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社会上的其他组织也都举办了各种形式的竞赛活动,但在专业领域的认可度不高,而且这种竞赛的题目一般提前几个月公开,准备起来不是很难,所以一般实力较强的学校很少参加,竞争不是很激烈,获奖的几率会大一点,从培养学生的角度来看也可以考虑参加。我院从2009年开始连续3年均报名参加了全国大学生电子设计竞赛和5大赛区组织的联合电子竞赛。以下针对参加这些赛事的认识谈几点体会。
1电子设计竞赛与教学改革的关系
(1)竞赛引导课程体系改革、强化工程概念。全国大学生电子竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,目的在于促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,促进高等学校实施素质教育以及培养大学生的创新能力,协作精神和理论联系实际的学风,促进大学生工程实践素质的培养,提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力[1],这些目标直接体现了培养应用型人才的重要性,而且也直接引导了对培养应用型人才所进行的一系列课程改革,即加强实践能力的培养,强化工程概念。这与学院突出实践教学体系,制订教学内容、教学方法、过程管理与考核办法是不谋而和的。
(2)竞赛引导了课程内容和教学方法的改革。电子竞赛的题目重点突出了应用设计。最初的竞赛题目可以用分立元件完成,基本上是单纯硬件设计与调试,而从本世纪开始明显的提倡使用集成度高的芯片,加大了软件在系统中的作用。今年的题目甚至把单片机最小系统当成是一个器件直接使用,这体现和强调了在现代工程应用系统设计中,重点要求学生掌握使用集成化的各种功能模块通过接口组成系统的设计能力,也引导着教师必须对相关课程的教学内容和方法进行改革。比如在内容选取上,重点应对功能模块的原理采用简单的电路予以介绍,并由此引出外特性[2]。再如引导学生利用功能模块的功能表,通过接口组成应用系统的设计方法[3]。为此,可以针对现实需要重新编写适当的数字电路、模拟电路和单片机等教材。
2电子设计竞赛与人才培养的关系
(1)竞赛使优秀学生脱颖而出。从这几次参加竞赛的学生来看,凡是参加电子竞赛训练的同学,无论获不获奖,都具备了基本电子电路实际制作与调试的能力,尤其对学生的学习兴趣、学习新知识的能力和积极思考、发现问题并解决问题的能力有了很大的锻炼和提高[4],对今后走上工作岗位充满信心;尤其获奖的同学更是得到了能力和素质的全面提升;同时,这些学生的进步也对周围没参加竞赛的学生起到了潜移默化的影响,给低年级的学生做了很好的榜样和示范,提高了他们学习和参加竞赛的积极性。最重要的一点是,参加完竞赛的学生在就业方面体现了较强的竞争力,缩短了和一本学生的差距甚至有的超过了他们。
(2)竞赛锻炼了教师,有利于双师型教师培养。在竞赛培训的实际过程,可以发现城市学院的学生和交通大学的学生之间存在着显著区别(当然本身层次上就有差异)。交大的学生只需给定题目和参考资料,他们自己通过动手制作、调试,教师有80%的时间是管理和后勤服务,而城市学院的学生,至少在基础培训中,必须先讲基本原理、调试方法、随时跟踪指导,到后期学生才能达到主动设计,因此指导教师也相当于是参加竞赛者,尤其对于年轻教师而言,这无疑是对他们专业能力的一个很大考验和提高。而事实证明也确实如此,近年参加指导的教师在业务方面进步明显,不仅拓宽了知识面,而且也积累了丰富的工程实践经验和指导经验,同时对教学改革也有了新的认识,进一步缩短了和双师型教师的距离。
3参加电子竞赛的总结与分析
2009年是我院第一次参加该竞赛,获得了一个省级一等奖。本次基本上属于押题性质,题目理解正确、而且前期训练充分,电源组几乎是2队都是一等奖;而测控组却是一败涂地。2010年获得一、二、三等奖各一项,本次没有电源的题目,但由于有一组学生能力较强且配合的很默契,获得一等奖是必然的;而获得二、三等奖的组,由于只有一、两个同学能力很强,在竞赛过程中,时间不够。可见要获得好成绩,不仅团队各个成员的能力要强,而且还要分工明确,各有所长,真正体现团队协调作战能力。2011年仅获得一个三等奖,主要原因是因为竞赛时间准备不足和指导失误造成的。其中,电源题目由于认为过于简单而掉以轻心,中途发现为时已晚,造成时间不够;小车存在两个问题,一是准备阶段组委会的讲话表示小车不会再出,所以在训练中相关器件未准备,在竞赛开始后才从网上订购;二是没能自制一个木制轨道,为了节约成本,想当然的认为小车在地板上走和在木制轨道走是一样,结果花了很多时间在调试上,直到测试时才发现不做轨道是一个失误,否则获得一等奖的机会很大。可见竞赛中的不确定度因素很多,稍微想的不周全就会造成很大遗憾,尽管如此,能力较强的那一组还是获得了三等奖。从以上分析可以看出,对学生的培养应以能力和素质培养为重点,确实让他们在培训过程、事务管理、竞赛题的分析和竞赛中的决策等各个环节发挥主导作用,回归竞赛的本质。
4今后竞赛培训思路
基本训练旨在提高学生的动手能力,主要包括印制版的设计(原理图和PCB板图)、焊接及测试方法(学会基本仪器的使用)等练习。从训练内容上主要分为以下几大类。
(1)电力电子类:降压型、升压型和逆变型开关电源;恒压、恒流、直流并联运行和交流并网运行模式;输入/输出电流、电压以及效率显示;纹波分析与失真度等。
(2)检测与运动控制类:智能小车、机器人倒摆平衡控制、调速控制中的转速、位移、避障、角度检测、无线发射与接收等。
