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本次大賽一個亮點就是眾多境外參賽隊參賽,不僅參賽隊伍數量超過往屆,參賽學校也都是各自國家和地區理工類的翹楚,這也說明我們舉辦的英特爾杯嵌入式系統專題競賽正逐漸成為世界關注的大學生嵌入式競賽,有助于進一步提高競賽的水平。本屆國外和中國香港地區具體參賽名單如下:
國外(每所大學1隊參賽)
?馬來西亞和新加坡
馬來西亞多媒體大學(MMU)
馬來西亞理科大學(university sainsMalaysia)
新加坡國立大學(National university ofSingapore)
?印度
Indian Institute of Technology Madras(2007年印度大學排名榜第一)
National Institute of Techn010gyKarnataka,Surathkal
C011ege of Engineering,AnrtaUniversity
Indiart Institute of Techn010gyKanpur(2007年印度大學排名榜第四)
?美國
馬薩諸塞洛厄爾大學(university ofMassachusetts Lowell)
中國香港(每所大學2隊參賽)
香港中文大學
香港科技大學
競賽作品巡展
項目名稱:隨鉆測井實時地質成像系統
北京交通大學計算機學院參賽隊
隨鉆測井是指鉆井的過程中實時地測量地層巖石物理參數,并將測量結果實時處理加工后由井下送到地面數據中心進行處理,形成軌道、地層評價進行鉆探工藝決策。
本系統能夠實時接收井下發回的數據,并進行高速數據處理,計算并顯示出各類實時參數,并且能夠繪制出鉆井的三維軌跡圖,通過觸摸屏的輸入方式,簡單方便地進行數據查看、分析;除此之外,系統還能夠從與遠程數據庫獲得鉆井軌跡設計圖,用于與實際軌跡圖進行比對,從而能夠方便、準確地幫助開采人員對鉆井軌道進行校正。
本系統充分利用開發板的資源,利用開發板便攜、具有高性能的雙核CPU并且工控級的水平能夠進行惡劣現場的數據采集,實時顯示。本系統由便攜主機、觸摸屏、無線網絡與遠端地質數據庫和必要的串行總線下的地質傳感器接收板所構成。系統構架結構示意圖如圖1。
項目名稱:搜尋機器人
北京交通大學電子信息工程學院參賽隊
在現實生活中,很多場合需要人們去完成一些搜尋任務,這些任務可以用機器人代替。該機器人能在人不方便進入的區域內完成搜尋目標和探測環境的任務。其具體功能如下:
?通過無線方式完成所有控制;
?在柵格化的全局地圖內進行自主路徑規劃。機器人在移動過程中利用視覺實時探知未知障礙物、測量障礙物和機器人的距離及角度并根據障礙物在全局地圖中的位置,采用有效的算法計算出最優路徑,以最快的速度安全地到達目的地;
?通過視覺在全局地圖內尋找目標并進行動態目標跟蹤;
?通過PID定點跟蹤算法,出色執行控制終端給定的任意路徑,
?通過機器人的發聲系統和語音識別系統實現簡單的人機交互;
?通過攝像頭采集的圖像信息可以實時監視機器人周圍的環境信息。
項目名稱:“TransCube‘基于Visual Hull算法的立體傳真機
北京航空航天大學 沈悅雯 朱瀝可 慕騰飛參賽隊
傳統傳真機在信息爆炸的時代已經漸漸無法滿足人們的對傳輸信息的更高需求。因此本項目提出概念化的319數字傳真機的設想。特點如下:
?目標對象可以是立體的絕大部分物體,不再局限于紙質材料;
?對若干物體照片中的對象提取來恢復立體模型;
?傳輸通道由PSTN、LAN、WIFI等多網絡復合組成。
關鍵詞:創新性實驗項目;電子設計競賽;探索;實踐;教學模式
作者簡介:肖衛初(1974-),男,湖南漣源人,湖南城市學院通信與電子工程學院教研室主任,副教授;鄧曙光(1972-),男,湖南益陽人,湖南城市學院通信與電子工程學院院長,教授。(湖南益陽413002)
基金項目:本文系湖南省普通高等學校教學改革研究項目(項目編號:湘教通[2010]243號341、湘教通[2009]321號305、湘教通[2011]315號345)的研究成果。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)14-0098-02
全國大學生電子設計競賽自1994年開始至今已舉辦了十屆,目前該競賽已成為我國電子類專業學生規模最大、最具影響力和舉辦時間最長的賽事之一,得到了絕大多數設有電子類專業學校的積極響應,受益面頗廣。從湖南賽區參賽和獲獎的情況來看:新升本科院校參賽隊數較少,獲獎的隊數就更少,有的新升本科院校甚至多次參賽也從未獲獎。可見新升本科院校在目前的電子設計競賽中處于較困難的境地。其主要原因是新升本科院校在競賽觀念、政策與措施、指導教師、學生素質、實驗裝備、實驗手段和競賽經費等方面與老牌的本科院校相比差距很大,那么,怎樣克服這些不利的因素,結合自身的條件和能力采取相應的措施與對策,爭取獲得好的競賽成績是新升本科院校急需解決的問題。[1]
大學生創新性實驗項目在實施過程中也暴露出一些問題:實驗場地不夠,儀器設備有限,大部分學生在各自的宿舍里進行;教師指導不到位,學生自主解決問題的能力不強,導致項目完成質量差;對與項目相關的技術手段了解不夠深入。這些問題導致大學生創新性實驗項目不能落到實處。[2]
基于上述原因,針對新升本科院校電子類專業學生,筆者結合7年的電子設計競賽指導經驗和3年的湖南省大學生研究性學習、創新性實驗計劃項目指導經驗,探索了創新性實驗項目和電子設計競賽相結合的教學模式,有效解決了上述存在的問題,實施過程中取得了良好的效果,在2011年全國大學生電子設計競賽中獲得國家二等獎2項、湖南省一等獎2項、三等獎1項,2010年結題的湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目“智能型萬能遙控器的研究與開發”被評為“優秀項目”。
一、大學生創新性實驗項目和電子設計競賽及其相互關系
大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目(簡稱“大學生創新性實驗項目”)是高等學校教學質量與教學改革工程的重要組成部分,是提高本科教學質量和大學生綜合素質培養的重要手段。計劃的實施旨在積極探索并建立以問題和課題為核心的教學模式,倡導以學生為主體的創新性實驗改革,調動學生的主動性、積極性和創造性,激發學生的創新思維和創新意識,逐漸掌握思考問題、解決問題的方法,提高其創新能力和實踐能力。[3]全國大學生電子設計競賽是教育部高等教育司、工業和信息化部人事教育司共同舉辦,瑞薩電子(中國)有限公司協辦的面向全國高等學校大學生的群眾性科技活動,目的在于培養大學生的創新能力、團隊協作精神,提高學生針對實際問題進行電子綜合設計與調試的能力。[4]
隨著高等教育的發展,大學生創新性實驗項目和電子設計競賽的關系會越來越密切。兩者都是屬于課外科技活動,目的在于培養學生的創新能力和團隊協作精神;大學生創新性實驗項目重視過程管理,強調學生在項目實施過程中創新思維、創新實踐能力的鍛煉和培養,而不是注重學生的研究成果,這在一定程度上減輕了學生的心理負擔,提高了學生參與創新性實驗項目的積極性。而電子設計競賽卻非常重視競賽的成績,因為競賽成績直接影響到學校的招生、競賽經費的多少、教師職稱的晉升、學生是否有保研資格和就業等問題。所以,將兩者結合不僅可以取長補短,而且可以實現教學資源的共享。
二、大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的探索與實踐
1.大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的內涵
具體來說是要求參加電子設計競賽的全體學生3人一組申報大學生創新性實驗項目,申報的題目必須參考歷屆電子設計競賽的真題;同時動員和鼓勵創新性實驗項目立項成功的學生加入到電子設計競賽的隊伍,給他們提供專用的實驗室、配置高檔的儀器設備和安排“雙師型”的指導老師進行指導,使學生和指導老師既參與大學生創新性實驗項目,又參加電子設計競賽,實現了人員、場地和儀器設備等教學資源的共享,解決了競賽經費不足的問題。學生在進行創新性實驗項目過程中完成電子設計競賽,而電子設計競賽的成果反過來又豐富了大學生創新性實驗項目的內容。
2.大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的探索與實踐
