前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇全國電子設計競賽范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
社會上的其他組織也都舉辦了各種形式的競賽活動,但在專業領域的認可度不高,而且這種競賽的題目一般提前幾個月公開,準備起來不是很難,所以一般實力較強的學校很少參加,競爭不是很激烈,獲獎的幾率會大一點,從培養學生的角度來看也可以考慮參加。我院從2009年開始連續3年均報名參加了全國大學生電子設計競賽和5大賽區組織的聯合電子競賽。以下針對參加這些賽事的認識談幾點體會。
1電子設計競賽與教學改革的關系
(1)競賽引導課程體系改革、強化工程概念。全國大學生電子競賽是教育部倡導的四大學科競賽之一,是面向大學生的群眾性科技活動,目的在于促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革,促進高等學校實施素質教育以及培養大學生的創新能力,協作精神和理論聯系實際的學風,促進大學生工程實踐素質的培養,提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力[1],這些目標直接體現了培養應用型人才的重要性,而且也直接引導了對培養應用型人才所進行的一系列課程改革,即加強實踐能力的培養,強化工程概念。這與學院突出實踐教學體系,制訂教學內容、教學方法、過程管理與考核辦法是不謀而和的。
(2)競賽引導了課程內容和教學方法的改革。電子競賽的題目重點突出了應用設計。最初的競賽題目可以用分立元件完成,基本上是單純硬件設計與調試,而從本世紀開始明顯的提倡使用集成度高的芯片,加大了軟件在系統中的作用。今年的題目甚至把單片機最小系統當成是一個器件直接使用,這體現和強調了在現代工程應用系統設計中,重點要求學生掌握使用集成化的各種功能模塊通過接口組成系統的設計能力,也引導著教師必須對相關課程的教學內容和方法進行改革。比如在內容選取上,重點應對功能模塊的原理采用簡單的電路予以介紹,并由此引出外特性[2]。再如引導學生利用功能模塊的功能表,通過接口組成應用系統的設計方法[3]。為此,可以針對現實需要重新編寫適當的數字電路、模擬電路和單片機等教材。
2電子設計競賽與人才培養的關系
(1)競賽使優秀學生脫穎而出。從這幾次參加競賽的學生來看,凡是參加電子競賽訓練的同學,無論獲不獲獎,都具備了基本電子電路實際制作與調試的能力,尤其對學生的學習興趣、學習新知識的能力和積極思考、發現問題并解決問題的能力有了很大的鍛煉和提高[4],對今后走上工作崗位充滿信心;尤其獲獎的同學更是得到了能力和素質的全面提升;同時,這些學生的進步也對周圍沒參加競賽的學生起到了潛移默化的影響,給低年級的學生做了很好的榜樣和示范,提高了他們學習和參加競賽的積極性。最重要的一點是,參加完競賽的學生在就業方面體現了較強的競爭力,縮短了和一本學生的差距甚至有的超過了他們。
(2)競賽鍛煉了教師,有利于雙師型教師培養。在競賽培訓的實際過程,可以發現城市學院的學生和交通大學的學生之間存在著顯著區別(當然本身層次上就有差異)。交大的學生只需給定題目和參考資料,他們自己通過動手制作、調試,教師有80%的時間是管理和后勤服務,而城市學院的學生,至少在基礎培訓中,必須先講基本原理、調試方法、隨時跟蹤指導,到后期學生才能達到主動設計,因此指導教師也相當于是參加競賽者,尤其對于年輕教師而言,這無疑是對他們專業能力的一個很大考驗和提高。而事實證明也確實如此,近年參加指導的教師在業務方面進步明顯,不僅拓寬了知識面,而且也積累了豐富的工程實踐經驗和指導經驗,同時對教學改革也有了新的認識,進一步縮短了和雙師型教師的距離。
3參加電子競賽的總結與分析
2009年是我院第一次參加該競賽,獲得了一個省級一等獎。本次基本上屬于押題性質,題目理解正確、而且前期訓練充分,電源組幾乎是2隊都是一等獎;而測控組卻是一敗涂地。2010年獲得一、二、三等獎各一項,本次沒有電源的題目,但由于有一組學生能力較強且配合的很默契,獲得一等獎是必然的;而獲得二、三等獎的組,由于只有一、兩個同學能力很強,在競賽過程中,時間不夠。可見要獲得好成績,不僅團隊各個成員的能力要強,而且還要分工明確,各有所長,真正體現團隊協調作戰能力。2011年僅獲得一個三等獎,主要原因是因為競賽時間準備不足和指導失誤造成的。其中,電源題目由于認為過于簡單而掉以輕心,中途發現為時已晚,造成時間不夠;小車存在兩個問題,一是準備階段組委會的講話表示小車不會再出,所以在訓練中相關器件未準備,在競賽開始后才從網上訂購;二是沒能自制一個木制軌道,為了節約成本,想當然的認為小車在地板上走和在木制軌道走是一樣,結果花了很多時間在調試上,直到測試時才發現不做軌道是一個失誤,否則獲得一等獎的機會很大。可見競賽中的不確定度因素很多,稍微想的不周全就會造成很大遺憾,盡管如此,能力較強的那一組還是獲得了三等獎。從以上分析可以看出,對學生的培養應以能力和素質培養為重點,確實讓他們在培訓過程、事務管理、競賽題的分析和競賽中的決策等各個環節發揮主導作用,回歸競賽的本質。
4今后競賽培訓思路
基本訓練旨在提高學生的動手能力,主要包括印制版的設計(原理圖和PCB板圖)、焊接及測試方法(學會基本儀器的使用)等練習。從訓練內容上主要分為以下幾大類。
(1)電力電子類:降壓型、升壓型和逆變型開關電源;恒壓、恒流、直流并聯運行和交流并網運行模式;輸入/輸出電流、電壓以及效率顯示;紋波分析與失真度等。
