大学教学,2005,10:4-6)的教学,让学生学以致用,更好的适应社会的需要。
作者:吕勇余雷罗力恒叶萍单位:苏州大学机电工程学院
1着力提高实验教师的业务素质和实践能力
教师的实验操作、分析、设计和解决问题的能力水平直接决定着大学生的相关能力培养,着力提高实验老师的业务素质和实践能力是提高学生创造力的前提条件。我校曾以师范类专业教学为主,电子科学与技术专业的教学一度延习了师范类教学“重理论、轻实践”的教育观念,把实验课教学当作一个辅环节,认为教师只要会使用示波器、信号源等通用仪表就可胜任实验课的教学任务。实际上许多实验课教师并不具备排查解决问题的正确思维,也不习惯于引导学生自主思考产生问题的原因及解决问题的思路,实验课教师的安排很随意。通过初期组织学生参加全国电子竞赛实践遭遇挫折后,认识到这种理念在实践性极强的电子技术教学领域不可行。实验课不仅仅是让学生学会仪器仪表的使用和满足于测量实验数据,更要紧的是要引导学生形成一种系统的概念,培养学生系统地分析问题、解决问题的思维习惯,以提高学生的自主工程实践能力。所有这些都不但要求实验教师应具备好的理论基础,科学严谨的实验思维,还要具备扎实的业务实践技能。为此,近年来我院加强实验教师队伍建设,努力让尽可能多的教师都参与实验教学,项目设计,参与指导学生的毕业设计,参与指导大学生设计竞赛等,切实提高了实验教师队伍的综合素质及业务能力。
2课程体系的调整与改革
为了适应国家关于我校向应用技术型大学的转型要求,建立能适应市场需要的电子信息科学教学体系,必须重新审视课堂理论教学与实验实践教学之间的关系,以期在学时分配,教师配置及教学设施配备方面达成最佳平衡。课堂教学和实验教学相辅相成,作为学生学习与掌握知识的重要手段,二者不可偏废。大学生的学习过程,是一个从认识到实践和再认识、再实践的复杂过程。课堂和实验室是获得认识和实践验证的两个最重要场所。由于多媒体教学设施和仿真软件的普及应用,教室和实验室的界限正在趋于模糊。课程科目及内容的设置,无须按部就班,目的是向学生高效地传授知识,手段完全可以灵活多样。无论在教室、实验室、在工厂、在网络上,只要能充分调动学生的学习兴趣,引导他们积极思考、主动探究、努力解决问题,从而变被动学习为主动学习,这就是我们想要的结果。鉴于大多电子技术的知识要通过反复的认识和实践过程才能提高和掌握,我院将《数字电子技术基础与逻辑设计》、《单片机原理及应用》、《电路设计与PCB制板》、《EDA工具开发及应用》等实践性较强的技能课程的开设学期前移,以使学生尽快进入专业实践类课程学习的进程。通过这些课程的学习和实训,学生初步掌握了电子技术的一些基本知识,但在完成一个电路系统设计时还存在很多需要解决的难题,知识结构还不够完备,有些知识没有完全理解,理论知识解决电路问题缺少历练。这就促使学生带着问题主动寻找答案,更加积极地学习后续理论课程,形成了踏实的学风和严谨的实践操作规范,增加知识量的同时积累了实践经验。举一反三,触类旁通,初步培养了学生的创造能力。
参加全国大学生电子设计竞赛的主要是大三的学生,之前他们比较系统地学习了电子系统设计的相关主要课程并接受了相关的实验、实训和操作实践练习,具备一定的理论知识储备和较强的实践动手能力。即便如此,参赛学生还是普遍缺乏系统性设计和制作一个大的电路系统的实际经验和训练,面对实际工程设计问题顾此失彼。为此,我们及时调整了培养方案,学生从大一就开始识别电子元器件、使用常用的电子仪器仪表。从大二开始,开设《电子线路综合设计》实训课,结合学生的兴趣,鼓励学生自主动手制作小的电路系统,提供专门的实验室及器件,有专业教师辅导,开阔了学生的视野,也激发了学习电路知识的兴趣,由简入繁。第四学期开设《EDA电路设计》课程,学生开始接触到最新的电路设计软件、新器件及电路设计方法,同步设置了设计实践项目,初步建立起学生的工程概念。在该课程的设计制作环节中,我们按照电子设计竞赛的要求将学生分组,从较简单的应用电路开始,要求每组学生完成数个难度递增的电路设计、制作与调试项目,并写出详细实验报告。同时鼓励学生思考用不同的方案来设计实现同一个电路功能,以开阔学生思维,学习探索新的电路知识,培养学生的创新能力。
3实验教学模式及内容的调整
教学模式是保证教学内容有效实施的必要形式。全面修改了以往的教学培养方案,调整培养目标。从夯实基本知识技能和提高应用设计创新能力的培养目标出发,以能力培养为主线,强化实验教学。建立起分层次、多模块相互衔接的科学系统的实验教学体系。改造传统的实验教学内容和实验技术方法,精选验证性实验项目,加强综合性、设计性、创新性实验设置。开展新型的适应学生能力培养、以教师为主,学生参与的科研课题。学生直接参与研究性课题,能对科研全过程有一个感性的认识,能够增强科研能力,同时也能激发学习热情,培养创新实践能力。鼓励教师实行多种实验考核方法和实验教学模式,以实验项目的形式,提高学生学习的自主性、协作精神及探究性思维习惯。改变传统的不同课程各自设置实验的教学模式,将实验课程优化整合为“基本型实验”、“综合设计型实验”、“专业创新型实验”三个层次。根据这三个层次,整合实验资源,制定新的实验项目和大纲,选定或编写新的实验教材等。使实验真正体现“基础性、综合性、实践性、创新性”的特点,充分调动学生的学习热情,培养和造就创新性人才。
4创新教育环节
紧扣学生创新精神和创新能力的培养,电子信息科学专业开设了“电子技能实训类”实训课,包括七个模块。设置了开放实验室供学生自主学习实践。开放实验室除了配备通用性实验设备外,还配备了计算机、单片机开发箱、DSP实验板等设备。学生自主选择一个有新意的电子系统制作课题,在教师的指导下完成设计、制作过程,最终提供规范的开题报告、设计报告及制作实物。实训课以学生为主体,课堂形式灵活多样,讨论、交流、讲座、答疑等。项目下达后,兴趣引领着学生学生充分利用课余时间,努力学习钻研,排障解难。除了利用所学知识解决实际问题外,还能自主搜寻查阅相亲相关资料,触类旁通,选择最佳解决方案。从模仿到创造,从依赖到独立,从被动接受项目到主动提出项目,很好地培养了学生的创新能力。
5以电子设计竞赛要求为导向,整合教学体系、培养学生综合的电路设计实践能力