湖南城市學院于2005年、2007年和2009年組隊參加湖南賽區的第七、八和九屆全國大學生電子設計競賽,分別獲成功參賽獎、省級三等獎和成功參賽獎,成績不理想。2009年10月,通信與電子工程學院院長組織幾個電子設計競賽指導老師開會,總結教訓,尋找競賽成績不好的原因,討論下一屆電子設計競賽的準備工作,在會上提出了一種大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合的教學模式,2009年10月至2011年9月實踐了該教學模式,并取得了可喜的成績,下面介紹該模式的實施細則。
(1)大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的準備階段。
1)組織學生申報大學生創新性實驗項目和舉辦校內電子設計競賽。當電子設計競賽結束后,通信與電子工程學院通過專門的網站和講座的方式向電子類大學生宣傳創新性實驗項目、電子設計競賽的內容,形成創新性實驗項目和電子設計競賽所需要的氛圍,然后,成立電子課外科技活動中心,鼓勵電子類大學生參加,引導學生自己動手做一些電子小產品,培養學生的興趣。2010年4月,學校教務處組織學生申報大學生創新性實驗項目,通信與電子工程學院動員學生積極申報,要求具有副教授及以上職稱和具有碩士學位老師的必須每人帶一組學生申報大學生創新性實驗項目,共申報了25項,立項了省級1項,校級10項,參與的學生為55人,獲得項目經費3萬元。2010年6月,舉辦校內電子設計競賽,要求大學生創新性實驗項目立項成功的學生參加,鼓勵其他電子設計愛好者參加,有181名學生參加了競賽。校內競賽完全按照國家的競賽形式進行。然后,組織這55個創新性實驗項目立項成功的學生和在校內電子設計競賽中獲獎的學生共66人參加電子設計競賽第一輪培訓,這樣學生不僅可以做立項成功的大學生創新性實驗項目,又可以參加電子設計競賽培訓,有錢購買電子元器件。指導教師不僅可以在大學生創新性實驗項目中拿指導費,也可以在電子設計競賽培訓中拿指導費,積極性也提高了,緩解了競賽經費不足的問題,形成了良性循環。
2)開放實驗室,提供實訓場地,配置高檔電子測量設備和組建電子元器件庫。湖南城市學院提供了兩個面積為80平方米的實驗室做電路設計實驗室,每個實驗室配置了33張實驗桌和一套價值15萬元的電子測試設備;一個面積為120平方米的實驗室做PCB制板實驗室,配置了價值80萬元的小型工業制板設備一套;一個面積為40平方米的實驗室做電子元器件庫,采購了一批價值為12萬元的常用電子元器件。四個實驗室每天向學生開放,指導老師輪流值班。
(2)大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的培訓階段。
1)第一輪培訓。時間為2010年7月1日至8月30日,共60天。其培訓內容是:Altium Designer設計軟件的使用、基于AVR單片機的C語言程序設計、常用電子測試儀器的使用、設計和制作數控電壓源。
2)第二輪培訓。第一輪電子設計競賽培訓的66人通過考核選拔42人參加第二輪培訓。時間為2010年9月1日至2011年6月30日,主要是利用星期六、星期日、節假日和星期一至星期五的晚上。其培訓內容是分電源類、控制類和儀器儀表類三個方向培訓學生。有大學生創新性實驗項目的學生盡量分到一組且選擇與自己項目相關的方向,然后分方向做歷屆競賽的題目和大學生創新性實驗項目。
3)第三輪培訓與參賽。根據第二輪培訓中學生制作產品的情況選拔30人參加第三輪培訓。時間為2011年7月1日至8月30日,共60天。其培訓內容是分電源類、控制類和儀器儀表類三個方向模擬競賽的情況,在4天3晚的時間內3人為1組完成指導教師布置的模擬競賽題目和設計報告,指導教師按照電子設計競賽測試的標準測試學生制作的產品和批改設計報告,給出客觀的分數。2011年8月31日8:00至9月3日20:00是第10屆全國電子設計競賽的時間,指導教師做好后勤服務,保證學生吃好和負責及時購買電子元器件。
(3)大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的總結階段。電子設計競賽結束后,要及時組織參賽學生和指導教師召開總結會議,在會議上主要做以下幾件事情:要詳細介紹參賽作品測試的流程、注意事項和測試技巧,并在會上安排測試的準備工作;要求每位參賽學生談談自己的收獲、體會和建議,對一些合理的建議進行整理后,向院領導匯報,找出整改的措施;要求每位參賽學生以項目、單位模塊電路的方式整理自己在培訓和參賽期間的所有資料,并放在一個文件夾內,交給班長,再由班長收齊后交給指導教師,使下一屆學生可以參考并從中受益。
三、構建大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式的保障體系
1.建設一支“雙師型”的指導教師隊伍
教師是培養學生動手能力的關鍵,因此,湖南城市學院從培訓現有教師、引進“雙師型”教師和外聘具有實踐經驗的業界行家作為學院的兼職教師三方面入手。2010年暑假派了6位指導教師2人一組分別到湖南科瑞特電子有限公司、北京華清遠見教育集團嵌入式學院學習AVR單片機、FPGA和ARM,努力使其成為“雙師型”教師;2010年12月從益陽職業技術學院引進電路設計實踐經驗豐富的李加升教授,外聘湖南科瑞特電子有限公司研發部主管肖宇工程師做指導教師,充實師資隊伍力量。只有這樣,才能建設一支“雙師型”的指導教師隊伍。這些教師不但有豐富的專業理論知識,還有過硬的實踐技能,授課理論聯系實際,由他們指導電子設計競賽和大學生創新性實驗項目的學生,才能培養出好的參賽學生,取得好的參賽成績,保證創新性實驗項目完成的質量。[5]
2.建立開放性實驗室和電子元器件庫
開放性實驗室是全天向學生提供實驗和實踐的場所,該場所內要配置高檔的電子測試儀器、制板設備和開發板,它有專人值班,學校的師生員工均有權使用它。從經驗來看,開放性實驗室可以極大地提高學生的學習積極性和主動性,發揮他們的創新能力,受到學生普遍的歡迎。通過它的實施,形成了學生愛動手、有動手的機會、人人參與的良好風氣,從而使大學生創新性實驗項目和電子設計競賽有了一個良好的群眾基礎。[5]
教師和學生在電路設計與制作時常常遇到這樣的情況,即費了九牛二虎之力絕大多數元件都買到了,只差一個元件未買到,導致無法工作進行下去。建立電子元器件庫是一個較好的解決辦法,就是將一些常用常見的元器件買一些,分類放好,由專人保管維護,這樣有兩個方面的好處:一是可以保證大部分元器件在學校就有,只要集中精力去購買元件庫中沒有的元件,縮短了元器件的購買時間;二是不會因元器件不到位而影響學生的設計方案選擇或者延誤學生的設計進度。
3.設置激勵機制
激勵機制的建立是相當重要的,對指導教師和學生而言,參加競賽獲獎的難度很大,完成創新性實驗項目的研究工作需要投入大量的時間和精力,需要得到承認和報酬。如果沒有較好的激勵措施,會影響其積極性。因此,學校應建立一套合理的激勵制度,鼓勵教師和學生參加創新性實驗項目和競賽。例如:合理核算教師指導大學生創新性實驗項目和電子設計競賽的工作量,并根據獲獎的情況,在教師的評優、評先和職稱晉升時給予優先考慮。對參加創新性實驗項目和電子設計競賽的學生,根據參加時間的長短給予一定的選修性質的學分;對表現突出的學生,學院在評定優秀學生、獎學金和推薦免試研究生時給予優先考慮;對和獲獎的學生,根據論文的檔次和獲獎的等級給予一定的物質獎勵。只有這樣才能夠調動教師和學生的積極性,促使更多的優質項目立項和取得更好的競賽成績。[6]
四、結束語
湖南城市學院的實踐證明,大學生創新性實驗項目和電子設計競賽相結合教學模式是可行的,既能夠保證創新性實驗項目的完成質量,又能夠使電子設計競賽取得好的成績。2011年10月15日,湖南城市學院組織第十一屆電子設計競賽的報名選拔工作,報名人數為561人,是去年的3倍多,可選擇的范圍很大,形成了良性循環,極大地促進了學風的建設,也為培養創新能力較強的高素質應用型人才提供了舞臺。同時該模式推動了教學改革,教學改革的深入又必將使該模式推向更廣泛地參與和更高的層次,因此,我們會堅持走下去,而且要越走越好。
參考文獻:
[1]王新輝,劉輝,張世英,等.新升本院校參加全國大學生電子設計競賽的現狀與對策[J].長沙大學學報,2008,22(2):3-95.