(2)檢測與運動控制類:智能小車、機器人倒擺平衡控制、調速控制中的轉速、位移、避障、角度檢測、無線發射與接收等。
(3)基于FPGA/DSP系統的分析儀器:頻譜分析儀、傳輸波形特性分析儀(該項在“EDA”實驗室中由指導教師完成樣機)。
(4)放大器設計與制作:音頻放大器,頻帶為10兆赫茲、增益60dB的寬帶放大器設計(該項由指導教師完成樣機)。鑒于今后的電子競賽題目趨于綜合設計,所以在暑期集中訓練前,上述4項基本內容應該培訓完成并通過各組交流使參加競賽的學生全面了解相關內容;這樣在暑期集中訓練時,學生便可集中精力利用電子競賽等相關網站,通過學習、分析、交流提升自己的綜合能力和素質。
5組織管理與相關政策
為了更好的培養和選拔人才,同時讓參加競賽培訓的學生無后顧之憂,需要制定一系列的政策和措施,具體如下。
(1)成立學生課外科技創新小組,從二年級開始自愿報名,條件是在一年級的課程(數學、物理和電子認識實習)學習中,成績較好的且有強烈欲望的同學中選拔;個別有特珠能力的同學另議;對于這些同學在二年級學習中,如果努力參加培訓者可以頂替實驗和課程設計的學分。
(2)完成二年級課程的同學,要求電路、電子技術、C語言實訓能力強同學自愿報名并經審查批準參加,在三年級學習期間,如果努力參加培訓者可以頂替電子綜合設計的學分。
(3)參加暑期培訓的同學可以頂替生產實習的學分,實際上經培訓后的學生已經使得他們的畢業論文變得容易;如果選拔去參加競賽且獲得獎勵的還可以頂替部分選修課的學分。
(4)建立綜合電子設計培訓基地即專門的訓練場地,實現由學生參與的全天候開放管理。(5)參加人數50名左右,實行淘汰制度,使得每組人員結構合理、互補。
關鍵詞 大學生電子設計大賽;實踐教學改革;創新人才培養
中圖分類號:G640 文獻標識碼:A 文章編號:1671-489X(2013)12-0018-03
教育部有關“辦出特色、爭創一流”的指示中提到:“各高校要以需求為導向,推動新一輪高等教育改革。各類院校都要合理定位,努力形成自己的辦學理念和風格,在不同層次、不同領域辦出特色、爭創一流。各地教育部門要大力開展就業實習實訓,建立穩定的、能滿足教學和就業需要的實習實訓基地。”
為了貫徹落實教育部指示精神和具體實施華中科技大學文華學院“2012版本科專業人才培養方案”,以培養學生實踐能力、創新能力和提高教學質量為宗旨,以實踐教學改革為核心,以實驗資源開放共享為基礎,以高素質實驗教學隊伍和完備的實驗條件為保障,創新管理機制,全面提高實驗教學水平和實驗室使用效益,改革人才培養模式,成立“電工電子創新人才培訓中心”。
“電工電子創新人才培訓中心”的培養模式是:實施“2012版本科專業人才培養方案”,在學生自愿的基礎上利用課余時間(安排在相應學期第3~16周的周六和周日,以及部分暑假時間)補充實施“創新人才培養方案”,實施個性化特色教育。“創新人才培養方案”是以提高學生的綜合素質和社會實踐能力、以提高學生就業技能和就業競爭力為目的,采用先進的教育理念、實踐教學觀念和管理體制;構建先進的實踐教學體系、內容和方法、先進的創新型實踐教學團隊,配置先進的儀器設備;以參加全國性和省級“電子設計大賽”和“IT創新設計大賽”等各類學科競賽的成果作為對實踐教學效果的檢驗,以“電工電子創新人才培訓中心”畢業學生的創新能力和就業能力的提高作為實踐教學的特色。
1 “中心”設立的目的、意義及指導思想原則
“電工電子創新人才培訓中心”培養學生在機電一體化、電氣自動化、自動控制、電子科學、電子信息、光電信息、通信、儀器儀表與數字控制等1~2個領域內具備硬件、軟件的理論基礎及專業知識和技能。“中心”著重實踐能力、學習能力和綜合素質的培養,以適應21世紀信息科學與技術的發展需要,能在相應領域內從事各種元器件、部件的制造和應用,能從事系統設計和系統集成等工作,以及對新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理的工作。培養“合格+特色”的一線工程技術專業人才,提高學生的工程系統創新能力,拓展學生就業領域,同時提升學院在同類院校中的競爭力,打響學院品牌。
“中心”設立的指導思想原則是以全國大學生電子設計大賽為主線,以常態化運行為管理方式;以提高學生的實踐技能為目標,以“理論、設計、實驗、技能”四位一體的教學方法為手段,旨在提升學院在各級電子設計大賽中的競爭力和影響力。
2 “中心”的運作模式
2.1 穩定隊伍,固定場地,規范管理
變突擊集訓為常態培養,改變原帶隊教師臨時召集,場地臨時借用的松散型管理方式,建立有著穩定的師資隊伍、固定的培養場所、明確的培養目標、系統的培養計劃、優質的參賽梯隊的規范化運作機構。
從目前已有的師資力量來看,總體滿足“中心”的運作要求,但在師資隊伍的穩定性、年齡結構的合理性、專業的匹配性等問題上難以滿足“中心”中長期發展目標;從場所來看,開出理論課程的場所已解決,而系統培訓,開出設計、實驗、技能等課程的場所不足;從管理來看,規范師資、安排教學計劃、配備場地、調用實驗器材、控制參賽隊的數量和質量等,已有相應的管理辦法和考核標準。
目前采取的實施方法為:1)對師資的培養建立“傳幫帶”的機制,通過搭班子,以老帶新、中帶青、強幫弱,提高師資的水平;做好“中心”教師資源規劃,以年齡、職稱、專業方向、協作能力作為依據,解決師資長遠發展問題;2)“中心”理論培訓納入日常教學安排,教務統籌排課,解決理論課教室的問題;落實學部實驗中心統籌管理職能,協調實驗室安排,提高實驗室利用效率,解決實驗、專題訓練、強化訓練場地不足的問題;3)以2013年湖北省電子設計競賽為切入點,在實踐中摸索,逐步完善各項管理制度,最終達到創建“電工電子創新人才培訓中心”管理體系的目標。
