电子设计竞赛促实践教学改革的探讨

张新安 熊文元 包本刚

（湖南科技学院 电子工程系，湖南 永州 425100）

电子设计竞赛促实践教学改革的探讨

张新安 熊文元 包本刚

（湖南科技学院 电子工程系，湖南 永州 425100）

根据全国大学生电子设计竞赛的内容及要求，针对学生在参加竞赛过程中暴露的问题，对电子技术类课程的实践教学体系、教学内容和实践教学方法进行了改革。培养了学生的实践能力、创新能力和团队协作精神，提高了实践教学质量，取得了良好的效果。

电子设计竞赛；实践教学；实践能力；创新能力

0 引言

全国大学生电子设计竞赛是信息产业部人事司和教育部高等教育司主办的四大学科竞赛之一，是具有权威性和很大影响力的全国性电子类专业大学生课外科技竞赛活动。全国大学生电子设计竞赛的开展，不仅提高了大学生的电子设计制作能力、创新能力和协作精神，同时也促进了电子技术类课程的教学改革和教学质量的提高。我校自2005年开始已连续参加了三届，本文依据我校参赛和培训的情况，浅谈我校以全国大学生电子设计竞赛促进电子技术类课程实践教学改革，培养学生的实践能力和创新能力的体会。

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。

结 语

全国大学生电子设计竞赛，在全面提高大学生综合素质的同时，也推进了电子类实践课程的教学改革。总结几年来我校参加全国电子设计竞赛的得与失，使我们找到了教学中存在的不足与欠缺，进一步明确了教学改革的目标和方向。通过近几年对实践教学的改革，提高了教学质量，取得了较好的成绩。将新知识、新技术不断地融入教学之中，培养创新型人才是高校的长期任务。为此，我们将与时俱进，不断地改革，不断地探索，努力提高教学质量。

[1]付兴锋,张常年,肖秀玲,等.以大学生竞赛活动为契机推进实践教学改革[J].实验室研究与探索,2010, 29(1): 127-128.

[2]赵显利.2009年全国大学生电子设计竞赛工作总结报告[EB/OL].(2009-12-07). http://www. nuedc. com. cn/news.asp? bid=5& sid=20&id=602.

[3]张瑞东,赵学余.加强学科竞赛队伍建设 提高综合教学水平[J].实验室研究与探索,2010,29(10):169-172.

[4]刁鸣,王松武,李海波.大学生电子设计竞赛的实施与思考[J].实验技术与管理,2010,27(9):127-129.

[5]张瑞成,陈至坤,王福斌.学科竞赛内容向大学生实践教学转化的探讨[J].实验技术与管理,2010,27(7):130-132.

[6]姚有峰,赵江东,汪明珠.从电子设计竞赛谈实践教学改革与创新能力培养[J].实验室研究与探索, 2009(9): 140-142.

[7]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,2007,5(4):121-122．

[8]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.

[9]王晓红,吴德会.电子设计竞赛促进电子实验教学体系的改革与创新[J].九江学院学报,2007(6):107-110.

[10]宋智,车仁信.结合电子竞赛开展实践教学的研究与实践[J].实验室科学,2008,(6):174-175.

[11]严薇,杨天怡,袁云松.学科竞赛与创新人才培养[J].实验室研究与探索,2008,27(12):107-108.

G642.0

A

1673-2219（2011）12-0078-03

2011－4－16

湖南省教育厅教学改革资助项目“应用型本科电子技术专业实践教学体系改革的研究与实践”（项目编号：湘教通[2009] 321号）。

张新安（1957－），男，湖南永州人，本科，副教授，研究方向为数字信号处理及实践教学改革。

（责任编校：刘志壮）