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关键词:演示实验;虚拟实验;Multisim;自制套件;面试考核
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)13-0131-02
全国大学生电子设计竞赛是具有22年历史的科技活动,从1994年第一届开始至今已经举行了12届。教育部和工信部共同发起的这项活动极大的促进了普通高等院校信息与电子类学科课程体系的改革。推动了课程建设和实验室建设工作。参与的学生在实践方面获得了很大的锻炼,将来在工作中的竞争力也得到了提高。指导教师的付出也得到了教育部和高校的认可,承认并计算其工作量。电工电子设计是面向高校理工科专业的学生开设的实训课。主要面向大一大二新生,介绍常用电子元器件的封装结构,不同元器件的选用及常见故障的识别;熟悉常用电子仪器仪表的使用;掌握电子元器件的焊接技术。着重训练学生的实践动手能力,作为电子设计竞赛的前期基础教学环节,承担发现选拔人才的任务。
1 目前教学中存在的问题
学生学习积极性不高。通过对学生上课精神状态的掌握和课下与老师同学之间的交流可以发现一个普遍共识,随着时间的增长,大学生的学习积极性逐年下降。主要表现在实践能力不足,眼高手低的问题比较突出。大一新生对大学充满好奇,相对来说情况还算较好,但是也存在上课玩手机,实训不按照操作规程执行,组织性差纪律散漫的问题。这一方面是现在社会知识爆炸以及知识碎片化造成的,另一方面也反映新时代下教学的改革迫在眉睫。
学校对实践教学重视度不够,课时较少。随着学校实践教学课程数量的增加,而总学时并没有增加多少,这就造成留给每一个课程的实践教学课时非常有限。电工电子设计的实训教学是非常花时间的,一次教学单元应该在4个课时左右,否则很难有效展开教学工作。因为教学课时受到压缩,原来的教学内容就需要进行改进,以适应新形势的要求。目前存在实践教学和理论教学方面的衔接没有处理好的问题。
2 教学内容的改革
目前高等院校学生普遍反映课程设置负担过重,而教学效果并不明显。造成的原因是多方面的,其中之一是课程内容陈旧,已不适应新形势的需要。针对电工电子设计实训课程的特点,需要增加实训套件的选择性和趣味性。传统的实训套件主要是六管收音机,尽管成本低廉但是教学效果并不好。应该允许学生根据自己的专业特点和兴趣爱好自由选择实训套件内容,这就要求实训套件的研制要与时俱进,每年都需要增加一些创新性的实训套件,并将其引入实训教学中。这对实训指导教师和实验室元器件库的建设都提出了新的要求。
重视演示实验,增加虚拟仿真实验。有些实验趣味性很强,但是成本较高不适合作为电工电子基础实训内容。可以将这类实验制作成演示性的,如四旋翼飞行器和脑波控制轨道车等等。这些演示性的实验可以增加学生的学习乐趣,开阔专业知识的视野。在教学开始的时候进行演示,可以吸引学生的注意力,在接下来的学习中更加积极主动。同时在教学过程中将虚拟仿真实验引入电工电子设计实训教学中,采用Multisim仿真软件,增加学生对电路的直观认识,为后续专业课程的学习奠定很好的基础。这很好地解决了课时少和课程综合性、实践性强的矛盾,同时也降低了材料的耗损,减少了经费的支出。采用虚实结合的方式,弥补了现场实验中的不足。
以滤波器实训为例,最简单的形式是一阶无源低通滤波器。对于没有学习过专业课的学生来说一阶无源滤波器截止频率的概念,显得很难理解。可以通过仿真让学生理解频域、波特图的概念,学会使用示波器和信号源等仪器。通过虚拟仪器的使用学生可以掌握常用仪器仪表的使用,并进行电路的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析等常用分析方法。在对无源滤波器理解的基础上,再进行二阶有源带通滤波器的实训。通过采用仿真软件,在教学过程中随时提供演示电路和定性定量分析。教师可以在多媒体教学的过程中分析电路的特性,灵活的更改电路参数,进行接近于实际电路的调试分析,有利于对电路进行故障识别,并加深对理论的理解。
3 考核方式的改革
实践教学的考核一直是个难题,实践教学质量监控一直没有较好的量化标准。电工电子设计实训课程的考核不仅作为评价学生学习质量和教师教学效果的手段,同时也肩负为电子竞赛选拔人才的任务。通过近十年的实践摸索,采用面试的方式进行考核,收到了良好的效果。学生在课程结束时不仅掌握了基础知识而且语言表达能力得到了有效提高。可以在公共场合,自信地描述自己的实训作品。在面试的过程中教师需要根据学生的专业和兴趣爱好来提问,学生的回答反映其思维方式、应变能力和对专业知识的掌握程度。最终课程的成绩是根据面试成绩和实训套件制作效果综合打分。通过这种考核方式可以更加真实地反映学生的专业素养。这种考核方式增加了指导教师的工作强度,但是提高了学生的语言表达能力并且锻炼了其面试技巧和应变能力。
4 结论
以全国大学生电子设计大赛为契机,进行了电工电子设计课程的实训教学改革。不仅给学生以有用的专业知识,更重要的是通过这些教学环节和知识载体,使学生了解电工电子设计的思想、方法和精神,学会使用这种方式理性的观察和分析生活中的电子产品。为后续专业课程的学习和工作中的实践打下了坚实的基础。
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【关键词】电子设计大赛 指导 实效性
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2013)09C-
0024-02
电子设计大赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,为在校大学生提供一个相互学习、相互促进和检验自身能力的大平台。近年来,电子设计大赛开展得红红火火,参赛规模和人数逐年增大,成为各高校和全社会广泛关注的一件大事。基于此,本文对如何提高电子设计大赛指导实效性进行思考。
一、学生在电子设计大赛过程中存在的问题
笔者发现学生在电子设计大赛过程中存在以下问题。一是基础知识不扎实,知识面不够宽。电子设计大赛涉及的知识面包括模拟电子、数字电子、单片机等方面的知识。学生在确定选题后,提出的设计方案不尽理想,方案的论证不充分,导致完成得不太理想。很多的方案也是课本固定的、死板的,没有创新性,缺乏综合性、设计性。二是对新技术的掌握不到位。学生对新器件、新技术的应用能力比较差,比如FPGA技术应用、模拟电路芯片应用、新的开发工具、典型的专用的集成电路等。三是对计算机和仪器的使用不熟练。每年的比赛都要求学生通过计算机完成原理图的绘制,并使用打印机打印相关的文档。笔者在指导过程中发现,学生都具备计算机、EWB、PROTEL的使用能力,但是都不够熟练,导致浪费太多的时间,影响了比赛的进度。还有部分学生对比较先进的子仪器,比如新示波器的使用,明显存在不足。四是主动学习意识不强。在培训或指导的过程中,如果指导教师不在场,学生经常会分散精力。此外,学生自主学习能力不足,在设计方案、程序的实现上都存在依靠教师的现象。学生没有认真思考、没有主动学习,处于被动状态,应付培训。五是动手能力欠缺。大部分学生在培训或比赛中都过多地倾向软件仿真。因此,每次比赛,都会遇到仿真都实现了,但产品实现不了的现象。这是因为仿真和实际的产品制作存在很大的区别。六是应变能力不足。很多学生在接到项目题目时,就埋头去实施,完全按照比赛的要求逐一去实现,当故障或意外出现时,不知所措。七是团队意识不强。同组中的两个同学,有时各自设计各自的,不交流也不讨论;或者一个同学独自忙,另外一个同学不参与进来,两个人未能一起总结经验。八是技术文档质量不高。从设计内容到格式都存在不足,电路设计缺少理论支撑,缺少必要的公式推导,甚至存在逻辑问题。学生对数据的记录、分析、总结、归纳不够重视。
二、提高电子设计大赛指导实效性的做法
为了提高电子设计大赛指导的实效性,笔者结合自身的实际情况,总结出一些做法。
