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大學生電子設計競賽命題一般是以電子電路(含模擬和數字電路)應用設計為主要內容,可以涉及模-數混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件工具和PC機(主要用于開發)的應用。題目包括“理論設計”和“實際制作與調試”兩部分,著重考核學生綜合運用基礎知識進行理論設計的能力,考核學生的創新精神和獨立工作能力,考核學生的實驗技能(制作、調試)。具體的競賽試題一般具有特定工程背景,其涉及的專業知識面廣,綜合應用性強。在給定功能和性能參數要求的情況下,由一個參賽隊在四天內共同設計、制作完成。起初在競賽的選題上,高職院校的參賽選手與本科生沒有什么區別,都是從同一組試題中進行選題,其競賽的成績與本科生差距明顯,多數參賽隊伍都難以按要求完成其中的理論設計部分。從2007年開始,組委會采用了本科生組(甲組)和高職高專學生組(乙組)分開的兩組競賽題目,高職組的題目相對本科組除難度小些,要求降低外,其他方面并沒有多大區別,仍然是以電路的綜合設計與制作為主,評分標準也大體相同。從今年9月份舉辦的競賽來看,仍是這種情況,給人的感覺只是本科生試題要求的縮水。競賽對高職生在理論設計上的要求分量顯得過重,與當前高職教學改革的方向似乎有些偏離。高職教育在我國經歷了十多年的發展,全國各類高職院校成立之初,課程的設置與本科院校同類專業差別不大,許多課程只是本科課程的壓縮。隨著高職教學改革的深入開展,其培養目標和職業崗位定位越來越清晰。教育部對高職生的培養目標是要求學生具有較強的動手能力與實踐能力,要求學生畢業后從事生產第一線的設備維護、維修、安裝、調試等工作,這與就業市場對高職生的需求是相符的。高職的課程改革也逐漸走上了以就業為導向,校企合作、工學結合的道路。在這種趨勢下,大學生電子競賽對高職生在電路綜合設計方面的要求則難以發揮導向作用,以至于一些院校為了應付競賽而另外為參賽選手開設培訓課程的情況。既然競賽專門開設了高職高專組,在題目的設計和要求上是否能多考慮高職教育的特點和職業崗位的要求,不僅在難度上與本科組有所區別,在競賽的側重點和評分標準也應有所不同。例如本科組可側重綜合設計,高職組側重制作和測試,這樣更符合不同層次的高等院校對人才培養的定位要求。
2綜合設計型人才難以成為高職教育的培養目標
雖然高職生也是從每年的高考中錄取的,但是在入學分數上畢竟比本科生差了一個等次,這個差距反映出他們的中學知識基礎和學習能力與本科生的差距。許多學生讀高職是想學一門專業技術,希望在動手能力上強于本科生,在今后的就業市場上找到屬于自己的位子?;A、能力和心理上的定位預期決定了他們中的大多數人難以在電子電路的綜合設計上有所作為。電子信息技術是現代科學技術中的高新技術,其理論抽象、高深,初學者不容易理解和掌握。高職生由于中學的物理和數學基礎較差,教學中他們普遍反映專業理論課程的學習難度大,感到內容抽象、難以掌握,理論考試不及格的情況在各高職院校都較為普遍。另外,高職生在校學習時間短,也制約了他們深入、全面地學習電子信息技術和相關知識。許多高職生實際在校學習時間為2年或2年半,最后一年或半年學校安排到企業實習。所以每屆參賽的高職生,多以二年級的學生為主,以他們的課程安排來說,還只是學了一些基礎理論,加上近年來的高職教學改革更側重于培養學生的動手實操能力,許多理論課程被壓縮,或降低要求,有設計要求的課程很少。在這種情況下,培養的高職生大多數不具備綜合全面的設計能力。因此,課程難度與學習時間的限制決定了難以將高職生培養成為電子電路方面的設計型人才。就業市場對高職生的需求和定位也越來越清晰,多數電子企業并不要求高職生具備設計開發電子產品的能力。以我校應用電子技術專業多年來畢業生的就業情況來看,在電子行業工作的大多數畢業生都是從事電子產品的生產制造與維修工作,只有極個別的學生有機會從事電子產品的設計開發。因此,就業的導向也決定了高職電子信息類專業教學不能以培養設計開發型的人才為目標。
3以專業職業崗位技能要求為導向設計高職競賽題目
高職院校的辦學目標定位就是要培養出符合區域經濟發展需求的高素質技能型人才,其核心任務就是要提高學生的職業技能與綜合職業素質。在電子產品的設計、制造和服務領域,職業崗位對高職生技能的要求是能夠從事更高級、更復雜、更精細的工作。如果考慮到目前高職教育的特點,以電子專業職業崗位技能要求為導向設計高職電子競賽試題,可以從兩方面考慮出題,一是以電子電路的制作與測試為主;二是以電子產品故障的分析與維修為主。這兩方面是電子信息專業的高職生要掌握的主要職業技能,把這兩方面的職業技能要求引入到競賽中,通過賽項的設計將引導高職泛信息類相關專業課程設置和教學改革、人才培養模式改革與創新方向。大學生電子設計競賽高職高專組的命題設計,可以側重考核參賽者的電路制作與測試能力,降低對電路綜合與程序設計要求,甚至不做要求,直接給出電路原理圖和控制程序,變設計制作為分析、制作和測試為主。讓高職生在識讀電路原理功能、弄清信號流程、讀懂程序設計的基礎上,進行PCB電路板的設計制作;元器件的選擇安裝;程序的輸入調試;電路功能的實現;整機性能參數的測量。以充分反映參賽的高職生對電路的理解和將圖紙變為實物的技能水平。全國職業院校技能大賽高職電子信息類的選題,可以以電子產品故障的分析與維修為主。今年全國職業院校技能大賽高職組的“芯片級檢測維修與信息服務”試題,就是按照完整的芯片級維修工作過程設計競賽題目,競賽內容體現實際工作過程的真實性。今后的競賽若能以電子產品整機的維修作為競賽項目(如數字電視、手機、電腦、數碼產品等),在一個產品上設置多種故障,能涉及更多更全面的維修知識和技能。對高職生的維修技能要求應與經驗型維修有所區別,應重點要求能從硬件和軟件原理分析,儀器檢測等分析復雜故障,寫出故障分析報告。對于一般的維修技能也應有所要求,如根據電路板繪出局部電路圖、軟件的擦寫、芯片的拆焊、元器件的代換、維修工具的使用等。
4高職電子信息專業培養的能力目標定位
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。
1.全國大學生電子設計競賽的意義
1.1有利于培養學生的創新能力,激發學生對實踐課的興趣
傳統的實踐教學是理論教學的輔助,實驗內容多數是驗證理論知識,學生根據實驗指導書上的方法和步驟就可完成實驗,整個實驗過程學生完全是被動的[1]。這樣的驗證實驗不能實現對學生實踐能力和創新能力的培養,難以激發學生的對實踐教學的興趣。全國大學生電子設計競賽要求參賽學生在四天內完成從選題、搜集資料、設計方案、分析論證、元器件選擇、硬軟件設計、組裝、調試、測試、排除故障、做出成品和撰寫設計報告的全過程,并且要求三人組隊參賽,是對學生綜合素質的全面考核,具有極大的挑戰性[2]。比賽中既要動手操作,又要理論分析。經過培訓和參加競賽的學生,其實踐能力與創新能力都得到很大的提高,同時激發了學生對實踐教學的興趣。
1.2有利于增強學生的競爭意識和就業能力
在電子設計競賽中能脫穎而出的都是理論知識扎實,動手能力強,經過嚴格訓練,具有創新意識和協作精神的優秀學生。無論獲獎與否,參加過培訓和電子設計競賽的學生,在系統設計、方案論證、合作精神與創新能力等方面都有很大的提高,在畢業設計中受到老師的青睞,在實際工作中,表現出較好的獨立性,創新精神、協作能力與競爭意識,得到社會及用人單位一致的肯定和好評,增強了就業能力[3]。
1.3有利于推動電子技術類課程的教學改革
電子競賽題目是一批高水平的教授、專家根據電子技術發展的最新信息擬出的。選題涵蓋了模擬電路、數字電路、高頻電路、單片機應用、可編程器件、傳感器技術、自動控制技術和EDA等課程的內容[4],競賽中既要考察學生的實際動手能力,又要考察學生的理論知識和創新能力;既有涉及知識面廣、功能多的系統設計,又有單一功能的電路設計;既有以指標性設計為目的的題目,又有以功能性設計為目的的題目;既有基本要求,又有發揮部分,同時在電子設計競賽中又鼓勵學生使用新技術、新器件和新電路,以滿足先進的技術指標。所以,對電子技術類課程的教學改革具有指導和推動作用。