(3)基于FPGA/DSP系统的分析仪器:频谱分析仪、传输波形特性分析仪(该项在“EDA”实验室中由指导教师完成样机)。
(4)放大器设计与制作:音频放大器,频带为10兆赫兹、增益60dB的宽带放大器设计(该项由指导教师完成样机)。鉴于今后的电子竞赛题目趋于综合设计,所以在暑期集中训练前,上述4项基本内容应该培训完成并通过各组交流使参加竞赛的学生全面了解相关内容;这样在暑期集中训练时,学生便可集中精力利用电子竞赛等相关网站,通过学习、分析、交流提升自己的综合能力和素质。
5组织管理与相关政策
为了更好的培养和选拔人才,同时让参加竞赛培训的学生无后顾之忧,需要制定一系列的政策和措施,具体如下。
(1)成立学生课外科技创新小组,从二年级开始自愿报名,条件是在一年级的课程(数学、物理和电子认识实习)学习中,成绩较好的且有强烈欲望的同学中选拔;个别有特珠能力的同学另议;对于这些同学在二年级学习中,如果努力参加培训者可以顶替实验和课程设计的学分。
(2)完成二年级课程的同学,要求电路、电子技术、C语言实训能力强同学自愿报名并经审查批准参加,在三年级学习期间,如果努力参加培训者可以顶替电子综合设计的学分。
(3)参加暑期培训的同学可以顶替生产实习的学分,实际上经培训后的学生已经使得他们的毕业论文变得容易;如果选拔去参加竞赛且获得奖励的还可以顶替部分选修课的学分。
(4)建立综合电子设计培训基地即专门的训练场地,实现由学生参与的全天候开放管理。(5)参加人数50名左右,实行淘汰制度,使得每组人员结构合理、互补。
关键词 大学生电子设计大赛;实践教学改革;创新人才培养
中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2013)12-0018-03
教育部有关“办出特色、争创一流”的指示中提到:“各高校要以需求为导向,推动新一轮高等教育改革。各类院校都要合理定位,努力形成自己的办学理念和风格,在不同层次、不同领域办出特色、争创一流。各地教育部门要大力开展就业实习实训,建立稳定的、能满足教学和就业需要的实习实训基地。”
为了贯彻落实教育部指示精神和具体实施华中科技大学文华学院“2012版本科专业人才培养方案”,以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨,以实践教学改革为核心,以实验资源开放共享为基础,以高素质实验教学队伍和完备的实验条件为保障,创新管理机制,全面提高实验教学水平和实验室使用效益,改革人才培养模式,成立“电工电子创新人才培训中心”。
“电工电子创新人才培训中心”的培养模式是:实施“2012版本科专业人才培养方案”,在学生自愿的基础上利用课余时间(安排在相应学期第3~16周的周六和周日,以及部分暑假时间)补充实施“创新人才培养方案”,实施个性化特色教育。“创新人才培养方案”是以提高学生的综合素质和社会实践能力、以提高学生就业技能和就业竞争力为目的,采用先进的教育理念、实践教学观念和管理体制;构建先进的实践教学体系、内容和方法、先进的创新型实践教学团队,配置先进的仪器设备;以参加全国性和省级“电子设计大赛”和“IT创新设计大赛”等各类学科竞赛的成果作为对实践教学效果的检验,以“电工电子创新人才培训中心”毕业学生的创新能力和就业能力的提高作为实践教学的特色。
1 “中心”设立的目的、意义及指导思想原则
“电工电子创新人才培训中心”培养学生在机电一体化、电气自动化、自动控制、电子科学、电子信息、光电信息、通信、仪器仪表与数字控制等1~2个领域内具备硬件、软件的理论基础及专业知识和技能。“中心”着重实践能力、学习能力和综合素质的培养,以适应21世纪信息科学与技术的发展需要,能在相应领域内从事各种元器件、部件的制造和应用,能从事系统设计和系统集成等工作,以及对新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理的工作。培养“合格+特色”的一线工程技术专业人才,提高学生的工程系统创新能力,拓展学生就业领域,同时提升学院在同类院校中的竞争力,打响学院品牌。
“中心”设立的指导思想原则是以全国大学生电子设计大赛为主线,以常态化运行为管理方式;以提高学生的实践技能为目标,以“理论、设计、实验、技能”四位一体的教学方法为手段,旨在提升学院在各级电子设计大赛中的竞争力和影响力。
2 “中心”的运作模式
2.1 稳定队伍,固定场地,规范管理
变突击集训为常态培养,改变原带队教师临时召集,场地临时借用的松散型管理方式,建立有着稳定的师资队伍、固定的培养场所、明确的培养目标、系统的培养计划、优质的参赛梯队的规范化运作机构。
从目前已有的师资力量来看,总体满足“中心”的运作要求,但在师资队伍的稳定性、年龄结构的合理性、专业的匹配性等问题上难以满足“中心”中长期发展目标;从场所来看,开出理论课程的场所已解决,而系统培训,开出设计、实验、技能等课程的场所不足;从管理来看,规范师资、安排教学计划、配备场地、调用实验器材、控制参赛队的数量和质量等,已有相应的管理办法和考核标准。
目前采取的实施方法为:1)对师资的培养建立“传帮带”的机制,通过搭班子,以老带新、中带青、强帮弱,提高师资的水平;做好“中心”教师资源规划,以年龄、职称、专业方向、协作能力作为依据,解决师资长远发展问题;2)“中心”理论培训纳入日常教学安排,教务统筹排课,解决理论课教室的问题;落实学部实验中心统筹管理职能,协调实验室安排,提高实验室利用效率,解决实验、专题训练、强化训练场地不足的问题;3)以2013年湖北省电子设计竞赛为切入点,在实践中摸索,逐步完善各项管理制度,最终达到创建“电工电子创新人才培训中心”管理体系的目标。