我校自2005年开始参加全国电子设计大赛本科组的竞赛以来,初期成绩很不理想。通过及时调整教学体系,以全国电子设计竞赛对学生技能素质的要求为导向,有针对性地调整了理论教学及实践教学体系。在系统进行电子技术课程教学的同时,结合学生兴趣引导部分学生侧重于某些实践性强的电路系统的设计制作训练,夯实各个设计制作环节的知识储备,明显提高了学生主动探索的学习精神和学习动力,使部分学生的制作实践能力迅速提高。与之相应,近年来我院学生有2个队获得了省级特等奖,1个队获得了省级一等奖,1个队获得了全省二等奖。在全国大学生“挑战杯”课外科技作品大赛中,我院选送的作品获得了甘肃赛区一等奖,国家二等奖的好成绩。
6结论
全国大学生电子设计竞赛是面向全国电子类专业大学生的课外科技竞赛活动,具有较高的权威性和很大的影响力。电子设计竞赛不仅是对学生理论知识的考核,更是对学生动手操作能力、创新能力和团队协作能力的综合检验。竞赛通常要求参赛学生在规定的时间内完成资料的搜集、方案的设计与论证、元器件的选择、产品的制作与调试、技术文件的撰写以及答辩等环节,比赛难度大,时间紧,对参赛选手能力要求非常高,并且赛题一般涵盖内容广、理论技术新、系统综合性强。电子设计竞赛促进了高校电子类课程的理论与实训教学改革[1],同时也进一步推动了高校实训室建设。
经过赛前培训和竞赛锻炼的学生,其理论知识得到了巩固,学习兴趣得到了培养,系统设计与创新能力得到了很大提高。无论获奖与否,参加过电子设计培训与竞赛的学生,在系统设计、方案论证、产品制作、合作精神与创新能力等方面都有了明显提高,在毕业设计过程中受到老师的青睐,在实际工作中,表现出较好的独立性、创新精神、协作能力与竞争意识,得到社会及用人单位一致的肯定和好评,增加了就业能力[2]。
二 加强实训室建设的重要意义
高校的教学包括理论教学与实践教学,而实践教学对培养学生的操作技能、创新精神和实际工作能力等方面起着至关重要的作用。
科学实验是人类的基本实践活动,它是产生科学理论的基础。高校实训室是传播科学知识、进行教学实习、开展科学研究等方面的重要基地。实训室的重要性再强调也不过分。一流的大学必须要有一流的学科,一流的学科必须要建设一流的实训室,这些日益成为高校教师的共识。加强高校实训室建设,不仅对于当前创新型人才培养具有积极的意义,而且对于高校专业的自身发展有着重要的推动作用。
当今社会要求大学生不仅要有扎实的专业知识,还应具有较宽的知识面、较强的实践动手能力和创新意识。为了培养大量适应社会要求的复合型、创新性人才,我国各高校已开始全面推进素质教育,注重对学生实践能力和创新精神的培养。实践证明,实践教学具有理论学习不可替代的教育作用,为了提高学生的专业应用技能和社会适应能力,必须建立相关的实训场所,以训练学生的专业实践能力,缩短学生从学校到社会的对接过程。通过电子设计竞赛培养出的人才更能适应社会对人才的要求。
三 电子设计竞赛与实训室建设的关系
实践教学是高校教学环节中的重要一环,它不仅能验证学生所学的理论知识,更重要的是培养学生的操作技能,根据所学知识分析实际问题和解决实际问题,使学生初步具有工程设计与制作的能力。实训室在培养学生操作技能、制作能力方面起到了至关重要的作用。电子设计竞赛要求学生根据实际问题进行设计、制作与调试,这不仅要求学生必须掌握一定的理论知识,同时也要求学生具有较强的综合设计、制作与创新能力。现代化的实训室能激发学生学习的兴趣,更好地培养学生操作技能和创新意识,为学生的电子设计与制作提供良好的实训场所,使同学们的设计与制作由立意、构想乃至化为现实提供条件,并逐步使电子设计竞赛的水平不断得以提高。电子设计竞赛通常大量采用新器件、新技术、新设备,这就迫切需要不断加强相关实训室的建设。反过来,不断充实和发展实训室,不仅能保障电子设计竞赛有效的进行,而且可以为相关课程的实践操作提供强有力的保障。
四 加强实训室建设与管理
既然实训室的作用如此重要,那么应该从哪些方面着重加强实训室的建设与管理呢?具体而言,需从以下几方面进行。
1 争取学校领导的高度重视,大力加强实训室的投入
现代科学技术飞速发展,电子技术的发展日新月异,集成电路不断替代分立元件电路,同时集成电路的集成度也越来越高,规模也越来越大,使电子电路的检测技术不断地向前发展。学生只有了解了新器件的功能,新器件的典型应用电路,掌握了新的检测手段,才能在电子设计竞赛和今后的工作中运用自如。电子设计竞赛在很大程度上可以用来衡量高校理论与实践教学的效果,同时可以在不同程度上提高一个学校的知名度。为此,学校领导应高度重视电子设计竞赛工作,要把它作为一项重要的工作来抓,并指派专人负责,不断加大实训室的投入,及时更新元器件,增加现代化的仪器设备。只有这样,才能满足电子设计竞赛的要求,也才能满足现代企业对技术技能型人才的需求。
2 加强电子基础实训室的建设
电子基础实训室主要完成验证性实验,促使学生加深对科学理论的理解,重在培养学生的基本操作技能,熟练掌握常用仪器设备的使用方法、常用电子元器件的选择与检测方法、电子电路中常用的测量技术、电子电路的正确安装及常见故障的检修方法。同时,可以让学生掌握实验报告的正确撰写方法,可以培养学生实验的科学态度和良好的操作习惯,为学生进入更高层次的综合性科学实验打下坚实的基础,为此,必须加强电子基础实训室的建设。
3 建立现代电子制作实训室
为了培养学生的综合设计与制作能力,需要建立现代化的电子制作实训室。在电子制作实训室中必须配备一定数量的计算机、电路板制作设备、数字存储示波器、信号源、无线电综合测试仪等,通过培训使学生熟练掌握电路板制作软件的正确使用和电子设计与制作的基本方法和基本的操作技能,以便参赛学生在电子设计竞赛过程中能得心应手。
4 建设高性能的单片机实训室
电子设计竞赛具有很强的综合性,其控制、计算、显示等电路比较复杂,单片机在电子设计中起着非常重要的作用,因此必须建设高性能的单片机实训室,使学生掌握单片机的性能、控制原理与基本的操作技能,并在单片机实训室中配置一定数量的编程器和可编程器件,使学生初步具有利用单片机进行电子工程设计开发的能力。
5 建立现代电子综合实训室
现代社会是信息的时代,电子技术、计算机技术、网络技术正飞速向前发展并渗透到了各个领域,从而改变了传统的实验方法,应用先进的软件将计算机技术与电子技术结合起来,在电子技术实践中引入EDA技术。EDA技术是吸收了多学科最新成果而形成的一门新技术,它已成为电子工程设计的重要手段。采用EWB软件对电路仿真,通过虚拟的电子元器件、虚拟的仪器仪表、利用计算机模拟的各种电路进行设计与调试,充分发挥学生的潜能,培养学生的自学能力,创新能力和综合分析与设计能力。
