大学生电子竞赛与综合能力培养探讨

刘曼玲+彭卫韶+曹宏宇

摘要：湖南省与全国大学生电子设计竞赛每年交叉进行，具有一定的权威性和影响力，也吸引了许多的电子爱好者、优秀大学生参赛，并在省赛与国赛中取得了不少骄人的成绩。本文介绍中南大学选拔、组织与培训学生的经验，以及提高大学生综合能力的方法，促进高等教学改革与创新。

关键词：电子竞赛组织培训综合能力教学改革

全国大学生电子设计竞赛是由教育部高等教育司和信息产业部人事司主办的四大学科竞赛之一，是一项全国性的大学生群众性科技活动，旨在推动全国普通高等学校的课程体系与课程内容的改革[1]，培养大学生的创新创造能力、团结合作的精神、理论联系实际的作风，为普及课外科技活动和服务现代化建设打下良好的基础与平台。

一、学生选拔

为了更好地搞好电子竞赛，中南大学一般从电子爱好者和成绩好的大学二年级的学生中选拔，电类与非电专业的学生均可以参与，让他们在具备一定的电子技术、编程语言等理论基础和参加电工与电子实验、实践后进行，效果会比较好。首先在全校采取自愿报名、三人自由组合成队的形式进行，因为省赛和国赛都是以团队参赛。第一轮选拔以三人组的形式进行，主要考察学生的理论基础、创新意识，如果能结合自身专业的特点则更好！这需要学生在网上和图书馆查阅资料，具有初步的设想。进入实验室后再重新组队并注意优势互补、结构合理：如高年级与低年级的学生组合；参过赛的与未参过赛的学生搭配；软件编程方面强的与擅长硬件的同学配合等，从而实现良好的“传、帮、带”，保证竞赛队伍和实验室的稳定发展与持续繁荣。在经过实验室的一段培训后，在比赛前几个月再对学生进行第二次选拔，这时要求学生做出实际的产品：如小车、电源、机器人等，由带队老师进行现场测试，并在网上公示入围参赛者名单。

二、组织培训

经过选拔后的学生，需要全方位进行组织培训。首先是要有一支专门的竞赛指导教师团队，各类项目拥有各自领域的专家教授。通过邀请不同专业的老师做专题讲座，拓宽学生的专业局限与思路，更快、更好地掌握科学技术的发展前沿。中南大学凝聚了一支有着丰富的实践经验、乐于奉献、富有热情、不求回报的师资队伍，为大学生电子竞赛提供了基本保证。如每一个三人组配备一个指导老师，建立了各类QQ群，定期组织师生、生生之间的交流活动：开会、讨论与沟通，包括以前获奖学生的经验介绍、电子爱好者的知识分享、创意交流和协同创造等。

1.培训目标

电子竞赛实际上是一个综合能力培养的过程，要开拓大学生思维，让他们接触技术前沿与多专业综合性知识，了解当今先进的电子设计理念以及先进的技术，能够分析复杂的电子电路；具有较强的实践操作能力，熟练掌握焊接技术、整机布线技术以及机械组装手法；熟悉一些常用的传感器，譬如电机光电编码器等；会机器人常用的控制手法，包括软件嵌入式控制和硬件电路控制；掌握总线技术和接口技术，并且能够熟练地运用在电子电路中，形成电路的模块化设计，特别是串行通信技术，会使用一般的信号与系统分析手段；培养学生了解EDA的一般开发流程；具备相关操作系统、计算机组成原理等理论知识，能够熟练使用Linux操作系統及相关GNU工具链，并能进行一般的EDA项目开发；会运用Altium Designer设计PCB电路板，了解PCB板布线的原则，掌握稳定硬件电路的布线规则，并且能设置AD软件的规则；能熟练使用Keil uVision5、Eclipse、IAR软件开发ARM微控制器；掌握常用的微控器的编程语言，能特别熟练编写C语言，熟悉VHDL语言；要求学生了解嵌入式项目开发的一般流程；掌握各类主流单片机和DSP器件的使用特性，能够熟练搭建和使用相关开发测试环境；可以进行一些较为简单的嵌入式系统的开发；掌握构建机械框架的基本方法，能利用SolidWorks设计出需要的机械图纸。