(一)赛前“三备”。一是“备”学生和教师。先讨论“备”学生。开展一系列的学院技能节,主要针对大一的学生,比赛题目由相关专业的任课教师统一讨论确定,然后下发给学生,学生根据选题任务进行选题,或者根据自己的兴趣爱好自拟题目,报给教师备案,每组学生配有1~2名指导教师,比赛时间为2~3个月。在这段时间内,教师指导学生完成作品设计与制作。比赛结束后,聘请相关专业的教师、专家对作品进行验收。选拔出一批初步具备电路设计能力、编程能力的学生,为后续的比赛提供保障。接着,对这部分学生进行强化训练,并明确各自的分工。接下来讨论“备”教师。比赛是一件又累又苦的差事,选出甘为比赛奉献的教师很重要,这样才能保证比赛的顺利进行。可针对往年的赛题,借鉴他人的经验,有批判地采用成熟设计,从自动控制、智能仪器、数据采集、通信装置、常用典型电子线路五个方向有针对性地选拔教师,明确分工,制订预案。
二是“备”仪器设备和元器件。仪器设备和元器件的准备是否充分关系到比赛能否成功。在比赛前,根据往年的比赛购置一部分仪器和元器件,在平时就加强对这些仪器和元器件的使用。尤其在比赛前几天,根据组委会在网上公布的所需仪器、电子元件清单和参考的选题,准备好相关材料,对公布的仪器设备进行操作和培训、使用;查找相关资料熟悉所需元器件技术参数、引脚、结构、使用注意事项等。参赛队员应知道元器件库中已有的元器件。这一部分应“早”字当头,力争主动。在前期准备工作中,早研究、早动手。
三是“备”场地和后勤。学校应将参赛学生相对集中在一个或者几个实验室内进行竞赛,便于组织人员巡查。此外,还要保证竞赛场地有足够的测试空间。竞赛期间需保证水电的供应,注意防暑降温的条件,同时要求在竞赛场地附近有临时休息的场所等。同时,还需要拨相应的比赛经费,用于比赛过程中的开支。
(二)赛前“四培”。根据电子设计大赛的内容和特点,需要对学生进行强化训练。在训练过程中,可实施“四培”培训方案,即培训基础知识、培训模块、培训综合设计、培训心理素质和应变能力。
一是培训基础知识。竞赛对学生最基础的知识要求包括:电路、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术、C语言编程(面向硬件)。基础知识训练的目标是达到基本知识牢固,会看电路原理图,会设计PCB板,会焊接安装,会测试,会查找资料,会撰写文档。加强和巩固竞赛涉及的一些课程如模拟电子技术、数字电路、单片机、可编程逻辑器件、传感器与检测技术等,尤其是模拟电子技术,同时注意与应用密切相关的基础知识,如各种放大器的工作原理及计算、应用,运放工作原理及计算、比较器的原理及应用,各种振荡器的应用,电源等;此外,还有基本组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计思想和应用。
此外,还应加强对学生进行焊接水平的培训,加强学生对常见的各测量仪器的使用,培养学生使用互联网查阅资料的能力,以及培训学生对技术报告的撰写等。技术报告是竞赛作品不可缺少的部分,其撰写的水平直接反映参赛学生的能力,也关系作品成功与否,同时,更体现参赛学生的设计思想、实现手段以及测试结果等方面。
这一部分主要培养学生的13项技能,主要包括:资料收集整理和英语资料阅读的能力;自学能力;文档组织与撰写能力;PCB制版能力;焊接与装配能力;电子仪器的使用能力;系统调试与故障排除能力;基本模拟单元电路的设计能力;电子系统设计与集成能力;处理器设计与应用能力(51单片机、TI的DSP、ARM);EDA开发与应用能力(FPGA、CPLD、PAC、SOPC);编程能力(C语言、VHDL、汇编);新器件学习与使用能力。
二是培训模块。培训模块是赛前训练的主要内容,也是为比赛所做的直接物质准备。在训练中要求学生分组设计接口规范、功能独立、资源共享、易于组合的模块。硬件模块主要有:单片机最小系统、可编程逻辑器件最小系统、A/D与D/A电路、信号放大电路、信号发生和处理电路、声音报警电路、压力、光电等传感器应用电路、功率驱动电路、显示电路、键盘电路以及多路电源。软件模块应包含如下部分:键盘和显示处理、数据采集与处理、控制算法、通信、定时、波形产生及脉冲宽度调制、输入输出控制等。
模块训练的内容和目标是由浅入深,循序渐进,有计划地进行培训,独立完成电子电路模块设计与制作,组织各种形式的学习讨论会,促进信息交流,及时整理归档,建立相关硬件、软件、资料的“共享资源库”。模块训练分几个阶段进行,每个阶段都要举行学生作品展示,以参赛小组为单位让学生讲解作品的实现原理、方法和手段,以及在调试过程中遇到的问题等,学校组织专家进行点评,学生对点评后的作品进行性能改进。
三是培训综合设计。综合设计体现学生的综合能力,可以检验学生对所学知识掌握的程度,是培养学生设计综合能力的重要手段。这一项目的培训主要采用模拟比赛或实战的方式进行,严格按照比赛的要求进行。采用模拟比赛的方式与正式比赛的环境大致相同,可以真实地反映学生的能力和水平,体现学生解决实际问题的能力。根据比赛的评分材料,并结合实际工作的要求,查阅资料,方案设计及论证,电路图绘制、PCB板设计、产品制作和调试,最后得出实物。建议在综合设计培训时,同一个制作题目让两组或两组以上参赛队员采用不同的设计方案实现,然后比较制作实物的性能参数,加深学生对不同器件、不同模块特性的认识。尤其是在比赛过程中,一个学校所选的题目不要过多,否则会分心。通过实战训练,可以找出学生实际制作过程中出现的问题,这样可以避免在实际比赛中出现问题后无法解决的困境,让比赛更顺利。培训完成后应立即分析和总结,对出现的问题在下一次要注意,不要重复发生。
四是培训心理素质和应变能力。学生的心理素质和应变能力直接影响比赛的质量,因此,应对学生进行心理素质和应变能力的培训。学生在比赛过程中,遇到问题要沉着冷静、不慌张、不自乱阵脚,能分析问题所在,并迅速采取相应的措施加以解决。此外,遇到问题时要相互鼓励。另外,为了比赛成绩,应明智地做出取舍,能争取一分是一分,以确保比赛的最好成绩。
【参考文献】
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【基金项目】2010新世纪广西高等教育教改工程项目重点项目(2010JGZ084)
关键词:电子大赛;理论培养;焊接工艺
中图分类号:G642.423 文献标志码:B 文章编号:1674-9324(2016)03-0094-02
一、导论
全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一,是主要面向全国电子类学科大学生赛事,目的在于推动教学改革、培养实用型人才,同时也有助于培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作、提高学生电子设计制作的能力,为选拔人才也创造了条件。比赛自从开办以来,一直备受全国高等院校和学生的重视,被认为国内“含金量”最高的比赛之一,比赛成绩在某种程度上已经成为标志着学校教学水平的高低。而参加比赛获奖的学生在求职过程中,也经常受到用人单位的青睐。全国大学生电子大赛是一种半开放的比赛,比赛时间为4天3夜。比赛期间[1],同一个队伍的队员之间可以商讨设计思想,确定设计方案,进行分工协作,以队为基本单位独立完成比赛任务。指导教师不允许对参赛学生进行指导,参赛队员也不可以与其他人员探讨任何问题,队员可以查询相关资料设计电路并完成作品。比赛内容涉及范围比较广,包含高频、低频电子线路设计、单片机等控制电路,几乎包含了电子类专业所有的专业课程,没有深厚的理论基础和对电子元器件扎实的认识,很难在短短的4天中完成比赛,赛前培训则成为完成比赛内容提高比赛成绩的关键。如何进行赛前培训、提高比赛成绩,已经成为指导教师及参赛学生讨论的重点问题。本文根据电子大赛和教学内容,对学生的培训可以从几个方面进行考虑,主要包括是理论培养、电路设计训练、电子元器件认识、焊接工艺练习等。
