开展大学生电子设计竞赛提升学生实践创新水平 促进本科教学改革

李梅 许家紫 张梅

摘要：大学生电子设计大赛作为教育部组织的四大竞赛之一，每年全国各大高校都积极组织学生参加。该大赛专业性强、实践水平高，对学生的动手能力，理论水平都有一定的要求。通过对这几年我院的参赛情况的分析，可以發现相比较一般的电气类本科实验课程，电子竞赛对创新能力的要求更高。学生通过竞赛的学习和锻炼，专业实践水平得到大幅提升，创新能力进一步加强。另一方面，组织开展大学生电子竞赛能够促进本科教学的改革，促进实验室的优化，对本科实验教学改革有着积极的促进作用。

关键词：电子设计大赛;电子竞赛;实验教学

中图分类号：G434        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）19-0173-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： As one of the four competitions organized by the ministry of education， the electronic design competition for college students is actively organized by colleges and universities throughout the country every year. This competition has certain requirements for professional，  practical ability and theoretical level. Through the analysis of the competition in our college in recent years， it can be found that compared with the general electrical undergraduate experimental courses， electronic competition has higher requirements on innovation ability. Through the study and exercise of the competition， the professional level of students have been greatly improved， and the ability of innovation has been further strengthened. On the other hand， organizing and carrying out electronic competition for university students can promote the reform of undergraduate teaching and the optimization of laboratory， which has a positive role in promoting undergraduate experimental teaching.

Key words： electronic design competition; electronic competition; experimental teaching

实验作为电子类专业本科教学的一部分，有着十分重要的意义。它不仅能够把抽象的知识具体化，加深对原理，公式的理解，还能够训练思维，发散思维，从而研究出具有实际应用价值的装置[1]。目前，本科院校的理工类专业每一门理论课几乎都有相应的配套实验，并且占有一定比重。通过基础实验和专业实验的训练，学生具有了一定的实践水平和动手能力，但由于本科课程较多，实验课程学时有限，学生的实践水平提升受到一定限制。为了给予学生更大的发展空间和验证本科教学的成果，教育部高等教育司等单位自1994年联合发起了全国大学生电子设计大赛，给全国各地的大学生提供了一个展示实际操作能力的平台。

1 大学生电子设计大赛的特点和要求

大学生电子设计大赛是教育部高等教育司和信息产业部人事司共同发起和主办的大学生学科竞赛之一[2]。大赛自1997年开始举行，奇数年举办全国大学生电子设计赛，偶数年举办省大学生电子设计大赛，一般情况每年三月初启动比赛，8、9月份开始比赛。目的在于推动高等学校信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革。有助于培养和实施大学生的实践创新意识和素质教育，提高学生针对实际问题的解决能力，为优秀人才的培养创造条件。竞赛与高等学校相关专业的课程体系相结合，涉及课程包括电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、FPGA原理及应用、C语言程序设计、单片机原理及应用等等。同时，电子竞赛对本科的学科课程的教学成果也是一种反相验证。电子设计竞赛的所设题目既有一定实际应用性，又有一定的难度，题目包括电源类，信号源类，放大器类，控制类等，高频无线电类，仪器仪表类，数据采集与处理类七个方向。竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式，竞赛采用"半封闭、相对集中"的组织方式进行。竞赛的时间短，强度大，竞争激烈。

2 电子设计大赛的组织和管理

我院从2011年开始组织学生报名和参赛，七年期间共取得了国家级奖项9个，省级奖项23个，在大赛的组织和培训方面积累了一定的经验。

2.1 参观实验室、组织学生报名

在学生入学的第一年组织学生参观学院的基础和专业实验室，介绍各个实验室的功能和作用。学生在参观实验室之后对所学专业有了实际的感受，对今后学习的专业知识有一个初步的“形”的认识，更有接触和学习专业知识的欲望。在学生已经开始学习电气专业基础课的同时可组织学生报名，组成课外兴趣小组，为储备竞赛候选队员做准备。学院对兴趣小组成员定期进行专业知识培训。在学习完电气专业课程后做相应的知识点提高。这一阶段主要以学生自学为主，老师集中教学为辅。在实验室方面，院里积极提供场地和设备，实验元器件等，并予以足够的经费支持，维持日常的训练开支。培训场所可建成独立的创新实验室，实验室开放时间灵活，预约使用，由专门的实验管理员进行管理。在培训教师方面，抽派各专业知识水平强的教师若干名进行专项辅导，答疑。