2.2 建立階梯式淘汰機制,不斷優化參賽隊伍
改變以前精英強化訓練方式,建立大一、大二、大三階梯式的逐級淘汰機制,不斷優化參賽隊伍,保證參賽隊伍的相對穩定性。總結3年以來的電子設計大賽培訓經驗,多方聽取學院領導的意見,根據學生自身的興趣和條件,結合學院實行“潛能導師”個性化教育理念,初步計劃只在信息學部和機電學部各專業招收電子設計競賽培訓生源,大一招收120人,大二招收80人,大三招收45人。而實際報名人數達到702人之多,其中大一(2012級)384人、大二(2011級)203人、大三(2010級)115人。考慮到學部的師資、場地、經費等諸多因素,學院做出決定:對大一(2012級)的384人進行選拔賽,最終錄取138人,編成4個班,保證兩學部各專業都有人參加。
綜合計劃招生和實際招生情況,按3:2:1的比例控制,以創新學分、潛能興趣方向及晉級考試等方式,建立大一、大二、大三階梯式的逐級淘汰機制,保證穩定培訓生源,優化參賽隊伍。
2.3 以常規學科教育為主,在優中選優,鍛造實踐人才
常規的學科教育是正常按專業教學計劃進行的培養,而“人才創新培訓中心”是按個性化教育理念,以電子設計競賽為主線,對有潛能的電工電子人才的強化培訓。在師資安排、學生課程安排上,以常規學科教育為主,以培訓中心為輔;在滿足正常教學的前提下,兼顧中心的教學;如果正常上課時間與培訓課程時間沖突,以正常上課為主。
在此,有一點除外:大三的暑期正是電子設計競賽強化訓練時間,部分專業的暑期生產實習和電子設計競賽開賽時間沖突。這時考慮學生意愿,是選擇生產實習還是電子設計競賽,若選擇電子設計競賽,則可以用電子設計競賽的培訓替代生產實習的學分,與此同時,“創新人才培訓中心”出具相應的證明材料。這樣,一方面作為學生替代生產實習學分的依據,另一方面為實際參賽隊伍的穩定提供有力的保障。以上這些措施是鍛造實踐人才的基石,也是培訓中心健康發展的保障。
2.4 個性化培養模式,強化大賽技能技巧
為了落實個性化的教育理念和學院人才潛能的挖掘,成立“電工電子創新人才培訓中心”,有組織、有計劃地推動個性化的培養模式。
1)科研創新培養模式:在培訓中心的運作模式下,在大一、大二和大三的學生中,若發現有科研潛質的學生,則單列出來,進行一對一的指導,另外通過申請“大學生創新設計”專項經費予以資助;若發現有理論和工程素養的學生,則提前進行指導,指導學生發表科研論文,或者引導學生進行發明創造。
2)課題培養模式:在學院的組織與管理下,有課題的教師把課題放到“中心”,組織“中心”師生進行課題的開發,特別是學院立項的課題納入“中心”平臺中來,一方面讓“中心”優秀學生得到鍛煉,另一方面讓課題得以完成,最終為學院發展科研打下基礎。
3)引進“企業+中心”共同培養模式:通過學院引進校外企業,按照企業用人單位的要求進行培養,簡稱訂單式的培養,這是高職院校一貫的成功做法。另外可以設法把公司的崗前培訓、生產培訓、技能培訓和高級技能資格證等都嵌入到“培訓中心”來。
2.5 在大賽中鍛煉隊伍,向著以賽養賽的目標不斷發展
通過不斷的培養、在大賽實踐中的磨練,形成科學的、個性化的創新人才培養模式和強大的師資力量,創造品牌效益和經濟效益的雙豐收。以大賽為主線的培訓模式,如果運作取得實效,可以考慮以賽養賽的想法,一些大賽配有獎金,獲得的獎金可以按比例反哺到“中心”日常運營中來,還可以通過和外單位的科研協作、校外企業的資助等方法來維持“中心”的運作。
3 培訓安排
“中心”為成功參加2013年全國電子設計競賽,特將培訓課程分為3個階段,即電子設計競賽基礎培訓課程階段、專題訓練階段和強化培訓階段。
3.1 建立較完善的電子設計競賽培訓課程教學體系,為培養創新人才端出豐富的知識套餐
為了鞏固和加深理論和實驗環節,基本解決“四位一體”綜合教學中的“兩位一面”的問題,研究推出具有培養、選拔功能的三段式集訓課程教學體系,即電子實用技能、電子技術應用、實用電子系統設計與創新。共有8門課程,分別是電工電子工程基礎、單片機原理及應用、電力電子技術、集成電路應用、高頻技術及通信系統設計、CPLD與儀器儀表設計、數字控制系統設計、電子系統案例設計(理論與實踐并重,實踐學時遠多于理論課時),加上一個強化訓練(根據各人興趣不同,可做多個自選課題,包括獨立設計的創新性課題)。
由于集訓課程在設計上具有很強的知識集成性與旨在應用的工程實踐特性,它是相關課內教學通向應用的橋梁,因此,并不主張用它來替換相關課程的課內教學,只有這樣,才能保證培養的創新型人才具有更厚實的理論基礎和更強的創新能力。
3.2 專題訓練階段
專題訓練主要是針對歷年全真試題進行培訓,共分成4個專題:交直流穩壓、穩流電源設計;通信系統設計;儀器儀表設計;數控系統設計。每個專題初步定為32學時,共計128學時,主要針對大三的學生進行培訓,通過全真題認真剖析,讓學生對電子設計競賽有一個全面的了解,讓學生掌握全部單元電路的設計,熟練掌握基本軟件的使用技能以及培養快速編程的能力,完成基本單元電路和基本程序模塊的儲備,為開賽時增添自信心。
3.3 強化訓練階段
1)強化訓練重要性。電子設計競賽基礎課程培訓第一階段形成“理論”和“實驗”一個面,構成參加電子設計競賽學生的基礎知識平面,有了這知識的平面,使其構成知識體成為可能;再通過第二階段的專題訓練,能讓電子設計競賽學生的電路“設計”和編程“技能”形成另外一個新的知識平面。