二、理论培养
良好的比赛成绩与对电路理论知识的掌握情况是分不开[2,3]。首先需要熟练掌握基础知识。电子设计大赛的电路设计与参加考试不同,对知识的认知不能停留在仅仅会做习题的层面上,需要深刻理解教材中每一个电路设计的原理,如三极管、电阻、电容、电感等元器件在电路中发挥的作用,其数值变化对电路的影响等。例如,三极管的三个工作状态饱和、截止、放大,如何设计参数,使其工作在不同的工作状态,实现所需要的功能,这些都需要学生对电路知识有深刻的认识才能够设计出相关的电路。然而,电子大赛比赛时间一般为9月初,大四的学生已经学习了电路与电工基础、模拟电子线路、单片机、高频电子线路等课程等相关的电子技术专业课,从所学习的课程上可以看出,完全具有独立完成电子大赛题目的电路设计的能力。但是由于时间的关系,大四的学生对以前所掌握的部分知识存在遗忘的现象,这些都需要学生利用业余或者假期时间重新复习以前学习过的相关知识,以便在比赛的时候能灵活运用理论去设计电路。由于电子大赛与电子线路等课程相关的内容比较多,单靠学生自己很难在业余时间复习学会相关的知识,并且,学生习惯于考试的方法学习,对于电路的设计,几乎没有任何经验,很难把握住理论学习的重点。为了提高学生的理论水平,学校应该组织在电路设计上有经验的教师,对参赛学生进行辅导,以加深对理论知识的认识与理解。
三、电路设计训练
普通高等学校课程体系建设上[4],受到高等学校师资、投入等各方面的影响,电子类的教学还是以理论授课为主,同时开放对应的实验、课程设计等实践教学环节,学生对电路的认识还停留在实验上,很少能够形成电路设计的概念。面对一个电路设计,不知道如何从何处入,这就需要从简单的电路设计入手,培养学生设计电路的能力。如何贯穿所学电路知识设计电路,是参赛的关键。电子大赛的电路设计是绝对不是靠一门课程可以设计出理想的电路完成比赛任务的,它是需要依靠多门课程知识内容的集中体现。电子大赛的电路设计通常需要由多个小单元电路组成。如遇到显示温度、采集信号等内容则需要使用单片机等器件来实现、如果采集的信号幅度过小则需要对其进行放大达到下一级电路的输入要求。因此将电路知识融合贯穿起来才能完成整个电路的设计。总所周知,无论多么复杂的电路,都是由简单的单元电路组合起来,实现复杂的电路功能,因此,根据学生所掌握的本科知识,先给出若干单元电路题目进行设计,如加法器、振荡器、乘法器等电路设计,让学生自行设计。随着软件技术的发展,已经存在一些电路仿真软件,如EWB、Proteus等,学生可以依据这些软件将自己设计的电路进行仿真实现,验证自己的设想是否正确。采用这些软件实现电路仿真,不仅可以使学生的设计电路时候的一些想法得到实现,也可以降低成本,同时学生也可以很容易修改参数,观察每个单个电子元件在电路中发挥的作用,这在实物电路中是很难实现的。
四、电子元器件的认识与焊接工艺
电路设计采用仿真软件实现,可以对学生起到一个锻炼作用,但是这些仿真电路毕竟与实际电路的设计毕竟存在一定的距离,我们必须把仿真电路转换成实物电路,才能提高学生对真正电路的认识。对于很少接触实际应用的本科生来说,首先培养学生对电子元器件的认识,如电阻、电容、电感等型号、阻值、电容数值等的认识,如何分清三极管、二极管的管脚;认识常用的运放芯片,比如OP07等,对于比较不熟悉的芯片,学会如何查找芯片的参数,芯片输入的电压范围等,以便用于在设计电路的时候可以依据参数,选择性能比较合适的芯片用于电路中。其次,电路焊接问题一直是困扰学生电路成功参赛的主要原因,经过了2~3天的电路设计及仿真实现,学生基本上完成电路设计,在实现作品的时候,学生焊接完的电路板,经常会出现电路不能正常工作、或者输出信号与设计初衷不一样的情况,甚至无任何信号输出,电路的焊接往往是出现问题的主要原因,虚焊、焊点过大、电子元器件被烧坏等问题都严重影响电路正常工作,即使比赛结束前可以正常工作的电路,到了比赛现场测试的时候,也经常会出现电路无法正常工作,或者是电子元器件被烧的情况。当然电路无法正常工作的原因有很多,焊接技术不过关是常见的原因,由此,需要加强对学生平时对焊接工艺的训练,提高作品成功由于焊接问题导致的比赛失败。另外,熟练的掌握示波器、万用表、直流稳压电源、信号源等基本仪器也是需要对学生进行培训的重要环节。比赛赛场通常不是在本校进行,而常用的仪器种类有分为很多种,国内的仪器面板也几乎都是专业英文标识,在紧张的比赛环境中,顺利操作这些仪器仪表进行测量也不是很容易的事情,因此需要训练学生熟练掌握常用仪器的使用方法,掌握仪器面板每一个按钮的英文含义,熟练掌握仪器的操作和按钮含义以后,即使遇到不熟悉的仪器,也可以很快学会使用方法。
五、赛前模拟练习
实战模拟训练是赛前不可缺少的一个重要环节。由于电子大赛需要面向电子、通信、自动化等专业学生参赛,因此,每年电子大赛的题目大致包括几个方面:电源、放大器相关的内容、通信、控制等几个大方面的设计。指导教师可以依据自己所带学生的专业方向设计一些相关题目进行模拟训练。经过理论、电路设计等方面系统的培训,参赛学生已经基本掌握了电路设计的相关知识。在这种情况下,参赛学生也需要参与几次模拟训练以达到组员之间相互配合的目的。每组参赛队员为3人,比赛中也通常涉及基础电路设计、单片机设计、电路焊接、最后完成比赛报告。合理的分工合作能够数顺利完成电路设计,如果在比赛配合出现问题,则有可能导致在规定时间内无法完成比赛,指导教师可依据学生掌握知识的情况,对学生进行分工。如将基础知识掌握比较全面的学生作为组长,负责电路整体设计、单片机编程比较好学生的负责单片机控制、文笔比较好的同学负责论文报告的写作。这种赛前实战模拟训练还有一个重要的目的,学会排查问题电路。在电路的设计和焊接过程中,会出现各种问题,一般来说,即使是指导教师在短时间内发现问题也是很困难的事情,这些问题出现在赛场上,只能依靠学生自己解决问题,对于对电路的初学者来说,这种问题也是经常发生,焊接的电路也很难一次成功,学会排查电路故障时参赛学生必须掌握的基本内容。针对存在问题的电路,当某一部分电路出现问题的时候,首先需要要做的是需要是检查电路设计的是否正确,确信电路设计正确后,再依照电路图检查电路连线问题,如果都没有问题,则需要依照电路从前往后每一个焊点都需要采用万用表或者示波器测量电压或者波形。这也需要对电路的原理极为熟悉,清楚了解电路中每一处的电压的大小、每一处电压波形形状等相关参数,以判断电路出现的问题所在。
六、结论
本文仅仅是从以上几个方面来讨论如何在赛前对学生进行培训,以提高学生参加比赛的成绩。但是,毕竟比赛各种意外都会发生,在短时间内完成电路的设计、购买元器件、完成电路作品,即使参加培训的学生也会由于经验不足,参数设计等问题等会有很多意外发生,影响比赛成绩。加强平时对学生的训练、增加电路设计经验是靠平时一点一滴积累起来的,只有打下深厚扎实的基础,才能在比赛中取得良好的成绩。
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【关键词】学科竞赛;MCU;教学改革
Abstract:The article to the students of various subject contest as an opportunity,discusses the exploration and practice of teaching reform of series courses in multi-level MCU as the core.It focuses on curriculum system and teaching content and practice and exploration was reformed and,seek to develop innovative,high quality,adaptable application-oriented professionals.
