全国大学生电子设计竞赛培训改革与实践

荣海林，姚福安，徐向华

（山东大学 控制科学与工程学院，山东 济南250061）

0 引言

全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛，是面向大学生的群众性科技活动，是国内参与范围最广、受益学生最多的学科竞赛之一，旨在培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合，竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力［1～3］。

以山东大学为例，由校级电工电子创新教育平台负责，在创新创业学院领导下，每年负责来自控制学院、信息学院、微电子学院、电气学院、机械学院、机电与信息工程学院等近千名学生参加全国（或山东省）大学生电子设计竞赛。电工电子创新教育平台在促进学生知识能力提升，创新人才培养模式方面采取了一系列改革举措。

1 研究主要内容

为了培养学生综合创新素质，锻炼创新实践能力，从搭建创新平台、改革课程体系、完善培训资源等方面同时入手，建立全方位的全国大学生电子设计竞赛培训模式，形成了“理论培训→选拔→工程实训→选拔→强化培训→参赛”为结构的创新能力培养模式，实行导师负责制［4，5］。

1.1 内建外联，搭建创新平台

一方面，集中整合学校所有优势资源，包括空间资源、课程资源、师资资源等，建立面向全校开放的电工电子创新教育平台，负责所有电类学科竞赛的培训工作；另一方面，同知名企业如TI、NI、Xilinx、钢铁侠等建立校企联合实验室，让学生在学习相关基础课程的基础上同前沿科研技术接轨，了解最新产业成果，并将其转化到竞赛培训中，做到科研反哺教学、科研反哺竞赛。

1.2 多措并举，改革课程体系

在本科生院和创新创业学院统一协调下，在全校所有相关学院开设了以创新实践类暑期学校为主，同时包含嵌入式系统、电子电路基础、TI学习套件、电子设计培训等课程，包含理论学习和实践指导，涵盖全国大学生电子设计竞赛各个赛题方向，推动相关电类学科教学改革与课程体系重塑，赛教结合、以赛促教［6～8］。

1.3 线上线下，完善培训资源

通过建立线上MOOC教学和线下实参实训的方式，将一些通用的知识点通过线上部分录制MOOC，同学在掌握一定理论基础上，进入实验室分方向、分赛题进行实操实训，充分发挥老师和同学之间“传、帮、带”的作用，充分利用模块化全国大学生电子设计竞赛实训平台，真正做到坐得住、有得学、学有获，极大刺激同学学习积极性。图1为整年线上线下培训安排。

图1 培训时间轴

2 具体实施方案

2.1 建立校级创新平台

对电工电子创新教育平台的实验室基础环境进行改造，优化物理空间，改善配套设施，加强实验室创客文化建设，营造氛围浓厚的创新平台。

2.2 实行学生自主管理

充分发挥学生的主观能动性，简政放权，让电子设计竞赛社团进入实验室，毕竟单靠老师的精力来管理是远远不够的。放管结合，优化服务，提升实验室开放共享质量。试行开放式自主实验教学模式，为学生提供充分的自主学习和实践的软硬件条件，在建立适应开放教学模式的教学质量保障体系，确保开放式实验教学的成效的基础上，将开放的内涵从“实验时间”、“实验空间”拓展到“实验内容”、“实验指导”、等方面，实现了真正意义上的开放式教学，使学生逐渐摆脱对老师的依赖心理，养成自主发现、解决问题的习惯［9～12］。

2.3 丰富线上培训资源

充分发挥线上培训及MOOC课程的优势，使更多的学生从中受益，且可以实现可持续性，表1为2021年暑假期间线上培训安排。

表1 2021年寒假线上培训安排

建立MOOC课程《电子电路设计基础》，线上课程知识点：

◆全国大学生电子设计竞赛简介

◆电子设计的基本要求

◆常用电子器件-电阻器

◆常用电子器件-电容器

◆常用电子器件-电感线圈与变压器

◆半导体二极管及应用

◆半导体三极管及应用

◆放大器的基本概念

◆集成运算放大器的基本模型

◆集成运算放大器的主要参数

◆集成运算放大器的分类及选型

◆集成运算放大器应用

◆集成运算放大器单电源供电应用

◆集成电压比较器及其应用

◆集成差分放大器

◆集成仪表放大器

◆集成电流检测放大器

◆集成功率放大器及其应用

◆电流型集成运算放大器

◆滤波器的基本概念

◆一阶RC有源滤波器分析与设计

◆二阶RC有源低通滤波器分析与设计

◆高阶RC有源滤波器分析与设计

◆线性集成稳压器及其应用

◆开关式集成稳压器及其应用

2.4 完善线下培训资源

设计及制作针对全国大学电子设计竞赛各种题型的模块化训练单元，实现可移植，可复制。MSP430开发板配套实验板：液晶、ADS1115模块、DAC8552模块、LCD12864液晶模块、温度传感器模块、MC34063电源模块、TPS5430电源模块、可变占空比PWM输出、电机驱动模块；其他电赛模块：程控放大器模块、滤波器模块、有效值转换模块、DC/DC升压模块、DC/DC降压模块、桥式逆变模块、桥式整流模块、运算放大器模块、DDS信号发生器模块、智能小车模块、无人机模块［13］。

2.5 搭建竞赛管理系统

全校范围组织，建立山东大学-全国大学生电子设计竞赛管理系统，系统示于图2。校级竞赛组织功能包含：竞赛申报、审核竞赛方案、确认报名资格、录入竞赛成绩、提交竞赛结果、竞赛总结、竞赛结果查询、校级认定（打通学分互认通道）。学生竞赛参赛功能包含：竞赛报名、竞赛辅导、材料提交、结果查询。

图2 竞赛管理系统

2.6 搭建考试系统

围绕电工基础、模拟电子技术、数字电子技术、电子元器件、仪器仪表等多方面，分别建立试题库，试题库按简易、一般、挑战三级设立，对不同阶段的同学分配试题，通过考试方能进入竞赛参赛阶段。

2.7 肯定竞赛成绩

让学生从参赛过程中不仅有心理上的有“获得感”、“成就感”，更重要的是从学校教务角度出发，学生参赛取得的成绩学校要认可，打通学分互认通道，给学生看得见摸得着实实在在的实惠，这样才能最大限度刺激学生参赛积极性，在全校范围内形成“百花齐放”，“百舸争流”的氛围［14～15］。

3 实施成效

围绕全国大学生电子设计竞赛培训，电工电子创新教育平台经过近些年的改革与实践，形成了“理论培训→选拔→工程实训→选拔→强化培训→参赛”为结构的创新能力培养模式，调动了学生参赛热情和积极性，极大锻炼了学生创新实践能力，最大范围的发动更多的学生从中受益。越来越多的学生借助参赛成绩被保送到清华大学、中科院、浙江大学、北京交通大学、上海交通大学等名校。表2为山东大学近年来参加全国（或山东省）大学生电子设计竞赛取得的成绩，尤其是2018年在全国大学生电子设计竞赛模拟电子系统设计邀请赛中勇夺TI杯。

表2 山东大学近年全国大学生电子设计竞赛成绩

4 结语

以全国大学生电子设计竞赛为例，山东大学围绕电工电子创新教育平台搭建、课程体系改革以及培训资源完善等方面积极探索，建立了“理论培训→选拔→工程实训→选拔→强化培训→参赛”为结构的学科竞赛类创新能力培养模式，目前已经辐射到创新创业学院下设的九大创新平台，该培训模式易实现，可复制，可有效促进教学改革，助力完善创新型人才培养体系，具有较强的示范作用。