[2]陳靜.基于大學生創新性試驗項目為平臺的教學改革[J].中國電力教育,2011,(16):135-136.
[3]陳麗娜.將綜合性設計性實驗和大學生創新實驗項目結合起來[J].信息系統工程,2011,(1):46-48.
[4]貢雪梅,朱漱玉.以競賽為契機,豐富第二課堂――從全國大學生電子設計競賽談學生課外科技活動的開展[J].西安航空技術高等專科學校學報,2005,23(1):59-61.
通過組織和指導學生參加全國電子設計競賽和陜西省大學生TI杯模數混合電子設計大賽,我發現存在以下問題:
1.1學生掌握的知識面窄學生選定一個項目后,根據給定要求提出的設計方案很少,只能將典型電路進行生搬硬套。對理論的基本知識和技能掌握的不夠全面,對器件的了解和閱讀的文獻資料較少。
1.2學生對儀器儀表設備使用不熟練學生在進行調試電路時,對部分儀器的使用不夠熟練,從而導致在測試電路時出現錯誤,觀察不到正確的實驗現象和實驗結果。這樣,既延誤了時間,又對實驗項目的方案得不到有效論證。
1.3學生應用計算機知識的能力有限電子設計競賽中很多題目都要求使用單片機才能完成相應的設計要求,但是部分學生對使用單片機編程技巧掌握的太差,對一些功能要求不能夠通過計算機編程而達到相應要求,從而導致成績不理想。還有部分同學不會使用計算機軟件進行電路的設計和仿真測試,導致方案論證和書寫設計報告論文時出現問題。
1.4對新型器件和技術的了解及應用能力較差電子設計競賽中的一些題目如果能夠采用一些新型器件和技術,將會使得設計電路簡單,性能等各項指標均高于傳統的電路。我們的學生在這方面獲得的知識和技術有限,與大學生電子設計競賽的要求還有一定的差距。
2電子設計競賽對我院實踐教學改革的促進作用
2.1減少驗證性實驗,增加設計性創新性實驗在課內實踐教學中要增加綜合性和設計性實驗項目。如:在《數字電子技術》實驗教學中根據“循序漸進”的原則先開設基礎實驗,再開設綜合實驗,最后開設設計性創新性實驗。要求學生運用數字電路的知識實現八位流水燈循環顯示電路,內容包括了譯碼器、計數器、移位寄存器和555集成定時器等知識的綜合運用。學生通過任務要求首先會選擇合適的器件,其次根據電路的設計要求提出設計方案,設計出電路圖,最后連接電路調試完成設計任務,寫出實驗報告。這樣的實驗訓練了學生用所學知識解決實際問題的能力,為學生以后設計電路打下良好的基礎。
2.2實驗手段的更新開展EDA應用技術,以計算機輔助分析和設計為核心的虛擬實驗環境和現實實驗環境相結合的實驗教學平臺。通過虛擬實驗環境對一個完整項目的設計和實現,使學生迅速掌握電子設計的理論、方法和技能。在現有的實踐教學中舍棄了過時陳舊的內容,如模擬電路中過多的分立元件電路實驗,數字電路中過多的小規模集成電路實驗;引入新的內容,如集成運放的各種應用,電子線路系統設計等。增加了電子線路軟件仿真的內容,使硬件軟件相結合,豐富了實驗手段。并將虛擬仿真實驗教學融入到實踐教學中去。
2.3促進實踐教學方法的改革我們在原來的集中課內實驗教學方法上增加了開放式實驗教學。開放主要是在時間和內容上開放。學生可自主選擇時間進入開放實驗室,在開放時間內由開放實驗室管理員參與管理,指導老師每周對開放實驗室管理人員和參與開放人員進行相應的培訓和指導。讓學生管理員參與日常的管理和維護,這樣鍛煉了學生自主學習、自我管理、發揮潛能的能力。在開放內容上,學生根據自己的情況選擇各開放實驗室提供的開放實驗項目,也可根據自己的專業和愛好選擇規定以外的其他實驗項目。我負責開放的實驗室有電工電子實驗室和電子測量與智能儀器實驗室,學生通過具體的實踐操作,學會了儀器儀表的使用和測量方法、常用工具的使用和基本的焊接技術,掌握了典型電路的連接和故障處理方法,從而提高了電路的分析和設計能力。同時,實驗室的開放加強了學生動手能力的培養和工程實踐的訓練,提高學生針對實際問題進行電子設計、制作的綜合能力,也為電子設計競賽的選拔輸送了大量的人才。
2.4促進教師的教學水平電子設計競賽,是對學生掌握電子理論知識和實踐操作水平的檢驗,同時也是對高校教師師資水平、實驗室硬件條件及高校實踐教學質量水平的檢驗。例如我院的電工電子、單片機、EDA等課程實驗基本是單獨負責授課,這樣,教師對所負責的這一門實驗內容非常熟悉,但是時間長了對其它方面的內容缺乏聯系。但是教師通過組織和指導學生參加電子競賽的培訓的過程中,可以將多方面的知識融合在一起,提高綜合能力。我們做為教師只有在不斷學習新知識、新技術和開展教研室活動中,不斷拓寬知識領域和提高自身的業務能力,才能更好地指導電子設計競賽工作。
3結束語
1著力提高實驗教師的業務素質和實踐能力
教師的實驗操作、分析、設計和解決問題的能力水平直接決定著大學生的相關能力培養,著力提高實驗老師的業務素質和實踐能力是提高學生創造力的前提條件。我校曾以師范類專業教學為主,電子科學與技術專業的教學一度延習了師范類教學“重理論、輕實踐”的教育觀念,把實驗課教學當作一個輔環節,認為教師只要會使用示波器、信號源等通用儀表就可勝任實驗課的教學任務。實際上許多實驗課教師并不具備排查解決問題的正確思維,也不習慣于引導學生自主思考產生問題的原因及解決問題的思路,實驗課教師的安排很隨意。通過初期組織學生參加全國電子競賽實踐遭遇挫折后,認識到這種理念在實踐性極強的電子技術教學領域不可行。實驗課不僅僅是讓學生學會儀器儀表的使用和滿足于測量實驗數據,更要緊的是要引導學生形成一種系統的概念,培養學生系統地分析問題、解決問題的思維習慣,以提高學生的自主工程實踐能力。所有這些都不但要求實驗教師應具備好的理論基礎,科學嚴謹的實驗思維,還要具備扎實的業務實踐技能。為此,近年來我院加強實驗教師隊伍建設,努力讓盡可能多的教師都參與實驗教學,項目設計,參與指導學生的畢業設計,參與指導大學生設計競賽等,切實提高了實驗教師隊伍的綜合素質及業務能力。
2課程體系的調整與改革
為了適應國家關于我校向應用技術型大學的轉型要求,建立能適應市場需要的電子信息科學教學體系,必須重新審視課堂理論教學與實驗實踐教學之間的關系,以期在學時分配,教師配置及教學設施配備方面達成最佳平衡。課堂教學和實驗教學相輔相成,作為學生學習與掌握知識的重要手段,二者不可偏廢。大學生的學習過程,是一個從認識到實踐和再認識、再實踐的復雜過程。課堂和實驗室是獲得認識和實踐驗證的兩個最重要場所。由于多媒體教學設施和仿真軟件的普及應用,教室和實驗室的界限正在趨于模糊。課程科目及內容的設置,無須按部就班,目的是向學生高效地傳授知識,手段完全可以靈活多樣。無論在教室、實驗室、在工廠、在網絡上,只要能充分調動學生的學習興趣,引導他們積極思考、主動探究、努力解決問題,從而變被動學習為主動學習,這就是我們想要的結果。鑒于大多電子技術的知識要通過反復的認識和實踐過程才能提高和掌握,我院將《數字電子技術基礎與邏輯設計》、《單片機原理及應用》、《電路設計與PCB制板》、《EDA工具開發及應用》等實踐性較強的技能課程的開設學期前移,以使學生盡快進入專業實踐類課程學習的進程。通過這些課程的學習和實訓,學生初步掌握了電子技術的一些基本知識,但在完成一個電路系統設計時還存在很多需要解決的難題,知識結構還不夠完備,有些知識沒有完全理解,理論知識解決電路問題缺少歷練。這就促使學生帶著問題主動尋找答案,更加積極地學習后續理論課程,形成了踏實的學風和嚴謹的實踐操作規范,增加知識量的同時積累了實踐經驗。舉一反三,觸類旁通,初步培養了學生的創造能力。