Keywords:subject contest;MCU;teaching reform
引言
一直以来我院电子信息系提倡培养应用型人才,以学生为主体,以教师为主导,把促进学生健康成长作为学校一切工作的出发点和落脚点,为每个学生提供适合的教育,提高学生用于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力,提高学生服务国家,服务社会的责任感。因此在重视学科建设的基础上,不断改革实践教学内容,改进实践教学方法,通过吸引更多的高水平教师从事实践教学工作,但又不能仅仅按照传统意义上的实验教学来开展,而是通过鼓励和引导学生通过开展产品的制作、参加各类学科竞赛等新型形式走出校园与全国重点院校同台竞技的同时,获得交流与学习的机会,并能快速捕捉社会的实际需求,提高就业竞争能力,真正做到以赛促教,以赛促建。
1.以竞赛活动为契机,深化课程体系改革,培养学生创新意识
当前,面向大学生的科技竞赛种类繁多,规模越来越大,内容越来越丰富多彩,受到了各大高校师生的广泛关注。近年来,我院高度重视大学生竞赛活动,通过构建大学生竞赛平台,举办和参加多层次,多形式的大学生科技竞赛活动,不断推动学校进一步加强专业建设,推动校内外实习实训基地建设,深化教学内容和课程体系改革,以竞赛促教学,以教学带竞赛,不断探索有益于学生发挥潜能和成长的创新人才培养模式。
我院电子信息系从2007年以来已经成功地组织学生参加了多次全国大学生电子设计竞赛,广东省大学生电子设计竞赛,“博创杯”全国大学生嵌入式物联网设计大赛,“毕杯”全国电子创新设计竞赛以及“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等等,并在比赛中取得了优异的成绩――获得全国大赛总决赛特等奖三项,一等奖两项,广东省一等奖七项,二等奖三等奖若干项,有近百名学生参与到各类大学生电子竞赛活动中去。回顾近几年的历程,我们深有感触:是竞赛大大提高了学生的实践动手能力,培养了学生的创新意识,增强了学生的团队合作意识,提高了实践教学质量。
2.建立以多层次MCU为核心的系列课程平台,加强实践教学内容的改革
根据我院参加以上不同的学科竞赛活动的特点,建立以多层次MCU为核心的系列课程平台,有针对性地进行实验实践教学。以多层次MCU为核心的系列课程分为四个方向:电路设计类课程、仿真设计类课程、软件设计类课程及应用设计类课程,各个方向又细化为基础课、专业基础课和专业课。如图所示。以单片机技术、EDA技术和嵌入式技术的应用开发为核心的课程平台建设,有机融合了电子电路系列课程,仿真分析系列课程以及软件设计系列课程,强化了学生的电路设计、软硬件相结合、综合运用先进技术的能力,进一步通过各类MCU设计项目提高学生系统分析、设计、开发的能力,为激发学生的实践创新意识、实践创新思维、实践创新能力提供了知识平台。
图一 MCU系列课程体系
加大各门课程之间的相互联系和承前启后性,加大各课程知识点的相互促进作用,进一步优化课程体系,将更多应用型,设计型课程引入到培养方案中。在51单片机、电路CAD、ARM处理器原理课程的教学中,更多将MCU的应用和实际结相合,结合企业应用的最新技术和发展方向把握教学的内容,在学生完成一门课程后则具备使用该专业知识进行相关电子制作的能力。
联合电子信息系实验室动态合理配置系内实验资源,以实验楼328嵌入式实验室为学生科技活动中心,全日制面向电子信息系学生开放,电子信息系教师与实验中心实验员共同对参与科技实践活动的学生进行指导与培训,支持和鼓励学生进行各类电子设计、电子制作、软件设计、各种创新科技实践活动。成立各类兴趣小组,引导学生在电子信息技术应用的各种领域进行创新型产品的研发和制作,通过参加全国大学生电子设计竞赛、博创杯嵌入式竞赛、毕杯创新电子竞赛,挑战杯课外科技竞赛等全国性竞赛活动,重点培养学生的实践动手能力和创新能力,提高学生自信心。
图二 单片机课程实验内容创新与完善
打破传统的验证性实验教学模式,根据实验教学的内容不同,将实验课程划分为验证性、应用型、设计型、创新型实验,注重理论与实际紧密联系,题目由简单到复杂、难度从小到大,以单片机课程为例,如下图所示,将实验教学内容进行创新和完善,将51单片机在各类电子产品的应用引入实验课程,学生围绕单片机进行各种电子制作,例如:交通灯的设计,电子时钟的设计,立体停车库控制器的设计,自动行走小车,太阳能发电照明控制系统,基于单片机的智能家居系统等一系列设计型创新型实验(见图二)。
增设电子系统综合设计。电子系统综合设计涉及电子,通信,自动化,嵌入式等多个学科领域,是从模拟电子、数字电子到单片机,传感器原理与应用,嵌入式linux,物联网技术等多个相关专业课程的综合设计课程,着力于培养学生开发创新的综合应用的实践操作能力,为参加各类全国大学生电子竞赛取得优异成绩起到促进作用。参赛获奖作品有“基于LINUX系统和ARM11处理器的智能家居系统”,“基于WINCE系统和GRPS的远程校园智能监控系统”,“基于ARM7的风光互补发电照明控制系统”,“基于ARM6410及Android系统的六足机器人”,“基于ARM6410的六轴航拍飞行器的控制”,“基于第六感的探险救援爬墙机器人”,“基于物联网的智能安防兼排爆机器人”等。
3.总结
大学生电子设计竞赛检验了电路设计类的教学内容与教学质量;博创杯嵌入式大赛反映了我们本科生很好的将嵌入式、物联网应用系统与现实需求紧密结合,学生将所学的技术知识得以转化,并充分利用大赛平台相互学习、交流,为未来快速适应工作环境打好基础;毕杯创新设计大赛通过我们的学生在达盛科技的开发板上进行不拘泥于各种技术形势的创新设计,培养学生的动手能力以及学习能力,弘扬了民族创新精神。由此可见,以多层次MCU为核心的系列课程改革的全面实施取得了丰硕的成果,改革是成功的。今后,我们将进一步扩大竞赛的参与面,促进校际交流,为优秀的创新人才的脱颖而出提供舞台。
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[6]于微波,姜长泓,刘.以电子设计大赛促进实践教学改革[J].当代教育论坛,2010,(06):40-41.