2.2 集中培训

这一阶段的任务是在日常的培训的基础上进行强化训练并筛选出优秀的参赛队员。在离比赛开始前的四个月将兴趣小组的学生集中起来，在学生没有课的时间如晚上和周末進行集中培训。往届的参赛队员尤其是获过奖的队员可以分享学习心得和比赛经验给新加入的成员。教师找出历年竞赛真题，模拟比赛情景，在规定的时间内让学生完成题目内容。教师根据学生的测试结果，分析知识点的掌握情况，针对做错的或者不会的知识点着重讲解和练习，做到查漏补缺。同时，在进行实际操作的过程中不忘加强理论学习。扎实的理论基本功是迅速的分解题目和设计电路的基本保障。对于竞赛中出现但书本上没有深入阐述的知识点由老师集中授课讲解，练习。教师还可以设计一些有一定难度的题目给学生练习和提高。最后，集中培训结束后进行队内考核，选出最终参赛的队员。

2.3 团队配合与后勤保障

电子竞赛的题目比较复杂，由于时间有限，一个人短时间内无法完成，这就需要分工明确的团队合作。正式竞赛以三人为一小组，因此在平时的培训就以三人自行组队。三人分工负责不同的工作：在全组队员讨论完设计思想和方案后，一个人负责电路设计，一人进行硬件制作、调试，一人负责绘制电路图和书写报告。任何一个队员遇到困难的时可进行全组讨论。在集中培训的阶段，团队的磨合更加能够体现出个人的长处，从而找到适合每个人的工作。团队队员之间的交流、配合在真正的比赛阶段是十分重要的，因此在平时的培训阶段需要多磨合。学院和实验室对竞赛的支持也十分重要。学院派专门的老师进行竞赛辅导，并适当给予报酬。学院设立专项经费用于大学生电子设计竞赛以及其他竞赛项目。正式比赛时的实验仪器、实验器件、实验场地都由参赛单位提供。因此，平时训练时尽可能地让学生使用一些性能比较好的仪器设备并且熟悉它，对学生平时所需要的各类元器件，院里要准备充足，做到随需随买。学院提供足够的实验场地给学生进行训练和比赛。

2.4 赛前动员与竞赛

正式比赛前夕，学院组织辅导老师开展动员大会，动员学生积极备战，同时调整心态发挥正常水平，力求在稳扎稳打的基础上进行突破。往届正式比赛阶段或多或少存在一些突发状况，因此，辅导教师可提前设想几种突发状况并分别找出解决方案，制定紧急预案。正式比赛阶段学生不能有任何的场外指导，全靠平时的积累和临场发挥，因此学生的压力比较大。学院尽其所能提供优良的后勤服务，包括饮食，休息等等。准备的仪器、设备、元器件一定要充足。比赛测试成品的时候切勿紧张，按比赛要求展示作品即可。比赛结束后，所有的参赛队员应及时对比赛进行总结，包括学习到什么，收获了哪些知识和经验，还有哪些不足等等，以便为今后的学习和比赛做新的计划，争取以后取得更好的成绩。

