基于学科竞赛的电子信息类创新人才培养研究

刘 恒刘建成孙冬娇刘洪清

1.南京信息工程大学电子与信息工程学院 江苏南京 210044 2.南京信息工程大学教务处 江苏南京 210044

学科竞赛作为培养大学生应用与创新能力的重要手段，是锻炼学生动手能力、培养创新能力等综合素质的重要平台[1]。学科竞赛的开展，在促进学科建设和课程改革的同时，必将引导高校在教学改革中注重学生创新意识、创新能力、实践能力、团队精神的培养，提高学生分析问题以及解决实际问题的能力，势必会吸引和鼓励越来越多的学生踊跃参加课外科技实践活动，从而为大批优秀人才脱颖而出创造条件[2,3]。

以培养学生实践创新能力为目标，提升教育教学质量为宗旨，我们积极构建了以学科竞赛与教育教学改革相结合的新型人才培养模式，以大学生电子设计竞赛为主要抓手，重点突出学生的主体地位，提倡专业教师指导和自主学习相结合，注重培养学生的实践能力和创新能力。让学生在竞赛过程中，开阔视野、取长补短、团结协作、互相学习，以学科竞赛促进教学质量提高，以教学质量提高提升学生创新能力。以竞赛指导促进青年教师的工程实践能力提升，提高教师承接横向课题能力，解决工程应用技术难题，促进社会经济发展。

学科竞赛是衡量高校办学水平的一项重要评价手段，实践证明其有力地促进了高等学校教学水平评估中有关教学指标的落实[4]。举办全国大学生电子设计竞赛是为了促进高等教育电子信息类教学改革，提高电子技术相关课程的教学质量，衡量和评价各高校电子信息类专业教学水平，落实高校教学水平评估中有关电子信息类课程教学的各项指标[5]。近些年，高等教育各类评估中，学科竞赛的结果被评估专家作为考查学生实践能力和创新能力培养的重要因素[6,7]。

南京信息工程大学自2001年参加大学生电子设计竞赛以来，截至2011年底，11年间获得大学生电子设计竞赛江苏省一等奖总计10项，最好的成绩是2007年的全国二等奖1项，每年的指导教师不固定，很多老师指导一年没有获得好成绩就不再参与指导，学生普遍反映指导教师对竞赛的指导有限。

图1　近六年大学生电子设计竞赛成绩

自2013年引入以学科竞赛促进创新人才培养的新模式以来，学校的大学生电子设计竞赛成绩也不断创造新高。2013年获得全国一等奖1项，全国二等奖1项，江苏省一等奖2项，江苏省二等奖11项，获奖率100%，实现了我校在大学生电子设计竞赛中全国一等奖“零”的突破；2014年17支参赛队伍获得江苏省一等奖6项，二等奖8项；2015年21支参赛队获得全国一等奖3项，全国二等奖4项，江苏省一等奖2项，二等奖11项；2016年23支参赛队获得江苏省一等奖9项，省二等奖12项；2017年23支参赛队获得全国一等奖2项，全国二等奖3项，江苏省一等奖4项，省二等奖10项，成绩见表1。近六年，平均获奖励率为92.0%，远高于平均48%的获奖率；近三年，电子设计竞赛的综合奖项数稳居江苏高校的前3名。

竞赛工作取得的出色成绩得到了大赛组委会和兄弟院校领导和教师的认可，2016年学校第一次承办了江苏省大学生电子设计竞赛的测试工作，越来越多的校外师生注意到南京信息工程大学在学科竞赛方面的综合能力，许多参赛高校，如南京大学、南京农业大学、金陵科技学院、淮安职业技术学院等领导、教师到学校就竞赛工作访问交流，一致推崇我们的培养模式。

在良性循环的教学模式支撑下，越来越多的电子与信息学院以外的学生参加比赛获奖，学生在课余时间也开始主动走出宿舍，积极走进实验室，经常出现开放实验室一机位难求，晚上开放结束，学生久久不离开的场景。大学四年，参加一期长望电子设计竞赛班培训和校内外电子设计竞赛成了很多学生大学规划的目标。在新的培养模式推动下，电信院50%的学生积极参加到省、校、院三级大学生创新创业计划训练项目中来，学生第一作者和教师合作完成的科研论文、专利授权、软件著作权登记每近成倍增长。在学生中形成了你追我赶的良好学习氛围，越来越多的学生培训后参加“飞思卡尔”智能车、全国大学生机器人、全国虚拟仪器、全国大学生物联网等比赛，屡获佳绩，作为基础性工程实践培训，创新模式教学让学生拥有了更多的专业自信，能快速融入各类学科竞赛。培训后读研的学生得到了“985”“211”高校和科研院所的高度评价，就业的学生也不断收到用人单位的好评反馈，许多国内外知名企业开始来学校预约招聘人才。