作者简介:
关键词: 电子设计竞赛 创新能力 实践教学 团队协作
1.电子大赛的由来。
全国大学生电子设计竞赛是有教育部倡导,由教育部高等教育司和信息产业部人事司主办面向大学生的群众性科技活动。自1994年开赛以来,得到了全国各大高校的大力支持,参赛学校逐年增加。我省在省教育厅的指导下,举办省级赛事,作为国赛的选拔与补充。学校也在每年省级比赛之前举行校级比赛,为参加省级及国家级赛事做好人才选拔和培训,目的在于推动全国普通高等学校电气信息类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革,推动高等学校的素质教育。全国竞赛组委会十分注意把握这项竞赛的宗旨和特色,突出学生对基础理论知识掌握和实践能力提高两者的结合,鼓励学生发挥创新思维,特别注重培养学生自立(基础技能与创新能力)、自强(面对困难永不言败)、合作(团队协作)等综合素质。经过多年的实践探索,已逐步形成了独具特色的大学生学科竞赛模式,即“政府主办,专家主导,学生主体,社会参与”,取得了很多成功经验,得到了社会认可,成为目前较为成功的全国性大学生理论与实践相结合的基础性竞赛之一。
2.电子设计竞赛对实践教学内容改革的引导作用。
随着科学技术的发展、知识经济时代的到来,社会对大学生提出了许多新的要求。大学生应该具有扎实的基础理论知识,较强的实践能力、创新意识、创业精神和协调能力、强烈的责任感和服务意识等。电子设计竞赛对人才全面培养、更新教育观念、改革教学方法和内容等起到了促进作用,具有极重要的现实意义。
课堂教学考虑到大多数同学的需求,主要强调“基本”——基本知识、基本理论、基本方法、基本技能。一些在某些方面有兴趣深入钻研的同学就难于应对了。电子设计竞赛为这部分同学提供了深入学习、探索的机会,成为课堂教学的有益补充。
在训练和竞赛过程中,广泛了解、使用新技术、新器件,更清楚地认识到当前电子技术的飞速发展,对实践教学提出新要求。培养跨世纪的科技人才,必须不断更新教学内容。要适应电子设计竞赛的新形势,就要不断进行改革:舍弃过时陈旧的内容,引入新的内容。
教学方法改革是与教学内容改革相辅相成的。竞赛促进教学内容的更新,新的内容需要有相应的教学方法与之适应,以达到理想的教学效果。新的形势要求教师给学生更多的独立学习和独立思考空间,因此,我们正在考虑将某些集中实验教学改为开放式实验教学,使学生可以在时间上有更大的灵活性,增强学生学习的主动性,还可以根据自己的专业和爱好,选择规定以外的实验内容,有助于学生创新能力的培养和提高。
3.电子设计竞赛对创造性人才培养的促进作用。
电子设计竞赛使具有良好的理论基础、实践动手能力强,特别是具有创新意识和协作精神的学生有施展自己才能的空间,使学生的综合能力得到很好的锻炼和提高。这其中包括学习能力的锻炼:获取资料的能力、系统设计能力、动手能力、分析排除故障能力;合作精神的培养:电子设计竞赛要求三人组队参赛,集体计算成绩,三个人必须分工合作、互相信任、互相配合;应变能力的提高:电子设计竞赛的赛制是在规定时间内完成规定的题目,时间紧迫,在这个过程中会出现各种意想不到的结果,必须在尽可能短的时间内解决问题,这对应变能力是很好的锻炼和提高。参赛选手经历了系列综合性培训和参赛的经历,使他们具有较强的综合分析能力和工程应用能力,在一个团队的协作下,在较短时间内完成一个作品,大大增强就业竞争力。据对以往参赛选手的跟踪调查,他们在较短时间内胜任新的工作岗位,成为业务的中坚力量。
4.电子设计竞赛能培养和提高教师队伍的理论教学能力和实践教学能力。
电子设计竞赛不仅使具有创新意识和协作精神的学生脱颖而出,而且使得指导教师受益匪浅。由于竞赛命题范围广,涉及很多课程,并鼓励新技术的应用,要求指导教师有很宽的知识面和丰富的实践经验。年轻教师对新技术上手快,但实践经验比较缺乏;老教师经验丰富,但计算机应用和新技术的掌握又略有不足。为了发挥特长、实现互补,我们成立了教师赛前指导小组,在小组中考虑学科的结合,考虑年龄和特长的结合,教师在指导学生的过程中相互学习,共同提高,知识和经验的相互渗透和补充使得指导教师的业务素质有了很大提高,这无疑使得参赛指导教师在今后的日常教学别是在实践教学和科研中发挥更重要的作用。
电子设计竞赛是大学生实践教学的有力补充和提高,为大学生的成才提供了很好的契机,培养了大学生自主学习能力、综合设计能力、实践动手能力、团结协作精神、心理素质、创新意识等,是课堂教学的巩固和提高,为培养大学生的创新精神和实践能力提供了广阔空间,受到了学生的热烈欢迎。
参考文献:
[1]刘兴华.从电子设计竞赛谈电子信息类课程体系改革与创新能力的培养[J].攀枝花学院学报,2006(02).
关键词 电子设计 竞赛 高频知识点
中图分类号:G642 7 文献标识码:A
College Students Electronic Design Contest
High-frequency Knowledge Points Analysis
ZHANG Ke, TANG Jianxiang
(China Jiliang University, Hangzhou, Zhejiang 310018)
Abstract National undergraduate Electronic Design Contest is currently flourished in various colleges and universities, the topic is divided into seven directions, many questions involving high-frequency knowledge, such as high-frequency radio category, source type, class and instrumentation amplifiers, etc., and the difficulty larger. This paper analyzes the characteristics of these kinds of questions, solutions, and how to improve the level of student competitions, presents some teaching measures for teaching work.
