時間:2023-03-21 17:17:26
導言:作為寫作愛好者,不可錯過為您精心挑選的10篇電子設計大賽論文,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內容能為您提供靈感和參考。
1.1賽前組織
1.1.1人員組織
學校成立電子設計大賽領導小組.全國大學生電子設計大賽和省級大學生電子設計大賽輪流隔年舉辦一次,領導小組是常設機構,負責電子競賽組織、管理、協調工作.電子設計大賽領導小組組長一般由主管教學副校長擔任,副組長由學校教務處處長和相關學院院長共同擔任,辦公室主任由電工電子實驗中心主任擔任.辦公室設在實驗中心,負責處理大賽日常事務,成員包括指導老師、實驗員及大賽相關人員.電子設計大賽領導小組負責相關部門協調和政策落實和大賽組織和宣傳,負責參賽人員管理和學生培訓,負責賽前制定培訓計劃收集整理資料,負責與賽區組委會聯絡和大賽專項經費管理,負責元器件及耗材保管、整理、發放、采購和培訓競賽場地管理,負責培訓競賽后勤保障和學生管理.電子設計大賽人員組織包含指導老師的組織和參賽學生的組織.強有力的指導老師團隊是電子設計大賽取得成功的基礎.隨著技術發展,大賽專業知識廣度和深度不斷加深,題目更加新穎貼近生活,包括電源類、控制類、無線收發類、儀器儀表類等,涉及電子技術各領域和方向,對指導老師綜合素質和能力提出了更高要求.指導老師需要精通模擬電路、數字電路、高頻電路,精通51單片機和熟練運用CORTEX-M3嵌入式系統、CPLD/FPGA可編程邏輯器件、DSP數字信號處理器等,有豐富的實踐經驗和極強攻堅能力.根據實際情況組建指導教師團隊給學生全方位的指導,充分發揮指導教師特長,取長補短,相互學習,共同提高.參賽學生是大賽主體,加強宣傳,吸引更多同學參與大賽,同時保證競賽質量和水平,經選拔合格或任課老師推薦才能正式報名參加.大三學生知識結構和實踐能力強于大二學生,選拔時以大三學生為主,適當選取大一、大二學生保證后備力量,組成電子設計大賽參賽隊伍.通過學校宣傳、領導小組動員、輔導員講解,使參賽同學全方位多角度了解電子設計大賽的意義和目的,對就業和成長的幫助,調動學生競賽積極性和熱情.
1.1.2經費組織
電子設計大賽經費使用原則:預算清晰,專人管理,專款專用,合理使用,厲行節約,保證運行,各項開支在預算內完成,開支與預算一致.經費來源分為學校年度預算和校內部門籌集,用于電子設計大賽基本運行和指導教師課時補貼.基本運行包含報名費、管理費、電子元器件及耗材采購添置、競賽期間餐費及其他雜費.指導教師課時補貼指賽前教師培訓課時費、競賽期間指導教師補貼.電子設計大賽經費不含教師差旅費和競賽獲獎后學校發放獎金,賽后根據政策另行撥付.
1.1.3設備耗材組織
大賽設備耗材專人管理,專人采購,統一分配;培訓類耗材由培訓教師提出計劃統一采購.