2.理论培训

在培训目标的基础上，要求学生学习电路理论、数字电子技术和模拟电子技术，并且自学与电子电路设计方面的基础知识；能利用基础知识学习与电子设计相关的专业课程，以达到举一反三的效果，养成自主学习知识并且利用知识的好习惯；学习自动控制原理，并且能利用基本的控制知识，掌握控制的基本方法，具有创新的基础知识储备库；学习微机控制原理，着重学习接口技术与串行通信技术，构建微控制器基本构建框架，学习微控制器的基本设计理念；学习MATLAB系统仿真与建模，深入学习Simulink，学习一般的系统建模方法，利用强大的Simulink仿真平台设计一般的控制系统；自学信号与系统，学习分析系统的方法；学习电机拖动，并能利用电机的知识设计机器人的电机驱动，分析电机的参数，利用电机的参数，结合自动控制原理对电机进行相应的闭环或开环控制；学习机械及其自动化专业知识，利用机械设计的知识构建机器人的一般框架，设计整个系统的搭载体；系统学习相关Verilog HDL语言的基本知识，自主学习EDA开发工具和仿真工具的使用，补充相关基础知识，自学Linux操作系统相关知识和技能，利用该项目实现对SOPC技术和IP核的移植学习。阶段学习Altium Designer软件，逐步学会设计集成原件库、原理图、PCB电路板，到相关网站学习先进的硬件电路板设计规则。学会查询需用到的芯片的使用方法，能看懂芯片手册；学习SolidWorks软件的使用方法，并利用SolidWorks平台设计出机械框架。

3.实践培训

实践环节主要包括机械组装和电路板焊接。电路板焊接需要进行理论教学和现场试验，学习PCB板的构造、焊锡点的特性以及焊锡的温度曲线。学习利用焊台和焊枪焊接电子元件；学习回流焊仪器的操作方法，利用焊锡的温度曲线设置适当的焊接时间，保证焊点结实、不虚焊。机械组装包括机械元件的拼装和线路的走线。学会机械组装的规律以及规定的方法，规范使用工具，养成良好的操作习惯。熟练学会一般的机械结合线路布局的设计方法，利用理论知识完成机械内的电路走线。会使用各种仪器设备查找故障并迅速排除。

三、综合能力培养

在电子竞赛中能取得比较好的成绩的团队都具有刻苦努力、创新创造、团结合作、理论扎实、身体过硬的综合能力。

由于竞赛培训采取日常同学们利用业余时间到实验室工作的方式进行，需要学生具有对电子学的热情，自愿牺牲娱乐与休息时间进行科学研究。在遇到各种问题时，具备不折不饶的求索精神。如无人机的程序是开源的，但要看懂别人的程序设计则需要花费一段时间，只有在弄懂他人已有的设计基础上，才能进行创造性的改造与更新。

在一个团队里虽然有分工，但也要相互帮助与合作。以电源题为例，将其分成三块分别由三人负责：主电路与驱动、辅助电源与检测、控制，但全组人员都参与电路设计，使电路设计与程序设计能有机结合，让对整体方案了解且参与所有过程的同学撰写设计报告。在遇到困难时，需要团队的精诚合作与集思广益，而不是相互埋怨与指责。尤其是比赛时，参赛选手必须具备良好的心理素质，沉著冷静、大胆心细，秉持把损失降到最小的原则去完成比赛，力争取得好的成绩。比赛要把握全局，有结果很重要，但不要一味追求指标而造成不可挽回的结果。

培训的过程，实际上是一个从理论指导实践，再从实践上升到理论的螺旋式的升华过程。学生除了会利用百度、谷歌常用的搜索方法之外，还要学会从中国知网、万方数据库中查找中外资料、硕士论文、博士论文等。学生更要好好地利用图书馆中的藏书资源以及各种电子网站提供的芯片、应用笔记与数据手册等。在大多数电子竞赛前，一般会先告知比赛要用到的主要芯片，这些芯片相应的数据手册和开发资料一般可以从生产厂家的网站上获得[2]。