电子设计竞赛所需的知识面广,需要运用多学科知识,客观要求需建立现代电子综合实训室。同时电子综合设计是电子类专业的综合性实践教学环节,学生综合运用电子技术、计算机技术、EDA技术,针对实用的电子系统课题,进行理论设计、逻辑分析、仿真分析、模拟分析并设计出实际电路,利用单片机开发装置、示波器、信号源、布线板和可编程器件等仪器设备,自主完成实际制作和系统调试,最后提出样机和理论设计报告[3]。这一过程与电子设计竞赛相似,为学生参加电子设计竞赛提供了良好的实训场地。
6 加强实训室管理和实训教师的培养
现代化的实训室必须实行科学的管理,建立健全的规章制度,做到上下协调,统一管理,才能使实训室为教学、科研及电子设计竞赛等诸多方面发挥更大的效益。为了更好地培养学生的创新能力、电子设计与制作能力和提高实训技能,满足电子设计竞赛的要求,实训室应实行全方位的开放式教学,即实训室时间、实训内容、图书资料、元器件、普通仪器设备对学生开放,这不仅加大了实训室管理的难度,同时也对实训技术人员提出了更高的要求。要管理好、使用好、维护好各类实训设备,必须有计划、有步骤地选派实训技术人员外出进修学习,使实训室技术人员掌握先进的实训技能、实训室管理方法,提高实训技术人员的整体素质。在管理上还可以利用学生的人才优势,让优秀的学生参与实训室管理与仪器设备的维护工作,使学生成为实训室的主人。电子设计竞赛的内容涉及电路分析、模拟电路、数字电路、通信技术、电子制版、单片机、可编程逻辑器件、电子工艺等多学科知识,要求参加电子设计竞赛的辅导老师知识面要广,实践经验丰富,为此参加电子设计竞赛的辅导老师也应定期参加相应的培训学习,掌握现代化仪器设备的使用方法,学习先进的检测技术,新器件的使用等,以便更好地辅导学生参加电子设计竞赛。
总之,现代电子技术的发展日新月异,新器件、新技术、新应用层出不穷,实训室建设与管理是一项复杂的系统工程,它是电子设计竞赛的实践保证,而电子设计竞赛能不断促进实训室的建设与管理,两者互为联系,相互促进。因此,我们要借电子设计竞赛这股东风,逐步建设一批现代化的实训室,并加强其管理,既为电子设计竞赛服务,同时也为相关课程的实践教学、科学研究提供良好的实践平台。
参考文献
[1]侯晓云.电子设计竞赛促进实践教学改革[J]. 衡水学院学报,2014,2(1):82.
1.学校重视,为参赛创造良好条件
为了使竞赛的各项工作高效率进行,我校在每次竞赛前都成立领导小组。其职责是对竞赛活动进行整体协调以及制定相关政策,组建教师指导组,选拔优秀参赛队员,制定并实施竞赛培训计划等。在组织竞赛方面,从学校领导到各部门领导都十分重视大学生电子设计竞赛。每次都会拨出专款用于电子设计竞赛,同时还制定了相应鼓励政策,以调动师生的参与积极性。各职能部门都积极配合电子设计竞赛工作,为学生提供一切可能的条件。
2.电子设计竞赛促进实践能力的培养
电子设计竞赛是对学生的创新实践能力的一次综合测试。它不同于学校传统的课程考试,不是单凭一张考卷来评定一个人的综合素质。对参赛学生来说,他们是电子设计竞赛最直接的考验者,从对题目的分析到选题、方案设计、元器件的确定、设计装配制作、调试、最后完成作品并写出论文。这对学生的理论联系实际能力、实践动手能力、软硬件综合应用能力、论文书写能力是一个很好的考验。参加比赛的学生都有这样的感慨,通过这样的比赛,自己的动手能力得到了很大的提高,对原来书本上的知识点有了更深入的理解,也发现自己的知识还远远不够,需要大面积的充电。竞赛同时也提高了学生解决、分析问题的能力。学生事先的设计方案并非是最优的,也并非完全正确,在实践的检验中,大部分学生都会碰到这样那样的问题,器件的参数选择不对、连错一个管脚、一根导线走错,都会影响整个电路。这就要求学生在竞赛中必须有耐心,时刻保持清醒的头脑,对故障原因加以分析,找出故障点,有的学生方案设计不合理,要经过多次的改动,在反复的实践中,他们取得了最后的成功,积累了宝贵的经验。通过竞赛,每一位参赛队员都从中学到了许多知识,受益匪浅。
3.电子设计竞赛培养学生市场及工程意识
3.1注重团队精神的培养
团队精神对于企业而言具有相当重要的作用,可以说,在一定程度上,它决定了企业的前途,因此,企业在招人时也很注重人员的团队意识。在电子设计竞赛的培训过程中,我们很注重培养学生的团队精神,在比赛中,三人一组,分工明确,一人负责硬件的搭建,一人负责软件程序的编写,一人负责整理和书写设计报告,对全局要有所把握,三个人需要紧密团结、相互合作、齐心协力,这是最后获得成功的重要因素,任何的不协调都将导致功败垂成。学校采取自愿搭配的原则。由于培训学生来自不同专业,不同班级,每个学生的知识结构、学业特长、个性特征差别较大,不宜盲目地强行组合;而大学生往往具有独立意识,所以采取让他们自愿搭配,自由组合的办法,并在培训过程中注意观察、适时调整,最终确定小组成员。
3.2借鉴公司项目开发的管理模式组织培训,采用工程概念进行设计制作
在学习了一定的基础知识的前提下,采用项目导向的培训模式。这需要指导教师根据历年电子设计竞赛的出题类型,结合本学校的实际情况,为学生选择合适的项目,在规定的时间内让学生完成规定的任务。让学生从分析题目,去图书馆、上网查找资料,确定几套方案,到实践解决问题有一个全面的认识。引入模块化的概念,硬件模块化、软件模块化等,比如,电源模块、单片机最小系统、显示模块、A/D、D/A模块等等,事先都可以做好备用。在培训过程中关注新器件的使用,申请一些样片尝试其使用情况。
4.给学生带来积极的“副作用”
全国大学生电子设计竞赛极大地激发了参赛学生的积极性和主动性,无论成绩如何,参赛者都感触颇多,收获很大。学生普遍认为工程实践能力得到了极大的提高,对电子制作的兴趣更浓,自愿从虚拟的网络游戏中回到了实验室,针对参赛的学生,实验室是开放的,只要是没课时间,学生们都愿意在实验室里,从被动学习变成了主动寻求方法解决实际问题。因此,我们在选拔参赛人员时也从原来的主要是大三的学生扩展到大一、大二优秀的学生也可参加比赛,或与大三的学生进行组合成队,激发他们的学习热情,为以后的比赛培养好的苗子。参加过竞赛的同学在后续的课程中都表现出特有的专注和投入,也有了很多想法,开始认真思考今后的人生打算。这也正是竞赛精神的延续与扩展,笔者觉得也是最有意义的一点。电子设计竞赛的参与有利于学生的就业,很多用人单位提出将参加过电子设计竞赛作为选择条件之一,对参加电子设计竞赛并获奖的学生优先录用。我校参赛的学生目前在上海、厦门、深圳等地都有非常好的工作及丰厚的薪水,比有些本科学校的学生体现出更强的动手能力。
关键词:电子设计竞赛;实践性教学
中图分类号:TM1-4