Key words electronic design; contest; high-frequency knowledge
1 高频无线类题目分析
每年高频无线类题目的具体要求可参考文献2,下面对此做个具体分析:
1.1 简易无线电遥控系统(第2届,1995年C题)
这是一题典型的无线通信控制题,由发射和接收两部分组成,发射有编码、调制和发射功放等,接收有放大、解调和解码等;题目要求工作频率为6~10MHz中任选一种,调制方式为AM、FM或FSK等任选一种,收发距离不小于10m。
此题可用硬件方案实现,例如采用专用编、解码芯片,也可用软件实现编、解码功能。
1.2 调幅广播收音机(第3届,1997年D题)
此题要求采用指定调幅收音机集成电路(CX1600P/M),实现收音功能,基本部分较简单,实现收音并测试技术指标等;发挥部分要求实现自动和手动搜索电台并有存储功能;可预置电台数目并显示预置电台序号;自动调谐、存储电台等功能。
此题的背景是当年单片机技术在家用电器中的应用,正由传统技术向数字化技术迈进,发挥部分需用单片机控制锁相环来实现各种自动功能。
1.3 调频收音机(第5届,2001年F题)
此题也要求采用指定芯片,用SONY公司提供的收音机集成芯片CXA1019和锁相环芯片BU2614,制作一台调频收音机。但频率要求提高到88MHz~108MHz;同样也要有各种自动功能。
随着无线通信技术的发展,最近几年出现了其他类型,例如数据无线传输、射频卡和无线传感器等。
1.4 单工无线呼叫系统(第7届,2005年D题)
此题是典型的数据单向通信题,要求设计并制作一个单工无线呼叫系统,实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。包括语音传输,采用调频或调幅即可;发挥部分要求实现一点对多点的单工无线呼叫系统,主站具有拨号选呼和群呼功能,有英文短信传输功能。
1.5 无线识别装置(第7届,2007年B题)
此题也是数据双向通信题,具体来说是射频卡的简单实现。要求设计制作一套无线识别装置,由阅读器、应答器和耦合线圈组成,阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能,因而需实现数据双向传输。
1.6 无线环境监测模拟装置(第8届,2009年D题)
此题是一种无线传感器的简单实现,要求设计并制作一个无线环境监测模拟装置,实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成。
以上几题都是属于数据通信题,但应用角度不同,反映了无线通信新技术在工业、民用等场合的应用。
2 高频知识点和其他类的结合
除了上述单纯的高频无线通信题以外,最近几年出题和其他类题目紧密结合。
2.1 电压控制LC振荡器(第6届,2003年A题)
这是一个信号源和高频技术结合的题型,典型特征就是信号源产生的频率提高到15MHz~35MHz,且需采用锁相环技术提高频率稳定度,并实现频率的步进调节。
2.2 宽带放大器(第6届,2003年B题)
这是一个放大器和高频技术结合的题型,(下转第93页)(上接第75页)基本部分要求实现-3dB通频带内10kHz~6MHz的放大,最大增益≥40dB且可调节,发挥部分要求进一步提高。
国外AD、TI推出了一系列宽带运算放大器,带宽增益积达几百MHz,该题是采用这些芯片实现。
2.3 正弦信号发生器(第7届,2005年A题)
这是一个信号源和高频技术结合的题型,新技术即数字频率合成技术DDS的具体应用,具有高稳定度、低失真等一系列有点,它的出现改变了模拟信号产生技术一统天下的格局。
2.4 简易频谱分析仪(第7届,2005年C题)
这是一个测量和高频技术结合的题型。要求频率测量范围为10MHz~30MHz;频率分辨力为10kHz,可设置中心频率和扫频宽度。发挥部分要求频率范围更宽,且能识别调幅、调频和等幅波信号。
2.5 LC谐振放大器(第9届,2011年D题)
这也是一个放大器和高频技术结合的题型,采用谐振放大技术,这是一个非常基础的题,在任何一本高频教材上,都有谐振放大器的章节。牵涉到三极管放大、LC谐振等。
以上分析课看出高频技术和其他类型题目结合明显、难度加大,随着频率的提高,高频的布线和测试技术要很高的技巧。
3 高频知识点的准备
从以上高频知识点在竞赛出题中的分布情况范围极广,为了在竞赛中取得好成绩,主要需掌握如下知识点:
3.1 无线收发技术
无线收发技术包括传统的模拟信号收发技术和数字信号收发技术。模拟信号收发技术常用MC2833(发射)、MC3372(接收)等集成电路;数字信号收发技术有三极管或专用芯片,实现ASK、FSK、PSK。
3.2 高频信号产生
高频信号产生主要有模拟、锁相环和DDS三种手段,模拟技术信号产生一般用三极管,但稳定度较差;锁相环技术信号产生可用专用锁相环芯片,例如MC145162等。DDS技术信号产生有AD公司的AD系列,例如典型的AD9852,最大输出频率可到80MHz。
3.3 高频信号放大
高频信号放大有宽带、谐振放大等,宽带放大目前采用宽带运放,例如THS3001等。还有些型号是程控增益放大功能,例如AD603、VCA820系列等。
谐振放大采用三极管共发射极放大,例如2SC9018、2SC3058等都是常见高频管,集电极回路接LC选频。
4 对教学工作的挑战
高频技术牵涉带的技术面广,理论难度大,实践制作中因频率关系,学生往往遇到的问题也较多,这些对我们的教学提出一定的挑战。
在理论教学上,深入浅出讲解理论,使学生在实践前,掌握明白高频基础理论,因为没有理论指导的实践是不会成功的;在实践环节,基础非常关键,让学生从最简单、基本的实验起步,例如单个三极管的放大,从而培养学生兴趣,激发学习热情;同时,要使用合适的芯片,可减少电路复杂程度,提高实验成功率。
5 结论
全国大学生电子设计竞赛开展至今,难度逐年提高,尤其体现在高频知识点的加强,和其他类型题目的结合。为了提高学生参赛水平,对我们的教学工作提出了挑战,要求在理论教学上,由浅入深,不宜追求过大的难度,以免学生产生畏惧心理;在实践环节,加强学生基础,从简单、易做的电路开始,引导学生的学习和动手,建立学生的成就感,激发学生的学习热情,方能取得较好的教学效果。
参考文献
[1] 杨兴明.全国大学生电子设计竞赛赛题分析和启示[J].电气电子教学学报,2007(4):55-56.
关键词:电子设计竞赛;人才培养;教学改革
一、引言
全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一,目的在于推动教学改革,培养实用型人才。依托大学生电子设计竞赛,结合学院应用型人才的培养,经过竞赛教师指导团队多年的研究与实践,在竞赛促进教学改革方面,取得了一些成果。
二、积极开展校级电子设计大赛,建立校级、省级、国家三级晋级机制
全国大学生电子设计竞赛题目知识面较广,综合实践性强,题目难度较大,需要学生团结协作。为了能充分地调动学生的参与热情,锻炼学生工程实践应用能力,我们建立了校级、省级和国家级竞赛的三级选拔体系,制订了合理的竞赛方案,邀请校内外专家等组成评定委员会,为人员的选拔提供科学依据。校级电子设计大赛每年10月份组织,通过全面宣传和动员,扩大覆盖面,组织学生现场报名。学生自由组队并选择两位指导教师,次年3月份按照省赛的要求展示作品。
三、依托大学生电子设计竞赛,促进教学改革
1.充实教学内容,促进实践教学改革大学生电子设计竞赛题目来源于现实,教师可以将电子设计竞赛的内容融入教学中,激发学生的学习兴趣,提高学习效率。因此,结合电子设计大赛的要求和特点,在专业基础课中增加实用性电路设计的实例,在专业课教学中引进工程实践性的内容,可以提高学生的综合分析以及解决实际问题的能力。同时,构建了现代电子系列课程体系,优化整合教学内容,做到合理衔接和过渡。我们采用自上而下的方法分模块实施,引入了现代电子设计的理念,开展计算机虚拟仿真实验,学生实践能力和工程应用能力得到综合提升,教学效果日益凸显。2.“以赛促学,以赛代训”的实践教学新模式竞赛活动是培养学生创新精神和实践能力的有效方式。我院专业课程单片机原理及应用课程设计、EDA实训等课程纷纷开展“以赛促学,以赛代训”,在此基础上组织了校级单片机大赛、EDA大赛。参加竞赛需要学生以小组的形式参与,学生之间优势互补、相互比拼的氛围更加浓厚,同时也使学生更加勤奋。学生在参与学科竞赛过程中所表现出来的综合能力,也更加直观地验证了教学效果的质量与内涵。与以往的实践实训模式相比,“以赛促学,以赛代训”更容易实现,工程实践能力提升更快。3.推动大学生课外科技活动的开展以教室课堂形式为代表的传统教学模式正在逐渐失去对当代大学生的吸引力,大学生更希望能够充分利用实验、实训或其他实践环节等形式参与具体的动手操作与实践活动。大学生电子设计竞赛是对理论学习基础加以综合应用,并转化为带有竞争性质的科技实践活动。大学生普遍对此表现出浓厚的兴趣,并且围绕竞赛开始积极、自主的专业课程学习。在竞赛的培训过程中,学生踊跃参与实物制作,积极开展专业交流。
四、培养了师资团队
学院通过组织教师直接参与竞赛培训和指导学生参赛,提高了教师的专业水平和实践技能。教师在参与实践的过程中,吸收前沿知识和技术,这不仅对他们提高教学水平有很大帮助,而且也会慢慢找到自己的研究方向。90%以上的竞赛指导教师主持或参与了教科研项目,教师的教科研能力逐步提高,使教学与科研相辅相成,相互促进。
五、结语
大学生电子设计竞赛推进了对教学新模式、新方法的探索和研究,为教学改革提供了新思路、新途径。将竞赛与教学有机结合已达到互促互进的目的,这一举措是对国家鼓励“大众创业、万众创新”政策的最直接、最有力的呼应。学科竞赛正在以独特的魅力吸引越来越多的学生和教师参与进来,在促进教学综合改革、培养学生全面发展、提升工程实践能力方面产生了重要影响。
参考文献:
[1]闫舒静,张兴会,李辉,等.“教学改革-科技创新-学科竞赛”互动模式的创建与实践[J].天津工程师范学院学报,2006,16(4).