2.對參賽學生的能力要求
參加電子設計競賽的學生應具備的實踐能力包括[5]:電子元器件的識別及使用方法、印制電路板設計與制作等電子設計制作基礎;集成直流穩壓電源、運算放大器電路、信號產生電路和處理電路、顯示電路和A/D轉換器等單元電路設計;通用鍵盤及顯示電路、單片機與液晶顯示接口電路、單片機與D/A和A/D轉換電路等單片機最小系統設計;FPGA最小系統和配置電路的設計及FPGA的最小系統板下載等可編程邏輯器件系統設計,以及資料查閱、綜合系統設計、創新設計和撰寫設計報告等。
3.電子設計競賽中反映的問題
我校歷屆培訓及競賽現場,主要表現出以下一些問題[6]。
(1)查閱參考資料的能力差。在拿到競賽題目后,學生都是先翻教科書,不去查找具有最新技術的期刊文獻,特別是上網搜集資料的能力差。
(2)對知識的綜合應用能力不強。對一個制作項目能夠提出的設計方案很少,不能對方案進行充分的論證和比較,生搬硬套參考電路,不能設計出簡單先進的電路,綜合應用所學知識分析和解決問題的能力較差。反映我們的實踐教學缺少綜合性、設計性實驗的訓練。
(3)新技術、新器件的應用能力差。有的制作項目如能采用新技術、新器件,如FPGA、CPLD等實現系統設計,不僅性能指標優于傳統電路,而且電路簡單。反映我們的實踐教學內容陳舊,不能緊跟電子科學技術的發展。
(4)不適應工程設計技術指標要求。競賽中學生對競賽題目的各類技術指標的實現和改善上感到無從下手。
(5)實驗動手能力不強。競賽過程中,一部分同學在安裝、焊接、電路調試、故障查找和排除等過程中操作不熟練,不能適當地設計實驗數據表格,不能通過對實驗數據的歸納、總結去分析、解決問題。反映我們的實驗教學驗證性實驗多,綜合性、設計性的實驗少,學生的動手能力和綜合運用能力沒有得到應有的訓練。
(6)單片機知識的應用能力有限。很多競賽題要用到單片機的知識去完成設計,部分參賽同學因單片機知識與應用能力不夠,未能取得較好的競賽成績。
(7)設計報告撰寫的質量不高。設計報告的格式與內容存在很多缺陷,方案論證不夠充分,理論分析不夠嚴謹。反映我們的實驗課教學忽視了實驗報告這個重要環節。
4.電子技術類課程的實踐教學改革
根據全國大學生電子設計競賽的內容及要求,針對學生在培訓和競賽過程中暴露的問題,我們對電子技術類課程的實踐教學進行了如下改革。
4.1改革實踐教學體系
依據學科專業特點,結合我校實際,將實踐教學從理論教學中分離出來,單獨設課、單獨考核,構建起一個與理論教學體系相互匹配,相互聯系、相互補充,相對獨立、科學優化的實踐教學體系。將實驗教學環節劃分為三個層次[7]。
(1)基本技能訓練層:以電子工藝實習、實訓為教學內容,掌握萬用表的使用,電子元器件識別、檢測,印制板制作、焊接,直流穩壓電源組裝,收音機安裝調試等基本操作技能。以電路分析、電子測量、模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎課的實驗為教學內容,掌握信號發生器和示波器等常用儀器的使用方法,培養正確記錄、處理數據及分析實驗結果的能力。
(2)課程設計實驗層:以電子技術、單片機技術、EDA技術等課程的實驗為教學的主要內容。通過對簡單電路的設計,熟悉常用電子元器件,學會查閱元器件手冊及通過互聯網尋找所需資料的方法,讓學生通過安裝調試,學會通過調整元件參數,滿足實驗指標要求。
(3)綜合設計實踐層:以傳感器技術及應用、單片機技術、EDA技術、電子系統綜合設計等課程實驗、電子設計競賽等課外活動為實踐教學環節,掌握用最先進的設計平臺和最新的工具進行高效的綜合設計,用組裝的系統電路板,用電子設計自動化仿真軟件Matlab、Muhisim等工具,進行“虛、實、軟、硬”相結合的現代電子技術設計實踐。要求學生能獨立完成從設計到制作的全過程,提高學生運用所學知識進行電路級的綜合設計能力以及系統級的開發應用和創新能力。
4.2更新實驗教學內容
實踐教學改革的關鍵是教學內容的改革,要根據認知規律、學科特點、實踐教學自身的規律和學生實踐能力、創新能力的培養要求,更新實驗內容。
(1)減少驗證性實驗,增加應用性、設計性、綜合性、創新性實驗。增加DSP、PLD、FPGA、嵌入式系統和虛擬儀器等先進的實踐教學內容[8]。增加單片機課程設計的實驗課時,加強其實驗和設計應用,增加EDA技術和Protel課程設計的實驗課時,加強Protel電路設計軟件和EDA電路設計仿真軟件的實踐應用;增加電子實習課時,增加和競賽有關電路的制作內容。實踐教學內容要體現最新的科技成果,反映運用現代科學技術成果的新的實驗技術和新的實驗方法,實現實踐教學內容的與時俱進。
(2)增加能培養學生實際操作能力的工藝性操作實踐。注重電子元器件特別是新型元器件的使用[9]。元器件選擇方面,除個別驗證性實驗仍保留部分分立器件外,其余均采用集成化,數字化,模塊化的器件,如集成穩壓電源、集成運放、集成功放、集成A/D,D/A等器件,RAM、EPROM集成電路,以及ASIC可編程控制器。對于綜合型、設計型實驗,指導學生選擇最新器件來完成設計。
(3)對整個課程體系的實驗內容進行整體優化組合,將同類課程體系或同類學科的實驗項目合并,創建新的綜合實驗課程,實現學科之間實驗內容的互相交叉滲透。修改綜合設計內容,把本專業的理論知識同單片機技術和PLC技術更多地結合應用,并把電子設計競賽知識結合其中。
(4)設立學生科研基金,資助運用新技術、新器件、新思想的電子設計與制作的學生課題[10]。把科研引進教學過程,鼓勵學生參與教師的科研工作和生產中急需解決或探索的實際問題的研究,培養學生的方案論證、裝配、調整、檢測,數據處理、數據分析、總結歸納,撰寫科研論文等能力。
4.3改革實踐教學方法
(1)實施開放式實踐教學
在實踐內容、實踐時間、實踐方法、組織形式等方面實行開放式教學,打破時間、空間的限制,提供給學生進行創造的環境,讓學生真正成為學習的主體[11]。在實驗內容上,設定必做實驗、選做實驗和自主實驗的比例,前者保證教學基本要求和基本技能訓練,后者則由學生根據自身的條件與興趣,在眾多的實驗課題中選擇,以達到因材施教的目的。課程設計、綜合性、設計性實驗,教師只提出設計的總體要求和要達到的效果,不制定統一的參數指標,設計步驟,給學生一個較大的創造空間。提倡方案的多樣性,給學生充分的創新機會。由學生完成從方案制定、電路設計、元件篩選、焊接組裝、程序設計、系統調試到設計報告撰寫、答辯等全部過程,教師變指導為引導,充分發揮學生的主動性。
(2)增大實驗室開放的力度
在安排好課內實驗教學的基礎上,充分利用實驗室資源,制訂實驗室的開放項目、開放計劃。在實驗室開放時間里,為學生提供實驗場地的同時,還為學生提供萬用表、信號源、示波器、電類實驗箱、單片機實驗箱等設備,還安排教師進行現場指導。建立現代化的實驗中心網上實驗預約與管理系統,在開放的平臺上,選做實驗和自主實驗學生可以個人預約,預約的內容包括實驗時間、場地、內容、指導教師等,這種“集中”和“自由”相結合的開放管理方式,提高了實驗室和儀器設備的利用率。
(3)開設電子技術實踐選修課
根據現代電子技術的發展和全國大學生電子設計競賽的情況,我們為電類專業的學生開設了如“電子制作”、“電子創新設計”等選修實踐課,內容包括簡單電路、系統電路和有創新特色的電子電路等的設計與制作等,為愛好電子設計的學生提供更多的學習機會。
(4)舉辦校內電子設計競賽,激發學生學習興趣
我校每年舉行的全校大學生電子設計競賽,按照全國大學生電子設計競賽的方式進行,在為電子設計愛好者提供施展才能機會的同時,也為參加全國大學生電子設計競賽選拔了隊員。在校領導和有關部門的支持及全國大學生電子設計競賽的影響下,參賽人數逐年增多,大學生電子設計競賽已成為我校學生最喜愛的科技活動。
(5)認真組織學生參加全國大學生電子設計競賽
我校是專升本不久的本科院校,電子類專業的辦學時間不長,基礎薄弱,參加全國性的電子設計大賽的經驗更少,我們把參賽作為學習、實訓、取經、提高的過程,參賽成績逐年提高。
1引言
