论 电 源 类 实 验 教 学 改 革

陈 怡， 陈国定， 南余荣， 周文委

(浙江工业大学 信息工程学院，浙江 杭州 310023)

0 引 言

我国由教育部倡导面向普通高校大学生的四大学科竞赛包括：电子设计竞赛、数学建模竞赛、机械设计竞赛和结构设计竞赛。其中，参加电子设计竞赛的大学生主体是全国范围内电类专业的本科生和高职、高专生。开展电子设计竞赛的目的在于推动高等院校电类专业的教学改革，培养大学生的实践创新意识、团队协作精神和理论联系实际的学风，为优秀创新人才能脱颖而出创造条件。全国性的大学生电子设计竞赛每逢单数年举办。在双数的非全国性竞赛年份里，各省赛区还会举办区域性的大学生电子设计竞赛。国内具有培养创新人才优良传统的高等院校，更是年年举办院级和校级的电子设计竞赛[1-3]。

大学生电子设计竞赛内容既有理论分析与设计，又有实际制作与调试，所涉及的知识点包括基础的模拟电路、数字电路和单片机应用以及专业的电力电子、传感、测量、控制、通信等技术[3]；试题更是具有强实用性、强综合性、强灵活性等特点，按功能划分主要包括以下7大类方向：电源类、信号源类、信号及功率放大类、无线电技术类、自动控制类、测量及仪器仪表类、数据采集处理类[4]。对现有大多数高等院校的大学生电子设计竞赛实验教学工作而言，要全面覆盖上述7大类方向，培养更多具有专业理论素养、实际工作能力和团队合作精神的创新人才，是一项巨大的挑战。但是，只要坚持改革就可以变挑战为机遇。

以浙江工业大学信息工程学院(浙工大信息学院)为例，分析我国高等院校在大学生电子设计竞赛实验教学中普遍存在的问题；然后，聚焦于电源类实验教学，提出打造多专业融合的指导教师团队、构建面向对象的启发创新式实验教学体系、引入“海量”培养加良性竞争的人才选拔机制等一系列改革举措；最后，介绍近年来电源类实验教学改革所取得的初步成绩。

1 普遍存在的问题

(1) 指导教师数量少而且专业背景单一。难以全面覆盖大学生电子设计竞赛的所有方向,指导教师在大学生电子设计竞赛实验教学过程中的作用至关重要。但长久以来，指导教师队伍一直得不到发展，不但数量少而且专业背景单一，难以全面而深入地就整个竞赛内容的所有方向开展实验教学。正因为指导教师专业背景的局限性，浙工大信息学院直到2010年才正式涉足电源类别的比赛，至此才完全覆盖大学生电子设计竞赛的所有类别。正所谓术业有专攻，发展和培养更多具有不同专业背景的青年指导教师十分必要，这将有助于大学生电子设计竞赛实验教学工作的全面展开。近年来，我国高等院校在师资队伍建设方面十分注重择优引进、不断充实各学科专任教师，大学生电子设计竞赛指导教师队伍也有望得到壮大。

(2) 传统的灌输式实验教学方式和方法。不足以适应创新人才培养的需求,大学生电子设计竞赛实验教学属于第二课堂范畴[5]，是第一课堂的有益补充。不同于第一课堂教学，大学生电子设计竞赛实验教学工作在时间和空间上需要讲究“化零为整”和“灵活机动”。若仍沿用传统、集中的灌输式实验教学方式和方法，将不能在有限的时间和空间内最大程度地激发学生的主观能动性和培养学生的创新意识。浙工大信息学院曾一度采用“手把手”灌输式的实验教学模式，尽管指导教师们付出了很多心血，但结果是学生依然缺乏独立自主的工作能力，令学生创新沦为空谈。为了能更充分地利用第二课堂的时间和空间，采用更为灵活、开放的实验教学方式和方法势在必行。

(3) 在学生中的普及力度有限。不利于更多优秀创新人才的涌现,普及大学生电子设计竞赛实验教学需要投入大量的人力和物力。前些年，因受到办学师资和经费的限制，大多数高等院校无奈之下在大学生电子设计竞赛实验教学工作中只能采取“精英”培养模式，即将极有限的资源集中投在少数优秀学生的身上，令其余广大的学生得不到惠顾。又因为缺乏必要的竞争选拔机制，受惠的少数优秀学生的潜能也得不到充分地激发。受到客观条件的约束，2010年浙工大信息学院直接挑选成绩优秀的学生，组成了5支队伍参加浙江省大学生电子设计竞赛电源类别的比赛。因缺乏竞争的氛围，这些成绩优秀的学生在备赛的电源类实验教学中表现得差强人意，最后在正式比赛中全部名落孙山，士气遭到严重打击。近年来，我国各高等院校的实力都获得了长足的发展，大学生电子设计竞赛实验教学工作在学生中推广并普及已成为可能，有望能培养出更多的优秀创新人才。