3 电子设计竞赛对学生实践水平的提升

3.1 竞赛有助于学生创新实践水平的提高

近几年国家明确提出要加强应用型人才的培养，所谓应用型人才，是指能将本专业知识和技能应用于从事的专业社会实践的一种专门型人才[3-4]。大学生电子设计大赛不仅是一个赛事更对学生专业知识的考核和实践水平的考察。从基础的理论知识到电路设计，再到调试运行，报告提交，每个环节都需要参赛者有很强的操作能力和分析问题解决问题的能力。学生通过前期的竞赛培训在实践动手能力上有了一定的基础，正式比赛环节给学生提供发散思维，创新设计的机会。题目设置包含基础和提高部分。提高的部分给了学生充分的发挥空间，学生在接到题目之后尽可能地发挥自己的创新思维，改进技术和算法，设计出功能强大，精确度更高的装置。比赛评判的标准之一就是看同一题目规定下，谁设计的装置性能更高，先进性更强，稳定性更好。比赛中会出现很多问题，各种软硬件故障等。通过比赛锻炼，学生在分析排除故障的能力上得到了提高。电子设计大赛对学生的创新实践水平的提高比任何一个实验更有效果。电子设计大赛用的元器件远远超过书本所学，经过电赛锻炼的学生对元器件的识别要远大于一般的学生，对基本焊接技术的掌握也更为熟练。大赛中，团队合作是必不可少的环节，通过比赛的锻炼磨合，同学之间的配合更加默契，分工协作能力也得到了提升。

此外，参加过电子设计大赛的学生，他们的实验课程平均成绩比没有参加的学生要高一些。我们抽取了在读的电气工程和自动化专业的280名学生，对他们所学的9门实验课程做了数据统计，统计结果如表1。从表中可以得出参加过电子设计大赛的学生在实验、实践课的成绩上明显高于没有参加的学生。在对综合水平要求的实践类课程上分差就更为明显，达到10-20分之多。可见，电子设计大赛有助于学生创新实践水平的培养。

3.2 竞赛对学生就业水平的影响

从以往的毕业数据可以发现，公司和用人单位更容易接收动手能力强的学生。经历电子竞赛磨炼过的学生，尤其是拿过奖项的学生更容易被好的公司相中，也更容易去知名的企业。通过对历年参赛学生的毕业跟踪，不难发现他们所在的单位基本都是电气电子行业中的综合实力排名比较靠前的大中型企业，工资薪酬待遇比较高，提升空间比较大，个人发展也比较好。正因为学生在用人单位的口碑比较好，用人单位也愿意继续来我院招收新的毕业生。

4 电子设计竞赛对本科教学改革的促进

4.1 对教学体系和模式的改进

电子设计大赛分不同的组别进行比赛，因此对专业知识水平要求较高。通过竞赛能够发现学生的对基础知识的掌握不够牢固，因此在今后的课程设置上，保证专业基础课程的课时和教学质量，确实打牢基础。理论课中与实际应用相关的章节增加课时，相应的实验由老师亲自讲解。电气专业的学生在软件设计方面相对薄弱，因此提高了软件设计课程的比例，可以用仿真实现的课程设计，要求必须先进行仿真设计。在实验教学模式方面，设置四个梯度的实验：基础实验，设计性实验，综合设计性实验和研究型设计实验，难度从低到高依次递进[5]。学生学习的书本知识往往因为没有应用于实践而显得抽象空洞，各类设计型实验就是给学生提供一个亲自动手的体验，从而加深理论学习的印象，并能够充分理解原理和机制。设计性实验评分标准不同于普通实验的直接评分，而是采用现场验收和答辩环节，增加答辩环节后更加能激发学生的主动性和创造性，同时学生也能和老师一起探讨问题，改进技术。从这几年我院设计性实验的开设结果来看，学生学习专业课的主动性和积极性明显有所提高。

通过学生参加电子设计大赛的过程可以发现，学生的动手实践能力还不够强，实验教育水平还需加强。由于实验学分相对于理论课程来说比例比较小，很多学生在做实验的时候不够重视。实验教师对实验的重视程度也不够，考核机制也不够健全，评分标准不够细化。因此总结这几年的竞赛情况，院里对实验的重视程度大幅度提升，建立了考核目标体系，即每一个实验项目都对应具体的实验目标，并分别打分，不同实验目标按权重和分数进行总体计算。采用考核目标打分制以后，学生对实验的各个方面包括实验仪器的使用，线路的搭建测试，数据分析和寻找排除实验故障等的掌握更加熟练，实验水平比之前更高。