2.2 建立阶梯式淘汰机制,不断优化参赛队伍
改变以前精英强化训练方式,建立大一、大二、大三阶梯式的逐级淘汰机制,不断优化参赛队伍,保证参赛队伍的相对稳定性。总结3年以来的电子设计大赛培训经验,多方听取学院领导的意见,根据学生自身的兴趣和条件,结合学院实行“潜能导师”个性化教育理念,初步计划只在信息学部和机电学部各专业招收电子设计竞赛培训生源,大一招收120人,大二招收80人,大三招收45人。而实际报名人数达到702人之多,其中大一(2012级)384人、大二(2011级)203人、大三(2010级)115人。考虑到学部的师资、场地、经费等诸多因素,学院做出决定:对大一(2012级)的384人进行选拔赛,最终录取138人,编成4个班,保证两学部各专业都有人参加。
综合计划招生和实际招生情况,按3:2:1的比例控制,以创新学分、潜能兴趣方向及晋级考试等方式,建立大一、大二、大三阶梯式的逐级淘汰机制,保证稳定培训生源,优化参赛队伍。
2.3 以常规学科教育为主,在优中选优,锻造实践人才
常规的学科教育是正常按专业教学计划进行的培养,而“人才创新培训中心”是按个性化教育理念,以电子设计竞赛为主线,对有潜能的电工电子人才的强化培训。在师资安排、学生课程安排上,以常规学科教育为主,以培训中心为辅;在满足正常教学的前提下,兼顾中心的教学;如果正常上课时间与培训课程时间冲突,以正常上课为主。
在此,有一点除外:大三的暑期正是电子设计竞赛强化训练时间,部分专业的暑期生产实习和电子设计竞赛开赛时间冲突。这时考虑学生意愿,是选择生产实习还是电子设计竞赛,若选择电子设计竞赛,则可以用电子设计竞赛的培训替代生产实习的学分,与此同时,“创新人才培训中心”出具相应的证明材料。这样,一方面作为学生替代生产实习学分的依据,另一方面为实际参赛队伍的稳定提供有力的保障。以上这些措施是锻造实践人才的基石,也是培训中心健康发展的保障。
2.4 个性化培养模式,强化大赛技能技巧
为了落实个性化的教育理念和学院人才潜能的挖掘,成立“电工电子创新人才培训中心”,有组织、有计划地推动个性化的培养模式。
1)科研创新培养模式:在培训中心的运作模式下,在大一、大二和大三的学生中,若发现有科研潜质的学生,则单列出来,进行一对一的指导,另外通过申请“大学生创新设计”专项经费予以资助;若发现有理论和工程素养的学生,则提前进行指导,指导学生发表科研论文,或者引导学生进行发明创造。
2)课题培养模式:在学院的组织与管理下,有课题的教师把课题放到“中心”,组织“中心”师生进行课题的开发,特别是学院立项的课题纳入“中心”平台中来,一方面让“中心”优秀学生得到锻炼,另一方面让课题得以完成,最终为学院发展科研打下基础。
3)引进“企业+中心”共同培养模式:通过学院引进校外企业,按照企业用人单位的要求进行培养,简称订单式的培养,这是高职院校一贯的成功做法。另外可以设法把公司的岗前培训、生产培训、技能培训和高级技能资格证等都嵌入到“培训中心”来。
2.5 在大赛中锻炼队伍,向着以赛养赛的目标不断发展
通过不断的培养、在大赛实践中的磨练,形成科学的、个性化的创新人才培养模式和强大的师资力量,创造品牌效益和经济效益的双丰收。以大赛为主线的培训模式,如果运作取得实效,可以考虑以赛养赛的想法,一些大赛配有奖金,获得的奖金可以按比例反哺到“中心”日常运营中来,还可以通过和外单位的科研协作、校外企业的资助等方法来维持“中心”的运作。
3 培训安排
“中心”为成功参加2013年全国电子设计竞赛,特将培训课程分为3个阶段,即电子设计竞赛基础培训课程阶段、专题训练阶段和强化培训阶段。
3.1 建立较完善的电子设计竞赛培训课程教学体系,为培养创新人才端出丰富的知识套餐
为了巩固和加深理论和实验环节,基本解决“四位一体”综合教学中的“两位一面”的问题,研究推出具有培养、选拔功能的三段式集训课程教学体系,即电子实用技能、电子技术应用、实用电子系统设计与创新。共有8门课程,分别是电工电子工程基础、单片机原理及应用、电力电子技术、集成电路应用、高频技术及通信系统设计、CPLD与仪器仪表设计、数字控制系统设计、电子系统案例设计(理论与实践并重,实践学时远多于理论课时),加上一个强化训练(根据各人兴趣不同,可做多个自选课题,包括独立设计的创新性课题)。
由于集训课程在设计上具有很强的知识集成性与旨在应用的工程实践特性,它是相关课内教学通向应用的桥梁,因此,并不主张用它来替换相关课程的课内教学,只有这样,才能保证培养的创新型人才具有更厚实的理论基础和更强的创新能力。
3.2 专题训练阶段
专题训练主要是针对历年全真试题进行培训,共分成4个专题:交直流稳压、稳流电源设计;通信系统设计;仪器仪表设计;数控系统设计。每个专题初步定为32学时,共计128学时,主要针对大三的学生进行培训,通过全真题认真剖析,让学生对电子设计竞赛有一个全面的了解,让学生掌握全部单元电路的设计,熟练掌握基本软件的使用技能以及培养快速编程的能力,完成基本单元电路和基本程序模块的储备,为开赛时增添自信心。
3.3 强化训练阶段
1)强化训练重要性。电子设计竞赛基础课程培训第一阶段形成“理论”和“实验”一个面,构成参加电子设计竞赛学生的基础知识平面,有了这知识的平面,使其构成知识体成为可能;再通过第二阶段的专题训练,能让电子设计竞赛学生的电路“设计”和编程“技能”形成另外一个新的知识平面。