在电子设计竞赛培训中最大的特点和成功就是在于以学生为主体,以兴趣为导师,以项目实践为主、教师辅导为辅的学习锻炼模式。在电子设计竞赛培训实验室经常可见学生自主学习自由讨论,学生在“做中学”“学中做”,真正提高了学习能力和创新实践意识。这种模式下学生学习主动刻苦,学生的自信心、实践能力得以提高;创新实践意识得以建立和培养。本科实践教学环节的课程设置和实验教学内容相对比较老化,缺乏灵活性,且书本知识与实践环节的联系相对单一,实践内容多为课本理论知识的测试性、验证性、模仿性内容,学生对理论知识的融会贯通能力几乎没有,学生的学习主动性及积极性相对比较差;同时,大学本科学院由于经费有限,实验条件、实验技术更新能力不够,对实践教学环节重视度不够,在传统实践教学理念缺乏对学生工程实践素质和实际解决问题能力的培养。借鉴电子设计竞赛培训模式,在本科实践教学中实现本科实践教学内容的融合。以工程实践素质培养为主线,改革原有的基础实践课程电工电子技术实验,如电路与电子技术实验、微机原理实验、单片机实验、EDA实验以及电子综合设计实验等,在内容体系上实现工程实践训练培养模式。电子专业类本科实践教学经过多年的改革基本大多形成了电子基础类实验—电子专业类实验—电子综合类实践三个层次。为充分调动学生的学习兴趣和学习积极性,在课程内容和实践手段上跟进新思维新技术新发展,从基础类实验环节开始就建立学生工程实践锻炼的思路,引导学生工程实践创新意识和实践动手能力的培养。1在基础类实践教学中,以内容多样实用性实验代替内容单一验证性实验,减少验证型实验内容,增加与工程实践紧密相关联的实验内容,如电源设计、滤波电路、选频网络实验等。对理论性验证实验如戴维南定理叠加定理等实验进行删减,增加变压器的实验。简化理论推导计算,强化学生安装、调试能力,同时加强实验方法重要性的指导和实验报告书写规范的指导。2在专业类实践教学中,加强理论对实验的指导作用,强调参数对实验结果的影响,加强专业技术术语参数的含义讲解。同时为贯通学生软硬件设计和软件编程能力,将专业类实践教学课程进行融合,如微机原理实验课程与C语言课程的融合、单片机实验课程与传感器技术课程的融合、实现软硬件联合调试与分析,还可以进行功能扩展,指引学生“学中做”。3在综合性实践教学中,借鉴电子设计大赛的模式与内容,在原有基础上增加综合性、应用性较强的实践环节(课程设计、实训、电子综合实验等,加强工程项目实践的锻炼。以提升实验内容的综合性、实用性、系统性为前提,实时融入当前最新技术新知识,不但能增加学生学习兴趣,同时增强学生工程实践意识,提高学生工程实践素质和解决实际问题的能力,指引学生“做中学”。与电子设计大赛培训相比,本科实践教学环节侧重点是引发学生的学习兴趣和培养学生的学习能力,教师的“教”更多是“引导、诱导”学生主动学习,学生才能更好地“学”。在实践教学环节中加强与工程实际相结合,与应用相结合,可以使得更多的学生受益,同时也为电子设计大赛类的学科竞赛活动提供更多的优秀学生。
2采用多种教学模式,激发学生的学习兴趣
在电子设计竞赛培训模式中,学生的学习兴趣是学生实践的原动力。在电子设计竞赛培训实验室,开放的实验环境,良好的实验条件和设备,优秀的教师辅导,使学生的学习能力和实践能力得以更好地提高。本科实践教学的条件和设备就相对受限了,而且本科实践教学时间内容空间也是有限的。采用多种教学模式,激发学生的学习兴趣是本科实践教学的第一任务。
2.1建设虚拟实验教学平台
将Multisim、Proteus仿真软件引入实践教学是激发学生学习兴趣和跟进技术发展的第一步。基于Multisim软件建立电子技术仿真实验教学平台,克服电子技术课程教学内容理论化难于理解的问题,能很好地解决学生学习兴趣学习引入的问题;基于Proteus仿真软件建立单片机、ARM虚拟实验教学平台,能提升学习兴趣同时加强工程实践锻炼。利用互联网和校园网设施和条件,建设虚拟实验教学平台,将数据资源共享、内容开放、实验信息交互;让学生随时进入虚拟实验平台获取实验学习的资料,自己动手配置、连接、调节和使用虚拟仪器进行各种实验;降低学生面对教师产生压力和依赖情况,实现学生远程自主实验教学;还能解决实验场地、实验设备冲突和紧缺等情况,营造网络教学和移动学习的氛围.