參加全國大學生電子設計競賽的主要是大三的學生,之前他們比較系統地學習了電子系統設計的相關主要課程并接受了相關的實驗、實訓和操作實踐練習,具備一定的理論知識儲備和較強的實踐動手能力。即便如此,參賽學生還是普遍缺乏系統性設計和制作一個大的電路系統的實際經驗和訓練,面對實際工程設計問題顧此失彼。為此,我們及時調整了培養方案,學生從大一就開始識別電子元器件、使用常用的電子儀器儀表。從大二開始,開設《電子線路綜合設計》實訓課,結合學生的興趣,鼓勵學生自主動手制作小的電路系統,提供專門的實驗室及器件,有專業教師輔導,開闊了學生的視野,也激發了學習電路知識的興趣,由簡入繁。第四學期開設《EDA電路設計》課程,學生開始接觸到最新的電路設計軟件、新器件及電路設計方法,同步設置了設計實踐項目,初步建立起學生的工程概念。在該課程的設計制作環節中,我們按照電子設計競賽的要求將學生分組,從較簡單的應用電路開始,要求每組學生完成數個難度遞增的電路設計、制作與調試項目,并寫出詳細實驗報告。同時鼓勵學生思考用不同的方案來設計實現同一個電路功能,以開闊學生思維,學習探索新的電路知識,培養學生的創新能力。
3實驗教學模式及內容的調整
教學模式是保證教學內容有效實施的必要形式。全面修改了以往的教學培養方案,調整培養目標。從夯實基本知識技能和提高應用設計創新能力的培養目標出發,以能力培養為主線,強化實驗教學。建立起分層次、多模塊相互銜接的科學系統的實驗教學體系。改造傳統的實驗教學內容和實驗技術方法,精選驗證性實驗項目,加強綜合性、設計性、創新性實驗設置。開展新型的適應學生能力培養、以教師為主,學生參與的科研課題。學生直接參與研究性課題,能對科研全過程有一個感性的認識,能夠增強科研能力,同時也能激發學習熱情,培養創新實踐能力。鼓勵教師實行多種實驗考核方法和實驗教學模式,以實驗項目的形式,提高學生學習的自主性、協作精神及探究性思維習慣。改變傳統的不同課程各自設置實驗的教學模式,將實驗課程優化整合為“基本型實驗”、“綜合設計型實驗”、“專業創新型實驗”三個層次。根據這三個層次,整合實驗資源,制定新的實驗項目和大綱,選定或編寫新的實驗教材等。使實驗真正體現“基礎性、綜合性、實踐性、創新性”的特點,充分調動學生的學習熱情,培養和造就創新性人才。
4創新教育環節
緊扣學生創新精神和創新能力的培養,電子信息科學專業開設了“電子技能實訓類”實訓課,包括七個模塊。設置了開放實驗室供學生自主學習實踐。開放實驗室除了配備通用性實驗設備外,還配備了計算機、單片機開發箱、DSP實驗板等設備。學生自主選擇一個有新意的電子系統制作課題,在教師的指導下完成設計、制作過程,最終提供規范的開題報告、設計報告及制作實物。實訓課以學生為主體,課堂形式靈活多樣,討論、交流、講座、答疑等。項目下達后,興趣引領著學生學生充分利用課余時間,努力學習鉆研,排障解難。除了利用所學知識解決實際問題外,還能自主搜尋查閱相親相關資料,觸類旁通,選擇最佳解決方案。從模仿到創造,從依賴到獨立,從被動接受項目到主動提出項目,很好地培養了學生的創新能力。
5以電子設計競賽要求為導向,整合教學體系、培養學生綜合的電路設計實踐能力
我校自2005年開始參加全國電子設計大賽本科組的競賽以來,初期成績很不理想。通過及時調整教學體系,以全國電子設計競賽對學生技能素質的要求為導向,有針對性地調整了理論教學及實踐教學體系。在系統進行電子技術課程教學的同時,結合學生興趣引導部分學生側重于某些實踐性強的電路系統的設計制作訓練,夯實各個設計制作環節的知識儲備,明顯提高了學生主動探索的學習精神和學習動力,使部分學生的制作實踐能力迅速提高。與之相應,近年來我院學生有2個隊獲得了省級特等獎,1個隊獲得了省級一等獎,1個隊獲得了全省二等獎。在全國大學生“挑戰杯”課外科技作品大賽中,我院選送的作品獲得了甘肅賽區一等獎,國家二等獎的好成績。
6結論
[關鍵詞]創新精神;學科競賽;實踐能力;獨立院校
[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2016)11-0064-03
全國大學生電子設計競賽是面向大學生的群眾性科技活動,而且是一項需要參賽選手在規定時間內制作出實物的競賽。北京郵電大學世紀學院自建院以來,組織學院學生參加了四屆全國大學生電子設計競賽(2009年、2011年、2013年、2015年)、四屆北京市電子設計競賽(2008年、2010年、2012年、2014年),共有49隊參賽,其中有23支隊伍曾分獲北京賽區一、二、三等獎,26支隊伍獲成功參賽獎,學院還獲得了北京市賽區優秀組織獎,在北京市獨立院校中名列前茅。回首八年的參賽之路,很多不足之處需要我們思考,很多經驗也要進一步總結和探討。
一、電子設計競賽的特點
(一)內容多、知識廣、要求高
電子設計大賽與課程優化、課程內容改革緊密結合,競賽內容不僅包含理論方案設計,還包括實際制作與作品調試兩部分。完善理論方案設計時需要涉及多學科知識,而實際制作與作品調試部分對學生的要求則更高:在4天(北京賽為1天)的競賽時間里,參賽學生需要將前期理論設計方案的內容轉化成能夠實際操作的作品。從競賽內容的角度來看,電子設計就是考查學生是否具備綜合運用日常所學得的理論知識,并順利將其轉為實際可用作品的能力,這不但要求學生要深入理解理論知識,知道知識怎么用、怎么恰當用、怎么更好用,還要求學生在制作實際電子工藝作品時,要踏實耐心、有條不紊。
最終的競賽成績由三方面評定,分別是理論部分、實踐部分以及發揮部分,成績總分為100分,理論部分和實踐部分各半,附加分數最高為50分,根據作品發揮部分情況進行評定。理論部分主要從設計思路是否清晰,所應用的理論知識是否準確無誤,參賽作品是否有新技術的應用,方案驗證是否嚴密,設計報告、測試報告及總結報告是否完整幾個方面進行評分;實踐部分則依照參賽團隊是否按設計要求制作出樣機,工藝要求是否完美、結構是否合理、是否有完整的調試改進報告幾點來進行評分;發揮部分為附加部分,該部分得分為附加分,即在完成基本要求后進行擴展。發揮部分的設定可以充分調動參賽學生的積極性和創造性。由于難度大、時間緊,發揮部分并不易得分。從成績評定的角度來看,該競賽對參賽隊員提出了很高的要求,既要從不同的院系和專業中選拔具備相應能力的學生,又要讓每個參賽學生在備賽的過程中熟悉相關學科的知識、掌握相關技術,從而確保參賽團隊在完成理論部分和實踐部分的基本要求后,盡量完善作品,爭取更多附加分。[1]
(二)時間短、工作量大、競爭激烈
根據競賽內容特點,參賽學生的專業主要有電子信息類專業、電氣及自動化專業和一般工程專業。按電子設計競賽組委會的規定,競賽必須在4天(北京賽為1天)內完成方案設計、電路制作、軟件編程和設計報告(北京賽不用)各項工作。這就要求參賽學生必須熟練掌握電子技術和計算機等課程的基本知識、基本電路、基本分析和設計方法,而且對指標、誤差、系統等工程概念非常熟悉,還要求學生有很強的實踐動手能力和創新能力,熟練使用儀器、儀表及迅速判斷故障和調試電路的能力。[2]參賽團隊不僅需要在短時間內完成大量的工作,同時還要和來自北京賽區30多所高校派出的約500多支隊伍進行比拼,競爭極其激烈,不可掉以輕心。