2 “有的放矢”的改革举措

2.1 打造多专业融合的指导教师团队

要解决指导教师数量少而且专业背景单一的问题，关键在于积极打造一支或一批多专业融合的指导教师团队。最简单可行的办法是，在原有指导教师的基础上不断补充具有不同专业背景的青年教师。集多专业融合的指导教师团队之合力[2]，全面开展覆盖整个电子设计竞赛内容所有方向的实验教学，将有助于最大范围地提升学生的创新实践能力。同时，通过参与大学生电子设计竞赛实验教学工作，青年教师在教学和科研业务上也可以获得更快更好的成长[6]。2011年初，浙工大信息学院成立了由自动化专业资深教授领衔担纲的大学生电子设计竞赛电源类指导教师团队，纳新了自动化、电气、电子等多个专业的具有博士学位的青年指导教师。此举措一改以往“单兵作战”的颓势局面，开辟了“协同作战”的崭新局面。在资深教授的带领和指导下，青年教师发挥各自的专业优势、通力合作、共同提升了实验教学品质。

2.2 构建面向对象的启发创新式实验教学体系

要适应大学生电子设计竞赛实验教学工作在时间和空间上“化零为整”和“灵活机动”的特点，关键在于构建一个面向对象的启发创新式实验教学体系，并采用灵活、开放的实验教学方式和方法以适应创新人才培养的需求。

(1) 规划实验教学内容总框架。整个框架需要具有开放的特点，可以根据相关技术的发展随时更新和扩充。根据难易程度，实验教学内容可以分为基础篇和进阶篇2大部分。基础篇应该囊括所有相关的基本技术知识点，主要目的是夯实学生的知识基础。在基础篇之上，再进一步设计进阶篇。进阶篇可以是基于基础篇的一系列综合性应用实例[7]，主要目的是培养学生活学活用、举一反三的创新基本能力。如果把基础篇形容成一系列的“点”，那么进阶篇就是以这些点为基础形成的一系列的“面”。图1所示是浙工大信息学院结合“电力电子技术”课程教学改革[8]，为电源类实验教学内容基础篇特地设计的一套具有多层树形结构的基本技术知识点体系。图2所示是浙工大信息学院为电源类实验教学内容进阶篇特地设计的一套综合性应用实例体系。

图1 电源类实验教学内容基础篇中的基本技术知识点体系

图2 电源类实验教学内容进阶篇中的综合性应用实例体系

(2) 面向对象量身定制实验教学计划[2]。指导教师团队需要根据具体的时间跨度、现场的软硬件条件、特定的学生及其所属队伍情况等，从所规划的实验教学内容总框架中选出适合的实验教学内容，并在此基础上为学生量身定制出一份“专享”的实验教学计划。表1所示的一份电源类“速成”实验教学计划就是浙工大信息学院基于图1和图2所示的电源类实验教学内容总框架专为大二学生3人组特制的。

(3) 有张有弛、注重传承的启发创新式实验教学互动。在整个大学生电子设计竞赛实验教学过程中，指导教师团队应严格按照为学生量身定制的实验教学计划与学生及其所属队伍展开一系列的教学互动。为克服传统、集中的灌输式实验教学方式和方法不够灵活的缺点[9]，可启动更为灵活、开放的启发创新式实验教学模式[10]，即由指导教师布置任务和把握进度，

表1 为期5周的电源类“速成”实验教学计划表

学生在指导教师的指导和帮助下主要通过自学来完成实验任务。在每个时间节点上，指导教师都会检查学生实验任务完成情况并给予中肯的评价，就学生自学过程中遇到的问题以启发引导的方式帮助和鼓励学生自己发现问题的根源所在并最终找出解决方案。除了注重指导教师与学生之间开放式的互动，还需要注重学生与学生之间、队伍与队伍之间畅通的技术交流和互助。浙工大信息学院在学生中倡导“老生领跑、新生紧随”的实验教学互助新模式，积极倡导技术及技能方面的积累和传承，确保了参加大学生电子设计竞赛电源类别比赛的学生队伍能长期地持续发展壮大。