全國大學生電子設計競賽(趙妮娜,競賽式教學在電工電子技術課程設計中的應用[J].電子設計工程,2013(15):44-46)作為四大競賽之一,是教育部和工業和信息化部共同發起的大學生學科競賽之一,競賽的主要特點是與高等學校相關專業的課程體系和課程內容改革密切結合,從而推動課程教學、教學改革和實驗室建設等相關工作。蘇州大學建校歷史悠久,機電工程學院自2003年以來組隊參加了歷年的大學生電子設計競賽,經過長期的積累和沉淀,近年來取得了質的突破,取得了多個江蘇省一、二等獎的好成績,該比賽有助于電氣工程及其自動化學科教學內容的改革以及相關實驗室的建設,對專任教師提出了更高的要求,同時也提高了學生的創新能力和實踐能力。
2大學生電子設計大賽任務和要求
全國大學生電子設計大賽每年8月份舉辦,賽期四天三夜,早上8點在網站統一公布題目,主要分為7大類,涉及電源類、信號源類、高頻無線電類、放大器類、儀器儀表類、數據采集與處理類以及控制類。為了更好的說明電子競賽(陳東,謝發琴,電子設計競賽與深化實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2005:86-88)對電路理論教學的促進作用,我們經過仔細對比,選取了一道典型的無線電腦傳輸裝置題目。該題目的任務是設計并制作一個磁耦合諧振式無線電能傳輸裝置(趙爭鳴,張藝明,陳凱楠,磁耦合諧振無線電能傳輸技術新進展[J].中國電機工程學報,2013,33(3):1-13),具體要求分為四部分,一二部分為基本要求。第三部分為自主發揮,第四部分為最終的設計報告。該競賽題目和電路知識密切聯系,同時也是當下的一個熱點,無線電能傳輸將進一步得到普及。
3以競賽任務為驅動的課程設計教學的實施
3.1系統方案。根據所學電路理論知識,我們選擇了電磁感應方案,諧振式強磁耦合方案以及電磁波輻射方案。就題目來說,電磁感應方案最大的缺點是它的傳輸效率低,而電磁波輻射方案對設備的要求很高。因此綜合來說,諧振式強磁耦合方案(吳嘉迅,吳俊勇,張寧,等.基于磁耦合諧振的無線能量傳輸的實驗研究[J].現代電力,2012,29(1):24-28)最合理。在此方案中有三大難點需要解決:(1)傳輸效率很難提高。距離越大,傳輸功率越低。(2)系統諧振頻率難達到期望值。(3)諧振頻率和RC振蕩電路的固有頻率難匹配。3.2系統總體框圖。在對題目要求進行理論分析與計算后,我們將學生分成八個小組,提出各自的方案,其中具有代表性的系統總體框圖如圖1所示。為了充分體現學生的創新能力,我們采取了兩種方案去完成。一個典型方案是由MSP430F149單片機輸出3.3V高頻PWM方波信號,控制驅動電路,產生15V高頻方波信號。經LC振蕩電路,將電能傳輸出去。在諧振點,能量效率最高。經過橋式整流穩壓,得到8V穩定的直流電壓。另外一個方案由純電路來完成,主要分為發射端電路、接收端電路以及測試用的LED燈,由于我們的課程應用對象是電路原理,因此我們重點介紹這個方案。3.3發射端電路原理圖。發射端是Royer振蕩器回路,具有自啟動功能,取決于輸入的直流電壓,接通電源后,考慮到兩個晶體管的特性的差異性,我們做如下分析,如果Q1先導通,此時電感線圈產生感應電動勢,通過一組線圈產生反饋,從而Q1處于導通狀態,Q2處于截止狀態,當電感磁芯達到飽和時,電動勢為零,Q1變成截止狀態,于是電動勢反向,從而導致Q2導通。由于逆變震蕩器產生正弦信號,通過線圈將能量發送出去。高頻輸出級用大功率場效應管時需加上面積足夠大的散熱器。輸入端采用場效應管Rover高頻逆變元件,逆變震蕩器產生正弦信號,并用線圈將能量發送出去,雙管推挽電流饋電,當發射和接收線圈處于同一頻率時會產生共振現象,從而實現無線電能的傳輸。電容組成的并聯諧振回路輻射出去.發射機是一級振蕩一對推挽輸出的電磁波感應發射器,將直流電變成脈沖交流用電感線圈幅射出去,為接收部分提供能量。具體電路如圖2所示。3.4接收端電路原理圖。LA為發射線圈、LB為接收線圈、fr是電容調諧后達到一致的固有頻率,其中需要注意的問題是高頻傳輸(1~20M)。具體電路圖如圖3所示:圖3接收端電路原理圖其中的輸出整流濾波電路選用了全波整流電路,全波整流變壓器輸出功率的利用率為100%,輸出直流電壓中的紋波較低。具體選擇輸出整流二極管時和電容要充分考慮其特性值,其中重點需要留意的是耐壓值。3.5系統測試。利用可變電源作為輸入端的輸入電源,從9V電源開始增加一直到15V,在增加電壓的過程中首先保證兩個串聯的1W的LED燈能夠保持一定的亮度,然后在增加距離的時候找一個大概超過十厘米的位置進行測試,在輸入直流電壓為15V時,測量接收端的直流電流I的大小。再測量直流電壓。然后在輸入直流電壓15V的條件下,不斷加大LED燈與發射端的距離,然后測量燈直到不亮時的距離。測試結果,我們初步測得最大的距離為50厘米左右,此時燈都是亮的,輸出的電流可達到505毫安,電壓超過8V。
4結束語
一、參加電子競賽的歷程
1999年,我們首次組隊參加了全國大學生電子設計競賽。由于當時參賽組織工作較為匆忙,準備時間較短,也缺乏相關經驗。首次參賽的兩支隊伍均未能取得理想的成績,但參賽的學生和指導老師仍收獲頗豐。通過這次參賽,我們對取得的經驗和教訓進行了分析和總結,反思了從比賽的組織參賽,到日常教學安排等各個環節中存在的問題和不足。深刻意識到在學生培養過程中全方位拓展專業知識教育、加強實踐能力培養、注重創新意識培育,對提高學生專業綜合素養的重要性。針對存在的問題,我們有計劃、有目的地進行了教學內容、教學方法和教學手段的調整和改革,強調了技術應用型人才的培養目標。通過教學改革及創新教育平臺的建設,學生的參加電子競賽的能力和熱情日益高漲。自首次參賽以來,我們已連續組織參加了七屆比賽,參賽的學生人數也逐漸增多,從最初每屆僅兩支參賽隊,到現在有十幾支隊伍參加競賽。涉及專業也從原來的電子信息工程覆蓋到了電子、電氣、通信、機電等多個專業。通過逐年的積累、在競賽組織工作上的完善和相應的教學改革措施的落實,在競賽中獲獎的數量和等級也有所上升。到目前為止,參賽學生已兩次獲得全國二等獎,賽區一、二、三等獎數十項。通過參加競賽,使得經歷了這一過程的同學們獲益匪淺,有些學生,因此獲得了繼續深造的機會;有些同學,憑借自己扎實的專業技術和創新的意識,走上了技術創業的道路;更多的同學,在畢業后成長為企業可以信賴的技術能手。
二、電子競賽組織與培訓工作的得與失
由于競賽對參賽學生的綜合能力要求較高,不僅要有扎實的理論基礎,知識的綜合運用能力,具有創新意識,還要有硬件制作調試,熟練編寫程序的技能。從比賽的過程看,從資料檢索、方案論證、參數計算、器件選用、電路制作、程序編寫、聯合調試、指標測試到最后的論文撰寫,其中任一環節的差錯都可能導致無功而返。在參加競賽的最初時期,賽前集訓是提高參賽學生綜合能力的主要手段。集訓通常分兩個階段進行。第一階段,重點放在對理論知識的強化精練,對常用單元電路的綜合運用及設計作深入講解,進一步熟練掌握以單片機為核心的控制系統開發和應用技能,熟悉資料的檢索運用及器件的選擇方法。第二階段,重點放在綜合設計能力的提高上,在方案選擇,設計思路,調試方法,報告撰寫等方面加強訓練。在整個集訓和參賽過程中,我們也始終強調了團隊協作精神的重要性,既有明確的分工,又有整體的協調。通過這樣的集中訓練,確實可以有的放矢地對同學可能存在的薄弱環節進行強化,但其中也存在一些不盡合理之處。一、短期集訓,難免有拔苗助長之嫌,一些同學,尤其是低年級學生,基礎尚欠扎實,在短時間內難以很好地消化吸收輔導的知識內容,也難以迅速提高專業能力;二、短期集訓由于受到各方面的限制,其受益對象通常僅局限于參加比賽的學生,而對于更大的學生群體而言,則缺失了對這部分教育資源的享用。因此,要讓大學生電子設計競賽能如競賽組織者的初衷惠及更多的學生,必須改變以功利的思想、應試的方式去面對競賽的思路。通過對競賽組織培訓工作的總結,我們開始把著眼點放到更注重培養學生的平時積累上,只有厚積、才可薄發。短期的集訓,只有建立在長期積累的基礎上,才能取得更好的效果。要讓學生奠定堅實的專業知識和能力的基礎,惟有推動教學改革,提升教學效果。
三、以電子競賽為契機推進教學改革