1.2賽前培訓
電子設計大賽賽前對學生的培訓是學生提高的重要過程,很大程度上決定了比賽成績.指導教師根據歷年競賽內容和特點,結合自身特長制定詳盡的培訓計劃和方案.大三學生知識相對全面但實踐應用能力較差,沒有系統設計經驗,知識點孤立難以將各門課程融合到一起,大二學生專業知識結構不完整,認識片面,指導教師根據學生實際情況因材施教做出個性化的培訓與輔導,使培訓效果達到最佳.培訓分兩個階段,時間5~6周.第一階段(3~4周)采用集中授課與實際制作相結合的方式,第二階段(2~3周)采用三人一組半開放自主設計的方式.第一階段包含模塊電路分析、設計、調試、制作、參數測試、基本儀器使用及報告書寫,對往屆比賽重點模塊電路進行有針對性專題講座和制作.重點模塊有電源電路、信號調理與運算放大電路、傳感器與微弱信號檢測電路、信號發生電路、通信電路、電壓與頻率轉換電路,單片機最小系統、人機交互電路、數據采集電路、驅動電路等.設計報告內容包含:摘要,敘述核心技術、實現方法與發揮;系統設計方案,敘述方案選擇、系統結構、實現方法;硬件電路設計與分析計算,敘述硬件電路原理、計算、設計與實現;軟件設計,敘述軟件程序思想、流程、實現方法與重點程序;測試結果與分析,敘述測試儀器、測試方法、測試結果、數據分析;總結與展望,總結題目完成情況、存在問題與展望.第一階段使學生掌握基本模塊電路,對電子設計進一步了解和認識,優秀學生脫穎而出,具備沖擊獎項實力,指導教師對這部分同學重點關注,畢竟指導教師精力有限,不可能面面俱到,拿獎也是一項重要而艱巨的任務.第二階段3人一隊進行賽前熱身.按比賽要求自主設計,鍛煉同學們系統分析與設計、制作與調試、參數測試、團隊分工與協作能力.每隊由3名同學自愿組合組成,1名同學負責軟件編寫,1名同學負責硬件制作,1名同學負責報告撰寫.實際比賽有很多突況需共同討論、共同參與、共同應對、共同解決.指導教師可以根據以往題目特點、內容和難度自行設計題目,也可以直接選擇往屆典型題目.第二階段模擬訓練展現了各隊水平和能力,也暴露存在的問題,指導教師根據每隊實際情況進行賽前輔導.
2賽期管理
比賽前2~3周,組委會發放比賽用單片機和開發平臺,提前讓參賽隊熟悉開發環境,賽前一周公布本屆電子設計大賽可能用到的元器件測試儀器,指導教師團隊根據公布元器件清單估計本屆比賽可能出現的題目和用到的模塊.指導教師對器件進行分析,列出本次大賽可能用到元器件詳細清單,交器件管理員清理匯總,不足部分立即準備和采購,采購應確保器件質量,排除器件質量問題帶來的故障和干擾.參賽隊在賽前調試好競賽場地儀器設備,查看元器件清單結合指導老師分析對新器件和不熟悉模塊進行搭建與調試,為比賽正式開始做好準備.4天3夜的電子設計大賽開始后,第一天選擇題目、設計方案與具體電路,領取元器件及耗材,不足的元器件匯總立即采購.第二天完成軟件編寫和部分模塊電路搭建.第三天完成軟硬件聯調和報告書寫.第四天完成參數測試,有能力的同學完成發揮部分設計.
中圖分類號:G640 文獻標識碼:A 文章編號:1671-489X(2013)12-0018-03
教育部有關“辦出特色、爭創一流”的指示中提到:“各高校要以需求為導向,推動新一輪高等教育改革。各類院校都要合理定位,努力形成自己的辦學理念和風格,在不同層次、不同領域辦出特色、爭創一流。各地教育部門要大力開展就業實習實訓,建立穩定的、能滿足教學和就業需要的實習實訓基地。”
為了貫徹落實教育部指示精神和具體實施華中科技大學文華學院“2012版本科專業人才培養方案”,以培養學生實踐能力、創新能力和提高教學質量為宗旨,以實踐教學改革為核心,以實驗資源開放共享為基礎,以高素質實驗教學隊伍和完備的實驗條件為保障,創新管理機制,全面提高實驗教學水平和實驗室使用效益,改革人才培養模式,成立“電工電子創新人才培訓中心”。