二、電子設計競賽的籌備和組織
學生是電子設計競賽的主要參與者,一直采用固定的選拔方法以及不變的培養方式不再適用于新時代的學生,整體素質的變化決定了參賽學生的選拔和培養過程的動態化和更替化。結合八年的參賽經驗,競賽的籌備和組織工作可分為以下幾個階段:
(一)組織和動員階段
電子設計競賽得以順利開展,組織和動員階段的工作至關重要。學院應成立教師競賽指導小組,組織學生工作教師積極宣傳及通過微信公眾平臺宣傳,采取教師推薦以及學生自愿報名兩種方式。不過,需要注意的是,第一次參與競賽的學生熱情雖高,但他們對比賽的性質、內容、規則以及必備知識等方面都還有所欠缺,因此在報名結束后,要由教師競賽指導小組統一對報名參賽的學生進行系統性的宣講和培訓,并在培訓結束后安排理論考試,并通過本次考試完成第一輪選拔工作。
競賽的組織和宣傳將競賽精神普及到學生中,讓更多學生意識到自己所學究竟如何應用,知道所學專業知識的實際意義,不僅如此,競賽精神的普及能進一步改善學院學風,并對學院原本枯燥的理論課堂教學起到改進作用,讓更多學生逐漸理解并喜歡自己選擇的專業。
(二)面試及實踐能力測試階段
第一輪的選拔工作主要以理論考試的方式進行,從而選拔出理論基礎較好的學生,但是電子設計競賽對參賽學生的綜合素質有極高的要求,基于此,我們在第二輪的選拔中選擇面試的方式來考查參賽學生的綜合素質。[3]面試問題由競賽指導小組來確定,主要圍繞學生特點,以語言表達能力、是非的判斷能力以及心理承受能力為考查方向。
通過第二輪選拔的學生還必須通過最后一輪選拔,也是最重要的一輪,即實踐能力測試。本輪測試主要以考查學生對電路的設計與焊接能力、電路的調試能力以及解決實際問題的能力為目的。設置本輪測試,一方面是幫助競賽指導小組確定適合參賽的隊員,一方面也給報名參賽的學生一個提前感受競賽的機會,幫助他們審視自身能力。我們認為,只有通過上述三輪測試的學生才具備成為正式隊員的基礎條件。
(三)基本技能練習階段
經過前三輪的選拔,入選學生的數量少但質量精,因此在接下來的訓練環節中,將針對學生現有的知識掌握情況進行基本技能練習(電路焊接、基礎電路的設計、應用電路仿真軟件進行仿真、編寫基礎單片機程序等),同時學生可根據自身特長,選擇合適的隊友進行組隊。
(四)集中培訓階段
集訓的時間一般會安排在暑假,但也會根據正式比賽時間進行調整,集訓內容基本為歷年競賽試題。參賽團隊經過集訓后就會逐漸確定自己團隊的隊長,隊長是整個團隊的核心,決定著團隊的設計方向和整體規劃。參賽學生在集訓中可以加深對專業知識的理解,也能加強對理論知識的應用,更重要的是通過這段時間的磨合,團隊協作能力有了很大提升,這種長時間的集訓學習是參賽團隊學生大學四年中不可多得的鍛煉經歷。
(五)臨戰準備階段
賽前主要進行臨戰前的準備工作。在臨戰準備期間,學院領導深入到學生中進行賽前動員,為參賽學生鼓勁打氣。而競賽指導小組會要求參賽團隊匯總各類資料并和其他團隊進行資源共享。需要注意的是,比賽期間所使用的電子元器件需要自己準備,為避免出現準備不足的情況,指導小組也會要求各團隊在這個階段準備充足的電子元器件。除此之外,指導小組將為所有參賽團隊準備參賽實驗室,其中配備參賽所需的各種儀器設備,如打印機、電源、示波器、信號發生器等。
最后根據電子設計競賽的要求,競賽指導小組給各參賽團隊進行具體分工:一人負責程序設計;一人負責硬件設計、制作與調試;一人負責繪制電路圖和書寫理論報告,并制訂“先保基本,再求發揮”的戰術要求。各參賽團隊可以根據指導小組的建議結合團隊實際情況進行合理安排,力求在場上發揮到最好。
(六)競賽階段
正式比賽期間,參賽團隊在電子設計競賽委員會的要求下接受半封閉管理,監督競賽也指定專人進行,帶隊教師在比賽期間不可以對參賽團隊進行競賽指導。各參賽團隊根據競賽要求和賽前集訓學習到的經驗,進行選題并盡快設計正確的實現方案。在這個過程中,整個團隊要明確分工,穩扎穩打,有條不紊,互相鼓勵,不要因為一時的困惑而氣餒。參賽團隊需要在規定的時間內完成設計構思、方案論證、繪制電路、選擇器件、實際制作、測試調整、改進性能、寫出測試報告等系列工作,并爭取在滿足試題規定的內容后思考是否可以進一步優化團隊方案,并進行可行性實施,這樣一來團隊除抓住基本得分外,還可以在發揮部分得分。前面已經提到過,電子設計競賽時間短、任務重,所以比賽期間學生都盡量不出實驗室,而且基本上每天僅有四到五個小時的休息時間,即便如此,最后一天他們依舊會通宵苦戰,所以比賽期間團隊協作至關重要。
(七)測試答辯階段
準備測試和正式測試答辯是測試答辯階段的兩個組成部分。競賽要求參賽團隊不僅會理論設計、實踐焊接,更要求團隊制作的作品在實際中能夠可靠運行,并且具有更高的性能指標,同時要求參賽團隊掌握適合本隊所選題目的全套測試方法。
(八)總結階段
在全國電子設計競賽北京賽區的結果公示后的時間里,學院競賽領導小組需盡快根據取得的成績進行競賽總結,整理競賽成果,記錄競賽體會并討論下一屆競賽籌備與培訓的改進方向。
三、獨立學院在學科競賽方面的問題
獨立學院目前在開展學科競賽中遇到的主要問題有:
(一)訓練經費不足
我們認為,如果學院僅將學科競賽視為學生的課外科技活動,會直接導致學校經費投入的不足。然而,在獨立學院中開展學科競賽是證明學生培養質量的一種有效途徑,如果學生通過培訓不斷獲得較好的電子設計競賽成績,這可以成為考量獨立學院學生培養質量的依據。另外,據我院的最終考研數據分析,假如學生曾在大學期間參加過電子設計競賽,那么其不論是在備考時的堅韌毅力,還是最終的考研成績都會強于未參加過競賽的學生,而且擁有出眾的實踐動手能力會更容易獲得導師的青睞。[4]
(二)訓練系統性不強
電子設計競賽開展的時間在獨立學院中并不長,有科研經歷的教師數量也并不多,因此學院的技術積累不強,對團隊的綜合訓練也存在系統性不強、涉及面不廣的問題。若想提高電子設計競賽的質量和競爭力,需要由有經驗的教師牽頭,堅持開展持續性的電子設計競賽,不斷積累參賽經驗,不斷改進培訓方案,增強綜合訓練的系統性,擴展綜合訓練的涉及面,不斷積累,不斷創新,保證獨立學院在電子設計競賽上不是曇花一現。[5]
四、結語
北京郵電大學世紀學院的電子設計競賽綜合實力并不輸北京市其他獨立院校,這和學校領導對電子設計競賽等實踐環節的極大重視和支持是分不開的。在領導的重視和支持下,競賽指導小組和參賽學生共同努力,在過去的八年中,參賽學生不但在電子設計競賽中取得了不錯的成績,還得到了很好的培養和鍛煉,同時為學風建設打下夯實基礎。不過,在電子設計競賽的征程中,獨立學院起點低,參與時間不長,相比于其他高校仍有相當大的差距,在未來的參賽路上仍需把握好形勢,堅持不懈地開展電子設計競賽的組織和管理工作。長此以往,獨立學院必會在電子設計競賽領域取得更好的成績。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 高吉祥主編.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程――基本技能訓練與單元電路設計[M].北京:電子工業出版社,2007:2-5.