如果說大學生電子設計競賽極大地推進了專業培養思想和教學的改革,應該并不為過。精英教育階段,大學教育重理論、輕實踐,培養的學生高分低能等為社會詬病的現象的確不再適合社會的發展需要。精英之外,社會更需要大批的應用型人才,大學培養的學生是否具備解決實際問題的能力、是否具有創新的意識,已成為影響社會經濟發展的重要因素。因此,借電子競賽的東風,推進教學改革,也為水到渠成之舉。在我們的教改實踐中,圍繞以技術應用型人才的培養目標,參考了美國工程與技術認證協會對工程教育的整體架構與內涵的評估準則(ABETEC2000)[1],重點在實踐教學和課程設置等方面進行了改革和探索。在課程設置改革中,我們主要根據技術發展的變化,市場對人才知識結構和能力的需求,在一些經典專業課程的基礎上,陸續開設了《可編程邏輯器件原理及應用》、《電子系統設計》、《嵌入式系統設計》、《虛擬儀器設計》等等課程,使學生能夠掌握新型器件的應用和開發技術,具有初步的綜合運用能力。在工科學生的培養中,實踐環節的教學對學生專業素養的提高是至關重要的。實驗教學體系改革的思路,按照從興趣感知學習探索研究開發,這樣一個循序漸進的過程,來培育學生對專業知識的學習興趣,改被動學習為主動學習。通過基本技能實訓、實驗、課程設計、單片機與可編程器件應用開發實訓以及畢業設計等不同層次的實驗實訓環節的教學,使學生在親手參與的過程中,逐漸提高和深化專業知識、專業技能和專業素養。通過一系列教學改革措施的落實,學生的專業學習興趣得到提高,具備了一定的專業知識和能力,在大賽來臨時,也有更多的學生躍躍欲試投身其中。
四、以電子競賽引領創新教育平臺的構建
創新能力培育已成為高校人才培養工作的一個重要目標,更是社會經濟建設謀求轉型的基礎。培育創新和創造能力的基礎是人的智能培養,智能的三個層次中,第一層次的知識與記憶和第二層次的技能可分別通過教師傳授和反復的訓練進行培養,而第三層次的能力尤其是創新和創造能力則無法通過傳授或重復訓練來培養[2]。在我們的理解中,這一方面能力的培養,應通過充分激發學生主觀能動性,使其在掌握一定知識和必要技能的基礎上,用正確、科學的思維方法,在不斷地發現問題、解決問題的過程中來培養和發展自己的創新與創造能力。正是在這樣的指導思想下,我們以參加電子競賽為引領,設計建設了創新教育平臺。
經過一段時間的努力,一個立體化的創新教育體系初步形成。這個體系的第一層面是以學生科技社團的形式存在,最典型的是電子愛好者協會等。每年新生入學后,科技社團的招新總能吸引為數眾多的學生加入。社團中有來自不同年級、不同專業的學生,因此,興趣培養、技藝交流、協同研究、團隊合作等許多方面的工作,在這個平臺上得以很好地開展。尤為可貴的是,社團中新老同學薪火相傳已成為傳統,一些在競賽中取得好成績的同學,都能自覺自愿地做好傳、幫、帶的工作,指導學弟學妹進入學習和研究的殿堂。這在某種程度上,效果甚至好于老師的指導。學院也對社團活動給予大力支持,安排指導教師,提供開放實驗室、專門的場地和設備、活動經費等活動條件。通過社團活動,一批學生從興趣感知開始,到初步具有一定的專業能力和水平,為參加學生科研奠定了必要的基礎,也為參加電子競賽儲備了一批人才。體系的第二層面,是各類學生科研活動。包括了學校教務處的學生創新科研項目、校團委的學生科研項目、教師科研項目中的子課題,甚至市級學生科研項目等等。通過參加各種科研項目,學生有了參與科學研究的機會和途徑,使學生的研究能力和創新意識得到有效地提高和激發。學生科研不僅獲得經費、場地、設備等方面的支持,學院也鼓勵教師指導學生開展科研工作,幫助同學們更快的成長。
針對電子、電氣類專業學生在創新性實踐項目實施過程中暴露的問題和新升本科院校在電子設計競賽中的困難進行研究,提出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進行探索,結合綏化學院的實踐經驗進行分析。實踐表明,該教學模式既能保證創新實踐項目的完成,又能促進電子設計競賽取得較好成績。
關鍵詞:
創新性實踐項目;電子設計競賽;教學模式
創新性實踐項目和電子設計競賽是構建一個理論和實際相結合的、展示學生創新能力的平臺。但是創新性實踐項目和電子設計競賽在實施過程由于受實驗儀器設備和場地等因素的限制,雙師型教師的缺乏和學生自主學習能力不強,導致學生創新實踐項目完成情況較差,電子設計競賽成績不理想。針對綏化學院電氣信息類專業的學生,結合這6年指導電子設計競賽和實踐教學的經歷和感悟,探索創新性實踐項目與電子設計競賽相結合的教學模式,將平時的教學實踐滲透到學生的創新培養中去。
一、創新性實踐項目與電子設計競賽相結合教學模式的教學現狀
(一)綏化學院創新性實踐項目和電子設計競賽教學現狀。電子設計競賽是我國大學生中最具影響力的賽事之一,從黑龍江省來看,新升本科院校參賽隊較少,獲獎的隊伍相對較少。新升本科院校在目前的電子設計競賽中處于較困難的時期。在參賽觀念、政策、指導教師、學生素質、實驗設備、實驗技術和經費相對薄弱。結合綏化學院的現狀和教學條件,要取得較好的競賽成績,提高教學質量是急需解決的問題。[1]創新性實踐項目充分調動了學生的主動性、積極性和創造性,使學生在大學階段獲得了創新性的科學研究鍛煉,促進學生自主創新能力和團隊協作能力的培養。同時,構建了以學生為主體的、更加適應學生個性化發展的學習方式和培養方式,有力地推進了實踐教學改革,促進了教育教學質量的提高。[2]
(二)學生在企業實習實踐中存在的弊端。由于目前國內的一些公司在生產過程中的自動化水平不高,有很多的環節還是需要人工進行操作,而一些有實力的公司,在電子生產的過程中基本實現了自動化,實現自動化的同時也就不需要低端的工人,而懂自動化又會操作、使用高端機器的人才則受到了青睞。到電子、電氣類公司實習所做的工作基本上就是生產線上的操作,這些工人每天的工作基本上是重復性工作,在工作過程中枯燥無味,很容易產生厭煩的心理,在這樣的公司實習,對于實習生來講,除了能夠鍛煉在工作單位踏實肯干的毅力和掌握該產品的生產流程外沒有任何幫助。據調查,大多數的實學生都淪為廉價勞動力,而且實習期間大學生的待遇的確有限,還有一些學生反映實習內容與專業根本不相關,甚至無事可做,顯然實習結束后肯定被企業所淘汰。這樣大學期間的校外基地實習、學生實踐訓練就成了擺設。實習非就業,在沒有相互利益的前提下,公司不會按照標準員工的培養方式來培養,經過簡單的培訓就能到生產線上去操作,這個是公司需要的。這樣我們培養的電子、電氣類專業的畢業生到工作單位的工作是設計研發新的產品,或是對目前所生產的產品的生產工藝進行改進,或是產品測試檢修人員,或是到生產線上去當工人。我們目前的畢業生正處于兩難的尷尬局面,只有一少部分人能搞設計、搞研發,而讓學生到生產線上去當工人,學生還不認可。
二、創新性實踐項目與電子設計競賽相結合教學模式的探索與實踐
(一)具體的組織與管理及實施過程。綏化學院組織電子、電氣類專業的學生從2010年參加全國大學生電子設計競賽、飛思卡爾杯智能汽車競賽、畢昇杯全國大學生電子創新設計競賽、博創杯全國大學生嵌入式物聯網設計競賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽等,取得一定成績并培養了多批優秀的實踐動手能力較強的畢業生。成立電子創新園區,為學生提供課外科技活動場所,配置電子儀器設備和電子元器件,電子創新園區全天開放,早上5點到晚上10點,有專人負責管理。每個實驗室配有指導教師。從經驗來看,開放實驗室有效利用和挖掘實驗室資源,促進了實踐教學改革,培養了學生的獨立自學能力和動手操作能力,提高了學生的專業素質和創新能力。以前教師和學生在制作電路時,常常碰到少元器件的情況,現在電子元器件有專人負責,統一購買庫存沒有的元器件,分類放好,領取使用統一填寫領用單。大學生電子設計競賽有嚴格時間要求,需要參賽學生在4天3晚完成作品,學生必須迅速選題,擬定設計方案,明確分工,在設計與調試中耐心細致。時間緊迫,題目難度大,指標要求高,許多參賽同學一直守在實驗室,每天只休息4、5個小時,有的甚至通宵苦戰。完成設計成品到撰寫技術報告的全過程,需要培養學生平時的動手能力和理論聯系實際的能力。學生從進入電子創新園區開始初級培訓選拔,并通過電子設計競賽進一步鍛煉隊伍,學生通過自由組合和安排分為3人一組,要求參加電子設計競賽學生申請創新性實踐項目,給學生們提供專用實驗室、配備實驗儀器并安排指導教師,使學生參與到競賽和創新性實踐項目中,解決了創新性實踐項目與電子競賽相脫離的狀態。指導學生電子技術基本理論知識、電子測量技術、單片機技術、仿真軟件和制作模塊電路、數字電路等。在2013年全國大學生電子設計競賽中獲得國家二等獎1項,黑龍江省一等獎1項、二等獎2項。