若這兩個知識平面是平行的,則電子設計競賽學生沒有經過第三個階段,這樣掌握的知識是相對獨立的知識平面,只有經過第三階段的強化訓練,才能讓兩個獨立的知識平面相交,就構成電子設計競賽學生一個完整的知識體。以“理論、設計、實驗、技能”四位一體的綜合教學方法才能讓個性化教學理念更進一步得到升化。
2)強化訓練的計劃。強化訓練歷時超2個月,共計64天,所有16位參加電子設計競賽的指導教師要輪班指導,完成64×16=1024學時的指導任務。競賽前兩周,明確帶隊教師及參賽隊員,形成參賽組隊。每一個參賽選手、每位指導教師要全面備課,有目的地去解決每一位學生的具體問題,讓每位學生都要完成1~2個功能完整的設計作品,至少掌握2個方向的競賽內容,以一個方向為主,另一方向為輔,以不變應萬變。
4 創新人才培養模式探索總結
毋庸諱言,獨立學院的辦學條件與學生實力和一般本科院校相比,有一定差距,而且對“大三下”的學生而言,面臨考研壓力,對參加電子設計競賽既抱有希望,又有顧慮,怕得不償失。然而,文華學院以培養應用型本科人才為主,從2006年開始進行電子設計競賽方面的教學改革,容太平老師的“依托電子通信實訓基地建設充分發展學生潛能的實踐性教學環節的研究”從2006年開始進行教學改革,推進素質教育的理念,鼓舞學生參與電子設計競賽競爭。
到目前為止,文華學院的電子設計大賽參賽經驗已經有6年了,取得優異成績:2008年共有6人獲得湖北省二等獎;2009年共有3人獲湖北省三等獎,3人獲“天華杯”全國電子專業人才設計與技能大賽二等獎等;2012年3人獲畢RIGOL杯全國電子創新設計大賽全國一等獎等。學生通過電子設計競賽,獲得了寶貴的人生歷練的勇氣和信心,知道了從集訓中獲取知識、歷練意志,將知識轉化為自身能力才是關鍵中的關鍵,也才是對電子設計競賽宗旨的本意回歸。
所以,把電子設計競賽和教學改革統一起來,也是領導和教師激勵學生參賽的重要指導思想和提高電子設計競賽集訓質量的一種有效辦法。電子設計競賽作為一個契機,推動了課程體系、教學內容、實驗模式的改革,這些教學改革的深入又必將把競賽推向更廣泛的參與和更高的層次。
參考文獻
關鍵詞: 電子設計工程師資格認證 創新能力 教學改革
1.引言
由于我國高校在校學生的數量急劇增加,使大學畢業生面臨非常嚴峻的就業壓力。另外,由于我國教育體制的緣故,大學畢業生普遍缺乏實踐能力,所學知識不能滿足用人單位的需求,這是造成大學就業難的重要原因。電子設計工程師認證的宗旨是著力提高學生的實踐能力[1]。該認證以能滿足企業對電子工程設計人員的要求為最終目標,認證體系以教育部電子工程類教學指導委員會的課程為依托,以企業電子設計實際工作內容為主導,并與電子設計競賽充分結合,使通過電子設計初級工程師認證的人士能夠更好地滿足市場的需求。
2.電子工程師資格認證對課程體系與實踐教學改革的推動作用
專業技術資格認證是國際上通行的職業準入制度。電子信息技術資格認證是促進我國電子信息行業質量和水平提高的重要手段之一。中國科協批準中國電子學會組織開展電子信息技術資格認證工作。電子設計工程師認證的性質屬于同行認可、社會承認。認證堅持公開、公正、公平的原則,認證標準注重能力、追求最大的社會認可度和最終國際認可[2]。中國電子學會的電子設計工程師認證體系和標準獲得美國認證協會的認可,獲得電子設計工程師證書的學員可以免試申請美國認證協會的“International Certified Electronics Design Engineer”證書。
電子設計工程師認證綜合知識考核范圍為:基本電路元器件的知識、常用集成電路的知識、基本電路知識、單片機基本知識、微型計算機基本知識、小型電子、電路系統的設計與分析、常用測量儀器與測量方法的基本知識等。綜合知識考試著重考查考生電子技術的基礎知識能力、綜合運用能力和解決問題的能力。實際操作考試著重考查考生電子設計和實踐動手能力。試題涉及較廣的專業知識面,實際操作考試由設計題、軟件編程題、綜合操作題等題型組成。實際操作考試分為實操機考及實操動手兩部分。實操機考與綜合知識考試一樣,采用全國統考,計算機答題。實操動手考試是在實操機考的基礎上,利用電子設計工程實訓實驗平成機考要求的設計任務,并在實驗平臺上焊接、組裝、調試通過,實現要求的設計內容。實操考試著重考查的是被認證學員的綜合設計能力和系統組裝、焊接、編程及調試的綜合動手能力。要求學生既要有穩固扎實的理論基礎,又要有較強的實踐動手能力。電子設計工程師認證考試的試題命題著重于基本知識和基本技能的掌握,參照教育部對部分高校教學評估時的電類學生評測試題的相關內容和國內主要高校電子信息類專業教學計劃中所涉及的課程及實驗的基本知識與基本技能命題,非常貼近學校的日常教學要求。參照全國大學生電子設計競賽試題的相關知識、系統組成、電路分析等要求,兼顧企業對大學畢業生實踐能力的要求,非常貼近社會的實際需求。因此,通過電子設計初級工程師認證考試,教師在授課過程中會有更明確的思路,將電子設計工程師認證考試內容滲透到教學中,改進教學手段,有助于學生更好地適應社會需求,促進大學課程體系與教學內容不斷更新,適應社會需求。
3.電子工程師資格認證反映出的問題
長期以來我國高校的課程體系設置為教學計劃和教學大綱規定的教學時數嚴重偏向于理論教學,忽視實踐教學,認為實踐教學是理論教學的一個環節,一種補充。認為實踐教學僅僅是作為理論知識的驗證而依附于理論教學,因此對實踐教學的重視不夠,畢業生的整體動手能力比較差,難以滿足社會需求。