若这两个知识平面是平行的,则电子设计竞赛学生没有经过第三个阶段,这样掌握的知识是相对独立的知识平面,只有经过第三阶段的强化训练,才能让两个独立的知识平面相交,就构成电子设计竞赛学生一个完整的知识体。以“理论、设计、实验、技能”四位一体的综合教学方法才能让个性化教学理念更进一步得到升化。
2)强化训练的计划。强化训练历时超2个月,共计64天,所有16位参加电子设计竞赛的指导教师要轮班指导,完成64×16=1024学时的指导任务。竞赛前两周,明确带队教师及参赛队员,形成参赛组队。每一个参赛选手、每位指导教师要全面备课,有目的地去解决每一位学生的具体问题,让每位学生都要完成1~2个功能完整的设计作品,至少掌握2个方向的竞赛内容,以一个方向为主,另一方向为辅,以不变应万变。
4 创新人才培养模式探索总结
毋庸讳言,独立学院的办学条件与学生实力和一般本科院校相比,有一定差距,而且对“大三下”的学生而言,面临考研压力,对参加电子设计竞赛既抱有希望,又有顾虑,怕得不偿失。然而,文华学院以培养应用型本科人才为主,从2006年开始进行电子设计竞赛方面的教学改革,容太平老师的“依托电子通信实训基地建设充分发展学生潜能的实践性教学环节的研究”从2006年开始进行教学改革,推进素质教育的理念,鼓舞学生参与电子设计竞赛竞争。
到目前为止,文华学院的电子设计大赛参赛经验已经有6年了,取得优异成绩:2008年共有6人获得湖北省二等奖;2009年共有3人获湖北省三等奖,3人获“天华杯”全国电子专业人才设计与技能大赛二等奖等;2012年3人获毕RIGOL杯全国电子创新设计大赛全国一等奖等。学生通过电子设计竞赛,获得了宝贵的人生历练的勇气和信心,知道了从集训中获取知识、历练意志,将知识转化为自身能力才是关键中的关键,也才是对电子设计竞赛宗旨的本意回归。
所以,把电子设计竞赛和教学改革统一起来,也是领导和教师激励学生参赛的重要指导思想和提高电子设计竞赛集训质量的一种有效办法。电子设计竞赛作为一个契机,推动了课程体系、教学内容、实验模式的改革,这些教学改革的深入又必将把竞赛推向更广泛的参与和更高的层次。
参考文献
关键词: 电子设计工程师资格认证 创新能力 教学改革
1.引言
由于我国高校在校学生的数量急剧增加,使大学毕业生面临非常严峻的就业压力。另外,由于我国教育体制的缘故,大学毕业生普遍缺乏实践能力,所学知识不能满足用人单位的需求,这是造成大学就业难的重要原因。电子设计工程师认证的宗旨是着力提高学生的实践能力[1]。该认证以能满足企业对电子工程设计人员的要求为最终目标,认证体系以教育部电子工程类教学指导委员会的课程为依托,以企业电子设计实际工作内容为主导,并与电子设计竞赛充分结合,使通过电子设计初级工程师认证的人士能够更好地满足市场的需求。
2.电子工程师资格认证对课程体系与实践教学改革的推动作用
专业技术资格认证是国际上通行的职业准入制度。电子信息技术资格认证是促进我国电子信息行业质量和水平提高的重要手段之一。中国科协批准中国电子学会组织开展电子信息技术资格认证工作。电子设计工程师认证的性质属于同行认可、社会承认。认证坚持公开、公正、公平的原则,认证标准注重能力、追求最大的社会认可度和最终国际认可[2]。中国电子学会的电子设计工程师认证体系和标准获得美国认证协会的认可,获得电子设计工程师证书的学员可以免试申请美国认证协会的“International Certified Electronics Design Engineer”证书。
电子设计工程师认证综合知识考核范围为:基本电路元器件的知识、常用集成电路的知识、基本电路知识、单片机基本知识、微型计算机基本知识、小型电子、电路系统的设计与分析、常用测量仪器与测量方法的基本知识等。综合知识考试着重考查考生电子技术的基础知识能力、综合运用能力和解决问题的能力。实际操作考试着重考查考生电子设计和实践动手能力。试题涉及较广的专业知识面,实际操作考试由设计题、软件编程题、综合操作题等题型组成。实际操作考试分为实操机考及实操动手两部分。实操机考与综合知识考试一样,采用全国统考,计算机答题。实操动手考试是在实操机考的基础上,利用电子设计工程实训实验平成机考要求的设计任务,并在实验平台上焊接、组装、调试通过,实现要求的设计内容。实操考试着重考查的是被认证学员的综合设计能力和系统组装、焊接、编程及调试的综合动手能力。要求学生既要有稳固扎实的理论基础,又要有较强的实践动手能力。电子设计工程师认证考试的试题命题着重于基本知识和基本技能的掌握,参照教育部对部分高校教学评估时的电类学生评测试题的相关内容和国内主要高校电子信息类专业教学计划中所涉及的课程及实验的基本知识与基本技能命题,非常贴近学校的日常教学要求。参照全国大学生电子设计竞赛试题的相关知识、系统组成、电路分析等要求,兼顾企业对大学毕业生实践能力的要求,非常贴近社会的实际需求。因此,通过电子设计初级工程师认证考试,教师在授课过程中会有更明确的思路,将电子设计工程师认证考试内容渗透到教学中,改进教学手段,有助于学生更好地适应社会需求,促进大学课程体系与教学内容不断更新,适应社会需求。
3.电子工程师资格认证反映出的问题
长期以来我国高校的课程体系设置为教学计划和教学大纲规定的教学时数严重偏向于理论教学,忽视实践教学,认为实践教学是理论教学的一个环节,一种补充。认为实践教学仅仅是作为理论知识的验证而依附于理论教学,因此对实践教学的重视不够,毕业生的整体动手能力比较差,难以满足社会需求。
