电子设计竞赛培训的探索与实践

蒋力立，彭 端，杜宇上

(广东工业大学 实验教学部,广州 510006)

电子设计竞赛培训的探索与实践

蒋力立，彭 端，杜宇上

(广东工业大学 实验教学部,广州 510006)

高校是培养创新型人才的主要基地，实验教学是进行创新教育不能缺少无可替代的重要组成部分。广东工业大学电工电子实验中心自2011年开始，面向全校学生以实验公选课的形式逐步开设了“电子设计竞赛培训”系列实验公选课，为创新能力培养搭建了新的有效平台。文中从课程设置、内容及特色等方面介绍了公选课的教学实践，评价了教学效果。

电子设计竞赛；创新能力；公选课；实践

高校是培养创新型人才的主要基地，实验教学是进行创新教育不能缺少无可替代的重要组成部分，如何加强实践教学环节，强化创新能力培养，是当今教育改革的重要课题[1-4]。广东工业大学电工电子实验中心自2011年开始，面向全校学生以实验公选课的形式逐步开设了一系列实验公选课，以“电子设计竞赛培训”为主题，旨在启迪创新思维、发展创造力、培养实践和创新能力、全面提高学生科学素质，以充分发挥电工电子技术实验在创新人才培养环节中的重要作用，为创新能力培养搭建了新的有效平台。

1 课程设置及内容

“电子设计竞赛培训”共开设了10门公选课，每门课24学时，1.5学分。这些课程为：常用电子仪器使用、常用电子元器件的选用、常用电子电路设计、常用传感器应用电路设计、常用单片机系统设计、常用EDA系统设计、原理图与PCB制板的设计方法、信号源电路设计与制作、趣味电子电路设计与制作和现代电子系统综合与创新。

2.1 常用电子仪器使用

本课程的目的是培养学生对常用电子仪器的操作使用。学生通过实验操作，掌握示波器、函数发生器、毫伏表、直流稳压电源、万用表等常用电子仪器的工作原理和规范使用，学习基本实验知识、基本实验方法和基本实验技能，培养良好规范的操作习惯，踏实细致的实验作风，树立工程实践的观点和严谨的科学作风。

2.2 常用电子元器件的选用

本课程主要培养学生识别和选用电子元器件的能力。学生通过实验，学习常用电阻、电容、电感、晶体管、集成电路的正确识别、选用常识和质量判别方法，以及一些开关、接插件、电机、继电器的识别、选用和故障处理方法。

2.3 常用电子电路设计

本课程的目的是提高学生的电路设计能力。通过设计分立元件放大电路、运算放大器应用电路、电源电路设计、数字电路设计等项目，学习电子电路的结构及设计方法，培养学生创新精神和研究性思维，提高撰写设计性项目报告的能力。

2.4 常用传感器应用电路设计

学生通过学习设计温度测量电路、光电传感器循迹电路、霍尔转速表、轮胎压力监测仪等传感器应用电路，能够用万用表、示波器等常用仪器检查各种传感器性能，如电阻应变片、温度控制器、电容式传感器、电感式接近开关、热电偶、光电传感器、霍尔元件、压电传感器等，判别传感器好坏；能够根据设计要求合理选用传感器；并根据被测信号的特点，用不同类型的传感器设计合理的检测电路；设计一般电子检测产品。

2.5 常用单片机系统设计

本课程的目的是训练学生通过实际操作学习单片机开发中的各种技术，如单片机的硬件和内部各种资源的原理与应用，单片机接口电路与程序设计、输入、输出及显示、单片机数据处理、实用电子制作及应用技术等内容，使学生掌握单片机技术及其在工业控制、经济建设和日常生活中的应用，培养学生实践能力、创新能力和新产品设计开发能力。

2.6 常用EDA系统设计

本课程的目的是培养学生的数字逻辑系统设计能力，以适应电子信息时代对学生知识结构和能力的要求。通过LED数码管的显示、流水灯的设计、数字频率计的设计等项目学习VHDL的有关概念、语法，以及运用VHDL进行数字逻辑系统设计的方法与步骤，以实现采用VHDL对数字逻辑系统的建模、编程和仿真。

2.7 原理图与PCB制板的设计

通过本课程的学习，学生掌握原理图设计和PCB的制板方法，学习绘制原理图的方法，元器件的封装与制作方法，PCB制板技术中的方法与技巧，电气检查与网络表的生成方法。

2.8 信号源电路设计与制作

本课程学习信号源的设计制作。学生通过实验操作，了解正弦信号发生器的设计方法，学习DDS信号发生器芯片应用，利用8038集成电路设计信号发生器。

2.9 趣味电子电路设计与制作

本课程培养学生对实际电路板元器件的布局设计的能力，通过电子胸花电路的设计、鱼缸恒温电路、报警器电路、超声波电子驱鼠器电路、监测汽车故障的指示器电路、红外遥控台灯调光器等趣味电子电路的设计与制作，学习电子元器件的正确使用方法，学习电子元件设计电路的方法，掌握电路板的设计与焊接调试，培养学生的科学作风、创新精神和研究性思维。