[2] 向夕品,別其璋.試析全國大學生電子設計競賽[J].重慶工商大學學報(自然科學版),2004(4).
[3] 黎建輝,劉超良.高校學科競賽的管理與運行機制探討[J].湖南人文科技學院學報,2010(5):119-121.
【關鍵詞】大學生電子設計競賽;創新實踐平臺;平臺建設與實施
1 構建大學生電子設計競賽創新實踐平臺的意義
大學生電子設計競賽內容體現了前沿技術與產業應用的融合、綠色節能理念與企業發展的需求,不僅包括了電子信息相關的基礎知識和技能,同時包含了自動控制技術、通信技術、傳感技術、數據存儲技術等,所以這項比賽從開辦初期就得到了絕大多數理工類學校的大力參與。“大學生電子設計競賽”創新實踐平臺為理工科學生創新能力培養提供了條件和保障。通過大學生電子設計競賽使學生在實踐中學習,在學習中實踐,激發學生的學習興趣和求知欲望,鼓勵學生不斷開拓進取、勇于發明和創新。通過創新實踐平臺,要讓學生利用學到的知識去研究和發現實際問題并進一步解決這些問題;在研究和解決問題的過程中激發學生的學習興趣和成才的動力,鍛煉學生的學習能力、實踐能力、創新能力及溝通能力,使參與項目的學生凝聚成為一個個富有創新意識的團隊,并在團隊合作中鍛煉其組織、管理、合作能力。“大學生電子設計競賽”平臺為學生的創新實踐活動提供了軟硬件、師資等方面的支持,為學生的團隊創新活動提供了平臺,同時在校園內形成良好的校園科技和創新實踐氛圍。
2 構建大學生電子設計競賽創新實踐平臺的措施
第一,廣泛宣傳電子大賽,普及科技創新活動。
很多同學在面對電子大賽時很猶豫,盡管非常想通過大賽鍛煉下自己,但又很擔心專業學的不好或者拖團隊的后腿,思想包袱很重。輔導員、班導師、任課教師等多種渠道應加強動員,通過宣傳版、網站等多種媒介,介紹以往電子大賽中取得的成績,破除學生對大賽的神秘感和恐懼感。同時以講座或演講等形式,讓已經獲獎的同學介紹參加競賽的感觸和感想,鼓勵學生加入到大賽隊伍中來,鍛煉自己,充實自己,提高自己。
第二,加強教師隊伍建設,提升教師專業素質。
教師對電子大賽的指導是開展大學生電子大賽的重要推動力。為了給予學生專業的指導,需要建立一支奉獻精神強、科研能力強、經驗豐富的指導教師隊伍,擔任學生的科研導師,為學生提供堅實的后盾。因此形成一個穩固的指導教師團隊和優秀教師成長的長效機制,加強教師隊伍建設,提升教師專業素質和內涵,提高教育教學質量。
第三,建立規范的管理制度。
建立科學、規范的運行機制和完善的管理制度,是大學生電子設計競賽持續發展的保障和重要動力。全校和全院范圍內,制定鼓勵學生參加電子競賽管理辦法、學生獲得獎項后的獎勵辦法、競賽指導教師獎勵辦法等激勵機制。
3 大學生電子設計競賽創新實踐平臺的建設
第一,多層次課程體系的建設。
電子設計競賽創新實踐平臺面向于所有理工科學生,由于各年級學生專業知識掌握程度不同,該平臺在教學方式上應有別于傳統的課程教學,采取“感受式教學”。這種教學方法強調以學生為主角,在老師的指導下學生自己理解、設計和驗證課程的主要知識點。
該平臺的建設包括理論課程體系平臺、實踐課程體系平臺、競賽題庫平臺三個方面。理論課程體系包括電路類、信號類和計算機類課程。電路類包括電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、EDA等,使學生掌握各種電子線路的分析計算和基本的設計計算;信息類有信號與系統、數字信號處理課程;計算機類有微機原理與應用、單片機等課程。實踐課程體系平臺包括課內實驗和課程設計兩個部分,突出設計性和綜合性實驗,重點建設電子電路設計、單片機應用系統設計、工程設計等主要實踐課程,以綜合性、設計性和應用性教學內容為主,加深學生對相關專業知識的理解及應用。競賽題庫平臺是將歷年考題和大賽指導團隊提供試題分為基礎級、提高級和實戰級。每隔一段時間要求各參賽隊伍在規定時間內完成試題,根據各組優勢和劣勢稍作調整。
第二,硬件設施的建設。
硬件設施是電子設計競賽創新實踐平臺的物質條件保證,創新離不開實踐,創新實踐平臺也必須具有良好的硬件場地環境和各種用于實踐教學的設備設施。搭建電子設計競賽創新實踐平臺首先要充分利用各學院等單位現有的創新實踐條件,也就是依托各學院等單位的實驗室、實習基地建立創新實踐基地,通過政策支持鼓勵面向全校師生開放,為學生提供獨立操作、獨立設計和獨立思考的場所和一個良好的學習交流平臺。其次,創新實踐平臺的模塊化組建。平臺的構建主要從平臺資源的整合和平臺實踐條件的建設兩個方面著手,將現有的學科平臺、科研平臺、實驗室平臺進行科學整合和優化組合后,按功能模塊化的方式進行組建,分為基本電子技術類、自動控制類和通信類。
4 結語
本文從建設意義、管理措施及如何建設三個方面介紹了大學生電子設計競賽的創新平臺,重點討論了課程體系的建設、競賽題庫的建設以及硬件設施的建設。
【參考文獻】
[1]高明煜,劉國華.電子設計競賽與學生創新能力培養的探索[J].電氣電子教學學報,2011(1):70-71.