近年来,我校学生分别参加了“全国大学生电子设计竞赛”、“全国职业院校技能大赛”、等多项比赛。经过我们努力,我们取得了可喜的成绩。通过比赛,我们深刻认识到参加电子设计竞赛不但提高了学生的水平,同时也是对我系电子专业实践性教学环节工作的检验。为了全面提升电子专业学生的实践动手能力和综合创新能力来适应各类电子设计大赛对高职学生的要求,应用电子技术专业的实践性教学体系改革刻不容缓。
1 改革传统的教育教学模式
我校应用电子技术专业于1999年开始进行招生,在早期的教学过程中,我们专业教师就根据本专业的特点和实际需要,对教学计划进行适当的微调。2006年,我校电子专业成功申报河南省教学改革省级试点专业,我们对“应用电子技术专业教学计划与大纲”进行了大范围的调整。
根据“以提高人才质量为宗旨,以培养综合能力为目标,以强化职业技能为核心,以就业为导向”的高等职业教育改革指导思想,适时对教学计划做出微调以适应电子信息技术的快速发展。如:2008年,对电子课程设计课程进行了重订,由原来的纯理论教学变为理论加实践操作的教学,使学生要通过本课程的学习,对电子系统的设计过程有个系统的了解,即:理论设计、绘制原理图、制造电路板、焊接元器件、调试电路以及完成课程设计报告。从改革的总体效果看,学生也从实践教学过程中学到了“实实在在”的知识,激发了学生的学习积极性,提高了学生的实践动手能力。
在教学模式上将理论知识和实际操作紧密结合起来,使枯燥的理论知识变得易于接受和理解,大大提高了学生的学习兴趣。要求各门专业课尽量安排在相应的实验实训场所上课,利用实物教学、网络教学,力争教学方案的最佳化,从根本上改变了传统的教学模式。比如单片机、可编程序控制器完全安排在实验室中,随讲随做,对学生进行实践训练。极大地增强了理论与实践教学的直观性和生动性,提高了课堂教学的效益,吸引了更多学生的主动参与,活跃课堂气氛,取得了较好的教学效果,显著提高了教学质量。
通过以上三个环节来综合提高学生的生产劳动技能,取得了良好的教学效果。除此之外,我们还开设了综合开发应用实验选修课来锻炼一部分动手能力比较强的学生,提高他们的学习积极性和创造性。
通过这些改革,学生的实际动手能力和工程设计能力明显提高,毕业生受到了社会的欢迎和好评。参加过电子设计竞赛的学生,他们在系统设计、方案论证、整机装调、选用新器件及创新能力与合作精神等方面得到了全面提高,他们的自信心增强了。他们在毕业设计和科研中,独立工作的能力较强,受到了教师的欢迎和好评。
2 “五环”实践教学体系
按传统教学方法培养的学生,在实践性环节上发生诸多的问题,比如:单元电路正确却无法实现系统联调;理论设计正确却无法在工程上实现功能等等。这种问题的症结点在于电子设计既不是单纯的理论设计也不仅仅是实验设计,而是实践性很强的有特定工程背景的项目。
根据认识规律和学科规律而设计的“五环”实践、实训教学体系。“五环”指的是五个实践环节(基本技能训练、专业技能实训、专业综合实训、顶岗实习和毕业设计)。“五环”教学体系环环相扣、层层递进。
(1)基本技能训练:重点培养学生读图能力,电子元器件的识别、检测技能,仪器仪表的使用技能,电子元器件的焊接与拆卸技能。
(2)专业技能实训:通过EDA电路设计、电工学、数字电子技术、模拟电子技术、单片机、可编程控制器等课程的实训,培养学生按原理图组装功能电路的能力,选择正确仪器、仪表获取关键数据、波形的技能,进行电路参数调整、完成电路整体调试的能力。
(3)专业综合实训:安排一个月的专业综合实训,主要培训学生分析和解决系统问题的能力,整机电路的组装和调试技能,维护、维修技能。
(4)顶岗实习:本专业安排了10个月的顶岗实习,重点培养学生职业综合能力。
(5)毕业设计(论文):要求学生从生产、工程和实际生活中寻找设计题目,独立完成电路设计、元器件选择、印刷电路版制作、元器件焊接、整机调试等环节。本专业安排了三个月的毕业设计,培养学生的创新能力、独立工作能力。
实践教学环节在整个教学时数中所占的比重较大。应用电子技术专业授课学时总量为2600学时,理论授课学时数为1158学时,占学时总数的46%;实践教学(实验、实训、实习、毕业设计等)多达1405学时,占学时总数的54%。整个课程体系的设置中体现实践教学的重要性,为培养学生的实际动手能力和应用技能提供了保障。
3 引入虚拟仿真技术
众所周知,现代电子技术的发展为计算机技术的发展提供了物质基础,计算机技术的发展又为电子信息技术的发展提供了前进的动力,二者是相互促进、相互渗透、共同发展的。
为了将可编程技术及系统模拟仿真技术应用引入教学,我们开设了追踪电子技术发展前沿的“在线系统可编程技术”及“虚拟与仿真技术”等课程;同时,尽可能将各种EDA软件穿插于各门相关课程中,如Protel、Workbench、QuartusⅡ、MATLAB、labview等软件的应用,大大开阔了学生的视野,提高了学生的综合设计能力,提高了设计效率。
4 实践教学与电子设计竞赛紧密结合
全国大学生电子设计竞赛是面向大学生的群众性科技活动,推动高等学校信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,有助于高等学校实施素质教育,培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风;有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。[4]
电子设计大赛,积极推动了我系对电子专业实践性教学环节的教学改革。在平时的实践教学中综合设计环节中,引入电子设计大赛的赛题,电子设计竞赛试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点;所涉及的电类专业的课程有:模拟电路、数字电路、C语言程序设计、单片机原理、电子设计、EDA技术等;
电子设计竞赛成绩作为检验教学改革是否成功的标准。通过近几年的比赛,我们取得了可喜的成绩,2011年,获得参加全国大学生电子设计竞赛河南赛区二等奖1个、三等奖3个,获得全国职业院校技能大赛河南赛区二等奖1个,三等奖1个;2012年,获“毕杯”全国大学生创新设计竞赛全国一等奖,获全国职业院校技能大赛电子产品检测与维修项目全国第三名;从获奖情况不难看出,专业实践教学环节改革的效果在电子设计竞赛中得到了检验,切实提高了学生的实践水平。
我们将不断的调整专业的实践教学体系以适应电子设计大赛对学生知识水平的要求,从而满足不断发展的信息化时代对毕业生的更高需求。
参考文献:
[1]北京北京理工大学.“全国大学生电子设计竞赛获奖作品”[M].2004,8.