我院于2012年經審批獲得考試認證特許,設立EDP考試認證中心,目前有實驗箱30臺,已組織一次認證考試,2013年春季考試通過率為81%。從考試結果和學生的學習效果看存在一些問題,如學生的基本概念掌握得不太理想,基礎知識不牢固,理論用于實踐的能力欠缺,動手能力差。因此,學生在上課過程中好像已經掌握了理論知識,但是在實際動手操作過程中出現問題不知所措,不知道如何找到錯誤的原因,因為很多問題是由于在調試過程中錯誤使用儀器設備或者其他干擾原因造成的,而理論教學很多情況下只是理想條件下的計算結果,實際測試會有各種各樣的干擾是理論教學所無法預料到的,因此,學生的實踐創新能力得不到鍛煉。另外,很多實驗和實踐環節的設置是影響學生實踐能力的因素,驗證型實驗和設計型實驗的比例是否合適、實驗設備是否充足、教師的實驗指導能力高低都會不同程度地影響學生的實踐動手能力。
4.完善實踐教學改革和創新能力培養的措施
電子信息類專業的培養目標是掌握電子技術和信息系統的基礎知識,能從事各類電子設備和信息系統的研究、設計、制造、應用、維護和管理工作,其專業特點就是寬口徑,軟件和硬件相結合,適應面廣,而且重點培養學生的實踐操作能力。電子設計工程師認證考試是檢驗學生理論水平和動手能力的一個有益補充。因此,我們在完善實踐教學改革和創新能力培養方面可以采取以下措施:
4.1認真做好認證培訓工作。培訓內容涵蓋電子類學生所學的電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術、單片機原理與應用、接口技術等知識,學生可以根據實訓實驗箱的技術指標,利用面包板自行設計、焊接、調試電路,并將做好的板子直接替換實訓實驗箱上相應的模塊,等所有模塊都設計并制作替換完成,學生就完成了整個電子設計的綜合實踐課程。實訓完成,學生將具備基本的工程實踐能力,該實訓也可以與電子設計競賽賽前培訓相結合,作為電子設計大賽的賽前培訓的基礎部分。
培訓以講授為輔,實際操作為主。講授部分主要是相關的理論與知識;實際操作部分是電路與小系統的設計與實踐。實操培訓可以與電子工程實訓課程相結合,把電子工程設計中常遇到一些設計問題納入到實訓中。為了使學生對整個電子設計有一個連貫性的認識,利用EDP實驗箱將整個設計過程分解成多個單元電路,根據一般工程設計的流程,分幾個階段逐一完成。在每一個模塊完成的基礎上,將所有模塊組成一個系統,進行系統聯調,完成一個小系統的設計過程。對于水平比較高、動手能力比較強的學生,還可以在此基礎上配上相應的設備,完成一個實際的應用系統的設計。每一個學生采用的設計方法及電路可以不一樣,只要能夠滿足系統的要求就行。教師只負責把握大致方向,其他可以讓學生自行發揮。我們在實踐中發現,在培訓和競賽中大部分學生能夠積極進取,學以致用。學生反映通過培訓和鍛煉,思維活躍、敏捷,自學能力、分析問題和解決問題的能力、查找資料的能力、實際動手能力大大提高。
通過培訓,提高學生的電子電路及小系統的設計能力,特別是硬件電路的設計能力與實際操作水平。從已經組織過的一次認證考試結果可以看出,培訓達到了電子設計工程師的考核要求。
4.2充分利用學校的電子工藝實訓平臺。為加強實踐教學,電子信息類專業平臺的實驗實踐課程依托電工電子實驗教學中心(省級實驗教學示范中心),該中心包括電工電子實驗室、電子類各專業實驗室及電工電子工程實踐與創新基地。該中心承擔的教學任務包括電工電子技術實驗、電工電子實習、電工電子課程設計、電子系統設計和課外科技活動。在這里,免費為學生提供常用儀器儀表,如信號發生器、萬用表、直流穩壓電源、模擬和數字示波器、失真度測試儀、晶體管毫伏計、焊接設備和簡單的單面板制版機等。通過制版機,學生可以把用Protel軟件設計的版圖制作成板子,經過焊接進行調試,這種方式比用面包板調試效果好很多,尤其是模擬電路的調試效果更顯著。實訓基地的運行模式是由專業教師指導、學生自主管理的。學生可以任選課余時間進行實驗、實訓。同時,基地的實驗實訓活動面向不同年級學生、靈活多樣,全天候對學生開放。如學生可以根據興趣愛好自選實驗,也可以選擇學生科研實踐項目競賽等。通過這些實踐教學,學生提高了分析問題和解決問題的能力,培養了創新意識和創造能力,適應了科技發展和社會應用的需要,課外科技活動為優秀學生提供了展示自己才能和脫穎而出的機會。
4.3深化實踐教學改革的建議。調整理論教學學時,加強實踐教學環節,增加非驗證性實驗比例,提高綜合實驗能力,采取多種形式,培養學生創新精神和實踐能力,因材施教,注重學生的個性培養。各種課外科技創新活動使那些具有良好的理論基礎、實踐動手能力強,特別是具有創新意識和協作精神的學生有了施展自己才能的空間。將參加各種課外科技創新活動作為創新培養的必要途徑,對于傳統的實踐教學方式是很好的補充,對學生很有吸引力[3]。以各類競賽為平臺,積極組織學生參加各種電子信息類大學生競賽,包括電子設計競賽、“挑戰杯”競賽、創新創業大賽等。重視競賽的訓練過程,把培養學生創新精神作為重要工作,從而極大地提高了參賽學生的實踐能力。實踐證明,各種學科競賽是培養學生創新能力的一個有效的手段和途徑。
5.結語
電子設計工程師認證為我院電子信息類專業的實踐教學改革創新能力的培養指明了方向,對我院的教學改革起到了積極的推動作用,對我們的教學改革成果起到了檢驗作用,促使高校教師提高素質、能力和教學水平,有效激發了學生的創新思維,培養了學生嚴謹的科學態度、腳踏實地的實際動手能力。如何培養符合市場需求,為社會接納和具有競爭力的人才是我們應該解決的問題,我們要應充分借助電子設計工程師認證這個平臺抓好實踐教學,培養出企業和社會急需的高素質人才。
參考文獻:
[1]戴茗.電子設計工程師認證介紹[J].電子世界,2010.3:47.