我院于2012年经审批获得考试认证特许,设立EDP考试认证中心,目前有实验箱30台,已组织一次认证考试,2013年春季考试通过率为81%。从考试结果和学生的学习效果看存在一些问题,如学生的基本概念掌握得不太理想,基础知识不牢固,理论用于实践的能力欠缺,动手能力差。因此,学生在上课过程中好像已经掌握了理论知识,但是在实际动手操作过程中出现问题不知所措,不知道如何找到错误的原因,因为很多问题是由于在调试过程中错误使用仪器设备或者其他干扰原因造成的,而理论教学很多情况下只是理想条件下的计算结果,实际测试会有各种各样的干扰是理论教学所无法预料到的,因此,学生的实践创新能力得不到锻炼。另外,很多实验和实践环节的设置是影响学生实践能力的因素,验证型实验和设计型实验的比例是否合适、实验设备是否充足、教师的实验指导能力高低都会不同程度地影响学生的实践动手能力。
4.完善实践教学改革和创新能力培养的措施
电子信息类专业的培养目标是掌握电子技术和信息系统的基础知识,能从事各类电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用、维护和管理工作,其专业特点就是宽口径,软件和硬件相结合,适应面广,而且重点培养学生的实践操作能力。电子设计工程师认证考试是检验学生理论水平和动手能力的一个有益补充。因此,我们在完善实践教学改革和创新能力培养方面可以采取以下措施:
4.1认真做好认证培训工作。培训内容涵盖电子类学生所学的电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理与应用、接口技术等知识,学生可以根据实训实验箱的技术指标,利用面包板自行设计、焊接、调试电路,并将做好的板子直接替换实训实验箱上相应的模块,等所有模块都设计并制作替换完成,学生就完成了整个电子设计的综合实践课程。实训完成,学生将具备基本的工程实践能力,该实训也可以与电子设计竞赛赛前培训相结合,作为电子设计大赛的赛前培训的基础部分。
培训以讲授为辅,实际操作为主。讲授部分主要是相关的理论与知识;实际操作部分是电路与小系统的设计与实践。实操培训可以与电子工程实训课程相结合,把电子工程设计中常遇到一些设计问题纳入到实训中。为了使学生对整个电子设计有一个连贯性的认识,利用EDP实验箱将整个设计过程分解成多个单元电路,根据一般工程设计的流程,分几个阶段逐一完成。在每一个模块完成的基础上,将所有模块组成一个系统,进行系统联调,完成一个小系统的设计过程。对于水平比较高、动手能力比较强的学生,还可以在此基础上配上相应的设备,完成一个实际的应用系统的设计。每一个学生采用的设计方法及电路可以不一样,只要能够满足系统的要求就行。教师只负责把握大致方向,其他可以让学生自行发挥。我们在实践中发现,在培训和竞赛中大部分学生能够积极进取,学以致用。学生反映通过培训和锻炼,思维活跃、敏捷,自学能力、分析问题和解决问题的能力、查找资料的能力、实际动手能力大大提高。
通过培训,提高学生的电子电路及小系统的设计能力,特别是硬件电路的设计能力与实际操作水平。从已经组织过的一次认证考试结果可以看出,培训达到了电子设计工程师的考核要求。
4.2充分利用学校的电子工艺实训平台。为加强实践教学,电子信息类专业平台的实验实践课程依托电工电子实验教学中心(省级实验教学示范中心),该中心包括电工电子实验室、电子类各专业实验室及电工电子工程实践与创新基地。该中心承担的教学任务包括电工电子技术实验、电工电子实习、电工电子课程设计、电子系统设计和课外科技活动。在这里,免费为学生提供常用仪器仪表,如信号发生器、万用表、直流稳压电源、模拟和数字示波器、失真度测试仪、晶体管毫伏计、焊接设备和简单的单面板制版机等。通过制版机,学生可以把用Protel软件设计的版图制作成板子,经过焊接进行调试,这种方式比用面包板调试效果好很多,尤其是模拟电路的调试效果更显著。实训基地的运行模式是由专业教师指导、学生自主管理的。学生可以任选课余时间进行实验、实训。同时,基地的实验实训活动面向不同年级学生、灵活多样,全天候对学生开放。如学生可以根据兴趣爱好自选实验,也可以选择学生科研实践项目竞赛等。通过这些实践教学,学生提高了分析问题和解决问题的能力,培养了创新意识和创造能力,适应了科技发展和社会应用的需要,课外科技活动为优秀学生提供了展示自己才能和脱颖而出的机会。
4.3深化实践教学改革的建议。调整理论教学学时,加强实践教学环节,增加非验证性实验比例,提高综合实验能力,采取多种形式,培养学生创新精神和实践能力,因材施教,注重学生的个性培养。各种课外科技创新活动使那些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了施展自己才能的空间。将参加各种课外科技创新活动作为创新培养的必要途径,对于传统的实践教学方式是很好的补充,对学生很有吸引力[3]。以各类竞赛为平台,积极组织学生参加各种电子信息类大学生竞赛,包括电子设计竞赛、“挑战杯”竞赛、创新创业大赛等。重视竞赛的训练过程,把培养学生创新精神作为重要工作,从而极大地提高了参赛学生的实践能力。实践证明,各种学科竞赛是培养学生创新能力的一个有效的手段和途径。
5.结语
电子设计工程师认证为我院电子信息类专业的实践教学改革创新能力的培养指明了方向,对我院的教学改革起到了积极的推动作用,对我们的教学改革成果起到了检验作用,促使高校教师提高素质、能力和教学水平,有效激发了学生的创新思维,培养了学生严谨的科学态度、脚踏实地的实际动手能力。如何培养符合市场需求,为社会接纳和具有竞争力的人才是我们应该解决的问题,我们要应充分借助电子设计工程师认证这个平台抓好实践教学,培养出企业和社会急需的高素质人才。
参考文献:
[1]戴茗.电子设计工程师认证介绍[J].电子世界,2010.3:47.