1電子技術課程的特點
電子技術課程是電子技術方面入門性質的技術基礎課,基礎性強,其內容包括模擬和數字兩個部分。該課程是電類專業重要的幾門專業基礎課之一,也是專業主干課程之一,在學生的知識結構中地位極其重要,其任務是使學生獲得電子技術方面的基本知識、基本理論和基本技能,為進一步深入學習電子技術以及在專業中的應用打下基礎。課程具有很強的工程性和實踐性,同時電子技術的日新月異的發展以及電子競賽的影響為該課程教學注入新的內容,而后續專業課程的改革,也對電子技術課程的改革提出更高的要求。
2優化教學內容體系
大學生電子設計競賽是一項大學生學科競賽,反映學科的發展動向及新技術、新設備的采用,而電子技術課程的內容明顯滯后于新技術的發展,因此課程改革的首要是從教學內容上進行整改。自從參加首屆電子競賽以來,本校特別注重及時的總結,包括召集指導教師、課程主講教師、各教學單位主管教學領導、校競賽專家組成員,共同探討競賽對本校目前教學內容改革的影響。根據我校電類專業定位于培養工程技術人才的要求,專門成立相應的電子技術課題組。在多年的教學實踐中,課程組一方面注重基本理論、基本知識、基本技能,突出基本概念、基本原理、基本電路、基本方法的教學,打好基礎,另一方面,課程的教學要適應技術的發展和進步,要適時而又適度的將電子技術發展的新的成果及電子競賽的內容予以體現。在教學實踐中,不斷優化課程體系,適當的弱化了一些非核心內容,強化核心內容的教學,適量在教學內容中加入了一些新技術和新器件的內容。加強集成電路應用的教學,適當加強大規模集成電路的內容。在集成電路教學中,適當縮減了內部電路的分析,加強了集成電路外部特性及應用方面的內容,適當向學生介紹一些在工程實踐和電子競賽中大量使用的新器件,如儀表放大器、開關電容濾波器、模擬乘法器、串行ADC/DAC等。教學中注重課程內容與其它專業課程的聯系與銜接,注重課程內容的工程應用背景,提高學生對課程內容的興趣。[2]
3教學方法的改進與探索
探索和改進教學方法,采用啟發式教學,調動學習自主學習的積極性,根據課程特點,合理恰當的運用包括多媒體技術和網絡技術在內的多種現代教育手段輔助教學,同時,將CAD、EDA技術引入電子技術的教學,豐富教學內容和教學方法,彌補傳統教學方法的不足,提高教學效果。結合課程教學,建立電子技術課程網站,利用網絡技術輔助教學,將一些與課程相關的內容而又不能在課堂上講授的內容掛在網站上,開拓學生的視野。根據課程工程性、實踐性強的特點,注重理論與實踐的結合,在保證學生掌握課程內容要求的前提下,結合課程的教學內容,利用現代教育手段,適時而適度的通過一些有效的方法和手段,讓學生了解到自己所學知識如何應用到電子競賽和工程實踐中,如何解決實際問題,培養、激發和提高學生對電子技術課程以及電子技術的濃厚興趣,讓學生在興趣的驅動下,主動學習,積極探索,加深對內容的理解,變被動學習為主動學習。在電子技術課程的學習中,一方面引導學生學習理論知識,另一方面引導學生思考解決問題的方法,嘗試用所學知識解決一些簡單的實際問題,授人以漁,同時教師為學生進一步深入學習提供指導。
4強化實踐教學內容和方法的改革
電子競賽的最終目的是培養大學生的實際動手能力和素質,這與我校培養應用型創新人才的計劃如出一轍,因此實踐教學方面的改革更是我校整個電子技術課程改革的“靈魂”。為避免學生眼高手低,只注重理論學習,而忽略實踐環節。我校在電氣與電子工程學院專門成立湖北省電子示范中心和大學生創新實習基地,同時修改培養計劃,構建基于基礎實驗、開放實驗、綜合訓練、學科競賽四個層次的電子技術實踐教學體系。修訂課程教學大綱和實驗教學大綱,增加了實驗學時和內容,在驗證性實驗的基礎上,大幅度增加設計性實驗和綜合性實驗,在課程大綱指導下提供選做實驗內容,由學生根據興趣選擇實驗內容。改革實驗考核辦法,在要求完成的實驗內容之外,另選一個實驗作為實驗考試內容,由操作、實驗報告、考試三部分的成績綜合得到實驗總評成績,以此來督促學生,提高實驗教學的質量。[3]借鑒電子競賽的實施方法,通過一系列的實際訓練,學生普遍較好的掌握了簡單電子系統設計的基本方法,了解了元器件的基本知識,進一步熟練各種基本儀器的使用,而且動手能力和相應的計算機應用能力得到明顯提高。由于方法得當,效果明顯,學生在訓練中非常認真,非常投入,有一半左右的學生整天在實驗室工作,幾乎達到了廢寢忘食的程度,更重要的通過這一環節,學生真切的體會到電子技術的魅力,學生普遍對電子技術課程的興趣大增,能夠在課外主動的思考用所學知識解決身邊一些問題的方法,能夠主動去做一些感興趣的簡單設計,能夠積極的參加各類相關科技競賽,同時又通過電子競賽和參賽同學的的積極反饋作用,更有效的提高了實驗教學的質量,從而為我校培養應用型創新人才奠定堅實的基礎。
5教師隊伍的培養
師者,傳道授業解惑也,教師在整個課程改革中起著舉足輕重的作用,高水平的教師梯隊是課程質量的保證。教師隊伍的建設一直是學校的重要工作之一,多年來,嚴格的執行青年教師助課制度和導師制,讓青年教師從最基本的環節開始,對他們予以培養和指導,建立起了一支人員穩定,結構合理,水平較高的教師隊伍。通過組織青年教師觀摩、參加各種教育教學研究實踐甚至出國參加國際會議,以拓展學術視野。[4]在這個過程中,課程組負責人要帶領他們參加相關的教改項目和教學研究課題,引導他們撰寫教學研究論文和參加教材建設,指導和幫助青年教師不斷提高教學水平和學術水平。同時以大學生電子設計競賽為平臺,鼓勸更多青年教師參與培訓工作,使他們能更好更快地成長。通過崗位突踐培養,加強對青年教師指導的力度,充分發揮老教師的“傳幫帶”作用,使廣大青年教師在各自的崗位上盡快成才。
強化實踐性教學環節,突出實踐動手和創新思維的開發對于工科三本學生是有必要的。實踐性教學環節是培養學生創新能力的有效途徑,在實踐性教學環節中,培養學生對待問題要盡量自主觀察、自我思考、自己解決。學生在實踐中遇到的困難,也會激發學生對理論知識的鉆研,增強學生主動學習的動力,相互影響,相互促進。學校健全實驗室的管理制度,整合資源,充分利用現有的條件,逐漸實現實驗室全方位開放,為實踐教學創造條件。
二、課外教學環節
建立開放實驗室為學生充分利用課外時間進行實踐創新活動提供了場所。以自動化和電氣工程及其自動化兩個工科專業為例,目前信息商務學院除建立了常規實驗室保證課程教學外,還建立了創新工作室、學生開放實驗室。這兩個實驗室提供了專業常用的實驗工具、元器件,為學生進行小制作、小發明、小創新提供了場所,并對全體學生開放。實驗室建立以來,對兩個實驗室的管理做了一些嘗試,并取得了一定的成績。
1、健全實驗室準入制度
為了充分利用現有的資源,對于自選課題進行創新活動的學生,要求其在進入實驗室之前,做好實踐創新計劃,包括研究的內容、所需實驗器材和實驗元件、預期目的、時間進度安排、經費預算等。實驗室組織老師對學生課題研究內容進行論證,以決定課題是否可行。在這個過程中,要嚴格按照實驗計劃執行,有困難可以找實驗室管理老師解決。課題結束后,要組織有關老師進行驗收。
2、建立導師制度
在學校挑選一批教學和學術水平較高、師德高尚、能適應學科和專業發展需要、具有顯著的工程實踐創新能力的高素質教師作為學生創新實踐的指導教師,為學生提供技術指導。部分優秀學生可以在實驗室參與老師的科研活動,讓學生在實際研究工作中學習老師科研的過程和經驗,讓學生學會如何發現課題、如何分析問題、如何解決問題,培養學生創新能力和實事求是的科學態度。
3、項目的確定
實驗項目可分為自擬實驗項目和已有實驗項目。學生可以利用學校的條件進行興趣研究。自己在指導老師的指導下通過查資料并結合自己感興趣的內容,提出自己的實驗課題,進行小制作、小發明。經指導教師允許,可在開放實驗室進行實踐創新活動。實驗室也會在每學期初公布教學計劃以外的實驗項目或課題,包括綜合性實驗、設計性實驗、研究性實驗等。鼓勵學生進行創新性設計課題。要求學生在實驗中獨立完成項目的方案設計、設備的制作與調試、元器件的采購、項目制作及撰寫實驗報告。
4、充分利用實驗資源,舉辦電子設計競賽
電子設計競賽可以培養學生的工程實踐能力,提高學生解決實際問題能力,也能夠積極引導和培養在校大學生的創新能力和團隊精神。電子設計競賽題目涉及到大量的專業知識,如電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電路、傳感器技術及應用、微機原理和單片機接口技術、自動控制原理等多門課程。同時,競賽題目多來自于工業實際、科研項目。每年舉行一次電子設計競賽,以濃厚的知識性和趣味性吸引學生,激發學生對實踐創新的積極性。學生可以在課外時間充分利用開放實驗室資源,到實驗室參加科技活動,為參賽做充分準備。學校舉行的比賽也為全省和全國性的比賽選拔了人才。從近兩年學生參加全國大學生電子設計競賽和全國電子專業人才設計與技能大賽結果看,開放實驗室的建立為培養學生實踐創新能力起到了巨大的促進作用。總之,開放實驗室是獨立學院進行實踐教學和創新能力培養的重要場所,開放實驗室是對課堂教學的延伸、擴展和加深,也是改變傳統教學模式、培養學生工程實踐創新能力的必經之路。
三、結論
【關鍵詞】學科競賽;MCU;教學改革
Abstract:The article to the students of various subject contest as an opportunity,discusses the exploration and practice of teaching reform of series courses in multi-level MCU as the core.It focuses on curriculum system and teaching content and practice and exploration was reformed and,seek to develop innovative,high quality,adaptable application-oriented professionals.
