开展虚拟电子设计竞赛，促进电类实验教学

周金涛 张科红

（浙大城市学院信息与电气工程学院 浙江·杭州 310015）

0 引言

现行实验教学课程内容主要是以验证理论课的相关内容为主，过分强调了实验的验证性，限制了学生们的思维。这种做法一定程度上是“照方抓药”，书上怎么写，学生就这么做。整个实验教学过程中，学生缺乏了独立思考，按部就班，没将这种实验当成自己独立去思考、去研究的过程。面对当今高科技的创新发展，这种传统的教学方法无疑束缚了对学生全面素质的培养。

电子设计竞赛的目的是在于培养大学生的自主创新精神，激发学生学习电子技术的兴趣，吸引同学们走进实验室，提高学生的实践操作能力，推动课程体系与实践、实验教学相结合的改革。从2010年举办大赛至今，我校已成功举办了九届虚拟电子设计竞赛，吸引了不少同学踊跃参加。一个从“设计”到“完成”的过程，涉及电学基础学科各方面的知识和操作能力，这一过程能够充分调动学生的主观能动性，不仅激发对实验的热情，还能培养学生独立思考、动手钻研的能力，将学生的潜能最大化开发出来，使学生的学习态度从“要我做”转变到“我要做”，从实验中获得快乐，用实验充实自己的课外生活！

1 虚拟电子设计竞赛的定位

众所周知，虚拟仿真软件已经和我们的电子技术应用与开发密不可分，相关专业的同学们确实需要熟练掌握电子电路仿真软件及设计工具如multisim、orcad等的应用，所以虚拟电子设计竞赛定位为电子技术实验虚拟教学的一个拓展，为同学们提供一个第二课堂的实践机会，提升同学们对电子技术实验的兴趣。传统的电子设计大赛，是以小组为单位，由同学分组完成，需要的时间长，还需要一些专门的实验设备和器材，对于提升同学的实践能力和培养创新精神是大有裨益的，但是因为涉及到大量实验器材的准备，往往能参与的人数并不多。我们设计的虚拟电子设计大赛因为竞赛时间短（仅仅两个小时）、只需要一定规模的机房，所以大大降低了准备的难度，参与的同学可以更加广泛，同时它的内容来源于课堂，但又有一定创新性，既能为电子设计大赛选拔部分电学基础知识掌握较好的人才，同时又让大量同学通过竞赛的参与感受电子电路设计的过程，增强对电子技术学习的兴趣。

2 竞赛的组织

虚拟电子设计竞赛最初作为分院培育赛事运行了一年，后来随着参赛规模和影响力的扩大正式纳入了学院的院级竞赛。每年在比赛之前，都需要向学院提前申请报批，拟定竞赛章程，设置竞赛组委会与评委会，并及时发布通告。一般竞赛组委会会提前两周召开会议讨论竞赛的相关工作：如竞赛的宣传、竞赛的相关培训、竞赛的题目设计、赛场（机房）的准备、监考安排以及竞赛结果评议等等，并且分工到人。在竞赛前三天，组委会还要对各项工作进行检查，如：试题是否已经讨论确定并印刷；竞赛人员是否都已经通知；监考人员是否已经安排到位；特别是对竞赛场地进行检查，看看计算机是否满足报名人数需求，软件是否都能正常运行，是否都能通过FTP上传到指定服务器。竞赛的前日，再次向各位参赛人员推送通知、检查机房、提醒赛时有序进行参赛人员的签到、并针对赛时有可能遇到的特殊问题给出详细的预案。为了保证竞赛工作的顺利开展，还组建了由数位党员、预备党员、积极分子组成的学生志愿者支队来协助老师完成工作。

2.1 竞赛的宣传

“巧妇难为无米之炊”，作为虚拟电子设计竞赛这一赛事，本身从出发点而言就是激发同学学习电子技术类课程的兴趣，所以希望参与的同学是越多越好。根据我校的实际情况，可能参与的对象包括信电学院、工程学院及计算学院等有学习过模拟电路、数字电路等课程的同学，数量看上去也不少，也并未对于参赛同学年级予以限制，但从历年的最终报名情况看，主要来参与的还是大二的同学，他们正刚接触电子技术相关课程，兴趣也最为强烈，最关键的是我们的这些目标对象该怎么动员与挖掘。所谓酒香也怕巷子深，所以需要积极做好竞赛的宣传工作，第一是充分利用网络平台，在校园网络上发布通知并开通网络报名渠道；第二是依托教师，特别是模拟电路实验、数字电路实验及电路原理实验等的任课教师，鼓励学生直接在课堂上报名；第三是做好宣传海报，即时张贴在校园的指定地点；第四是充分发挥学生党支部和电子类社团的作用，让学生现身说法，吸引更多同学参与，营造一个良好的氛围。通过上述的努力，近年来的统计表明参与的人数能占到当年学习电子技术类课程的2/3。