作为指导教师，特别是年轻的指导教师，在新的教学模式下，学生工程实践能力不断提高，无形中，再学习提高的压力增大。教师从被动学习转换为主动学习，不断走出去和企业交流工程需求，承担的横向课题越来越复杂，横向科研到账经费占比越来越大，为本科生和研究生的培养创造了良好的科研环境，促进了教师和学生的科研产出。同时，指导教师主动走出去，参加了各类实践教学技能大赛，获得了全国高等院校教师资格大赛电子技术应用与创新赛项全国一等奖、 全国二等奖，实践技能得到参赛老师的高度评价。

1 创新性人才模式的实施

1.1 依托学科竞赛需求　推进创新实验室建设

依托大学生电子设计竞赛培训和比赛需要，学院规划了6间实验室专门为学科竞赛和开放实验室用。其中培训授课实验室为2间，每间固定45个工位，其中电子系统设计实验室每个工位配置有数字存储示波器、信号发生器、直流稳压电源、数字万用表、恒温焊台、电工工具等。公共配有扫频仪、频谱分析仪、PCB热转印机、钻台、热风焊枪等，满足比赛硬件设计和焊接组装培训使用。EDA仿真实验室每个工位配有台式电脑，预装有PROTEUS，Protel，MATLAB，Office等软件，能满足原理图绘制、电路仿真、PCB设计、数据处理、设计报告写作和汇报PPT准备等需要。为了实现更科学化的管理和提高实验室利用效率，周一至周五，需要提前预约时段上工位，工位电源通过学生一卡通控制，学生刷卡才可以利用仪器设备和耗材资源。另外4个实验室专门为赛前分类集训和比赛使用，相同实验类型的学生方便知识技能交流和共享。

学校教务处和实验设备处为竞赛耗材提供经费支持，培训和开放期间，低值耗材如电阻、电容、电感、芯片等采用学生不登记自领自用，专门高值芯片和模块、设备采用登记借用方式使用。学生在培训和开放期间不用担心设计费用，只要老师认可设计方案，就可以利用实验室耗材开展学习，极大激发了学生的学习热情，学生没有经费担忧。

另外，学校会同教务处制定相关政策，提供指导教师竞赛培训和指导津贴、学科竞赛奖金、学院实验耗材经费配套。

1.2 完善奖惩制度　选拔固定指导教师队伍

针对教师投入程度不足的问题采取了4项措施：

(1)筛选固定指导教师，明确团队成员责任。指导教师从摊派式变为筛选固定指导教师组成指导团队，以实验中心专职教师为主，配有工程实践经历的专职教师。明确指导教师职责，解决了出工不出力的现象。

(2)明确指导方向。每名培训老师都有所特长和侧重，根据教师的经验积累和科研方向确定其指导方向，划分成仪器仪表、高频宽带放大器、控制类等类别，有针对性地准备器件、收集题目、分析方案、整理资料、推进过程，解决了指导能力不足的问题。

(3)建立值班制度。开放期间安排教师轮流值班，值班教师负责答疑和记录进展，实验员负责考勤，指导教师每周需提交总结，解决了训练过程松散的问题。

(4)补偿教师付出。通过发放指导津贴、值班津贴、学校学科竞赛奖、学院配套奖励、评优优先推荐等多种手段，解决指导教师待遇问题。通过4项措施的推行，指导教师的工作积极性明显提升，主动提高指导能力。

针对学生积极性不高，教务处制定了学分兑换、评优加分、推免保研等针对学生的鼓励参与制度。学生在政策的鼓励下，积极性明显提高，参赛队伍人数明显增多，计划每期培训150人，报名人数达到600～700多人，规划参赛队伍20支，结果总超出5～6支。

1.3 标准化学生选拔、培训、指导流程

学校自2013年5月开始选拔爱好电子设计方面并学有余力的学生组建长望电子设计竞赛班，培养大学生的创新能力、协作精神，加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际问题进行电子设计、制作的综合能力，为优秀人才的脱颖而出创造条件。培训时间为每年10月底至次年的5月。竞赛组织培训流程见表1。

表1　培训及竞赛组织流程

1.3.1 组班规模

每年选拔120名学生参加培训，其中面向对象主要为大二学生，约占70%，大三学生约占20%， 大一学生约占10%。

竞赛班学生实行动态淘汰增补机制，凡出现以下情况之一者，均退出实验班。(1)本学期有两门专业课程不及格；(2)实验班学期综合考评在良好以下者；(3)违纪受警告(包括警告)以上处分者；(4)由于其他原因不能在实验班学习的。

1.3.2 学生指导

实验指导是影响实践教学的重要因素，由于新模式所涉及竞赛实验项目类型不同，内容各异，实验指导形式也应相应地呈现多样性和层次性。我们采用集体讲解和技术专题讲座及个别讨论与指导相结合对学生进行实验指导。强化了学生学习的主动性和教师指导的实效性。与此同时，教师也能及时了解不同学生的学习状况和实践程度，为考核成绩评定提供准确的信息。