[2]深圳职业技术学院.“应用电子技术”教学计划与大纲.
[3]成永林,黄克孝.职业模式实验研究[M].北京:科学普及出版社,1999.
一、相关课程的开设与实验平台建设
我校组织参赛的对象主要是三年级以及二年级的本科生,根据学校课程设置和学习安排,有的课程需要到三年级或是四年级才开始学习,根本没有开设与竞赛相关的理论课程。为了保证学生具有相关的理论基础,所以与比赛相关课程的培训就显得非常必要。考虑相关竞赛所涉及到的基础理论,我们把相关课程进行综合,主要包括:开关电源设计、电机驱动、Protel制图、单片机原理、传感器检测技术、数字图像数据采集与处理等,合并称为智能控制应用技术,面向全校学生供选修学习,计三个学分。这样调动学生选修该课程的积极性,为后续的培训打下广泛的人才储备基础。通过对智能控制应用技术的学习,使参赛学生具有相应的理论基础。为保证相关赛事实训实习正常进行,就必须要有正常的实习实训场所,以及相应的电子元器件和工具。经过几年的投入和建设,学校为相关赛事提供了一定的比赛场所和实验平台。主要有:信号与系统实验室建设、传感器与检测技术实验室建设、模拟电子实验室建设、电路实验室建设等,同时兼顾应用技术潮流的创新实验室建设。另外,学校与飞思卡尔公司联合组建了飞思卡尔单片机实习实训实验室以及智能车模训练中心等。
二、参赛学生选拔与实践素质培养
一是认真选拔参赛学生(选拔参赛学生的一般流程见图1所示)。赛前动员时,积极响应的学生非常多,但并不是所有的都愿意参加比赛,也不是所有的学生都能够坚持数个月的学习和训练。为此,指导老师要选择对电子设计感兴趣的学生,如果对电子设计和竞赛不感兴趣,则很难坚持下来。
二是要选拔有耐心与良好心理素质的学生参赛。从动员到选拔,经历实训,到最后参加比赛这个过程有几个月时间,比赛之前的训练也有近两个月时间。每天面临枯燥的练习,经过两三星期有的学生就退缩了。所以每年动员时报名的学生非常多,但是到了比赛前人数就会大大减少。另外,竞赛的赛制决定了竞赛结果会有很大的不确定性,一个极其偶然的失误都会导致失败。因此参赛者要具备良好的心理素质,既要全心全意地投入比赛,还要以一颗平常心面对最终的结果。曾经有一个学生,平时的设计经测试,各方面的性能指标都非常得好,可是连续参加的两次赛事,成绩都不理想。这个事例反映了平时和比赛,过程和结果是有很大差异的。参加竞赛重在培养学生参与的过程,要求学生在过程中学习,在过程中进步,在过程中收获,在过程中获得自信。
三是培养参赛学生扎实的基础知识和团结合作的精神。电子设计竞赛要求3人组队参赛,集体计算成绩,这就要求3个人必须互相信任、互相配合、分工合作。可根据各人的长处与小组任务进行分工,有意识地重点选修智能控制应用技术课程的相关理论。如果每个人每一个知识点都要学习和掌握,就没有那么多的精力和时间。
四是把握竞赛过程。竞赛要经历数个月的过程,在这个过程中又要经历不知、困惑、探索、求证等环节,而且要反复进行,所以要给参赛的学生多多激励。要求他们能够经受得住考验,需要一种勤勉、务实、坚持不解的态度,承受住单调与枯燥的重复。笔者曾经告之学生:卫星上天了,嫦娥奔月了,完成这样浩瀚工程,工作人员达到几百万人,但是落实到每个人头上的也许就是简单枯燥,周而复始的小事。但不能因为是小事,就不坚持,就否定自己参与其中的神圣性。因此,要求学生应把握过程,从过程中收获、积累竞赛经验。
三、着重综合能力的培养
经过选拔、实践素质的考核后,参赛选手可以留在实验室接受系统培训和专门的老师指导。为了保证训练场所不被挤占,为此,我们设立了专门的培训实验室,配备必要的仪器设备。为保证学生实习实训顺利进行,我们的做法如下:
一是先自由组合,后优化整合。首先让学生根据个人的兴趣爱好和特长及彼此之间的熟悉程度进行组队,然后指导老师进行科学调配。擅长软件编写的学生、硬件电路设计感兴趣的学生和协调能力强、具有一定感染力的学生组合一组,这样可以保证学生合作有序,协同工作。对于文笔不错善于表达的学生,负责绘制电路图和书写理论报告。每个小组实训过程中成员一般为4人,参赛为3人,意味着临参赛前要淘汰一名选手。这样既能保证一定的竞争性,同时也使更多的学生得到锻炼,对小组积极进取起到推动作用。[1]
二是模块练习,掌握各自特点。模块练习是非常关键的,而且要确保每个环节不折不扣地认真对待,以把握每个环节的要点,做到比赛时临危不乱,胸有成竹。成功完成一个小小的集成电路一般要经过几个步骤:电路原理图的设计、PCB图的绘制、电子元件的布局、焊接,整机调试等。模块的训练主要包括键盘模块、电源模块、D/A模块、A/D模块、显示模块、交通灯模块还有一些传感器的应用等。为了保证训练质量,要求学生提交原理图、PCB版图、程序流程图、程序清单、设计文档及相关操作说明。只有让学生把这些基本模块弄得很熟练,才可以在训练较复杂集成电路或完成一个系统时,就会觉得脉络清晰,出现问题也知道如何查找。同时加强赛事流程的训练。如果一开始就让学生作较大的系统,在基本模块尚不熟练的情况下就会感觉无从下手,就是硬件做出来了,出现故障也很难查找。在这一阶段要着重培养学生良好的习惯和严谨的作风。