關鍵詞 電子設計競賽 嵌入式系統 實踐教學改革
中圖分類號:H191 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2017.01.051
1電子設計競賽需求
全國大學生電子設計競賽是由教育部組織的、面向全國大學生的科技活動,主要目的是推動電子信息類學科發展,促進教學內容改革,同時培養大學生的團隊合作精神和創新意識。①促使學生理論聯系實際,加強學生工程實踐能力的訓練和培養,選拔優秀人才, 因此得到各個高等院校的高度重視,大學生參與的積極性也較高。全國大學生電子設競賽在奇數年的暑假舉行,比賽時間是四天三夜,每支隊伍由三名學生參賽。由于比賽時間短,要在四天內完成實物制作和設計報告,并達到較高的性能指標,必須在課程教學中深化知識內容,并加強模塊訓練,提高學生的實踐創新能力。
全國大學生電子設計大賽題目共分為7大類,每類題目都涉及軟硬件知識,偏硬件的題目以高頻無線電、放大器、電源、信號源為主,偏軟件的題目以儀器儀表、數據采集處理和控制為主。隨著信息技術的發展,全國大學生電子設計競賽中使用的微處理器性能要求逐漸提高,CPU也從16位單片機轉換到32位。近幾年競賽隊伍多采用低成本、低功耗的32位ARM單片機作為主控芯片,廣泛應用于各類題目中,例如信號源、高頻無線電、儀器儀表、數據采集與處理、控制等。
全國大學生電子設計大賽為了培養創新意識強的實踐型人才,既是對傳統教學方法的挑戰, 同時也能夠反應課程教學水平和教學改革的成敗。題目涉及眾多科目,要求學生具備綜合應用能力。以理論設計為基礎,更強調系統實現。近年來電子設計競賽題目趨于高頻化和智能化,以單片機為教學重點的嵌入式系統課程成為必須掌握的知識技能。
2嵌入式系統教學現狀
目前嵌入式系統專業課教學中,通常以32位單片機為例講授相關的知識和設計方法。②嵌入式系統作為一門綜合性專業課程,涉及的知識點較廣泛,但往往課堂時間有限,學生能夠投入動手實踐的機會較少。高校中嵌入式系統教學還有許多值得探討改進之處,例如實驗環節中學生創新性不足;學生在系統開發時不具備整體設計意識,底層硬件驅動軟件開發水平不足。③傳統嵌入式系統教學偏理論、輕實踐;重分析、輕綜合;重個體、輕協作。實驗課程內容陳舊、形式呆板、方法單一。④按照傳統方法培養的學生,在參賽時往往會出現很多問題。比如理論設計正確卻無法在工程上實現;單元電路仿真正確卻無法實現系統聯調;軟件編程邏輯正確,卻達不到所需的精度和性能指標。
由于電子設計競賽對硬件設計和軟件編程等實踐能力要求都高于常規教學,因此如何利用競賽推進嵌入式系統實踐教學改革,成為眾多高校關注的問題。⑤而嵌入式系統教學同時強調軟件開發和硬件設計相結合,使其設計的系統能滿足應用要求,從而制作出符合工程應用要求的作品。⑥
3嵌入式系統實踐教學改革
嵌入式系統實踐環節在教學中具有極其重要的作用,關鍵是要在有限的課堂中有效安排符合課程內容的實驗項目。⑦為此本文主要探討了競賽驅動的教學實驗模式,一方面是為了更好地幫助學生發揮能動性和創新性,同時也是為了促進教學內容跟上科技高速發展的步伐。
3.1 建立實踐教學平臺,培養學生創新思維
為適應嵌入式課程教學和電子設計競賽的需求,中南民族大學近十年來投入數百萬元建立電子類實驗室。例如,基礎實驗室包括數字電子和模擬電子實驗室、數字信號處理實驗室、單片機實驗室、電子設計自動化實驗;綜合實驗包括嵌入式系統仿真實驗室、SOC實驗室等。與此同時,電子與信息工程學院的學生還建立了電子設計協會,組織選拔有興趣的學生參與學習競賽小組,并進行電子(數字和模擬電子)、單片機和電源設計等課程的專門訓練。實行導師制,安排專業老師進行具體指導,并建立專門的電子設計競賽實驗室和創新項目實驗室。較有特色的智能車實驗室,通過教學實訓平臺開發機器人智能車,控制智能車在實際賽道上行駛,使學生熟悉智能車的各個模塊設計原理,激發了學生對ARM系統開發的濃厚興趣。
