以工程实践为导向的电科创新实验室建设

尹亮 邵晓红 郎海涛 祁欣 侯志灵

摘要：本文基于电子科学与技术专业“宽口径、厚基础、突出工程实践能力”的人才培养理念，以培养工程实践能力为导向的人才培养体系，将项目研究与专业人才培养结合起来。基于电子科学与技术同化学工程、化学和生物工程等强势学科交叉，开展一系列与社会需求相适应的各类实践项目，如具有专业特色的机器人、物联网、无人机、单片机、传感器等项目。该项目的实施将锻炼学生的知识应用能力及综合能力，拓宽本专业人才培养理念，赋予电科专业人才培养新的内涵。

关键词：电子科学与技术；学科交叉；无人机；机器人

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）33-0264-02

一、引言

《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》明确了强化工程实践是工科专业学生培养的重要内容，工科类本科专业需要培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。北京化工大学电子科学与技术专业以理论课程为依托，开展了一系列的与社会需求相适应的各类实践项目，如具有专业特色的机器人、物联网、无人机、单片机、传感器等项目。通过实践类课程的学习，以提高电科学生将课堂理论知识与动手实践相结合的能力和综合运用知识的能力，为学生毕业后更快适应在工厂和技术部门工作提供了必要的前期训练，同时培养了学生的认真学习的态度和务实的作风。

二、前期基础

1.理论基础：电子科学与技术专业课程有电路与电子技术理论与应用系列课程、计算机基础技术系列课程、半导体物理、半导体器件、集成电路版图设计等，这些都为电科学生实践类项目的完成打下良好的理论基础。

2.实践基础：经过系里多位老师的共同努力，目前我们已经形成了具有一定实践经验的教师队伍，如负责应用软件实践的战可涛、郎海涛、王本立，负责生产实习的侯志灵、冯志芳、尹亮，负责综合课程设计的侯志灵、伦秀君、尹亮等。

三、优势及特色

1.依托国家工科物理教学基地和北京市实验教学示范中心，发挥物理学和电子科学的优势，确定了具有宽厚物理基础的物理电子科学类创新性人才培养目标。

2.通过Project研究带动实践教学，有效提升了学生的动手能力和创造力，多项学生作品在全国竞赛中的成绩取得了历史性突破，极大地提高了学生的竞争力和社会认可度，为国家培养了大批具有创新能力的专业人才和创业人才。

四、目标及定位

1.通过不同层次实践类课程的学习，让学生了解目前电子产品的新动态，系统掌握电子产品完成所需的设计过程。

2.实践项目内容较广泛，涉及知识面较宽，培养学生综合运用知识的能力；实践项目理论联系实际，注重动手实践，锻炼学生自主探究的能力；实践项目紧密围绕科技发展前沿，拓展学生思路，开阔学生视野；项目完成需要小组成员共同完成，增强学生集体意识，锻炼学生团队协作的能力。

3.电子科学与技术专业学生通过科技实践项目的锻炼，促进对专业相关理论课程的学习。在工程实践中遇到实际问题，学生会自主在课堂上，在书本上或者其他渠道学习相关理论知识，变被动学习为主动学习。

五、建设规划

1.具体方案。以物理中力、热、声、光、电等物理原理为基础，以电子科学与技术为核心，涉及物理、电子、生物、化学等相关知识内容的交叉，开展与大化工背景密切相关且具有专业特色的多类题目。①物理原理应用项目。“测力机器人的设计与实现”，“基于半导体制冷原理的遥控空调的设计与实现”，“声音时域-频域转换分析视觉演示系统”，“基于光强传感器的校园自控窗帘的设计与实现”，“磁场中单电子洛伦兹力演示系统”。②電子技术应用项目。“图像识别、自避障、自寻迹四旋翼无人机的设计与实现”，“家庭医疗救助机器人”，“基于物联网、大数据的智能交通系统”，“基于安卓系统的‘低头族防撞系统”，“基于单片机，超声波，L298N的自平衡小车的设计”。③大化工背景应用项目。“化学危险品区域毒害物质监测陆地与空中机器人组”，“农情监测物联网机器人工作组”，“太阳能新能源汽车行进中动态充电系统”，“基于ZigBee物联网的智能烟雾传感、报警、排烟系统”，“仿生机器人的设计与实现”。

2.阶段性计划。第一阶段，大学二年级，组建3人为一组的兴趣小组，设置较为初级的实践类项目，如简单的单片机程序编程控制、硬件电路搭建、传感器应用等，使学生初步掌握电子设计的方法和流程。第二阶段，大学三年级，结合目前社会不同行业的需求，开展有一定广度和深度的实践类项目，使学生通过训练，能够综合运用所学知识，快速完成设计、组装、调试等过程，能制作具有一定功能的各类电子产品。第三阶段，大学四年级，结合社会热点行业需求，开设比较前沿、系统的实践类Project项目。

六、预期成果

1.机器人类题目。①基于物联网化学危险品区域毒害物质监测陆地与空中机器人组，针对化学危险品存储区域开发机器人与四旋翼飞机工作组，通过物联网、互联网将机器人与飞机自组网并协同工作，对化学危险品区域有毒有害物质进行监测、报警、处置。②农情监测物联网机器人工作组，实现对农业农情监测、农残检测、土壤化肥残留检测。③家庭安防、保姆机器人，实现对老人在居室内情况的远程监视，便于监护人时时掌握老人情况。

2.物联网类题目。①新能源汽车行进中动态充电，针对新能源汽车续航里程短，充电不便等问题，设计新能源汽车行进中动态充电系统。②基于物联网、大数据的智能交通系统、针对大城市交通路口“闯绿灯”造成拥堵现象，（“闯绿灯”《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第五十三条规定：‘机动车遇前方交叉路口交通阻塞时，应当依次停在路口以外等候，不得进入路口。如果出现类似情况将可能被处以罚款100元、记2分的处罚。“闯绿灯”又可以称为“冲绿灯”，所谓冲绿灯，指的是如果当信号灯变绿时，前方路口发生交通阻塞，应当在路口之外等候，否则被视为冲绿灯。）在监测到绿灯方向拥堵的信号后，通过物联网技术，发出绿灯不能通行的指令；通过车载物联网，控制在交通路口一定区域内汽车无法通行，从而避免闯绿灯造成拥堵。③基于ZigBee物联网的智能烟雾传感、报警、排烟系统，设计基于ZigBee物联网的智能烟雾传感、报警、排烟系统。

参考文献：

[1]Peter P.J.Hyperspectral Reflectance Anisotropy Measurements Using a Push broom Spectrometer on an Unmanned Aerial Vehicle-Results for Barley，Winter Wheat，and Potato [J].Remote Sens.2016，（8）：909.

[2]杨彦鑫，阮解琼，黄兆波，等.基于ZigBee 的智能农业灌溉系统研究[J].农业与技术，2017.