三是切实训练历年真题,积累实践经验。通过训练历年真题,可以基本把握完成一个系统(题目)组成环节,以及题目难易程度、基本思路、训练规律等,做到心中有数。练习历年真题关键要注重以下两个方面的结果:一是联机调试。既然是系统就要保证系统的各个组成部分要协调工作。多年参赛结果表明,大部分的竞赛队往往失败在最后的系统联机调试。二是总结出每年竞赛出题规律。其实每年的竞赛试题都有很多相似的地方,大多为控制类题目,包括数据采集,无线传输系统,电源设计,简单仪器、仪表设计。[2]根据竞赛团队的优势,确定选题方向,并准备相应的元器件和模块,重点加强该方面的练习。练习过程中,要注重加强团队精神的培养,还要确定团队核心人物。
四是赛前模拟演练,师生相互质疑。一个完整的系统开发,包括方案论证、电路的设计、电路板的制作到器件选取、单元电路调试、程序编写和最后系统测试等诸多内容,参赛学生想法往往不全面,师生互相置疑可弥补这方面的不足。通过师生相互质疑环节,学生对整个方案的选取、整体把握、单元电路设计调试可以在较短时间内系统领会。小组成员也要相互质疑,这样保证在比赛氛围中,有着平常心态、严谨作风、务实的态度、一丝不苟的精神(赛前训练流程见图2所示)。
大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生四大赛事之一,通过学生参与竞技,有效调动了高职院校学生学习专业技能的积极性,凸显了职业技能在高职教育中的地位。笔者近年来在电子设计竞赛与职业技能培养相结合方面,进行了一系列有益尝试,取得了满意的效果。
1.与课程改革结合,整合专业课程
高职院校要转变观念,重视参加竞赛的同时,也要认识到竞赛仅仅是培养学生的一个手段,它应该通过教学改革融入到高职院校专业建设、课程建设和课外活动等人才培养过程中去。通过电子设计竞赛,高职院校在技能型人才培养定位的前提下,按照竞赛标准要求,整合相关专业的课程,建构科学,并契合企业技术岗位需要的课程体系。笔者所在学院通过组织专业教师团队认真分析历年竞赛题目、技术走向等手段,将专业教学计划中与竞赛相关的多门课程进行整合,选取竞赛内容并结合岗位技能要求进行改造,开发教学项目。
2.与专业协会结合,竞赛培训日常化
职业教育要紧密结合行业对从业人员的要求标准,以培养学生综合职业能力为主线,加强专业技能训练[3]。实践证明,为参与竞赛突击培训,最终往往难以取得理想的成绩,借助专业协会开展学生职业技能日常培训,才是竞赛与技能培养结合的有效途径。2007年笔者主持成立电子协会,由专业教师对协会学生进行个性化培养,学生自主管理,协会定期组织专业技能强化训练和行业、企业专家讲座,使学生专业技能快速提升。
3.与职业资格鉴定结合,技能培训规范化
笔者还尝试将电子竞赛与职业资格鉴定相结合,获取竞赛成绩的同学可以免试获得相对应的职业资格证书,并将电子竞赛内容引入到日常职业资格鉴定实践培训中,并以此为契机,提升职业技能培训效果。2009年学院引入中国电子学会倡导的电子设计工程师认证体系,将竞赛要求与认证大纲相结合,增加实际竞赛题目中典型电路设计内容,强化学生实际动手训练。
4.与校园文化建设结合,构建竞技文化氛围
竞技文化是高职院校校园文化的重要组成部分,将电子设计竞赛的组织、管理过程作为校园竞技文化建设的重要支撑平台,实现其与校园文化建设紧密结合的目标。通过竞赛的组织,在校园内营造健康、积极、向上的氛围,对于提高学生的职业道德素养,拓宽专业视野具有十分重要的意义。笔者每年组织学院电子设计竞赛,通过宣传条幅、展板、海报等形式大力宣传,仅2012年初赛人数就高达233人,学生参与热情逐年高涨。
通过以上改革举措,学院近三年在电子设计竞赛中的成绩突飞猛进,在省内同类院校中处于领先地位。参赛学生受到实习、就业企业的青睐,并有部分学生走上研发设计的工作岗位,这让学院更加坚定了将竞赛与职业技能相结合的信心。
电子设计竞赛近年来越来越多的受到高职院校的高度关注。围绕竞赛走创新创优发展道路,坚持将电子设计竞赛与职业技能相结合的发展思路,并根据市场经济转型引导和激励,高职院校一定会向着发展目标大步迈进。
参考文献
[1] 国家教育部.教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的若干意见[J].中国职业技术教育.2004(19):6-7.