另外電子信息工程學院還組建了導師團隊,選拔優秀學生加入導師制,從大學二年級開始進行“一對一”的專業指導。每年學校都設立大學生創新創業訓練計劃項目,舉辦大學生電子競賽等科技實踐活動,鼓勵學生積極參與包括電子設計大賽與藍橋杯等計算機競賽活動。
3.2 實驗體系分層次,以競賽促進教學
根據學生基礎不同我校將實踐教學細分為三個體系層次,并在每個層次中都設計了必修實驗和選修實驗項目。從基本的電路設計調試開始培訓,分階段、按步驟增加實驗難度,逐步培養學生的動手實踐能力。最后在綜合應用設計實驗項目中融入競賽內容,提高學生的自學能力,挖掘學生的學習潛力。三個層次的詳細實驗項目介紹如下。
3.2.1基礎實驗
實驗目的:為驗證性實驗,目的是使學生熟悉基本開發工具和軟件編程環境,可讀懂程序并進行調試。
必修項目:C語言、匯編語言、ARM開發環境實驗;串口通訊實驗;中斷、定時器實驗;A/D、D/A轉換實驗等;鍵盤、LED、LCD 及觸摸屏實驗。
選修項目:DMA實驗;看門狗實驗;Boot Loader實驗等。
3.2.2進階實驗
實驗目的:主要安排操作系統移植、應用程序編程,并結合競賽中的知識點加強模塊訓練。
必修項目:Linux基本應用程序實驗;Linux文件系統實驗;Linux 內核移植實驗。
選修項目:Linux串口通信實驗;Linux中斷處理實驗;Linux下的 Socket通信實驗。
3.2.3綜合實驗
實驗目的:全部是選修項目,訓練自學能力強、基礎較好、預備參加競賽的學生。綜合課題涉及多門學科知識,增加了硬件設計內容,加強了學生對軟硬件聯合調試的能力,選拔競賽人選,分組進行競賽訓練。
必修項目:選取往年典型的電子設計競賽題目,限定時間內完成,根據性能指標進行評測。
3.3 政策扶持,積極推進教改
學校實驗管理中心、科研處以及創新創業中心每年都投入大量人力和經費組織競賽,以保證課程教學改革和競賽工作的順利進行。其中大學生電子競賽在奇數年和偶數年分別開展全國性競賽和省級競賽,同時學院也制定了相關的制度政策,給予強有力的技術支持和后勤保障。首先,為競賽提供專用的實驗場地、儀器設備、資金資助,并配備教師團隊進行專門的競賽指導,優先解決競賽的各種問題。其次,為激勵學生積極參與競賽,對參賽學生給予支持勵,安排競賽期間的食宿,提供良好的后勤保障。同時,學院會為綜合素質好、競賽中取得較好名次的學生,推薦免試研究生或者優先就業的機會。電子與信息工程學院給予優先政策支持,在電子設計競賽和智能車比賽中,每屆都有參賽隊伍獲得全國一等獎,從而極大地帶動了大學生學習和參賽的積極性。
4結語
以應用為目的、以競賽為動力、分層次有步驟地推進教學改革,在嵌入式系統教學實踐過程中取得了良好的效果。首先從嵌入式系統基礎的驗證性實驗入手,在此基礎上逐步增加操作系統實驗項目,并針對技術難點按模塊進行實驗,最后開展實際競賽項目的綜合訓練。嵌入式系統教學改革的宗旨是提升學生綜合應用實踐能力,訓練學生電子電路設計基本技能,提高學生軟件及算法的編程水平,以培養出“基礎扎實、動手能力強、有創新意識”的高素質電子信息技術人才。
注釋
① 姚有峰,趙江東,汪明珠.從電子設計競賽談電子類實踐教學改革.實驗技術與管理,2009.26(7):131-133.
② 樓旭陽.嵌入式系統原理及應用教學中學生實踐能力培養問題的探索與實踐.高教學刊,2015.5:73-74.
③ 冼進,賈德良,畢盛.嵌入式系統實驗課的教學改革初探.實驗室研究與探索,2011.30(8):282-285.
④ 王維博,王海濱,葉凱.電子信息工程專業嵌入式系統教學的改革探討.中國電力教育,2010.10:58-59.
⑤ 楊奕,徐鵬,彭小峰.電子設計競賽與實踐教學改革.2013.32(4):172-175.