(二)建立一支高水平的“雙師型”教師隊伍。教師是培養學生動手能力的關鍵,加強“雙師型”教師隊伍建設,是綏化學院近2年的工作重點?!半p師型”教師的培養,關鍵在于拓寬教師隊伍多元化、多渠道的培養途徑。只有在一線生產中,與企業技術人員一起解決生產中的實際問題,才能切實提升自身教學水平和專業技能。學校采取派專業課教師到企業實踐,請具有豐富實踐經驗的技術人員來校傳授,專業理論課與技能訓練課雙肩挑,組織教師專業技能訓練等方法,提高雙師型教師動手實踐能力,使雙師型教師及時地將新技術、新工藝運用于教學之中。2012年綏化學院派出6名教師分別到浙江亞龍教育裝備股份有限公司、北京華清遠見教育集團學習嵌入式技術。這些教師既具有專業理論水平,還有豐富的工程實踐能力,講課時能適當引入工程實例,由他們指導電子設計大賽和創新性實驗項目,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的完成質量。[3]
(三)設置激勵機制。激勵機制體系,包括學生參賽激勵和教師指導激勵兩個方面。針對學生的激勵政策包括賽前訓練、參賽及獲獎的學分置換和獎勵政策;針對教師的激勵政策包括教師指導賽前訓練、參賽及參賽的工作量計算及獲得的獎勵,在年度評獎、教師晉升職稱、提職等給予優待政策。對積極參與大學生科技創新活動的獲獎學生,可申請專業課程實行加分獎勵。學生參加科技創新競賽獲得省級三等獎及以上獎勵,可以免修部分相關實踐環節的學分。通過了解目前已就業學生的基本情況,總結出“一專多長”這個名詞。一專多長是指:要求學生至少有一門專業課為優秀,即為“一專”。對大多數的專業課都有一個了解,即為“多長”。就電子、電氣類專業來講,學生在大學學習的過程中要學到很多門專業課,學生不可能把每一門的專業課全部學好。而到工作崗位,用到的往往就是一兩門專業課的知識,也就是說學好一門專業課就能找到一份不錯的工作,但前提是這門課程要優秀。同時,也要對本專業的其他專業課程進行了解,以便在涉及到學科交叉的時候能有個參考。對實踐教學體系進行改革,調整實驗實訓課程開設的科目和學時,減少實驗內容單一,實驗教學模式缺乏創造性的課程。增加綜合性、設計性的獨立設課的實訓課程,在低年級逐步引入創新設計實踐,培養學生動手實踐能力,培養學生的團隊精神,注重綜合能力和工程實踐能力的培養。[4]
(四)創新性實踐項目與電子設計競賽相結合教學模式總結階段。通過參加電子競賽活動,為在校學生開拓視野、促進理論和實踐的結合,學生通過這樣的比賽不僅得到了綜合訓練,同時在比賽中培養團隊合作意識。使他們在各方面更加成熟。這些學生的成才,也對低年級學生中產生了良好的輻射作用。電子設計大賽加強高校中青年教師隊伍建設,提升教師工程實踐能力和工程素養,培養電子設計競賽指導教師后備力量,推動了師資隊伍建設。電子設計大賽促進電氣信息類實踐教學體系的改革,推動了我校電子信息領域的教育教學改革及人才培養。針對大賽中發現的一些問題,對現有的電子類課程體系進行調整和改革。把創新性項目與電子設計大賽項目有效引入常規的課程教學,分層次,分模塊構建一系列實踐實訓課程,使實踐教學體系更加完善。
三、結束語
綏化學院的實踐證明,創新性實踐項目與電子設計競賽相結合教學模式是可行的。電子設計競賽使那些具有良好的理論基礎,實踐動手能力強,特別是具有創新意識和協作精神的學生有了施展自己才華的空間。通過大賽,學生在綜合素質上有所提高,在激烈的就業競爭中也得到了社會的認可。電子設計競賽有力的推動創新性實踐項目的課程體系改革和課程內容更新;有利于教學水平的提高。創新性實踐項目與電子設計競賽進一步強化實踐教學,完善和優化實踐教學體系,制訂和健全實踐教學的管理制度,以保證實踐教學質量的進一步提高。
參考文獻:
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關鍵詞:電子設計競賽;“大基礎、大工程”;實踐教學;創新能力
作者簡介:徐鵬(1978-),男,安徽宿松人,重慶理工大學電子信息與自動化學院,講師;楊奕(1970-),男,重慶人,重慶理工大學電子信息與自動化學院,副教授。(重慶 400054)
基金項目:本文系重慶市教委高等教育教學改革重點項目(項目編號:122003)、重慶理工大學高等教育教學改革項目(項目編號:2012020)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)07-0162-02
全國大學生電子設計競賽是由教育部、信產部組織面向高校大學生的創新類科技活動,其目的在于推動高等院校信息與電子類學科課程內容和課程體系的改革,推動高等院校實施的素質教育,培養學生工程應用能力、提高學生解決實際問題及電子設計制作的能力,培養學生團隊協作精神,積極鼓勵青年學生踴躍參加課外科技活動,尤其是在高校青年學生設計創新能力和團隊協作精神培養方面起到了積極的引導和推動作用。
一、全國大學生電子設計競賽的特點
全國大學生電子設計競賽起源于1994年,每2年舉辦1屆,競賽中由3人組隊,自行選題,并在規定的時間完成題目的相應要求。[1]大學生電子設計競賽的特點:一是競賽采用“政府主辦、專家主導、學生主體、社會參與”的組織運行模式;二是競賽規模大,參賽人數多,具有一定的權威性和影響力,受到各高校的高度重視;三是競賽題目涉及到的專業知識面廣,其中包括“模擬電路”、“數字電路”、“高頻電路”、“傳感器技術及應用”、“單片機接口技術”、“DSP技術”、“自動控制原理等多門課程。競賽題目涵蓋了工業、科研、實驗等方面經常涉及到的電子信息類知識,并依靠多門學科知識才能很好地完成題目要求。[2-5]這就要求選手們應具有很強的電路設計能力、電子制作能力、計算機應用能力,同時也要求組員之間具有很好的團隊協作能力。
二、“大基礎、大工程”人才培養模式
重慶理工大學電子信息與自動化學院(以下簡稱“我院”)早在1995年就組織學生參加電子設計大賽,通過近幾屆的賽前培訓和正式比賽發現學生普遍存在理論基礎不夠扎實、動手能力較弱、工程素養較差、設計方案生搬硬套、創新意識較弱等方面的問題,這也反映出電氣信息類專業教學(尤其是實踐教學環節)過程中存在的一系列問題,如理論和實踐教學的脫節、綜合能力培養不夠、團隊協作意識較弱等,說明現有人才培養模式(尤其是實踐教學部分)和課程體系有待改革。
我院在2005年對自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程等專業按電氣信息大類制定人才培養方案,將各專業的公共基礎、專業基礎模塊貫通,建立了統一的公共基礎平臺和電氣信息類學科基礎平臺。同時在“大基礎、大工程”教育思想的指導下,加入工程能力培養環節以加強實踐能力培養環節,進行了“2-1-1”人才培養模式的改革實踐?!?-1-1”模式即:入學前兩年面對電氣信息類所有專業按學科大類進行“大基礎”的基礎理論教學;第三年根據學生志愿按專業方向進行分流培養;第四年根據學生的就業情況并結合課程設計及畢業實習進行工程能力的培養。“2-1-1”分段培養模式充分貫徹了“大基礎、大工程”的教育思想理念,體現了“通才與專才相結合、共性和個性相結合、個人發展與行業需求相結合”的人才培養特色。參與電子設計大賽的學生主要是三年級的學生,由于對前兩年電類基礎課程的學習有了一定的理論基礎,在第三年的專業分流培養過程中,主要是開設專業基礎課程,并配以相應的實踐教學環節,但針對電子設計大賽的綜合性、個性化實踐教學環節較少,目前我院主要通過電子設計競賽教練組組織學生進行課外培訓來解決,但在整個培訓中對學生缺少有效監控,培訓也缺乏系統性。因此,對進入專業階段學習的基礎素質較好的學生有必要提前開設類似于專業綜合設計的創新性和個性化的實踐環節,為電子設計大賽鍛煉隊伍,提高學生的綜合設計能力。[6]