2.3 引入“海量”培养加良性竞争的人才选拔机制

要培养更多的优秀创新人才，并且更大程度地激发学生潜能，关键还需要制度来“保驾护航”。制定计划逐年增加对大学生电子设计竞赛的投入力度、出台政策鼓励和支持更多具有不同专业背景的青年教师加入指导教师团队[1,5,11]、联合知名企业共同办学[5,12]、建设大学生创新基地[13-14]、创立大学生创新基金[14]，这些都是能实现“海量”培养学生、提高学生整体创新水平的制度保障。

在“海量”培养学生的基础上，还需要引入良性竞争的人才选拔机制[1-2]来促使优秀的创新人才更多更快地脱颖而出。浙工大信息学院的具体做法是：每年都承办院级和校级的大学生电子设计竞赛，为当年的国赛或省赛选拔优秀的参赛学生和队伍。在院赛筹备期间，鼓励所有感兴趣的学生踊跃报名参加。院赛前，所有报名的学生都将接受统一的与基本技能相关的实验教育。经院赛和校赛2轮选拔，脱颖而出的学生和队伍将直接进入到下一轮分方向(如电源类方向)的与专业技能相关的实验教学活动中。而那些在校赛中被淘汰但仍坚持不懈的学生和队伍也将间接获得进入下一轮接受与专业技能相关的实验教育的机会。为了尽可能多地挖掘和培养创新人才苗子，浙工大信息学院更注重学生在与专业技能相关的实验教学中的综合实力表现，而他们的院赛和校赛成绩仅供参考。以电源类实验教学为例，不论院赛和校赛的成绩如何，所有参加电源类实验教学活动的学生和队伍都有机会代表学校参加更高级别的电源类比赛。

3 电源类实验教学改革成果

浙工大信息学院以大学生电子设计竞赛电源类别比赛为试点，进行了一系列的实验教学改革，探索着创新人才培养的新模式。于2011年初成立了大学生电子设计竞赛电源类指导教师团队，结合“电力电子技术”课程教学改革构建了面向对象的启发创新式实验教学体系，引入了“海量”培养和良性竞争的人才选拔机制。经过学校、学院、教师及学生各个层面的努力，大学生电子设计竞赛电源类实验教学工作在拓展学生视野、调动学生主观能动性、挖掘学生创造潜力、激发学生克服困难的斗志、树立健康的竞争意识、增强团队合作精神、培养学生独立思考和解决问题的能力等方面已取得了一些阶段性的可喜成果。2011年浙工大信息学院有3支队伍参加了全国大学生电子设计竞赛电源类别比赛的角逐，获得国家二等奖、浙江省一等奖、浙江省三等奖各1项，实现了奖项的突破；2012年浙工大信息工程学院又有4支队伍参加了浙江省大学生电子设计竞赛电源类别比赛的角逐，获得浙江省二等奖1项和浙江省三等奖2项。最令人惊喜的是2012年获得浙江省大学生电子设计竞赛电源类别比赛二等奖的3名参赛学生全是仅为大二的学生，他们在通过校赛选拔后参加了仅为期1个多月的电源类实验教学活动，在竞赛中已能独立设计和制作完成具有一定创意的基于Cuk变换器[15-16]的数控电子负载，并将电子负载允许的输入电压范围从正电压扩展至负电压，他们的创意获得了在场专家评委们的肯定。

4 结 语

本文以浙工大信息学院为例，分析了我国高等院校在大学生电子设计竞赛实验教学工作中普遍存在的问题。聚焦于电源类实验教学工作，提出了打造多专业融合的指导教师团队、构建面向对象的启发创新式实验教学体系、引入“海量”培养加良性竞争的人才选拔机制等一系列解决办法。经过近几年的具体实施，浙工大信息学院的大学生电子设计竞赛电源类实验教学工作已取得了一些阶段性的可喜成果。今后，浙工大信息学院仍将更广泛地开展大学生电子设计竞赛电源类实验教学工作并予以推广，不但要争取更好的竞赛成绩，而且要更充分利用大学生电子设计竞赛这一平台培养出更多更优秀的创新人才。

[1] 高明煜, 刘国华. 电子设计竞赛与学生创新能力培养的探索[J]. 电气电子教学学报, 2011, 33(1): 70-71.

GAO Ming-yu, LIU Guo-hua. Exploration on electronic design contest and innovative ability training of undergraduate[J]. Journal of Electrical & Electronic Education, 2011, 33(1): 70-71.

[2] 边晓明, 吴岭清. 专业实验室为电子竞赛服务的实践[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(9): 269-271.