“電工電子創新人才培訓中心”的培養模式是:實施“2012版本科專業人才培養方案”,在學生自愿的基礎上利用課余時間(安排在相應學期第3~16周的周六和周日,以及部分暑假時間)補充實施“創新人才培養方案”,實施個性化特色教育。“創新人才培養方案”是以提高學生的綜合素質和社會實踐能力、以提高學生就業技能和就業競爭力為目的,采用先進的教育理念、實踐教學觀念和管理體制;構建先進的實踐教學體系、內容和方法、先進的創新型實踐教學團隊,配置先進的儀器設備;以參加全國性和省級“電子設計大賽”和“IT創新設計大賽”等各類學科競賽的成果作為對實踐教學效果的檢驗,以“電工電子創新人才培訓中心”畢業學生的創新能力和就業能力的提高作為實踐教學的特色。
1 “中心”設立的目的、意義及指導思想原則
“電工電子創新人才培訓中心”培養學生在機電一體化、電氣自動化、自動控制、電子科學、電子信息、光電信息、通信、儀器儀表與數字控制等1~2個領域內具備硬件、軟件的理論基礎及專業知識和技能。“中心”著重實踐能力、學習能力和綜合素質的培養,以適應21世紀信息科學與技術的發展需要,能在相應領域內從事各種元器件、部件的制造和應用,能從事系統設計和系統集成等工作,以及對新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理的工作。培養“合格+特色”的一線工程技術專業人才,提高學生的工程系統創新能力,拓展學生就業領域,同時提升學院在同類院校中的競爭力,打響學院品牌。
“中心”設立的指導思想原則是以全國大學生電子設計大賽為主線,以常態化運行為管理方式;以提高學生的實踐技能為目標,以“理論、設計、實驗、技能”四位一體的教學方法為手段,旨在提升學院在各級電子設計大賽中的競爭力和影響力。
2 “中心”的運作模式
2.1 穩定隊伍,固定場地,規范管理
變突擊集訓為常態培養,改變原帶隊教師臨時召集,場地臨時借用的松散型管理方式,建立有著穩定的師資隊伍、固定的培養場所、明確的培養目標、系統的培養計劃、優質的參賽梯隊的規范化運作機構。
從目前已有的師資力量來看,總體滿足“中心”的運作要求,但在師資隊伍的穩定性、年齡結構的合理性、專業的匹配性等問題上難以滿足“中心”中長期發展目標;從場所來看,開出理論課程的場所已解決,而系統培訓,開出設計、實驗、技能等課程的場所不足;從管理來看,規范師資、安排教學計劃、配備場地、調用實驗器材、控制參賽隊的數量和質量等,已有相應的管理辦法和考核標準。
目前采取的實施方法為:1)對師資的培養建立“傳幫帶”的機制,通過搭班子,以老帶新、中帶青、強幫弱,提高師資的水平;做好“中心”教師資源規劃,以年齡、職稱、專業方向、協作能力作為依據,解決師資長遠發展問題;2)“中心”理論培訓納入日常教學安排,教務統籌排課,解決理論課教室的問題;落實學部實驗中心統籌管理職能,協調實驗室安排,提高實驗室利用效率,解決實驗、專題訓練、強化訓練場地不足的問題;3)以2013年湖北省電子設計競賽為切入點,在實踐中摸索,逐步完善各項管理制度,最終達到創建“電工電子創新人才培訓中心”管理體系的目標。
2.2 建立階梯式淘汰機制,不斷優化參賽隊伍
改變以前精英強化訓練方式,建立大一、大二、大三階梯式的逐級淘汰機制,不斷優化參賽隊伍,保證參賽隊伍的相對穩定性。總結3年以來的電子設計大賽培訓經驗,多方聽取學院領導的意見,根據學生自身的興趣和條件,結合學院實行“潛能導師”個性化教育理念,初步計劃只在信息學部和機電學部各專業招收電子設計競賽培訓生源,大一招收120人,大二招收80人,大三招收45人。而實際報名人數達到702人之多,其中大一(2012級)384人、大二(2011級)203人、大三(2010級)115人。考慮到學部的師資、場地、經費等諸多因素,學院做出決定:對大一(2012級)的384人進行選拔賽,最終錄取138人,編成4個班,保證兩學部各專業都有人參加。