1.4 授课内容改革　自编教材和讲义　自制教学仪器

指导教师团队根据竞赛技能需要，确定授课内容改革，讲授内容基于专业基础课程又复杂于基础课程。授课内容主要围绕单片机和CPLD的原理及应用、电子线路设计及PCB实践、电子设计竞赛常用模块应用、文献查阅和报告写作等。授课内容及课时见表2。

表2　授课内容及学时

针对授课内容，指导教师完成了2部指导教材和课程讲义的编写工作，教材是多年指导培训的经验总结，让学生拥有好的知识基础和技能储备。

指导教师队伍有针对性地自制了大量的教学仪器，包括430单片机统+CPLD最小系统、DDS模块、多路输出直流稳压电源、宽带放大器模块等，针对竞赛常用模块，开发了数以万行的嵌入式代码。学生在比赛时，知识储备足够，只需要确定方案，将硬件模块像搭建积木一样连接好，确定主函数结构，调用已经写好的底层函数就可以。自制的教学仪器在高等学校自制仪器比赛中获得多项奖励。

1.5 教学与科研相互融合促进

随着社会和科技的发展，学生电子竞技水平越来越高，比赛的题目也越来越偏向科研应用[8,9]。宽带放大器设计要求从早期的带宽40 MHz发展到100 MHz，200 MHz，甚至更高频，实验室配置的数字存储示波器普遍为70 MHz，根本无法满足实验要求，而科研实验室，很多测量仪器为微波应用，频带达到1 GHz，满足测量要求。学生根本没有接触到高频示波器，虽然完成了题目设计，但难以测量。将综合性实验引入教学培训当中，倡导“探索性的学”和“研究性的教”的教学方法，一方面锻炼大学生的动手能力和科研能力，另一方面对于教师的研究工作是一种有力的促进，使教学和科研得到很好的融合，促进学生培养质量的提高，同时可以发挥学生的想象力，拓展、拓宽视野，让科研和教学工作相互促进，共同完成服务社会的职能。

1.6 开门交流　共享共赢

利用全国和江苏省大学生电子设计竞赛指导教师经验交流会和同行参观、调研、互访等多种途径，学习外校先进的竞赛组织和培训经验[10]。针对访问学校的优势项目，积极寻求技术分享，同时，积累的软硬件资源也分享给来访单位同行，让他们在使用中多提宝贵意见，改善我们的技术储备。近年来，我们在开门交流共享共赢中取得了不少成果，竞赛的选题由原来的2～3题扩展到现在的5～6题，教师指导的知识技能面更广，大大提高了竞赛获奖率。

2 尝试解决的教学问题

2.1 学生创新能力的不足　专业知识学习主动性不够

在新教学模式推出前，学生局限于公共基础实验室的工程实践训练。由于学校电子类专业学生人数多，实验室开设的实践课程量大，很少有时间开放给学生自主学习和竞赛培训，学生在课余时间大多选择待在宿舍，脱离了实践环境，专业知识学习主动性不够，学生在各方面表现的创新能力不足，很多学生连基本的单片机最小系统都不掌握，更谈不上利用高端处理器完成复杂工程任务，学生专业自信不够，学生缺乏有效的指导，学什么，怎么学，实践培训体系不健全。

2.2 教学内容与工程实践联系的不紧密

开设的很多专业必修课程，例如单片机原理及应用属于侧重实践的课程，课程内容更多的介绍MCS-51单片机使用手册，很多教学内容并不需要强制学生记忆，只需使用时查询就可以。很少有教师结合工程实践来讲授单片机原理及应用，仅按照教材将手册介绍完，学生听课枯燥乏味，教学效果不理想，学生实践基础差，难以完成各类综合型的学科竞赛。

2.3 科研和教学实践的发展不协调

在加大内涵建设和开门引智的双重措施下，学院的科研发展不断攀上新高度，科研平台逐渐完善，科研产出量不断增大。在学校政策的引导下，科研发展势头良好。在教学方面，很多教师不重视，特别是年轻的教师，科研考核压力大，不得不投入更多的时间在科研上，教学的投入不够，从而导致教学成果产出少。

3 结语

通过5年的努力，我校电子信息类专业学生的创新能力大大提升。学生参加电子类学科竞赛，共获得国家级一等奖7项、国家级二等奖13项、国家级三等奖14项、江苏省一等奖70项、江苏省二等奖95项；在论文发表方面，学生第一作者分别在《重庆邮电大学学报·自然科学版》"International Journal of Digital Content Technology and its Applications"《电子技术应用》和《传感器与微系统》等核心期刊发表论文40余篇；学生获得的专利及软件著作权近百件，其中发明专利15项，主持完成省部级以上大学生创新训练项目35项。