Keywords:subject contest;MCU;teaching reform
引言
一直以來我院電子信息系提倡培養應用型人才,以學生為主體,以教師為主導,把促進學生健康成長作為學校一切工作的出發點和落腳點,為每個學生提供適合的教育,提高學生用于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力,提高學生服務國家,服務社會的責任感。因此在重視學科建設的基礎上,不斷改革實踐教學內容,改進實踐教學方法,通過吸引更多的高水平教師從事實踐教學工作,但又不能僅僅按照傳統意義上的實驗教學來開展,而是通過鼓勵和引導學生通過開展產品的制作、參加各類學科競賽等新型形式走出校園與全國重點院校同臺競技的同時,獲得交流與學習的機會,并能快速捕捉社會的實際需求,提高就業競爭能力,真正做到以賽促教,以賽促建。
1.以競賽活動為契機,深化課程體系改革,培養學生創新意識
當前,面向大學生的科技競賽種類繁多,規模越來越大,內容越來越豐富多彩,受到了各大高校師生的廣泛關注。近年來,我院高度重視大學生競賽活動,通過構建大學生競賽平臺,舉辦和參加多層次,多形式的大學生科技競賽活動,不斷推動學校進一步加強專業建設,推動校內外實習實訓基地建設,深化教學內容和課程體系改革,以競賽促教學,以教學帶競賽,不斷探索有益于學生發揮潛能和成長的創新人才培養模式。
我院電子信息系從2007年以來已經成功地組織學生參加了多次全國大學生電子設計競賽,廣東省大學生電子設計競賽,“博創杯”全國大學生嵌入式物聯網設計大賽,“畢杯”全國電子創新設計競賽以及“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等等,并在比賽中取得了優異的成績――獲得全國大賽總決賽特等獎三項,一等獎兩項,廣東省一等獎七項,二等獎三等獎若干項,有近百名學生參與到各類大學生電子競賽活動中去。回顧近幾年的歷程,我們深有感觸:是競賽大大提高了學生的實踐動手能力,培養了學生的創新意識,增強了學生的團隊合作意識,提高了實踐教學質量。
2.建立以多層次MCU為核心的系列課程平臺,加強實踐教學內容的改革
根據我院參加以上不同的學科競賽活動的特點,建立以多層次MCU為核心的系列課程平臺,有針對性地進行實驗實踐教學。以多層次MCU為核心的系列課程分為四個方向:電路設計類課程、仿真設計類課程、軟件設計類課程及應用設計類課程,各個方向又細化為基礎課、專業基礎課和專業課。如圖所示。以單片機技術、EDA技術和嵌入式技術的應用開發為核心的課程平臺建設,有機融合了電子電路系列課程,仿真分析系列課程以及軟件設計系列課程,強化了學生的電路設計、軟硬件相結合、綜合運用先進技術的能力,進一步通過各類MCU設計項目提高學生系統分析、設計、開發的能力,為激發學生的實踐創新意識、實踐創新思維、實踐創新能力提供了知識平臺。
圖一 MCU系列課程體系
加大各門課程之間的相互聯系和承前啟后性,加大各課程知識點的相互促進作用,進一步優化課程體系,將更多應用型,設計型課程引入到培養方案中。在51單片機、電路CAD、ARM處理器原理課程的教學中,更多將MCU的應用和實際結相合,結合企業應用的最新技術和發展方向把握教學的內容,在學生完成一門課程后則具備使用該專業知識進行相關電子制作的能力。
聯合電子信息系實驗室動態合理配置系內實驗資源,以實驗樓328嵌入式實驗室為學生科技活動中心,全日制面向電子信息系學生開放,電子信息系教師與實驗中心實驗員共同對參與科技實踐活動的學生進行指導與培訓,支持和鼓勵學生進行各類電子設計、電子制作、軟件設計、各種創新科技實踐活動。成立各類興趣小組,引導學生在電子信息技術應用的各種領域進行創新型產品的研發和制作,通過參加全國大學生電子設計競賽、博創杯嵌入式競賽、畢杯創新電子競賽,挑戰杯課外科技競賽等全國性競賽活動,重點培養學生的實踐動手能力和創新能力,提高學生自信心。
圖二 單片機課程實驗內容創新與完善
打破傳統的驗證性實驗教學模式,根據實驗教學的內容不同,將實驗課程劃分為驗證性、應用型、設計型、創新型實驗,注重理論與實際緊密聯系,題目由簡單到復雜、難度從小到大,以單片機課程為例,如下圖所示,將實驗教學內容進行創新和完善,將51單片機在各類電子產品的應用引入實驗課程,學生圍繞單片機進行各種電子制作,例如:交通燈的設計,電子時鐘的設計,立體停車庫控制器的設計,自動行走小車,太陽能發電照明控制系統,基于單片機的智能家居系統等一系列設計型創新型實驗(見圖二)。
增設電子系統綜合設計。電子系統綜合設計涉及電子,通信,自動化,嵌入式等多個學科領域,是從模擬電子、數字電子到單片機,傳感器原理與應用,嵌入式linux,物聯網技術等多個相關專業課程的綜合設計課程,著力于培養學生開發創新的綜合應用的實踐操作能力,為參加各類全國大學生電子競賽取得優異成績起到促進作用。參賽獲獎作品有“基于LINUX系統和ARM11處理器的智能家居系統”,“基于WINCE系統和GRPS的遠程校園智能監控系統”,“基于ARM7的風光互補發電照明控制系統”,“基于ARM6410及Android系統的六足機器人”,“基于ARM6410的六軸航拍飛行器的控制”,“基于第六感的探險救援爬墻機器人”,“基于物聯網的智能安防兼排爆機器人”等。
3.總結
大學生電子設計競賽檢驗了電路設計類的教學內容與教學質量;博創杯嵌入式大賽反映了我們本科生很好的將嵌入式、物聯網應用系統與現實需求緊密結合,學生將所學的技術知識得以轉化,并充分利用大賽平臺相互學習、交流,為未來快速適應工作環境打好基礎;畢杯創新設計大賽通過我們的學生在達盛科技的開發板上進行不拘泥于各種技術形勢的創新設計,培養學生的動手能力以及學習能力,弘揚了民族創新精神。由此可見,以多層次MCU為核心的系列課程改革的全面實施取得了豐碩的成果,改革是成功的。今后,我們將進一步擴大競賽的參與面,促進校際交流,為優秀的創新人才的脫穎而出提供舞臺。
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