由于电子竞赛实践性很强，有时与理论还有一段的差距。因此，在比赛前，参赛团队最好能够进行几次完整的电路设计，按照比赛的题目要求，在规定的时间内练习完成，并且粗略估计自己的得分。在实训过程中能发现这些题目的通性，也可以积累一些经验教训，迅速排除比赛过程中容易出现的错误。同时找到适合自己团队的模式，一些既定的模块方案可以直接确认，减少比赛过程中在方案确定上产生的分歧，提高效率。

比赛既是能力战，又是一场体力战。大部分电子竞赛实训，都集中安排在暑假进行，这时气温高，在实验室工作的时间又比较长，如果身体比较弱的话，就很容易中暑，所以平常学生要注意锻炼，保持自己的精力，休息和饮食也很重要。其次就是心态了，这个自己要会调整并互相帮助。无论比赛能不能拿奖，都要保持一颗平常心，以最好的精神状态参与，也要做好随时可能会有意想不到的情况发生的心理准备。

事实证明：凡是参加电子竞赛训练的学生，无论是否获奖，他们查找资料，学习新知识的能力，发现问题与解决问题的能力都有了较大的提高；在软件调试、硬件制作与排除故障等方面尤为突出。获奖的同学更是增强了自信心，能力和素质等得到了全面的提升，受到了保研高校与用人单位的欢迎，也给学弟、学妹们作出了表率，将成功的经验与低年级学生分享，起到了榜样和示范作用，带动电子竞赛走向良性循环！

四、教学改革

电子竞赛对高校的电工电子的教学内容、教学方法与教学手段也提出了更高的要求。近几年，中南大学首先在教材方面进行改革，实现创新与创造、引导与思考、理论与应用的有机结合，将教材编写的重点放在重应用、重技能、重素质等方面，使学生对与生产过程紧密联系在一起的电气、电子工程技术有清晰的概念和明确的了解，并引起足够的兴趣与重视。重编了电工技术、模拟电子技术、电工学、电工电子实验等系列教材[3]。

为了搞好电子竞赛，中南大学对实验内容、竞赛场地也进行了改革与建设，每年由学校拨款及时更新补充一批高精度高水平的测试设备，保证学生竞赛练习的顺利进行。同时，也会将最先进的实验设备和测试方法引入到实训中。每年还申请了开放基金，通过节约及合理使用实验室的实材费，留一部分资金专门用于创新实验室元器件的购买，为电子竞赛的正常运行提供可靠的资金保证。

中南大学现有创新实验室四间，面积达400m2，专有设备共计300多台，有一大批高精度的示波器、信号发生器、频谱分析仪、高频信号发生器、电子负载仪等电子设备供学生学习和研究使用。具有完整的一套制板仪，学生在该制板仪上可以完成PCB生产全过程，充分学习和了解电路板的制造过程；并且对于制作电路板样板进行前试验来说，可以节约成本。同时，电工电子实验中心所有设备均实现资源共享。通过大型虚拟实验仿真与预习平台建设，为开放实验、学科竞赛与创新活动等提供电路仿真支持，平台在自定义增加仿真模型之后，可以无限扩展；为学生提供大规模数字集成电路的设计方法、设计理念、设计流程及工具的培训，为学生工程实践能力、创新思维和创新能力的培养将发挥积极作用。

积极组织和培训学生参加湖南省和全国大学生电子设计竞赛，不仅促进了高等教育的改革与创新，激发了学生学习的主动性与积极性，而且也提高了参赛学生的创新意识、工程实践能力和团队协作精神，其综合素质也得到了较大的升华！为进一步进行科学研究和适应社会工作打下了良好的基础。与此同时，指导竞赛教师也得到了较好的锻炼，可以充分展现自己的才能，为培养现代化人才做出更大的贡献！

参考文献

[1]付艳清.依托全国大学生电子设计竞赛促进实验教学改革和创新能力的培养[J]，教育教学论坛，2011（1）：17-18.

[2]黄磊.大学生电子竞赛的组织和培训[J]，中国现代教育装备，2011（13）：129-130.

[3]刘曼玲，姜霞.电工学（多学时）[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

作者简介

刘曼玲（1960-），女，中南大学，副教授，硕士研究生导师，从事电工电子技术的研究与教学工作。