关键词 电子设计竞赛 嵌入式系统 实践教学改革
中图分类号:H191 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2017.01.051
1电子设计竞赛需求
全国大学生电子设计竞赛是由教育部组织的、面向全国大学生的科技活动,主要目的是推动电子信息类学科发展,促进教学内容改革,同时培养大学生的团队合作精神和创新意识。①促使学生理论联系实际,加强学生工程实践能力的训练和培养,选拔优秀人才, 因此得到各个高等院校的高度重视,大学生参与的积极性也较高。全国大学生电子设竞赛在奇数年的暑假举行,比赛时间是四天三夜,每支队伍由三名学生参赛。由于比赛时间短,要在四天内完成实物制作和设计报告,并达到较高的性能指标,必须在课程教学中深化知识内容,并加强模块训练,提高学生的实践创新能力。
全国大学生电子设计大赛题目共分为7大类,每类题目都涉及软硬件知识,偏硬件的题目以高频无线电、放大器、电源、信号源为主,偏软件的题目以仪器仪表、数据采集处理和控制为主。随着信息技术的发展,全国大学生电子设计竞赛中使用的微处理器性能要求逐渐提高,CPU也从16位单片机转换到32位。近几年竞赛队伍多采用低成本、低功耗的32位ARM单片机作为主控芯片,广泛应用于各类题目中,例如信号源、高频无线电、仪器仪表、数据采集与处理、控制等。
全国大学生电子设计大赛为了培养创新意识强的实践型人才,既是对传统教学方法的挑战, 同时也能够反应课程教学水平和教学改革的成败。题目涉及众多科目,要求学生具备综合应用能力。以理论设计为基础,更强调系统实现。近年来电子设计竞赛题目趋于高频化和智能化,以单片机为教学重点的嵌入式系统课程成为必须掌握的知识技能。
2嵌入式系统教学现状
目前嵌入式系统专业课教学中,通常以32位单片机为例讲授相关的知识和设计方法。②嵌入式系统作为一门综合性专业课程,涉及的知识点较广泛,但往往课堂时间有限,学生能够投入动手实践的机会较少。高校中嵌入式系统教学还有许多值得探讨改进之处,例如实验环节中学生创新性不足;学生在系统开发时不具备整体设计意识,底层硬件驱动软件开发水平不足。③传统嵌入式系统教学偏理论、轻实践;重分析、轻综合;重个体、轻协作。实验课程内容陈旧、形式呆板、方法单一。④按照传统方法培养的学生,在参赛时往往会出现很多问题。比如理论设计正确却无法在工程上实现;单元电路仿真正确却无法实现系统联调;软件编程逻辑正确,却达不到所需的精度和性能指标。
由于电子设计竞赛对硬件设计和软件编程等实践能力要求都高于常规教学,因此如何利用竞赛推进嵌入式系统实践教学改革,成为众多高校关注的问题。⑤而嵌入式系统教学同时强调软件开发和硬件设计相结合,使其设计的系统能满足应用要求,从而制作出符合工程应用要求的作品。⑥
3嵌入式系统实践教学改革
嵌入式系统实践环节在教学中具有极其重要的作用,关键是要在有限的课堂中有效安排符合课程内容的实验项目。⑦为此本文主要探讨了竞赛驱动的教学实验模式,一方面是为了更好地帮助学生发挥能动性和创新性,同时也是为了促进教学内容跟上科技高速发展的步伐。
3.1 建立实践教学平台,培养学生创新思维
为适应嵌入式课程教学和电子设计竞赛的需求,中南民族大学近十年来投入数百万元建立电子类实验室。例如,基础实验室包括数字电子和模拟电子实验室、数字信号处理实验室、单片机实验室、电子设计自动化实验;综合实验包括嵌入式系统仿真实验室、SOC实验室等。与此同时,电子与信息工程学院的学生还建立了电子设计协会,组织选拔有兴趣的学生参与学习竞赛小组,并进行电子(数字和模拟电子)、单片机和电源设计等课程的专门训练。实行导师制,安排专业老师进行具体指导,并建立专门的电子设计竞赛实验室和创新项目实验室。较有特色的智能车实验室,通过教学实训平台开发机器人智能车,控制智能车在实际赛道上行驶,使学生熟悉智能车的各个模块设计原理,激发了学生对ARM系统开发的浓厚兴趣。