【关键词】电子设计;培训;系统化;实践
我校自1997年组队参加第三届全国大学生电子设计竞赛以来,屡获佳绩,曾获得全国最高奖项“索尼杯”和江苏赛区最高奖项“TI杯”。电工电子实验教学中心承担了历届电子设计竞赛的组织参赛活动,已经形成了较为完整的学生选拔、培训、筛选体系。但随着近年来电子设计竞赛的知识面不断扩展、难度不断升高,现有的我校电赛培训体系突显出一些不足:
(1)现有培训课程涉及知识面覆盖广,但均缺乏实践考核标准;
(2)训练受益覆盖面窄,深层次培训内容比重小;
(3)未形成立体化的多层次训练结构,仅依靠电工电子实验教学中心统一组织相关课程。
本文针对现有的电子设计竞赛培训体系中的不足,通过重构优化课程内容、充分利用学校多层次创新平台、形成更优的系统化选拔体制、更全面的学生创新实践能力培养与训练课程体系,并能够为我校大学生创新实践活动提供多样化的培训平台和技术基础。
一、构建全面完整的基础培训课程,强化阶段性考核方式
构建的培训课程涵盖了如表1中的教学模块内容:
表1 系统化的培训课程内容
序号 教学模块 考核方法
1 电子电路理论强化 理论考核
2 电子电路理论强化 理论考核
3 单片机应用和PROTEUS仿真 实物制作考核
4 自动控制原理 实物制作考核
5 交直流放大和AGC、振荡及应用、有源滤波器设计 实物制作考核
6 调制/解调,无线收发 实物制作考核
7 A/D 、D/A、音频采集,功放 实物制作考核
8 声光磁温等类、飞行器平台 实物制作考核
9 CPLD/FPGA设计及应用 实物制作考核
10 PCB设计工具与设计技巧 实物制作考核
11 调压和开关 实物制作考核
各模块的教学内容均由经验丰富的电子设计竞赛教练团队成员承担,设计各模块的考核要点和实物指标内容,既锻炼了学生多方面的综合应用能力,也为实际竞赛积累了多个功能子模块。
二、建立合理的系统化周期性学生选拔体制
为了能对学生进行长期的,深入的知识培养,本训练体系将两年作为一个培养周期,以实现“人才选拔―培养―参赛―再选拔―再培养―再参赛”双周期培养模式,并使培养过程常态化,保证我校参加全国电子大赛的人才质量。双周期培养模式的具体做法是:每周期从双年的1月开始到当年的8月为第一周期,从二年级学生中选拔出有能力、感兴趣的学生为培养对象,进行常规技术训练,培养和学习基本技术和技能,经过多次选拔和培训,从中选拔出计划要求的队伍为参加省级大赛的预备队,再经过暑假的强化训练后参加当年的省级大学生电子竞赛,这为第一阶段;赛后年的半年时间为提高训练期。对于参加省赛的学生队,无论是否获奖,只要愿意,可以参加为期半年的提高性技能训练,包括专业技术训练,如FPGA、DSP、ARM等。第二阶段是在第二年(单年)的1月份采用同样的方法对二年级(即下一届)学生再进行一次选拔和基础培训,选拔出的优秀学生补充三年级流失的学生队,培养方法同上一届,使总的参赛队数符合当年的计划参赛队数,这样既保证了参赛队伍的质量,又使每个年级的学生都有了参加全国电子大赛的机会。两种队伍再经过一学期不同层次的培训和选拔,最终在暑假前选拔出参加全国电子大赛的最终学生队。
具体的学生选拔步骤包括:
初次选拔:寒假学期结束前,以二年级为选拔对象,通过自由报名和卷面考试形式选拔,内容以简单的模电、数电等基本技术为考察点,加上学生的自我技能和经历介绍等选拔出一定数量的学生为初级生。
寒假作业:向初次选拔出的学生布置寒假作业,主要是软件工具的自学和应用,如PROTEUS、Cadence、Tina、FilterPro等软件的应用学习。
二次选拔:开学第一周进行二次选拔,主要是软件应用操作考试,其主要目的是一方面考察学生的学习能力,其二是考察学生的学习态度,再则是观察学生的知识水平,从中选出有培养前途的学生,而学生的数量还要考虑实验的人力、物力条件。
单人单组参赛选手选拔:对二次选的学生进行为期一个月的基础培训后,进行再次选拔,赛题不分方向,主要是通用技能比赛,包括放大器、振荡器、滤波器、比较器,单片机控制等基本技能的考核,选拔出有一定技能水平的学生,然后进行组队。
参赛队选拔:对选拔出的学生进行自由组队,并进行为期一个多月的提高技能培训后进行参赛队选拔,考题分方向,如电源、通信、自控、仪器仪表和模拟类等,按方向选拔,决定出参加暑期强化训练的代表队。
暑期模拟赛:在大赛前一星期左右行一次模拟赛。
三、完善阶段化训练体系,扩大电赛训练受益覆盖面
我校大学生电子设计竞赛培训体系将训练过程分为6个阶段,其中二年级三个阶段,三年级三个阶段:
基本技能培训阶段:采用目前电工电子实验中心所具有的力量,开设以实验为主的单元实验培训,包括模拟、数字、模数和单片机技术,最后以多单元或综合的方法考核选拔。
比赛技能培训阶段:学生已自由组队,明确主攻和副攻方向,有选择地培训一至二门专业技能,并为选拔赛准备。建议成立培训教师团队,以电工电子实验中心为核心,包括各学院有专业特长、热衷于学生课外科技活动的教师,每方向配置两名以上教师,有电工电子实验中心负责管理。本阶段培训,学生队不配备专门教练,技能培训由教师团队集体负责。包括训练内容和题目由相应方向的培训教师负责。
强化比赛训练阶段:暑假比赛前的强化训练每个学生队由专门的教练负责,每个学生队只配一个教练,每个教练最好只带一个学生队伍,原则上最多不能超过两个。强化训练主要由各学院管理,学校负责监督和部分后勤保障。
高级技能培训阶段:通过省级比赛锻炼,并愿意继续参加全国电子大赛的学生队,可以参加高级技能培训,高级技能主要包括:可编程逻辑技术(如FPGA等)、数字信号处理技术(如DSP的应用)、嵌入式系统显示技术(如ARM应用等),掌握这些技术的功能、使用范围和相互关系等,能根据课题需求合理选择。高级训练可以采用集中培训制。
专业技术培训阶段:结合当前专用技术,学习采用上述功能实现的每种专业应用,如FFT、DDS、语音压缩、语音识别、图象压缩、图象识别、高速A/D、D/A、数字锁相、数字调制/解调等软硬件知识积累。并具备采用相关技术构建综合应用系统的能力。专业训练采用导师负责制。
二次比赛强化阶段:运用前面所有已掌握的技术,按照全国电子大赛的要求(或更高的要求),综合练习,步步提高,并进一步积累比赛的软硬件基础,争取比赛取得更好的成绩。
四、拓展校、院、个人多层次培训平台与多元化参赛方式
受限于我校参赛队伍和各项资源限制,由校教务处经费支持的队伍目前维持在35支队伍左右。此外,各学院对本院未通过校级选拔的优秀学生采取了鼓励政策,部分或全额补贴参赛经费,组建院“自费队”参赛。但在2011年获得国家级一等奖的3支队伍中,有2支队伍是“自费队”形式参赛。由此可见,自费队同学对参赛资格更为珍惜,更容易激发个人潜力。从提高学生参赛积极性的角度出发,提出多元化的参赛方式:弱化原校公费队概念,以培训过程表现和参赛最终成绩作为校经费资助参考,避免了仅一次校选拔赛定队伍资助力度的传统方式带来的弊端;并鼓励未受任何公费资助的学生以个人方式参加竞赛,在获取奖项后以公费队待遇补贴。多元化的参赛方式是最大程度激发学生参赛积极性的有效方式,但对赛培训过程中的阶段性考核提出了更高更细致的要求。
经过近3年的大学生电子设计竞赛培训系统的调整与完善,本文提出的系统化的培训体系初见成效。2013年,我校获得全国大学生电子设计竞赛国家级一等奖2组、国家级二等奖2组、省级奖项26组;2014年我校获得江苏省大学生电子设计竞赛省级一等奖8组,二等奖14组的成绩。与此同时,电子设计竞赛培训体系也为大学生课外创新、其他电类学科竞赛提供了较好的技术训练基础平台。在今后的培训课程中,我们将在选拔筛选方式上进一步做细做深,不断优化我校电子设计竞赛培训课程体系。
参考文献
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[2]雷芳,刘乔寿,代少升. 以能力培养为核心的“电子系统综合设计”课程建设[J]. 价值工程,2014,30:256-257.