三、電子設計競賽與實踐教學改革
我院經過幾年的教學實踐,在“大基礎、大工程”教育理念背景下構建了由淺入深四個實踐教學層次(實踐技能層、學科基礎層、綜合應用層、創新實踐層)和十二小類(計算機基礎、物理實驗、專業試驗、生產實習、創業實踐等)實踐活動,并融合貫通為“4-12”實驗實踐教學體系(見圖1)。實踐教學按“分層培養,階梯遞進,逐步提高”的方式進行,[6]通過開設層次化的工程實訓系列課程,一個階段完成一種能力的訓練,循序漸進地提升學生認知、實驗、工程設計和實施等綜合能力。
由圖1可以看出,在“4-12”實踐教學方案中,專業綜合設計和創新性實驗主要集中在四年級開設,相對于電子設計競賽具有一定的滯后性,因此,可以考慮將四年級階段的一部分實踐環節提前到三年級下學期進行,但這樣的調整必然會影響到常規的教學計劃。下面就近幾年我院競賽培訓和實踐教學的情況提出相應的改革措施和解決辦法。
1.建設柔性綜合實踐教學體制
專業綜合實踐環節可以考慮在三年級下學期和四年級上學期分別開設,學生可以選擇在任意階段完成該環節,采用分散和集中相結合的管理方式。為了不過多影響原有的教學進程可采用分散方式進行綜合實踐,其主要針對參加電子設計大賽和一些學有余力的三年級學生,也可以吸收部分大二學生參與實踐過程,輔助三年級學生完成電路板的繪制以及元器件的焊接等工作。在學生選課前,每位電子設計大賽指導教師都需擬定1~2個綜合實踐題目,每個題目限定一組學生(3人)完成,指導教師要定期對課題進展情況進行監控。學期結束前,指導教師組以課題完成以及答辯情況進行綜合評價,考核通過的學生可提前獲得相應的專業綜合實踐環節學分。總之,建立柔性的綜合實踐教學體制,將電子設計培訓工作轉換為實踐教學環節,能有效地調動師生雙方的積極性,提前對參賽學生完成了綜合性設計能力方面的訓練,對后期的集中培訓工作有較好支持。
2.完善導師責任制
以往的綜合實踐教學環節,往往是一位教師面對多組學生,整個環節集中在2~3周的時間完成,同時很多教師在此階段還有其他的授課教學任務,指導效果都無法保證。通過柔性的實踐教學方式,將2~3周的集中實踐環節擴展到整個學期進行,教師可以在整個學期中彈性安排指導工作,并對實踐過程進行有效的監控,實踐過程的控制可以參照畢業設計的管理模式。指導教師主要是參與電子設計競賽指導的教練,同時其他教師有相關的科研工作需要學生參加的,也可以提出相應的題目供學生選擇。在導師組中,人員配備上采用“老帶新”方式,老教師在實踐教學過程中擔任組織和管理工作,青年教師主要承擔具體指導工作,每個青年教師都有相應的老教師作為直接責任人形成“指導梯隊”,既有利于發揮青年教師的能動性,也能有效地利用老教師的豐富的指導經驗。另外,我院在指導教師工作開展方面也提供了許多便利條件,如設立電子設計大賽專用實驗室,并提供相應的硬件設備和元器件支持,并在此同時面對全院教師開放專業實驗室,專任教師可以參與指導學生實驗工作并從事相應的科研工作。
3.建立開放性綜合實驗室
自我院學生參加電子設計大賽以來,其培訓和指導工作一直由我院相關教師負責組織,往往培訓基地只能依托于基礎實驗中心或專業實驗中心,主要的儀器設備也都借用實驗中心的,給實驗室的管理工作帶來了極大不便,尤其是近幾年學生參賽人數增多,各方面資源矛盾顯得尤為突出。建立開放性綜合實驗室能有效解決資源分配的矛盾,開放性的綜合實驗室作為專業實驗中心的一個下設實驗室,服從實驗中心的統一管理,其主要工作是承擔學生課外電子制作輔導和各類電子設計競賽的培訓任務,激發學生的學習興趣,提高學生的動手能力,為學生創新精神和實踐能力的培養提供寬廣的平臺,同時實驗室也針對大四學生開設專業綜合設計等實踐環節。開放性綜合實驗室的儀器設備實行“專用專管”制度,實驗室單獨配套各類專用儀器設備,不占用其他實驗室的儀器設備,實驗室可以安排電子設計大賽指導教師作為管理人員,各專用設備落實相應的責任人。開放性綜合實驗室針對全校有意愿參加電子設計大賽的學生和教師開放,學生須經過校級電子設計競賽的選拔測試,合格者方能進入實驗室參加各項培訓活動。
在“大基礎、大工程”原有的實踐教學模式下,通過設立柔性實踐環節、完善導師負責制以及建立開放性綜合實驗室等措施,使參賽學生在正式比賽之前得到了一定的綜合設計能力,為電子設計競賽提供了有力的支持和保障。
四、拓展學生科技活動,加強創新能力培養
要培養學生的創新能力和團隊協作能力,僅依靠常規實踐教學遠不能滿足要求,尤其是在“大基礎、大工程”人才培養模式下,更加重視學生創新能力的培養。為此,我院在每年的10月份都會舉行全校性的電子設計競賽,通過比賽選拔全國比賽隊員,而且在每屆市級別電子設計競賽時也會組織學生參賽,對各類比賽不僅提供設備儀器和元件費用支持,對獲獎團隊還有一定的獎勵政策,如獲得國家獎的隊員可以免修4個學分的專業選修課。除此之外,還借助學?!伴_拓杯”科技競賽活動以及“大學生創新實驗”積極開展豐富多彩的科技活動,為學生開展電子小發明等活動營造了良好的環境,并為電子設計競賽培訓工作奠定了基礎。同時針對各類的電子設計競賽及課外科技活動,加大創新實驗室開放,提供實訓場地,在開放時間內,還為學生提供相應設備,為學生的自主學習提供了良好的環境。
五、結束語
全國大學生電子設計競賽為青年學生施展才能提供了舞臺,同時也推動了“大基礎、大工程”人才培養模式下的實踐課程教學改革。通過近幾年對實踐環節的改革,教學效果有了一定的提高,競賽也獲得了較理想的成績,但改革創新是永無止境的,新技術、新知識的不斷涌現,如何將其融入到教學中,如何提高學生學習、創新、設計的能力,以及工程素養,一直是高校實踐教學改革的主線,總之,培養創新型人才是高等學校長期而艱巨的任務。為此,教育工作者應不斷地探索改革、努力提高教育教學水平。
參考文獻:
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關鍵詞 電子設計競賽 嵌入式系統 實踐教學改革
中圖分類號:H191 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2017.01.051
1電子設計競賽需求
全國大學生電子設計競賽是由教育部組織的、面向全國大學生的科技活動,主要目的是推動電子信息類學科發展,促進教學內容改革,同時培養大學生的團隊合作精神和創新意識。①促使學生理論聯系實際,加強學生工程實踐能力的訓練和培養,選拔優秀人才, 因此得到各個高等院校的高度重視,大學生參與的積極性也較高。全國大學生電子設競賽在奇數年的暑假舉行,比賽時間是四天三夜,每支隊伍由三名學生參賽。由于比賽時間短,要在四天內完成實物制作和設計報告,并達到較高的性能指標,必須在課程教學中深化知識內容,并加強模塊訓練,提高學生的實踐創新能力。
全國大學生電子設計大賽題目共分為7大類,每類題目都涉及軟硬件知識,偏硬件的題目以高頻無線電、放大器、電源、信號源為主,偏軟件的題目以儀器儀表、數據采集處理和控制為主。隨著信息技術的發展,全國大學生電子設計競賽中使用的微處理器性能要求逐漸提高,CPU也從16位單片機轉換到32位。近幾年競賽隊伍多采用低成本、低功耗的32位ARM單片機作為主控芯片,廣泛應用于各類題目中,例如信號源、高頻無線電、儀器儀表、數據采集與處理、控制等。
全國大學生電子設計大賽為了培養創新意識強的實踐型人才,既是對傳統教學方法的挑戰, 同時也能夠反應課程教學水平和教學改革的成敗。題目涉及眾多科目,要求學生具備綜合應用能力。以理論設計為基礎,更強調系統實現。近年來電子設計競賽題目趨于高頻化和智能化,以單片機為教學重點的嵌入式系統課程成為必須掌握的知識技能。
2嵌入式系統教學現狀
目前嵌入式系統專業課教學中,通常以32位單片機為例講授相關的知識和設計方法。②嵌入式系統作為一門綜合性專業課程,涉及的知識點較廣泛,但往往課堂時間有限,學生能夠投入動手實踐的機會較少。高校中嵌入式系統教學還有許多值得探討改進之處,例如實驗環節中學生創新性不足;學生在系統開發時不具備整體設計意識,底層硬件驅動軟件開發水平不足。③傳統嵌入式系統教學偏理論、輕實踐;重分析、輕綜合;重個體、輕協作。實驗課程內容陳舊、形式呆板、方法單一。④按照傳統方法培養的學生,在參賽時往往會出現很多問題。比如理論設計正確卻無法在工程上實現;單元電路仿真正確卻無法實現系統聯調;軟件編程邏輯正確,卻達不到所需的精度和性能指標。