另外电子信息工程学院还组建了导师团队,选拔优秀学生加入导师制,从大学二年级开始进行“一对一”的专业指导。每年学校都设立大学生创新创业训练计划项目,举办大学生电子竞赛等科技实践活动,鼓励学生积极参与包括电子设计大赛与蓝桥杯等计算机竞赛活动。
3.2 实验体系分层次,以竞赛促进教学
根据学生基础不同我校将实践教学细分为三个体系层次,并在每个层次中都设计了必修实验和选修实验项目。从基本的电路设计调试开始培训,分阶段、按步骤增加实验难度,逐步培养学生的动手实践能力。最后在综合应用设计实验项目中融入竞赛内容,提高学生的自学能力,挖掘学生的学习潜力。三个层次的详细实验项目介绍如下。
3.2.1基础实验
实验目的:为验证性实验,目的是使学生熟悉基本开发工具和软件编程环境,可读懂程序并进行调试。
必修项目:C语言、汇编语言、ARM开发环境实验;串口通讯实验;中断、定时器实验;A/D、D/A转换实验等;键盘、LED、LCD 及触摸屏实验。
选修项目:DMA实验;看门狗实验;Boot Loader实验等。
3.2.2进阶实验
实验目的:主要安排操作系统移植、应用程序编程,并结合竞赛中的知识点加强模块训练。
必修项目:Linux基本应用程序实验;Linux文件系统实验;Linux 内核移植实验。
选修项目:Linux串口通信实验;Linux中断处理实验;Linux下的 Socket通信实验。
3.2.3综合实验
实验目的:全部是选修项目,训练自学能力强、基础较好、预备参加竞赛的学生。综合课题涉及多门学科知识,增加了硬件设计内容,加强了学生对软硬件联合调试的能力,选拔竞赛人选,分组进行竞赛训练。
必修项目:选取往年典型的电子设计竞赛题目,限定时间内完成,根据性能指标进行评测。
3.3 政策扶持,积极推进教改
学校实验管理中心、科研处以及创新创业中心每年都投入大量人力和经费组织竞赛,以保证课程教学改革和竞赛工作的顺利进行。其中大学生电子竞赛在奇数年和偶数年分别开展全国性竞赛和省级竞赛,同时学院也制定了相关的制度政策,给予强有力的技术支持和后勤保障。首先,为竞赛提供专用的实验场地、仪器设备、资金资助,并配备教师团队进行专门的竞赛指导,优先解决竞赛的各种问题。其次,为激励学生积极参与竞赛,对参赛学生给予支持励,安排竞赛期间的食宿,提供良好的后勤保障。同时,学院会为综合素质好、竞赛中取得较好名次的学生,推荐免试研究生或者优先就业的机会。电子与信息工程学院给予优先政策支持,在电子设计竞赛和智能车比赛中,每届都有参赛队伍获得全国一等奖,从而极大地带动了大学生学习和参赛的积极性。
4结语
以应用为目的、以竞赛为动力、分层次有步骤地推进教学改革,在嵌入式系统教学实践过程中取得了良好的效果。首先从嵌入式系统基础的验证性实验入手,在此基础上逐步增加操作系统实验项目,并针对技术难点按模块进行实验,最后开展实际竞赛项目的综合训练。嵌入式系统教学改革的宗旨是提升学生综合应用实践能力,训练学生电子电路设计基本技能,提高学生软件及算法的编程水平,以培养出“基础扎实、动手能力强、有创新意识”的高素质电子信息技术人才。
注释
① 姚有峰,赵江东,汪明珠.从电子设计竞赛谈电子类实践教学改革.实验技术与管理,2009.26(7):131-133.
② 楼旭阳.嵌入式系统原理及应用教学中学生实践能力培养问题的探索与实践.高教学刊,2015.5:73-74.
③ 冼进,贾德良,毕盛.嵌入式系统实验课的教学改革初探.实验室研究与探索,2011.30(8):282-285.
④ 王维博,王海滨,叶凯.电子信息工程专业嵌入式系统教学的改革探讨.中国电力教育,2010.10:58-59.
⑤ 杨奕,徐鹏,彭小峰.电子设计竞赛与实践教学改革.2013.32(4):172-175.