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[4]侯晓云.电子设计竞赛促进实践教学改革[J].衡水学院学报,2014,01:82-83.
[5]邱敏,张秀平,车文实.电子设计大赛促进新建本科院校实践教学改革的探究[J].中国科教创新导刊,2014,05:11-12.
[6]杜侦,曹慧丽,魏琳华,李聪.依托科技创新竞赛培养应用型人才[J].教育研究,2013,09:153-157+159.
一、目前存在的问题。
1.1教学理论过于生硬,教学手段有待提高。
目前,很多工科高校都设置了单片机课程,并且该课程在专业建设中占有重要地位。首先,传统理论教学大多数对单片机内部结构、工作原理、指令系统、软件设计等进行详细概述,但缺乏对应用部件的讲解,造成学生感到枯燥,缺乏热情。同时由于计算机课程内容更新较快,理论教学落后于实践应用的矛盾日渐加深,理论教学占据了绝大多数的教学时间,缺乏必要的综合与集成。其次,随着单片机技术的飞速发展,集成芯片的不断更新,仿真软件的大量涌现,单纯的多媒体教学已不能满足教学需要。
1.2实践环节重视不够,忽视能力培养。
传统教学以验证性实验为基础,大量实验均是按照实验指导书完成,这样使学生独立思考,动手动脑的机会变少,未使学生掌握单片机的设计方法,学生的实践操作能力也没有提高,而且目前的单片机在实验教学时,往往使学生按照实验教师给出的简单连线操作,然后烧录程序。在此期间学生对实验操作产生的问题得不到解决和巩固,使做实验变成生搬硬套的完成任务。学完后实际问题的处理能力差,对后续毕业设计和就业工作的帮助不大。二、依托电子设计竞赛,推进专业课程改革。大学生电子设计竞赛的目的在于推动电子信息类的课程建设,引导高等学校在教学中培养学生的创新能力、协作能力和理论联系实际的学风,培养学生的工程实践素质、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力;吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动,为优秀人才的脱颖而出创造条件。通过参加电子设计竞赛,我们对电子竞赛有了新的认识,并依托电子竞赛对专业课程进行了改革和探索,基本原则有两个,一是坚持和贯彻理论与实际相结合的教学理念;二是重视对学生实践能力的培养。
2.1理论教学模式的改革
建立以任务或项目为教学主线,教师为主导,学生为主体的理论教学模式。制定教学大纲时应该适当调整学时以顺应单片机技术的快速发展,对现有的教材进行适当的增减,删除一些课本中的老化的,无关紧要的,过于理论化或抽象化的内容,增加一些在生产生活中可能运用到的真实案例和最新的单片机理论知识,尤其对目前社会中应用广泛的AT89S51和AT89S52,通过实际案例将抽象的理论具体化。在教学中,适当加强C语言的学习,让学生既能看懂汇编语言,也能够运用C语言将复杂的程序简单化。同时,对于学校现有的网络资源进行共享,通过网络让学生了解单片机的应用介绍,最新技术等内容,激起学生对单片机课程的兴趣。
2.2结合电子设计竞赛,制定合理的实践教学方案
强调以学生为主进行实践教学,使课堂教学为实践教学而服务,实验环节为课堂理论知识服务,在学生最初接触单片机课程时。将单片机在实践生产的应用介绍给学生,并将科研项目或往届电子设计竞赛的作品(如信号发生器、智能电动车等)带进课堂,激发学生对单片机课程的学习兴趣,将原理式教学转型应用式教学。通过实践的操作,带领学生在动手实践中完成理论知识的学习。在教学环节中,为培养学生的动手创新能力,将实验分为三类:验证性实验、综合性实验和创新性实验。验证性实验主要是学生按照一直操作再现所学的理论知识,深化理论内容。综合性实验不仅是对理论知识的验证和综合,对学生分析问题和解决问题的能力提出了一定要求。设计创新实验则是学生根据相关知识,针对电子设计竞赛要求方向设计具有实际意义的电路,教师主要对学生进行引导和指导,设计创新实验是对学生综合能力的提升,培养学生创新意识的同时养成独立思考的习惯。参与大学生电子设计竞赛让更多的学生主动走进实验室,将单片机的学习当作课余生活的重要组成部分。我校为学生成立了开放性实验室,让学生通过大量的电路板的绘制,编程仿真,调试等练习将动手操作能力不断地提到新的高度。在整个竞赛的准备过程中,学生本身表现出极大的热情,每次项目完成后,教会学生做好总结和巩固工作并鼓励他们探索新的任务通过亲身实践获得实际经验,养成科学精神和科学态度,掌握基本的科学方法,综合运用所学知识解决实际问题。
2.3考核方式的改革
目前我国教育领域使用的最普遍的考核方式仍是闭卷考试,闭卷考试对于考核学生的知识掌握情况是不可替代的,但对于单片机这门技术性实践性非常强的课程,单纯的闭卷考试对学生能力的考察是远远不够的,对于复杂的硬件和灵活的程序设计的考核应该与理论知识分离开来,将单片机课程的考试设置为两个部分,理论闭卷考试和实践设计考试,处理进行正常的理论考试外,学生要将自己的设计进行仿真演示或者实物演示,所得分数根据学生作品的完整性、创新性和实用性来评定。并将分值乘以60%与理论的40%综合后得到总成绩。