2.2采用多种教学方法
相同的教学内容不同的教学方法,可以获得不一样的教学效果。在实践教学中引入项目案例讲解并实践,以工程实践设计模块化教学,加强教学内容的实用性,注重对学生的引导,锻炼和培养学生的工程实践素质。例如,在单片机实验教学中采用最小系统模块、定时中断模块、液晶控制显示模块、ADC/DAC模块等实际应用范例,不仅有利于提升学生的学习兴趣,还有助于培养学生的主动性创造性思维,有助于提高学生的学习方法和学习效果,更是为后续学生参加电子设计大赛等活动进行创新实践能力综合培养做好充分的知识储备。
2.3建设综合性开放式实验室
开放的含义有两层:设备管理开放,能为学生提供所需的所有实验设备和元器件;在时间上开放,学生可以根据自己的时间安排。综合性开放式实验室也是自主创新性实验室,学生可以自己设计实验方案和实验步骤,实验室能够满足学生自主选做实验内容,可以是单一性质的实验项目,也可以是设计性应用性的实验项目。实验室为学生提供常用的信号源、示波器、电源、万用表等常用仪器,以及各类单片机最小系统和开发板、EDA实验箱、仿真器、PCB制作台、调试台等设备。同时实验室还配有辅导教师,指导学生正确进行实验项目。学生通过自主设计应用性实验内容,不仅将所学书本理论知识融会贯通,增进实践动手能力,更是有助于学生学习自主性和主体性的培养。
2.4开展各种专题培训讲座
电子设计大赛题目大多具有综合性、实用性特点,题目涉及专业知识理论多,涉及工程实际问题多。经过多年深入研究分析各类电子设计大赛的题目,电子设计大赛题目范围主要分为信号源、电源、放大器、智能仪器仪表、数据采集系统、发射接收系统和控制系统7大类型。涉及电路、电子技术、高频电路、通信电路原理、单片机原理及其应用、电子测量、可编程逻辑期间、电子线路设计等多门课程[3]。在本科实践教学中有意识地结合每年的电子设计大赛题目,有针对性地开展各类专题实践培训讲座。例如,电源设计、单片机应用电路、放大器电路设计、数据采集系统设计等;同时,提出同一设计题目的不同实现方案对比,不同设计问题的解决思路差异等;结合学生平时的学习问题展开各种专题讨论。有针对性地引导学生学习解决工程实际问题的思路和方法,展开知识点,拓宽视野,有助于学生工程实践素质的培养,有助于学生解决实际问题能力的培养。
3拓展课外科技活动,培养学生创新实践能力
丰富多彩的课外实践活动,是培养学生实践能力与创新精神和发展学生个人兴趣的有效途径[4]。课外活动不仅能开阔学生的眼界,引发学生的学习兴趣,尽力缩短书本知识与工程实践之间的距离,促进学生自主完善知识结构,提高学生的自学能力,还可以培养学生的创新精神和科研精神,增进学生的工程实践素质培养。课外科技活动的形式多种多样,除了各种全国性地方性的各类电子设计比赛,如全国电子设计竞赛、“挑战杯”“TI电子设计竞赛杯”“盛群杯”等大学生课外科技活动,还有校内的各种科研训练,例如,参加老师的科研项目或学生自己申请的实验创新项目等学生科研项目。参与各种课外科技活动,不仅能够考验学生实践能力、创新思维、团队合力和临场应变能力,而且每次活动经验对每个学生的心理和能力成长也很重要,在参与活动的同时更是锻炼培养学生的沟通能力和团队协作精神的好机会。学生通过参与各种科技活动开阔了视野,增强了竞技心理与承受能力,通过“实践—问题—解决—实践—成功”,能锻炼学生的构思能力、设计能力,提高团队的合作能力和运作效率。此外,课外的各类科技竞赛活动所涉及知识的深度和广度,不仅能培养学生实践创新能力,也是对学生电子设计基础知识及实践能力的综合检验。
【关键词】电子设计竞赛;新时期;实践教学;创新
1前言
电子设计竞赛是有教育部和信息产业部组织的学科型竞赛,它是一项面向学生开展的科技型活动,主要目的是通过对高校的电子信息学科课程的内容进行改革,从而提高学生的综合素质和实践的能力,最终解决实际问题,同时它还对学生协作能力、创新能力的培养起到积极的推动作用。
2新时期下组织电子设计竞赛的意义
由于当今建筑行业的不断发展,促使协作型人才和创新型人才受到人们越来越多的青睐,也正是因为传统的教育方式使得学生不能掌握最新的技术,即使做实验也是仅对一些理论知识进行简单的验证,从而不能有效的培养学生的协作能力和创造能力。因此为了培养全方位的社会型人才,进行电子设计竞赛是很有必要的。电子设计大赛是国家相关协会和一些知名企业联合组织起来的学科型竞赛,它不仅对协作能力、操作能力和创新能力的综合检验提出了要求,还要求参赛的学生能熟练完成搜集相关资料、分析论证、选择器件、设备调试、撰写报告等具体过程,而且竞赛的题目涉及到的内容还多、专业性强、理论技术新,这就促进了电子技术课程的实践教学改革。参赛的学生还要进行竞赛前的专业培训,通过相关培训不仅巩固了基础理论知识,而且还对学生的动手能力提到了提升的作用,从而促进了创新能力的进一步提高。不管能否在设计大赛中取得名次,只要是参加过专业培训和电子设计大赛的学生,都能在系统设计、合作精神、创新能力等方面有不同程度的提升,在设计大赛中表现突出的学生能表现出较好的协作能力、竞争意识与创新精神,从而得到用人单位的一致好评,有效提升了就业能力。
3举例说明新时期下电子设计竞赛的收获
在国家相关部门的大力支持下,电子技术学校将电子设计竞赛当做重点任务来抓,在老师的及时指导和学生的不断努力下,电子设计竞赛在近几年取得了非常好的成绩。比如说陕西省的一所电子技术学校曾多次获得“优秀组织先进单位”的光荣称号,在2012年,在全国举办的技能大赛中,获得陕西省一等奖的学生就有8名,二等奖的有15名,三等奖的21名;国家级二等奖的有3名,在2014年的专业人才技能大赛中,这所电子技术学校获得陕西省比赛一等奖的有4名,二等奖的有8名,三等奖的15名;获得国家一等奖的有2名,二等奖的有5名。这些成绩为该校的师生提供了一定的精神动力。
4电子设计竞赛对实践教学改革起到推动的作用
电子设计大赛的特点是努力让课程内容和电子技术课程体系相结合,并与学生综合素养的提高结合起来。在电子设计竞赛中,不仅要求参赛的学生有较扎实的基本功,还要具有较强的实践能力和创新能力。它是以电子技术的设计为主,同时还涉及到可编程器件、微机等专业,尤其要注意关于新技术、新仪器等应用方面的导向作用。因此将电子设计竞赛中的新知识、新技术积极渗透到实践教学中,通过采用灵活的教学方法实现电子设计竞赛和实践教学的有机结合。
5实践教学改革的内容以及方法
通过将电子设计竞赛培训阶段的整合,对应到相关的实践教学中。即:基础阶段对应感性的认知、验证原理阶段、专题训练阶段、测试阶段对应电子设计、创新研究阶段。
5.1基础训练阶段
首先要求熟悉掌握电子设计课程内容的常用仪器,使用的方法以及测试的方法,接下来进行专业的配套电子系统训练,即设计实验、验证实验、系统实验、创新实验等主要训练环节。紧接着进行电子设计实践环节训练,即电子知识相关复习、电子设计课程从而进一步完善数字电路、电子线路、通信系统、单片机数据搜集系统等相关内容的制作与设计。在此过程中增加了高频线路、EDA技术等方面的内容。采用这种基础训练法,需要采购统一的器件、集体训练,从而进行相关的设计与制作,师生间加强交流来一起解决遇到的难题。
5.2专题训练阶段
通过对以往的电子设计竞赛题目的了解和深层次的研究,及时掌握同行业之间电子技术发展情况的动态信息,也可以通过互联网来关注各种有关的信息,并将电子设计竞赛的范围总结归纳为信号源、放大器、先进仪器、数据信息采集、接受系统和控制系统等六大类型;此项竞赛涉及到的课程有通信电路原理、电子技术、单片机的理论原理和实际应用、逻辑器件、辅助设计工具、电子测量等;涉及到的内容包括电路设计与应用、最新电路的设计方法、电子仿真电路、以及灵活应用设计工具。并由电子行业专家和相关老师进行讨论和深层次的研究、探讨,结合每期情况从而设计出与之相关的训练题目。但是这些题目不仅要有理论计算,关键是还要有实际操作的环节,例如对电子仪器的调试、测试等;涉及的知识面要广,不仅有基础知识,还应该有专业知识,同样要有新技术、新仪器的应用。
5.3对实践教学改革测试与考核的分析
根据电子设计体系中不同阶段的不同特点,参考电子设计竞赛评分的标准和流程,并按照竞赛题目基本功能指标进行必要的测试和考核。在此过程中要求学生结合实际题目从相关工艺、制作水平、功能价格等方面写出电子技术实践教学的总结报告并进行答辩。并由教师组对学生的总结报告、制作的水平、学生演讲、应变的能力等作出客观的评定并打分。在这个过程中是培养学生自我管理能力、逻辑思维能力、决策能力和控制能力的好机会,同时对学生综合素质和整体教学水平的提升都有积极的促进作用。
6结语
综上所述,电子设计竞赛为电子信息技术相关知识的广泛应用提供了一个很好的机会,通过开展电子设计竞赛活动、实践交流不仅提高了学生的学习兴趣,还提高了学生的实践能力、综合能力,通过在实践中增加系统设计和制作的环节,有效提升了学生的合作能力和创新能力。
参考文献:
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