一、电子专业创新型人才选拔的重要因素
电子设计竞赛作为电子专业教学改革的风向标,在创新型人才的选拔上作用凸显。培养符合大赛要求的创新型人才不仅需要精通专业知识,还需要具备很好的综合素质,为了做到有的放矢地进行选拔工作,需要从以下几个方面考虑:
(一)专业兴趣是成功的基础
兴趣是学习的原动力,进行电子设计竞赛人才选拔首先就应当考虑学生对应用电子的兴趣,这种兴趣可能是多方面的,比如对科学技术的向往、对自身能力的肯定等等。在兴趣的驱动下,学生才会自觉地钻研课外知识,积极主动地去处理各种问题,并以极大的毅力坚持下去。
(二)勤奋是竞赛人才的必要条件
通常老师以为凡是聪明的学生就一定是好的竞赛人才,其实这是不准确的,聪明加勤奋才是竞赛人才的必要条件。以往很多有灵气的学生,开始对竞赛的兴趣很浓,也有一定的进步,只是在漫长的准备竞赛过程中极易受外界干扰,不能持之以恒,甚至中途退出,造成了竞赛指导老师的被动性,这就需要加强对竞赛人才责任意识的培养。
(三)学生要有扎实的焊接基础
以往的比赛中,学生设计好的产品在软件仿真阶段能完成所有既定功能,可是到了制作环节却怎么也调试不好成品,最后的原因往往是某一个焊点或电路连接处出现了问题,这种情况在分秒必争的竞赛期间造成了很大的损失,所以要在焊接基本功上让每一个学生重视起来。
(四)要有充足的人才储备
作为每两年举办一次的全国电子设计竞赛,时间间隔较长,人员更换较大,所以每次竞赛时都要考虑下次竞赛人选的培养。因此,在培养本次竞赛人员训练的同时,应该有一部分大一或大二的新生参与整个比赛过程,但不作为竞赛队员,为将来他们参加比赛做好经验和心理方面的准备。
二、电子创新型人才培养的主要方式
竞赛人才的共同特点是对应用电子学习兴趣浓厚、反应灵敏、学习主动、接受能力强、抽象思维质量高,因此培养竞赛选手的指导思想是因材施教。在全程的竞赛准备过程中,学生的主动学习是主导,指导教师的作用是培养学生对产品设计制作保持浓厚的兴趣,调节其积极性,克服学习中的盲目性,指导学生进行课外知识扩展、健全知识体系,培养学生的创造性思维并促使学生全面发展。
(一)课外知识扩展、健全知识体系
大学生电子设计竞赛是以电子电路(含模拟和数字电路)应用设计为主要内容,可以涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA软件工具和PC机(主要用于开发)的应用,题目包括“理论设计”和“实际制作与调试”两部分。作为竞赛指导老师要充分强调以上知识的重要性,同时还要让学生充分意识到其他学科的同等重要性。比如2009年竞赛题目中“声音引导系统”、“宽带直流放大器”都涉及到了数学计算,因此指导教师应兼顾竞赛人才的专业发展和各科全面发展的关系,使学生丰富文化底蕴,增强科学素养,最终达到健全学生知识体系的目的。
(二)培养创造性思维
竞赛中的题目通常都有不同的解决方法,比如2009年我们制作的“模拟路灯控制系统”就有两种方案可以选择:方案一采用一片AT89S51单片机外接多路路灯;方案二采用三片单片机进行主从通讯。在竞赛培训期间要求对每一个题目都要进行多种方案的制作,在这个过程中不仅能够开阔学生的思路,而且有助于培养学生的创新意识。
三、竞赛人才选拔和人才培养的具体措施
(一)参赛选手培养程序
学校在组织大学生科技竞赛时,遵循“两个导向”原则:一是科普性导向,即竞赛要面向广大同学,使更多同学了解竞赛并参与进来;二是科研性导向,即举办专业性强、水平高的科技竞赛。因此学校针对不同的学生,分层次开设竞赛选修课。如面向没有电子设计基础知识的学生开设电子设计基础班,采用大班教学形式,一般120-140人左右,以普及竞赛基础知识、激发学习兴趣;而对于具有电子设计基础知识的学生则开设电子设计提高班,采用中班教学形式,一般60-80人左右,以提高竞赛能力为目的;另外,对达到电子设计提高班水平且有初步参赛意向的学生开设电子设计竞赛班,采用小班教学形式,一般为40-50人左右,以培养竞赛选手为目的。通过竞赛班的实战练习,学生对竞赛的内容、设计思路有所了解,也具有了一定的竞赛技能。根据学生在竞赛班中的成绩排名,择优录取,组队时兼顾学生不同的技能特长,做到优势互补。
(二)开展大学生竞赛网络课程建设
网络应用于教学领域,给学生提供了大量便捷的学习机会和丰富的教学资源,使学习活动更加自主化、个性化。竞赛网络课程网站建设要求包含教学文件、实践教学、课堂教学多媒体课件、课外自学课件、课堂作业习题、课外综合习题、模拟考试平台、在线讨论区、历届学生竞赛获奖成果等内容。针对竞赛网络课程网站的建设,学校明确要求网站内容每学期必须有更新,作业和试题每学期要有30%的内容调整;在线讨论必须经常关注,及时答复;每次竞赛完成后,相关内容应在4周内完成上传。
(三)加强指导教师团队建设
在教学业务方面,通过开展各种形式和规模的教学研讨,集体讨论教学大纲、编写教材、完善教学文件、探索教学方法、改革考核方式。通过指导教师的共同参与,确定了各类课程不同的教学目标、教学内容和人才培养定位,鼓励并支持指导教师开展各项科研工作,以教学为基础,以科研促进教学,全面提升竞赛水平。采取“1+1”指导教师培养方式,即每位副高级以上职称的教师带一名新指导教师,通过教学工作的老中青结合,发扬传帮带的教学指导功能。同时,“1+1”培养方式也保证了指导教师队伍的稳定。
(四)面向竞赛学生开设竞赛练习课
练习课采取集中和分散相结合的方式进行。集中练习借鉴“商品超市”和“菜单选择”的管理理念分成不同的课程模块,如计算机程序编程、设计规划、论文撰写、信息处理、案例分析、实战练习等模块,竞赛学生可以根据各自需要选择部分课程模块重点练习。集中练习课由经验丰富的竞赛指导教师主讲,在学生自主选择的基础上,对最终参赛的选手进行所有模块的综合练习。分散练习以学生自主学习为主,在自学过程中,碰到疑问或困难时,竞赛指导老师负责答疑指导。
(五)加强竞赛技巧练习
学校通过开设练习课,分模块对学生进行长期竞赛练习,在竞赛相关技巧练习中,有三个技巧需要重视和加强。
1.信息处理。随着计算机网络的普及和发展,通过网络可以快速获取各个领域的知识,但如何选择有效信息却让很多学生头疼。加强信息处理能力的培养,让学生明确自己需要的和必须把握的信息,建立信息评价标准体系,学会选择有意义的信息,将对竞赛起到事倍功半的效果。