一、電子專業創新型人才選拔的重要因素
電子設計競賽作為電子專業教學改革的風向標,在創新型人才的選拔上作用凸顯。培養符合大賽要求的創新型人才不僅需要精通專業知識,還需要具備很好的綜合素質,為了做到有的放矢地進行選拔工作,需要從以下幾個方面考慮:
(一)專業興趣是成功的基礎
興趣是學習的原動力,進行電子設計競賽人才選拔首先就應當考慮學生對應用電子的興趣,這種興趣可能是多方面的,比如對科學技術的向往、對自身能力的肯定等等。在興趣的驅動下,學生才會自覺地鉆研課外知識,積極主動地去處理各種問題,并以極大的毅力堅持下去。
(二)勤奮是競賽人才的必要條件
通常老師以為凡是聰明的學生就一定是好的競賽人才,其實這是不準確的,聰明加勤奮才是競賽人才的必要條件。以往很多有靈氣的學生,開始對競賽的興趣很濃,也有一定的進步,只是在漫長的準備競賽過程中極易受外界干擾,不能持之以恒,甚至中途退出,造成了競賽指導老師的被動性,這就需要加強對競賽人才責任意識的培養。
(三)學生要有扎實的焊接基礎
以往的比賽中,學生設計好的產品在軟件仿真階段能完成所有既定功能,可是到了制作環節卻怎么也調試不好成品,最后的原因往往是某一個焊點或電路連接處出現了問題,這種情況在分秒必爭的競賽期間造成了很大的損失,所以要在焊接基本功上讓每一個學生重視起來。
(四)要有充足的人才儲備
作為每兩年舉辦一次的全國電子設計競賽,時間間隔較長,人員更換較大,所以每次競賽時都要考慮下次競賽人選的培養。因此,在培養本次競賽人員訓練的同時,應該有一部分大一或大二的新生參與整個比賽過程,但不作為競賽隊員,為將來他們參加比賽做好經驗和心理方面的準備。
二、電子創新型人才培養的主要方式
競賽人才的共同特點是對應用電子學習興趣濃厚、反應靈敏、學習主動、接受能力強、抽象思維質量高,因此培養競賽選手的指導思想是因材施教。在全程的競賽準備過程中,學生的主動學習是主導,指導教師的作用是培養學生對產品設計制作保持濃厚的興趣,調節其積極性,克服學習中的盲目性,指導學生進行課外知識擴展、健全知識體系,培養學生的創造性思維并促使學生全面發展。
(一)課外知識擴展、健全知識體系
大學生電子設計競賽是以電子電路(含模擬和數字電路)應用設計為主要內容,可以涉及模-數混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件工具和PC機(主要用于開發)的應用,題目包括“理論設計”和“實際制作與調試”兩部分。作為競賽指導老師要充分強調以上知識的重要性,同時還要讓學生充分意識到其他學科的同等重要性。比如2009年競賽題目中“聲音引導系統”、“寬帶直流放大器”都涉及到了數學計算,因此指導教師應兼顧競賽人才的專業發展和各科全面發展的關系,使學生豐富文化底蘊,增強科學素養,最終達到健全學生知識體系的目的。
(二)培養創造性思維
競賽中的題目通常都有不同的解決方法,比如2009年我們制作的“模擬路燈控制系統”就有兩種方案可以選擇:方案一采用一片AT89S51單片機外接多路路燈;方案二采用三片單片機進行主從通訊。在競賽培訓期間要求對每一個題目都要進行多種方案的制作,在這個過程中不僅能夠開闊學生的思路,而且有助于培養學生的創新意識。
三、競賽人才選拔和人才培養的具體措施
(一)參賽選手培養程序
學校在組織大學生科技競賽時,遵循“兩個導向”原則:一是科普性導向,即競賽要面向廣大同學,使更多同學了解競賽并參與進來;二是科研性導向,即舉辦專業性強、水平高的科技競賽。因此學校針對不同的學生,分層次開設競賽選修課。如面向沒有電子設計基礎知識的學生開設電子設計基礎班,采用大班教學形式,一般120-140人左右,以普及競賽基礎知識、激發學習興趣;而對于具有電子設計基礎知識的學生則開設電子設計提高班,采用中班教學形式,一般60-80人左右,以提高競賽能力為目的;另外,對達到電子設計提高班水平且有初步參賽意向的學生開設電子設計競賽班,采用小班教學形式,一般為40-50人左右,以培養競賽選手為目的。通過競賽班的實戰練習,學生對競賽的內容、設計思路有所了解,也具有了一定的競賽技能。根據學生在競賽班中的成績排名,擇優錄取,組隊時兼顧學生不同的技能特長,做到優勢互補。
(二)開展大學生競賽網絡課程建設
網絡應用于教學領域,給學生提供了大量便捷的學習機會和豐富的教學資源,使學習活動更加自主化、個性化。競賽網絡課程網站建設要求包含教學文件、實踐教學、課堂教學多媒體課件、課外自學課件、課堂作業習題、課外綜合習題、模擬考試平臺、在線討論區、歷屆學生競賽獲獎成果等內容。針對競賽網絡課程網站的建設,學校明確要求網站內容每學期必須有更新,作業和試題每學期要有30%的內容調整;在線討論必須經常關注,及時答復;每次競賽完成后,相關內容應在4周內完成上傳。
(三)加強指導教師團隊建設
在教學業務方面,通過開展各種形式和規模的教學研討,集體討論教學大綱、編寫教材、完善教學文件、探索教學方法、改革考核方式。通過指導教師的共同參與,確定了各類課程不同的教學目標、教學內容和人才培養定位,鼓勵并支持指導教師開展各項科研工作,以教學為基礎,以科研促進教學,全面提升競賽水平。采取“1+1”指導教師培養方式,即每位副高級以上職稱的教師帶一名新指導教師,通過教學工作的老中青結合,發揚傳幫帶的教學指導功能。同時,“1+1”培養方式也保證了指導教師隊伍的穩定。
(四)面向競賽學生開設競賽練習課
練習課采取集中和分散相結合的方式進行。集中練習借鑒“商品超市”和“菜單選擇”的管理理念分成不同的課程模塊,如計算機程序編程、設計規劃、論文撰寫、信息處理、案例分析、實戰練習等模塊,競賽學生可以根據各自需要選擇部分課程模塊重點練習。集中練習課由經驗豐富的競賽指導教師主講,在學生自主選擇的基礎上,對最終參賽的選手進行所有模塊的綜合練習。分散練習以學生自主學習為主,在自學過程中,碰到疑問或困難時,競賽指導老師負責答疑指導。
(五)加強競賽技巧練習
學校通過開設練習課,分模塊對學生進行長期競賽練習,在競賽相關技巧練習中,有三個技巧需要重視和加強。
1.信息處理。隨著計算機網絡的普及和發展,通過網絡可以快速獲取各個領域的知識,但如何選擇有效信息卻讓很多學生頭疼。加強信息處理能力的培養,讓學生明確自己需要的和必須把握的信息,建立信息評價標準體系,學會選擇有意義的信息,將對競賽起到事倍功半的效果。