2.10 现代电子系统综合与创新

本课程培养学生现代电子系统综合设计和创新方法。学生通过典型机电产品:小型机器人的组装、实验和调试，以任务为目标进行学习，通过“学中做，做中学”的方式传授给学生，彻底打破了传统的教学方法和教学体系结构，培养现代电子系统综合设计能力，树立工程实践的观点和严谨的科学作风。

这些公选课，以激发学生兴趣为出发点，以需求作驱动，以问题为导向，以培养学生创新能力为目标，遵循由简单到复杂、从低到高、从基础到前沿、由分离元器件到中小规模集成电路应用再到系统设计，循序渐进由浅入深的原则，从传授知识培养技能到训练实践能力和创新能力，突出创新能力和工程实践能力的培养。

10门公选课包含了电子设计竞赛所需的主要基本知识，在课程内容传授、工程实践能力和创新能力培养方面既有延续性，体现了发展观，又实现了课程由浅入深，多层次、多角度、宽视野的科学设置。10门公选课即相互独立、各有侧重，便于实施教学，其内容又密切相关、相互配合。各门课程有机结合，融知识性、趣味性、实践性、拓创性于一体，形成比较系统完整的知识体系。为学生提供了拓展知识面、补充实践学时、丰富业余生活的实验教学平台。

2 课程特色

2.1 内容丰富，体系完整

10门公选课以大学生电子设计竞赛所需的知识点为基础，有常用电子仪器的使用、常用电子元器件的识别选用、常用电子电路设计、常用传感器应用电路设计、常用单片机系统设计、常用EDA系统设计、原理图与PCB制板的设计方法、信号源电路设计与制作、现代电子系统综合与创新。课程涉及的内容有：模拟电子电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等，涵盖了大部分电子设计竞赛所需的主要基本知识，构成了内容丰富、体系完整的以能力培养为主线，分层次、相互衔接的科学、系统的电子设计竞赛培训公选课课程体系。

2.2 因材施教，因层而异

选修公选课的学生来源复杂，层次参差不齐，差距较大。他们基础不同，对电子类课程的要求也有很大差别，有基础较好的电类专业的，也有要求一般的近电类的，更有非电类的学生。为了每名学生都能在课程中得到很好的训练和培养，采用了分层次的实验教学体系，便于实验教学由易到难，由浅入深，循序渐进开展。课程中既有一定的基础性实验，也有大量的提高设计型、综合应用型项目，有一定层次之别，学生可根据自己的能力、兴趣、求职意愿等选修其中某门公选课程。例如，对基础薄弱的学生可主要完成基础性实验和少量的提高设计型或综合应用型实验；对程度较好的学生，可只做少量基础型实验，主要完成提高设计型实验和综合应用型实验。对基础好、能力强、兴趣浓、学有余力的学生提供研究创新的实践机会，鼓励学生自主选题，开展创新研究。

不同层次采用不同的教学方法。对于基础型实验，主要采用教师现场授课与指导的常规教学方法；对于提高设计型实验和综合应用型实验，一般采用教师指导下的学生合作式、互动式的学习与实验教学方法，师生之间、学生之间相互讨论，强调启发式教学；对于研究创新，采用教师引导、学生自主式、合作式、PBL研究式学习与实践的教学方法，强调独立解决问题能力、团队合作精神和创新意识的培养[5-7]。

2.3 与时俱进，软硬结合

采用反映现代电子技术的应用与发展趋势的现代电子设计方法与开发工具，如 VHDL语言、EDA工具、单片机编程器等。

EDA仿真具有很强的测试和分析功能，是目前世界先进的仿真技术，具有很强的可发展性。将EDA仿真引入实验教学，符合电子技术发展的潮流，通过EDA实验，学生可以学到当今先进的EDA技术，了解本学科的发展方向，开阔视野[8-9]。

单片机具有体积小、功耗低、性价比高、控制功能强、扩展灵活、良好的抗干扰性和可靠性以及使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。单片机的广泛应用，使电路设计重心由硬件设计(传统电路设计)向软件设计(微控制技术)转移。目前学校多数工科专业开设了单片机课程。单片机是一门实践应用性很强的科目，单片机学习离不开实际操作，通过公选课《常用单片机系统设计》为学生增加了单片机操作训练机会，使学生增强单片机应用技术，训练培养学生实践能力、创新能力和新产品设计开发能力。

2.4 科学考核，因材施评

科学的考核方式与评价手段是实现教学的整体化、规范化，保证教学质量的重要环节[10]。

对基础性实验主要考核实验操作过程、实验结果及实验报告的撰写。采用了针对平时实验操作情况进行评价的做法。通过平时实验学习的态度、操作效果、实验报告的呈现情况进行评价。

对综合设计性实验重点考核综合运用知识的能力、分析解决问题的能力，排除故障的能力和撰写报告的能力，采用过程性与终结性相结合的成绩评定方法。平时的教学采用过程性评价，基于表现性评价教学策略，在学生完成表现性任务的过程中对学生的实验预习、实验操作、实验报告和实验纪律表现进行观察和记录，加以评价并调整教学策略，帮助学生巩固优势，改进不足，在阶段学习结束时采用终结性评价。