由于電子設計競賽對硬件設計和軟件編程等實踐能力要求都高于常規教學,因此如何利用競賽推進嵌入式系統實踐教學改革,成為眾多高校關注的問題。⑤而嵌入式系統教學同時強調軟件開發和硬件設計相結合,使其設計的系統能滿足應用要求,從而制作出符合工程應用要求的作品。⑥
3嵌入式系統實踐教學改革
嵌入式系統實踐環節在教學中具有極其重要的作用,關鍵是要在有限的課堂中有效安排符合課程內容的實驗項目。⑦為此本文主要探討了競賽驅動的教學實驗模式,一方面是為了更好地幫助學生發揮能動性和創新性,同時也是為了促進教學內容跟上科技高速發展的步伐。
3.1 建立實踐教學平臺,培養學生創新思維
為適應嵌入式課程教學和電子設計競賽的需求,中南民族大學近十年來投入數百萬元建立電子類實驗室。例如,基礎實驗室包括數字電子和模擬電子實驗室、數字信號處理實驗室、單片機實驗室、電子設計自動化實驗;綜合實驗包括嵌入式系統仿真實驗室、SOC實驗室等。與此同時,電子與信息工程學院的學生還建立了電子設計協會,組織選拔有興趣的學生參與學習競賽小組,并進行電子(數字和模擬電子)、單片機和電源設計等課程的專門訓練。實行導師制,安排專業老師進行具體指導,并建立專門的電子設計競賽實驗室和創新項目實驗室。較有特色的智能車實驗室,通過教學實訓平臺開發機器人智能車,控制智能車在實際賽道上行駛,使學生熟悉智能車的各個模塊設計原理,激發了學生對ARM系統開發的濃厚興趣。
另外電子信息工程學院還組建了導師團隊,選拔優秀學生加入導師制,從大學二年級開始進行“一對一”的專業指導。每年學校都設立大學生創新創業訓練計劃項目,舉辦大學生電子競賽等科技實踐活動,鼓勵學生積極參與包括電子設計大賽與藍橋杯等計算機競賽活動。
3.2 實驗體系分層次,以競賽促進教學
根據學生基礎不同我校將實踐教學細分為三個體系層次,并在每個層次中都設計了必修實驗和選修實驗項目。從基本的電路設計調試開始培訓,分階段、按步驟增加實驗難度,逐步培養學生的動手實踐能力。最后在綜合應用設計實驗項目中融入競賽內容,提高學生的自學能力,挖掘學生的學習潛力。三個層次的詳細實驗項目介紹如下。
3.2.1基礎實驗
實驗目的:為驗證性實驗,目的是使學生熟悉基本開發工具和軟件編程環境,可讀懂程序并進行調試。
必修項目:C語言、匯編語言、ARM開發環境實驗;串口通訊實驗;中斷、定時器實驗;A/D、D/A轉換實驗等;鍵盤、LED、LCD 及觸摸屏實驗。
選修項目:DMA實驗;看門狗實驗;Boot Loader實驗等。
3.2.2進階實驗
實驗目的:主要安排操作系統移植、應用程序編程,并結合競賽中的知識點加強模塊訓練。
必修項目:Linux基本應用程序實驗;Linux文件系統實驗;Linux 內核移植實驗。
選修項目:Linux串口通信實驗;Linux中斷處理實驗;Linux下的 Socket通信實驗。
3.2.3綜合實驗
實驗目的:全部是選修項目,訓練自學能力強、基礎較好、預備參加競賽的學生。綜合課題涉及多門學科知識,增加了硬件設計內容,加強了學生對軟硬件聯合調試的能力,選拔競賽人選,分組進行競賽訓練。
必修項目:選取往年典型的電子設計競賽題目,限定時間內完成,根據性能指標進行評測。
3.3 政策扶持,積極推進教改
學校實驗管理中心、科研處以及創新創業中心每年都投入大量人力和經費組織競賽,以保證課程教學改革和競賽工作的順利進行。其中大學生電子競賽在奇數年和偶數年分別開展全國性競賽和省級競賽,同時學院也制定了相關的制度政策,給予強有力的技術支持和后勤保障。首先,為競賽提供專用的實驗場地、儀器設備、資金資助,并配備教師團隊進行專門的競賽指導,優先解決競賽的各種問題。其次,為激勵學生積極參與競賽,對參賽學生給予支持勵,安排競賽期間的食宿,提供良好的后勤保障。同時,學院會為綜合素質好、競賽中取得較好名次的學生,推薦免試研究生或者優先就業的機會。電子與信息工程學院給予優先政策支持,在電子設計競賽和智能車比賽中,每屆都有參賽隊伍獲得全國一等獎,從而極大地帶動了大學生學習和參賽的積極性。
4結語
以應用為目的、以競賽為動力、分層次有步驟地推進教學改革,在嵌入式系統教學實踐過程中取得了良好的效果。首先從嵌入式系統基礎的驗證性實驗入手,在此基礎上逐步增加操作系統實驗項目,并針對技術難點按模塊進行實驗,最后開展實際競賽項目的綜合訓練。嵌入式系統教學改革的宗旨是提升學生綜合應用實踐能力,訓練學生電子電路設計基本技能,提高學生軟件及算法的編程水平,以培養出“基礎扎實、動手能力強、有創新意識”的高素質電子信息技術人才。
注釋
① 姚有峰,趙江東,汪明珠.從電子設計競賽談電子類實踐教學改革.實驗技術與管理,2009.26(7):131-133.
② 樓旭陽.嵌入式系統原理及應用教學中學生實踐能力培養問題的探索與實踐.高教學刊,2015.5:73-74.
③ 冼進,賈德良,畢盛.嵌入式系統實驗課的教學改革初探.實驗室研究與探索,2011.30(8):282-285.
④ 王維博,王海濱,葉凱.電子信息工程專業嵌入式系統教學的改革探討.中國電力教育,2010.10:58-59.
⑤ 楊奕,徐鵬,彭小峰.電子設計競賽與實踐教學改革.2013.32(4):172-175.
1寬基礎、重實踐創新、精心輔導
“大學生電子設計競賽”是個綜合性的賽事,競賽題目內容豐富,涉及面廣,綜合性強,不僅涉及到電子技術知識,還涉及到自控原理、單片機應用、可編程器件設計、電機學、電力電子、測量測試技術、傳感器等相關知識。而且競賽題實用性很強、指標要求較嚴格。因此,賽前的準備工作一定要有針對性。要做好這項工作必須落實專項負責人;指定有豐富實踐經驗的指導教師;選拔一批綜合能力強的學生;撥出專項費用;提供專用場地和儀表設備等。
1.1認真解讀往屆賽題,領悟知識結構和要點
知識結構方面我們感到學生必須掌握好模電、數電和單片機知識、EDA技術,且能靈活地綜合應用。事實上,這些知識不僅是各專業后續課程必須的基礎,而且本身也是專業技術知識。知識要點方面仔細分析題中的知識點,并歸納出要點,我們歸納總結的知識要點主要有:振蕩器、PLL頻率合成、DDS頻率合成;放大器;運算放大器;調制與解調;數字電路方面;單片機小系統;EDA技術等。關于這些知識結構和知識要點的認識,對于我們開展教學、實驗和參賽備訓,提高學生的實踐能力,都起到了明確和有力的指導作用。
1.2電子競賽的前期培訓
在電子競賽開展前,采取賽前培訓是一個非常重要的步驟,它直接決定競賽結果的成敗。我們要在這一階段,有針對性地開展對相關知識理論的培訓,它能有效地幫助學生開展對自身知識梳理和整合,提高自身的文化水平。在這一過程中,我們將理論和實踐聯系在一起,所學得的理論知識更好地得到了實踐的應用。這樣做可以最大限度地實現人員的優勝劣汰和優化組合。
1.2.1注重實踐,提高動手能力
賽前培訓,最重要的是對學生的實踐能力的培養,我們可以適當減少理論學習,讓學生更多的融入實踐,在實踐中提高學生動手能力和工程實踐的訓練水平,以彌補理論上的不足。加強學生的創新能力的培養,讓學生勇于創新、獨立思考、積極動手,在指導模式上,可以采用分階段集中精練的方法提高培訓效率。在賽前只有做好扎實的基本功準備,才能保證賽事中水平的良好發揮,以確保比賽的最后勝利。培訓分為兩個層次,分別為電路焊接工藝訓練、完整的電路系統設計訓練。①電路焊接工藝訓練,主要提高學生的電路焊裝工藝水平,使其學會安全用電、元器件識別及性能測試,逐步掌握印制板設計,電子線路設計工具軟件,電子制作方法等。②完整的電路系統設計訓練,在基本電路設計調試工作的基礎上,實現一個能完成實用功能的小型綜合電路系統,如:直流穩壓電源,信號發生器,數字時鐘的設計與制作,使學生了解電路系統設計的基本過程,掌握電路系統設計的一般方法,掌握軟硬件混合環境下的電路、程序的聯合調試方法。不定期開展專題講座,如:①高性能運算放大器的選擇與應用;②單片機測控技術;③在系統可編程技術;④A/D與D/A技術;⑤閉環控制技術;⑥通信技術等,將電子應用技術、計算機控制技術、通信技術的發展動態及時傳遞給學生,讓他們能更快地掌握這些領域的新技術、新知識,并逐漸用于創新實踐活動中。總之,通過專項訓練,學生們應達到以下要求:①熟練編寫相關程序;②熟練制作單、雙面PCB版;③熟練使用常用儀器和EDA軟件;④快速查找芯片資料,選擇所需芯片;⑤正確書寫科技論文。