綜合計劃招生和實際招生情況,按3:2:1的比例控制,以創新學分、潛能興趣方向及晉級考試等方式,建立大一、大二、大三階梯式的逐級淘汰機制,保證穩定培訓生源,優化參賽隊伍。
2.3 以常規學科教育為主,在優中選優,鍛造實踐人才
常規的學科教育是正常按專業教學計劃進行的培養,而“人才創新培訓中心”是按個性化教育理念,以電子設計競賽為主線,對有潛能的電工電子人才的強化培訓。在師資安排、學生課程安排上,以常規學科教育為主,以培訓中心為輔;在滿足正常教學的前提下,兼顧中心的教學;如果正常上課時間與培訓課程時間沖突,以正常上課為主。
在此,有一點除外:大三的暑期正是電子設計競賽強化訓練時間,部分專業的暑期生產實習和電子設計競賽開賽時間沖突。這時考慮學生意愿,是選擇生產實習還是電子設計競賽,若選擇電子設計競賽,則可以用電子設計競賽的培訓替代生產實習的學分,與此同時,“創新人才培訓中心”出具相應的證明材料。這樣,一方面作為學生替代生產實習學分的依據,另一方面為實際參賽隊伍的穩定提供有力的保障。以上這些措施是鍛造實踐人才的基石,也是培訓中心健康發展的保障。
2.4 個性化培養模式,強化大賽技能技巧
為了落實個性化的教育理念和學院人才潛能的挖掘,成立“電工電子創新人才培訓中心”,有組織、有計劃地推動個性化的培養模式。
1)科研創新培養模式:在培訓中心的運作模式下,在大一、大二和大三的學生中,若發現有科研潛質的學生,則單列出來,進行一對一的指導,另外通過申請“大學生創新設計”專項經費予以資助;若發現有理論和工程素養的學生,則提前進行指導,指導學生發表科研論文,或者引導學生進行發明創造。
2)課題培養模式:在學院的組織與管理下,有課題的教師把課題放到“中心”,組織“中心”師生進行課題的開發,特別是學院立項的課題納入“中心”平臺中來,一方面讓“中心”優秀學生得到鍛煉,另一方面讓課題得以完成,最終為學院發展科研打下基礎。
3)引進“企業+中心”共同培養模式:通過學院引進校外企業,按照企業用人單位的要求進行培養,簡稱訂單式的培養,這是高職院校一貫的成功做法。另外可以設法把公司的崗前培訓、生產培訓、技能培訓和高級技能資格證等都嵌入到“培訓中心”來。
2.5 在大賽中鍛煉隊伍,向著以賽養賽的目標不斷發展
通過不斷的培養、在大賽實踐中的磨練,形成科學的、個性化的創新人才培養模式和強大的師資力量,創造品牌效益和經濟效益的雙豐收。以大賽為主線的培訓模式,如果運作取得實效,可以考慮以賽養賽的想法,一些大賽配有獎金,獲得的獎金可以按比例反哺到“中心”日常運營中來,還可以通過和外單位的科研協作、校外企業的資助等方法來維持“中心”的運作。
3 培訓安排
“中心”為成功參加2013年全國電子設計競賽,特將培訓課程分為3個階段,即電子設計競賽基礎培訓課程階段、專題訓練階段和強化培訓階段。
3.1 建立較完善的電子設計競賽培訓課程教學體系,為培養創新人才端出豐富的知識套餐
為了鞏固和加深理論和實驗環節,基本解決“四位一體”綜合教學中的“兩位一面”的問題,研究推出具有培養、選拔功能的三段式集訓課程教學體系,即電子實用技能、電子技術應用、實用電子系統設計與創新。共有8門課程,分別是電工電子工程基礎、單片機原理及應用、電力電子技術、集成電路應用、高頻技術及通信系統設計、CPLD與儀器儀表設計、數字控制系統設計、電子系統案例設計(理論與實踐并重,實踐學時遠多于理論課時),加上一個強化訓練(根據各人興趣不同,可做多個自選課題,包括獨立設計的創新性課題)。