BIAN Xiao-ming, WU Ling-qing. Practice of specialized laboratories serving for electronic contest[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2011, 30(9): 269-271.

[3] 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, 26(7): 131-132，148.

Yao You-feng, Zhao Jiang-dong, Wang Ming-zhu. Discussion on the practice teaching reform of electronic courses from the electronic design competition[J]. Experimental Technology and Management, 2009, 26(7): 131-132，148.

[4] 杨兴明, 郭太峰, 鲁昌华, 等. 全国大学生电子设计竞赛赛题分析和启示[J]. 电气电子教学学报, 2007, 29(4): 54-56.

YANG Xing-ming, GUO Tai-feng, LU Chang-hua,etal. Analysis subjects of national undergraduate electronic design competition and enlightening of the teaching[J]. Journal of Electrical & Electronic Education, 2007, 29(4): 54-56.

[5] 刘长宏, 戚向阳, 薛 猛, 等. “四层次、三维度”学科竞赛体制的改革研究与实践[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(1): 109-111，128.

LIU Chang-hong, QI Xiang-yang, XUE Meng,etal. Research and practice of the reform of academic contest system of “Four Layers, Three Degrees”[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2011, 30(1): 109-111，128.

[6] 王 超, 迟耀丹, 王蓉晖, 等. 从大学生电子设计竞赛谈高校青年教师实践能力的培养[J]. 吉林师范大学学报(自然科学版), 2008(2): 117-119.

WANG Chao, CHI Yao-dan, WANG Rong-hui,etal. An analysis on the improvement of practical ability of young teachers in universities through national electronic devising competition[J]. Jilin Normal University Journal (Natural Science Edition), 2008(2): 117-119.

[7] 王安红, 吴伟雄. 基于综合项目开发的电子竞赛培训方法[J]. 嘉兴学院学报, 2009, 21(6): 64-66.

WANG An-hong, WU Wei-xiong. An E-contest training method based on the development of integrated project[J]. Journal of Jiaxing University, 2009, 21(6): 64-66.

[8] 陈 怡, 钟德刚. 关于电力电子技术本科生教学的实践与设想[J]. 中国电力教育, 2011(12): 161-162.

Chen Yi, Zhong De-gang. Practice and ideas about the power electronics undergraduate teaching[J]. China Electric Power Education, 2011(12): 161-162.

[9] 廖继红. 从电子设计竞赛谈实验教学改革与创新能力的培养[J]. 教育与职业, 2007(2): 132-133.

Liao Ji-hong. Discussion on experimental teaching reform and innovative ability cultivation from electronic design competition[J]. Education and Vocation, 2007(2): 132-133.

[10] 吴 蔚. 全国大学生电子设计竞赛对实验教学改革的启示[J]. 实验室研究与探索, 2007, 26(11): 160-163.

WU Wei. Enlightenment to the reform of laboratory teaching from the nation-wide undergraduate electronic design competition[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2007, 26(11): 160-163.

[11] 李金平, 常敏慧. 由全国大学生电子设计竞赛引发的人才培养思考[J]. 电气电子教学学报, 29(2): 74-75，78.

LI Jin-ping, CHANG Min-hui. Thinking of bringing up innovative person with ability by undergraduates electronic design competition[J]. Journal of Electrical & Electronic Education, 29(2): 74-75，78.

[12] 田 磊. 大学生电子竞赛对实践教学的促进和革新[J]. 西安邮电学院学报, 2011, 16(S1): 65-67.

TIAN Lei. Innovation and promotion of electronic competition to practical teaching[J]. Journal of Xi’an University of Posts and Telecommunications, 2011, 16(S1): 65-67.

[13] 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.

LIU Yun, YU Mei. Starting electronic design contest developing creativity and practice[J]. Experiment Science & Technology, 2007, 5(4): 121-122.

[14] 张治辉, 樊之青, 秦 苗, 等. 结合电子设计竞赛,建设电子系统创新基地[J]. 实验技术与管理, 2002, 19(3): 76-78.

Zhang Zhi-hui, Fan Zhi-qing, Qing Miao,etal. Combine the establishment of electronic system creativity base with the electronic design competition[J]. Experimental Technology and Management, 2002, 19(3): 76-78.

[15] 徐德鸿, 陈 敏, 陈 怡, 等. 开关功率变换器——开关电源的原理、仿真和计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011.

[16] 王兆安, 刘进军. 电力电子技术[M]. 5版.北京: 机械工业出版社, 2009.