除了在课堂上学习的实验、实践课程外，学院鼓励学生走出去，参加各专业认知实习。院里组织学生参观一些本地或者外地的大型电气类企事业，从而学习了解当前先进的电气、自动化技术。

另外，除以上教学环节外，可聘请一些国内外比较知名的高校学者或企事业技术总监、研究员等，针对当前国内外电气发展的趋势，开展专业知识讲座。学生对知识讲座的兴趣是非常浓厚的，讲座的开展对他们专业自信的建立有着很好的激励作用。

4.2 对实验室建设的优化

实验室的建设在整个学院的建设中有着举足轻重的地位，实验室水平的优劣直接影响了本科教学水平的高低。因此，实验室的建设和当今的科研技术一样要与时俱进。在现有的实验室基础上，重新整合实验室，将实验平台更加细化，功能化。将实验室划分为四个层次：电工电子基础实验室，包括电子实验室，电工实验室。学科基础实验室，包括单片机/微机原理及应用实验室、PLC实验室、自动控制实验室，仿真实验室，电力电子实验室等。专业实验室，包括继电保护实验室，电力系统实验室，电机拖动实验室，自动化仪表与过程实验室等。最后一个是创新实验室，开展的实验包括电子设计竞赛、单片机竞赛、智能车竞赛和大学生创新计划项目等。创新实验室不同于一般的课程实验室，电子竞赛需要的设备主要以各种测量仪器，开发系统，元器件，电路制作设备为主。要根据平时所需器件随时添置新的材料，学生自主选择性更强。因此学院需要成立专门的创新实验室作为日常培训的场所，它不仅可以作为电子竞赛的培训和比赛场地还可以作为单片机竞赛，大学生科研项目的实验场所。实验室由专职实验员管理，实验教师由院里抽派，实验耗材由院里统一采购，可提供各种嵌入式系统、FPGA开发版，单片机开发系统等等。通过电子竞赛学生可以了解当下比较实用的电子技术，对于陈旧的即将淘汰的技术我们在进行理论学习的时候可以减少篇幅，对于相应的实验也可以压缩甚至不做。对于一些陈旧的实验室要及时进行更新和扩建，对于一些陈旧的实验设备进行报废和升级。电子竞赛对实验室建设起到了一定的更新和优化作用，因此适当鼓励学生参赛很有必要。实验管理力度加强后可以发现，学生的动手能力得到了提高，竞赛水平也有所提升。

5 结语

通过组织学生参加大学生电子设计大赛，可以充分检验学生所学的理论知识是否扎实，本科教学水平是否适应当下电子技术的发展。同时，通过开展电子设计大赛培训，学生的学习热情更高涨，学习更加主动积极。通过比赛的锻炼，学生的创新水平，动手实践能力，分工协作能力都得了一定程度的提升。同时，大学生电子设计大赛的开展促进了实验教学体系和模式的改革，促进了本科教学的改革。大学生电子竞赛的开展还优化了实验室建设，使得实验室的设置更加合理，提高了实验室的建设水平。综上所述，当下，开展大学生电子设计大赛对学生的实践创新水平和本科教学有着积极的作用和意义，但其中存在的不足还需要我们进一步总结和完善。

参考文献：

[1] 程南. 电工电子实践教学环节对动手能力培养途径的分析[J].高校实验室工作研究，2013（4）：31-33，59.

[2] 李稳国，崔治，邓曙光，等. 探讨电子设计大赛对大学生创新能力的培养[J]. 实验实践教學，2012（8）：115-116.

[3] 陈立章，宋学瑞，彭红. 组织电子设计竞赛 培养大学生创新能力总结和体会[J].湖南医科大学学报（社会科学版），2008（7）：95-97.

[4] 黄智勇，刘涛.电子综合设计课程创新改革[J].课程教育研究.2013（16）：141-142.

[5] 陈爽.应用型人次培养模式的实验教学改革[J].实验室研究与探索，2012，31（8）：1-3，38.

【通联编辑：王力】