2.2 竞赛的内容

虚拟电子设计竞赛以培养创新能力和应用能力为目的，以竞赛为手段，通过最新电路仿真技术，让竞赛题目与教学内容紧密结合，与课程内容及课程体系改革紧密结合，强调对同学既要有吸引力又要把控好难度，还要便于仿真实现。为此，竞赛试题由评委会讨论决定，竞赛内容强调来源于课程，又高于课程内容，既有理论计算、方案论证，又有仿真实验，与培养学生全面素质的要求紧密结合。竞赛软件采用美国 NI公司的Multisim软件，与国内外最新教学和研究保持同步，具体竞赛内容是应用电子设计软件Multisim软件完成相应模拟及数字的实用性电路的仿真设计。由于竞赛设置的时间是两个小时，由个人独立上机操作完成，主要考查同学模拟电路、数字电路的基本掌握情况，所以在内容设置上我们的难度并不高，但是有趣味性、实用性和可仿真实现性。

下面举一个实例予以说明，如在2018年，我们要求比赛完成两道设计题，一道是与数字电路内容相关，题目是：请设计实现可调频跑马灯，要求8个LED灯可以循环显示，具体要求为：（1）8个LED灯，同时只有2个灯亮，并依次循环，状态转换图如：00000011—10000001—11000000—01100000—00110000—00011000—00001100—00000110；（2）显示频率可以调节；（3）时钟信号需要设计电路产生；（4）采用三节电池4.5V供电。

这道题目本身难度并不高，方法也不唯一，需要同学对数字电路的时钟信号产生、计数器、移位寄存器等知识有一个很好的掌握，并且能在短时间内通过Multisim进行调试展示。

另一道是与模拟电路相关，题目是：请设计模拟电路实现对直流电压信号的处理监测功能，输出状态用发光二极管指示。具体要求如下：已知输入一个微弱直流电压信号V1，请将电压信号 V1反向放大 8倍输出。如果 V1介于300mV～500mV之间，红色发光二极管点亮，蜂鸣器报警；否则发光二极管不亮，不报警。输入电压信号V1要求设计电路产生，实现在0～1V范围内可调。该道题主要考察同学对电源电路、放大器、比较器、报警器等模拟电路知识的掌握情况，也需要将仿真结果能展示并说明。通过这些内容的设计，考查了同学模、数电知识的学习情况以及软件的使用情况，关键是让同学建立起电路设计的概念，而不是在常规实验中按步就班地操作，调动了他们的学习积极性。

2.3 竞赛结果的评议

由于虚拟电子设计竞赛的作品均是软件作品，为了保证结果的公平性，我们要求每个同学将自己的作品通过FTP上传到指定服务器，由评委会成员进行集中评议打分。我们设置了评分表格，主要从电路图是否清晰、电路设计思路是否正确、电路仿真结果是否正确、电路原理说明是否清楚、电路的创新性等几个方面来考查，并将评议的结果及时通过网络予以公示，保留三天的申诉期。竞赛迄今已举办十届，从这些届的竞赛结果来看，还是非常公正客观的，没有一名学生提出异议，而且竞赛获奖的同学也确实在后续的课业方面以及电子设计大赛的表现中更加优秀。

2.4 竞赛的激励机制

既然是一个竞赛，总得有一个好的激励机制，为了鼓励同学，我们在竞赛中设置一等奖不超过5%、二等奖不超过10%、三等奖不超过15%和成功参赛奖若干名，但具体的获奖数量也会参考当届比赛同学软件作品完成的质量。我们还积极去寻找企业对于竞赛进行合作，如曾经与浙江大华仪器有限公司进行合作，对获奖同学给予适量的物质奖励。当然，对同学而言最主要是学校的认可，虚拟电子设计大赛作为院级赛事，对于竞赛的具体奖励办法按照《浙江大学城市学院大学生学科竞赛管理办法》(浙大城院发教〔2009〕64号)和《浙江大学城市学院实施本科生第二课堂教育试行办法》（浙大城院发教〔2009〕129号）的有关规定来执行，学生会有相应的第二课堂分以及推荐奖学金的机会，并且获奖的同学可以优先加入我们电子设计大赛的团队，接受相应的训练。

3 竞赛的效果分析

开展虚拟电子设计竞赛旨在培养学生们的创新意识和实践能力，让同学们喜欢做实验，爱上做实验。参加虚拟电子竞赛的对象以二、三年级学生为主兼有少数一年级学生，并且是以电类专业学生为主，兼有机械类学生的复合模式，实现高年级学生带动低年级学生，电类专业学生带动机械类专业学生的传、帮、带的组织模式，使竞赛的热情延续下去、扩展开来。自开展电子设计竞赛以来，物理实验中心的实验室开放利用率大大提升，不仅提高了学生们动手操作的积极性，还促进了电类实验教学和物理实验教学质量的提升。通过参加虚拟电子设计竞赛，近年来同学们在电类实验课中的成绩有所提高，并且有部分同学入选了学院电子设计大赛团队，在近年来的国家和省级电子设计大赛中取得了较好的成绩。

4 总结

虚拟电子设计竞赛活动的举办，能让更多的学生参与其中，充分发挥学生的自主创新能力，使其得到更好的锻炼。校内各种科技活动作为企业、省级、国家级举办的各种竞赛的补充，为大部分学生施展才能提供了舞台，同时还推动了电类实验教学的改革和发展。但改革创新是永无止境的，随着时代的进步，新技术、新科技的不断涌现，提高学生的工程素养、培养创新型人才是高等学校的长期任务。积极倡导学生参加各类活动竞赛，为学生们创造一个能够自主思考、学习、实践的平台，给予学生力所能及的帮助。我们也将不断思考探索，努力提高教学水平和教学质量。