由于集訓課程在設計上具有很強的知識集成性與旨在應用的工程實踐特性,它是相關課內教學通向應用的橋梁,因此,并不主張用它來替換相關課程的課內教學,只有這樣,才能保證培養的創新型人才具有更厚實的理論基礎和更強的創新能力。
3.2 專題訓練階段
專題訓練主要是針對歷年全真試題進行培訓,共分成4個專題:交直流穩壓、穩流電源設計;通信系統設計;儀器儀表設計;數控系統設計。每個專題初步定為32學時,共計128學時,主要針對大三的學生進行培訓,通過全真題認真剖析,讓學生對電子設計競賽有一個全面的了解,讓學生掌握全部單元電路的設計,熟練掌握基本軟件的使用技能以及培養快速編程的能力,完成基本單元電路和基本程序模塊的儲備,為開賽時增添自信心。
3.3 強化訓練階段
1)強化訓練重要性。電子設計競賽基礎課程培訓第一階段形成“理論”和“實驗”一個面,構成參加電子設計競賽學生的基礎知識平面,有了這知識的平面,使其構成知識體成為可能;再通過第二階段的專題訓練,能讓電子設計競賽學生的電路“設計”和編程“技能”形成另外一個新的知識平面。
若這兩個知識平面是平行的,則電子設計競賽學生沒有經過第三個階段,這樣掌握的知識是相對獨立的知識平面,只有經過第三階段的強化訓練,才能讓兩個獨立的知識平面相交,就構成電子設計競賽學生一個完整的知識體。以“理論、設計、實驗、技能”四位一體的綜合教學方法才能讓個性化教學理念更進一步得到升化。
2)強化訓練的計劃。強化訓練歷時超2個月,共計64天,所有16位參加電子設計競賽的指導教師要輪班指導,完成64×16=1024學時的指導任務。競賽前兩周,明確帶隊教師及參賽隊員,形成參賽組隊。每一個參賽選手、每位指導教師要全面備課,有目的地去解決每一位學生的具體問題,讓每位學生都要完成1~2個功能完整的設計作品,至少掌握2個方向的競賽內容,以一個方向為主,另一方向為輔,以不變應萬變。
4 創新人才培養模式探索總結
毋庸諱言,獨立學院的辦學條件與學生實力和一般本科院校相比,有一定差距,而且對“大三下”的學生而言,面臨考研壓力,對參加電子設計競賽既抱有希望,又有顧慮,怕得不償失。然而,文華學院以培養應用型本科人才為主,從2006年開始進行電子設計競賽方面的教學改革,容太平老師的“依托電子通信實訓基地建設充分發展學生潛能的實踐性教學環節的研究”從2006年開始進行教學改革,推進素質教育的理念,鼓舞學生參與電子設計競賽競爭。
到目前為止,文華學院的電子設計大賽參賽經驗已經有6年了,取得優異成績:2008年共有6人獲得湖北省二等獎;2009年共有3人獲湖北省三等獎,3人獲“天華杯”全國電子專業人才設計與技能大賽二等獎等;2012年3人獲畢RIGOL杯全國電子創新設計大賽全國一等獎等。學生通過電子設計競賽,獲得了寶貴的人生歷練的勇氣和信心,知道了從集訓中獲取知識、歷練意志,將知識轉化為自身能力才是關鍵中的關鍵,也才是對電子設計競賽宗旨的本意回歸。
所以,把電子設計競賽和教學改革統一起來,也是領導和教師激勵學生參賽的重要指導思想和提高電子設計競賽集訓質量的一種有效辦法。電子設計競賽作為一個契機,推動了課程體系、教學內容、實驗模式的改革,這些教學改革的深入又必將把競賽推向更廣泛的參與和更高的層次。
理論上講高校的創新實踐教育內容應該涵蓋該校的所有學科,但必須以高新技術為主導,這一點是必然的,否則就談不上創新。而在高新科學技術中,電子信息學科則應是首當其沖的龍頭學科,這也是毋庸置疑的,我校在開展創新實踐教育中,無論是起步階段,還是現已成立“大學生創新院”全面展開的今天,電子信息技術一直是創新實踐教育的主導內容,以其為龍頭學科帶動其它相關學科,共同提高和發展。究其原因不外有兩點:
第一,電子信息技術在諸多高新技術中是發展最快、最具活力、而且對自然科學的其它領域、對人類社會的發展乃至人們的日常生活影響最大的學科。作為在高校學習的大學生們,無論是電類的,還是非電類的,也無論理科的還是工科的,都必須對電子信息技術(包括模擬技術及數字技術、電子視聽技術、電子測量技術、自動控制技術、近代通信技術、計算機科學及應用技術、光電技術等等)有一定程度的了解,都必須掌握和具有一定的電子信息技術方面的應用能力。我們所說的創新能力,當然而且必須包括電子信息方面的應用能力。
第二,21世紀既是電子信息時代,同時也是自然科學各個領域(學科)相互交叉滲透、相互融合的時代。這是當今科學技術發展最鮮明的特點之一。當前,電子信息學科已成學科相互交叉滲透的焦點,幾乎找不到不采用電子信息技術為本學科服務的學科,這已是不爭的事實和規律。很多非電學科都在大量采用電子信息技術來提高本學科的自動化程度,以電測技術來提高本學科的測量速度、范圍和精度,從而促進本學科的發展。很多學科已把采不采用電子信息技術作為衡量其是否先進,是否接近現代化的尺度。因此,將其列為創新教育的主導內容也就是理所當然的事了。
經驗證明,以電子信息技術為主導內容的創新實踐教育對大學生有著強烈的吸引力,那些學有余力的非電專業學生大都渴望獲取這方面的知識和能力。我校除各院系設有創新教育分中心外,還成立了面向全校的“大學生創新院”。在創新院下設的三個創新教育實踐班中,其中兩個屬于電子信息學科,即“機電實踐強化班”和“軟件實踐強化班”,而另一個“數模強化班”也以計算機為寫作工具。而參加這三個中心活動的學生中,非電專業學生占65%,可見這些非電專業學生對學習電子信息技術的渴望程度。這些學生通過在中心的活動,創新實踐能力顯著提高。我院在2003年的全國大學生電子設計大賽中獲得E題全國一等獎的三個學生,其中兩個是校機械學院的學生。這些學生通過中心的培訓,使本專業與電子信息技術緊密結合,從而顯著地提高了創新實踐能力。
2.全國電子設計競賽活動為高校的創新實踐教育活動提供了一個好平臺
近年來,全國各地舉辦了很多大型的科技競賽活動,如“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽和索尼杯全國電子設計大賽。我院的學生都積極參與了這些賽事。從效果看,確實起到了促進和深化創新教育實踐活動的作用。筆者作為多次競賽的指導教師,感受頗深。
(1)以競賽為契機開展創新實踐活動 自1994年始,全國電子設計競賽已成功舉辦6屆。從學生參賽就可看出電子設計大賽對創新實踐教育的影響力,各高校均把參賽作為創新實踐活動的重要內容。為參加競賽,我校組成了多個技術專題組,圍繞技術專題開展創新實踐活動。學校主管部門則為這些活動提供各種條件,并舉辦校內的電子設計競賽,參賽師生都顯現出極大的熱情,從而推動了創新實踐教育活動。
(2)以競賽來檢驗創新實踐教育效果 開展創新實踐教育,根本目的在于激發學生的創新實踐意識并提高其創新實踐能力。創新實踐教育與學校傳統的課內教育不同,不能通過一張考卷來評定其教學效果。但各種科技大賽,則是對學員創新實踐能力的綜合考評尺度。比如電子設計競賽,從拿到考題后,選題、查閱資料、設計計算、備件、實際動手實施、調試、最后完成作品并寫出論文,這些都要在短短的幾天內完成,而且這期間可能還要不斷修改方案,反復調試。這是對參賽者綜合素質的全面檢驗和考核,是對學員的理論水平、理論聯系實踐能力、實際動手能力、軟硬件綜合應用能力、論文書寫能力及品質意志、團結協作精神等的大測驗。這些能力是實實在在的創新能力,來不得半點僥幸。這也是各高校為什么如此重視這個賽事的主要原因。