1.2.2培養團隊精神,建立分工合作的工作模式
電子競賽多以團隊合作為主,競賽題目要求幾人合作完成,大多是以三人為一參賽隊,制作并寫出設計報告來完成任務的。在競賽中,要充分發揮團隊合作的精神,鼓勵同學們自由結組,以老帶新,充分調動每位學生的積極性。組內應有明確的分工,一人負責單片機編程,一人負責模擬電子和數字電子的應用,而第三個人,負責將這些內容總結并記錄下來,最終撰寫設計報告論文。我們在輔導過程,既要向學生傳授知識,又要教會他們團結合作的精神,教師除了要牢固掌握自己本專業工作內容之外,還要積極擴充其他知識,寓教于學,與同學們共同學習,共同進步。
1.2.3選手心理素質的培養
在競賽過程中,重要的不僅僅是理論知識,心理素質同樣重要,可是,最常見的問題是,大家往往不注重后者,總是輕心理,重理論。其實心理素質的培養和知識的累積一樣,是要長期積累的,并非一朝一夕就能完成,而且,這種素質也并非只有競賽時才需要,在生活的其他方面它也都到處需要它,所以,我們要將心理素質的培養融入日常的學習當中,在平時就注重學生心理素質的培養,也就不必在“臨時抱佛腳”了。競賽前學生會出現緊張情緒,此時,教師首先要做到輕松自如,不給學生施加壓力??梢越榻B以往競賽取得好成績的同學克服心理緊張的技巧,如在比賽之前吃一塊口香糖,嚼掉壓力,告訴學生競賽的時候如果有些緊張是正常的,比方焊接時手會抖,過一會就好了。布置一些比較容易完成的短期任務,培養學生適度的成功心理,告訴學生“天下無難事,只怕有心人”。要求學生比賽時沉著應戰,克服緊張心理,操作時一定要按照圖紙焊接,遇到問題冷靜思考,強調在有選手提前完成時,千萬不要緊張,只要保證自己在規定的時間內完成即可。
1.2.4抗疲勞訓練
電子競賽的比賽雖說只有三天時間,但其真正的強度遠不止如此,很有可能夜以繼日、連續作戰。因此,要有必要的抗疲勞訓練。使學生們達到即便睡不好覺,也能照常工作。
1.3參賽隊員優化組合
按照要求,全國大學生電子設計競賽是以三人一組參加比賽。人員組合能否實現團結協作、優勢互補、形成合力是決定競賽成績的關鍵。我們對人員的安排一般按一下幾個原則。
1.3.1軟件、硬件搭配的原則
電子設計離不開硬件制作和軟件編程,二者要相輔相成、相得益彰,才能取得較為滿意的成績。因此,人員配置要做到一人擅長軟件,一人擅長硬件。
1.3.2自愿搭配的原則
由于培訓學生來自不同院系,不同專業,不同班級,每個學生的知識結構、學業特長、個性差異較大,不宜盲目地強行組合;而大學生往往具有獨立意識所以應讓他們自愿搭配,自由組合,并在培訓過程中,注意觀察、適時調整。
1.3.3分層次原則
自愿搭配的同時要貫徹分層次原則,各個分組切不可強調實力平均,應該使組與組之間實力形成梯隊。第一梯隊強強聯合,應預定取得較高的競賽成績;第二梯隊次之,以此類推。參加賽前培訓的學生往往較多,學生的個體情況差異較大,暑期高溫酷暑,同時暑假也是高年級學生考研、考公務員的準備期;所以應根據具體情況進行動態調整,經過多輪優勝劣汰優化組合,使小組成員和參賽隊伍相對固定。
2電子競賽的人力資源管理
2.1在組員能力不足的地方給予人力補充,適當調整人員配置,以彌補該方面的劣勢。
2.2組中學生合理分工,按訓練期間的協作分工習慣進行作息。
2.3后勤管理,由于參賽的學生假期放棄休息機會,要提前安排食宿,合理安排人力做好后勤保障,免除隊員的后顧之憂。
2.4對學生要求按照計劃進行科學的實踐訓練,學生要服從學校的安排。
2.5指導教師同時放棄休假,安排值班,及時解決學生的疑問。
3電子競賽的現場測試
全國大學生電子設計競賽的測試階段是關鍵的一步,后期工作中最重要的是現場測試,它是最終評獎的依據。主要包括兩方面的測試:①作品的各種技術參數的測試和記錄。②現場作品的答辯工作。測試老師會問隊員一些技術問題,以測試作品的真實性和學生的技術水平。
3.1現場測試的注意事項:
3.1.1當遇到測試結果和自己預想的結果不一致,或者認為測試老師評分不準時,不要和評審老師爭吵。
3.1.2原則上要求不能準備更換元器件。
3.1.3提前做好答辯工作的問題預案。提前準備可能的問題、怎么回答?誰來回答?還要注意不能爭著回答評審老師的問題。
3.2測試現場遇到問題后的處理辦法
3.2.1及時和老師溝通,向老師尋求解決辦法。
3.2.2不要慌張,要沉著冷靜。
3.2.3不要輕易拆卸電路板。
3.2.4利用現場的儀表進行故障的判斷。
常見故障:斷路,短路,線頭松動等,可以重新插拔線頭,重新焊接容易脫焊的焊點等。
4以競賽促建設、加強創新人才的培養
4.1建立更加完備的資源庫
包括典型的硬件模塊、軟件子程序和常備資料,以此形成資源庫,并不斷更新,以供參賽時各隊共享。
4.2課程建設與電子競賽相互促進
電子競賽題目內容豐富,涉及面廣泛,綜合性強,不僅涉及到電子技術的知識,還涉及到自控原理,單片機應用系統設計,電機學,電力電子技術,測量技術,誤差分析,傳感器等相關知識。為了使學生能在短短的四天里完成設計,對可能涉及到的知識,應編寫一本電子競賽綜合教程,把這些相關學科綜合成一門簡明教程,作為學生的培訓教材,簡單明了的介紹這些相關知識,其目的是給學生指一條學習更多知識,開拓知識面的路子。以便于學生學會查找資料,學會自學方法。
4.2.1教學內容的創新
教師在教學過程中,要將本課程的最新技術和發展動向引入實際授課過程,以確保知識的更新;還要引進其它學科的相關知識,作為本專業的有益補充。這樣才能拓寬學生知識面,更好的適應競賽的需要,游刃有余地應對競賽時出現的問題。
4.2.2教學方法的創新
在教學過程中,我們可以采用國家積極提倡的素質教育法,例如發現學習法和啟發教學法等,培養學生的自我學習能力。
4.3實驗課教學的深化
應該從驗證性實驗向創新性實驗轉變,讓學生真正地把理論知識吃透,教師再適時地給與指導,激發他們豐富的想象力,從而使理論與實際更好地結合起來,真正做到學以致用。
4.3.1減小基礎的驗證性實驗比例,提高相應實驗要求
我們著重要求學生學會示波器、信號發生器、萬用表等基本儀器儀表的使用,學會電路基本調試技能和基本測量方法,學會正確記錄、處理數據及分析實驗結果。
4.3.2注重設計性實驗
在學生掌握了基本實驗方法的基礎上,增設設計性實驗,通過簡單的設計使學生熟悉常用元器件,掌握快速查閱元器件手冊及通過網絡搜尋所需資料的方法,學會正確選擇所需器件,并能進行器件之間的參數匹配。
4.3.3增加綜合性實驗
該項實驗內容以培養學生的分析問題和解決問題的能力為目標。將專業基礎課和專業課中多門課程的內容綜合起來,使學生能了解原本相互獨立的課程之間的關系,并逐步將這些課程的內容有機的聯系起來,用于解決具體的問題。這是促使學生在較短時間內將所學課程融會貫通的最好途徑。只有改進實踐教學環節,才能夠培養學生的創新精神和實踐能力,發展學生獨立的思維。培養他們的個性;只有改進實踐教學環節,我們才能培養出一批“厚基礎、重動手、善創新”的高素質信息技術人才。
4.4建立開放型實驗室
除了正常的實驗外,另規定實驗室開放日,實驗有問題的學生以及有爭議的問題都可以到實驗室去驗證及探討。為了讓實驗室開放確實得到預先的效果,學生可以預約實驗時間和實驗內容,然后安排實驗老師進行針對性指導,從而達到預期的目的。也能激發學生奮發學習,努力提高自己實驗技能的熱情。
4.5成立第二課堂激發學生積極性與主動性
為了激發學生對實踐環節的興趣,可以成立了電子科技小組,模仿電子競賽的形式,出一些簡單的題目,讓同學們自愿參加,同時也是加電子競賽選拔的基礎。其目的是培學生積極思維,拓寬知識面,增強動手能力。同時能培養學生良好的心理素質和發掘學生潛力,激發學生積極性。