对自主探究性实验全面考核学生查找文献、选题、电路设计、仿真、元器件选择、调试组装、总结报告等。教师对实验的整个过程进行控制，采用启发式、交流式、互动式、问题引入式、自主式、网络答疑等多种形式的指导方法，将学生自主探究性实验项目制作过程中的表现和效果作为学习评价的重要因素。

3 效果

3.1 有效推动教学改革

确立以学生为本，知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念和能力培养为核心的实验教学观念，创建有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系。

增加了一大批综合设计型、研究探索型实验项目，开展了自主探究型PBL实验教学模式的改革探索，将原来学生被动接受实验的教学模式，转变为自主探究型的主动学习模式。突出学生自主式学习实验技能，鼓励创新和团队合作。这种教学模式提高了学生的学习自主性和探究性，使学生的实践能力显著提高。从学生的反馈意见和上交作业情况来看，学生对电工电子技术实验的教学效果非常满意。同时，也产生了一批学生电路制作的作品。

3.2 为创新能力培养搭建了新的有效平台

实验公选课为学生增加了训练和培养实践能力、工程能力的选择机会。公选课中的项目不乏新颖、有趣、实用、智能，它们贴近生活，紧跟现代，受到选课学生的欢迎，做完一个还想做下一个。受到学时的限制，不可能在课内满足学生完成所有项目的要求。对基础好、能力强、兴趣浓、学有余力的学生提供研究创新的实践机会，鼓励学生自主选题，开展创新研究。目前已有15名修完公选课的学生得到了省级、校级的大学生创新创业项目。

3.3 锻炼了青年教师

有不少青年教师参与了公选课的教学活动，他们年轻、有热情、充满活力，接受新知识快，在指导综合设计型、研究探索型实验项目中，与学生教学相长，共同进步，不断提升自身的能力和水平。目前有3名青年教师在攻读博士学位，继续深造。青年教师们在教学实践中注意不断总结，积极进行电工电子技术实验教学改革研究，获得了多项广东省实验室研究会基金项目、广东工业大学高教研究基金项目的立项资助，在国内较有影响力的实验教学研究期刊上发表了一批教改论文。

3.4 学生参赛获奖情况

我校学生积极参加全国大学生电子设计竞赛，2011年来共计获得一等奖1项，二等奖3项，获得广东省省大学生电子设计竞赛一等奖10项，二等奖20项，三等奖22项。

4 结束语

社会的发展需要大量的创新型人才，创新人才的培养离不开实验教学。增加实践教学课程，加强实践能力、工程能力培养，开设实验公选课无疑是一个有效途径。

[1]张春平，陈勇，吕宏伟，等.实验室建设中文化软实力的构建与发展[J].实验技术与管理，2012，29(6)：203-205.

[2]曾冬梅.地方大学服务创新型区域建设的路径[J].高校教育管理，2011，5(1)：5-9.

[3]唐毅谦.建大专业平台，走实践育人路[J].实验室研究与探索，2013，32(6)：1-3.

[4]粱宏.搭建实验实践一体化平台深化实验实践教学改革[J].实验技术与管理，2013，30(5)：1-4.

[5]陈安，蒋力立，彭端，等.电工电子特色实验项目建设的探索与实践[J].实验科学与技术，2011，9(4)：86-89.

[6]刘银萍，彭端，蒋力立.PBL教学模式在综合性实验中的应用[J].实验科学与技术，2011，9(3)：78-81.

[7]曾思明，彭端，蒋力立，等.电子电路实验教学改革[J].实验科学与技术，2010，8(6)：103-105.

[8]曾思明.Multisim10.0在数字电路实验教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010(23)：77-79.

[9]曾思明，杜宇上.Multisim11在可编程逻辑设计实验教学中的应用[J].实验科学与技术，2011，9(3)：56-58.

[10]杜宇上，蒋力立，曾思明.表现性评价在实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2010，29(2)：107-109.

Exploration and Practice on Training of the Electronic Design Contest

JIANG Lili, PENG Duan, DU Yushang

(Department of Experiment Teaching, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

University is the main base of cultivating innovative talents. Experimental teaching is necessary and important for the innovation education in the university. A number of experimental courses about the training of Electronic Design Contest were offered as the common optional courses by the Electrical and Electronic Experimental Teaching Center in Guangdong University of Technology since 2011. A new platform has been built to cultivate the innovative talents. In this paper, we proposed how to implement the teaching, including the arrangement, the contents and the features about these courses. And the teaching effects were evaluated.

electronic design contest; innovation ability; public elective course; practice

2014-01-09；修改日期: 2014-03-09

2013年度广东工业大学教育教学改革基金资助项目(2013Y014)，2013年度广东工业大学精品资源共享课基金资助项目(ZYGXG)。

蒋力立(1965-)，女，硕士，高级实验师，主要从事电工电子实验教学工作。

G424.28

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.050