傳統的教學模式采用循序漸進的方式,即從功率器件介紹到典型電路及具體應用。但這種教學模式不容易激發學生學習的興趣,也很難培養學生自主學習和研究的能力。為此,在教學一開始就通過大量的圖片向學生展示電力電子技術在工業生產、新能源發電、交通運輸等方面的應用。通過這些生動形象的實例,讓學生明白電力電子技術其實與日常生活是緊密結合的,以此調動學生學習的興趣。
1.2項目教學法的應用
傳統教學方法過多地依賴理論教學,采用以“教師為中心”的注入式教學模式,使學生失去了應有的學習興趣。因此,結合工科學習的特點,將現代電力電子中的知識內容轉化為若干個教學項目,圍繞“做項目”的模式組織和展開教學,使學生直接參與項目全過程,極大地提高系統調控能力。比如,蓄電池充電控制是電力電子變換和控制技術在電源技術中的典型應用。在教學一開始就提出實際問題:如何對蓄電池充電控制?讓學生帶著問題去思考、去學習,教師在此項目執行的過程中可以適當地加以引導。1)交流電網對48V蓄電池進行充電控制,需要用到AC/DC或AC/DC-DC/DC變換器,因此,需要學生掌握典型電路的設計方法,包括開關管、二極管選型,電感、電容參數選取及設計。2)蓄電池的工作方式有恒流充電、恒壓浮充電、均衡充電和放電。常采用恒流和恒壓相結合的快速充電方法,需要采用電流內環、電壓外環的雙閉環控制,即先以恒流充電至預定的電壓值,然后改為恒壓完成剩余的充電。因此,需要將現代電力電子技術與前期所學的模擬電子技術和自動控制原理等課程有機結合,形成一套完整的知識體系。3)電路設計后,可以利用MATLAB、Saber等仿真軟件對所設計電路進行驗證,通過仿真,加強學生對理論知識的理解。4)設計實驗樣機,實現所要求的蓄電池充電控制裝置,培養學生在知識綜合應用、系統設計、工程實踐和創新實踐等多方面的能力。
1.3現代化教學手段的利用
現代電力電子技術涉及的電路和波形圖多且復雜,可以采用多媒體教學,通過動畫演示增強學生對典型電路的感性認識[3]。同時,多媒體授課的信息量大,可以提高教學效率,給學生創造最真實、直接、感性的學習情景。此外,網絡教學可以彌補課內教學學時少的局限,引導學生開展自主性學習[4]。南通大學校Blackboard網絡平臺提供了與課程相關的豐富的資源,包括教學資源(教學大綱、多媒體課件、實驗指導書等文件)、參考資源(學術論文、常用仿真軟件、典型應用案例等信息)、復習思考題(作業講解、自測等系統)。通過此平臺,加強學生與教師(學生)之間的交流討論,創造“教”與“學”互動的網絡教學環境。
2加強實踐教學
現代電力電子技術應用性、實踐性強,因此有必要加強實踐教學,培養學生的動手與創新能力。
2.1課內實驗教學
課內實驗是在課堂教學的基礎上,進一步鞏固理論知識,提高學生的動手能力、解決問題和分析問題的能力。實驗項目遵循“理論分析仿真驗證硬件實驗測試波形數據分析總結”的模式,以此培養學生形成理論聯系實際的科學實驗作風。
2.2開放創新實驗
現代電力電子技術實踐性較強,如果完全依靠課內實驗教學是遠遠不夠的。因此,有必要鼓勵和支持一些優秀大學生多參加大學生實踐創新訓練項目和全國大學生電子設計大賽,不斷提高他們的創新創業精神和實踐能力。大學生實踐創新訓練項目是由學生主持,通過團隊協作完成一個完整的課題項目。從項目選題、文獻搜集、方案制訂、可行性分析、仿真驗證、實驗調試、總結等方面組織學生獨立開展工作,均充分發揮了學生的主動性和積極性。全國大學生電子設計大賽幾乎每年都有與現代電力電子技術相關的題目。因此,通過大賽,可以使學生進一步鞏固所學知識。與此同時,要在有限的競賽時間內取得好成績,學生必須學會“面對問題、分析問題、給出新思路、解決問題”的方法,極大地培養了學生的實踐動手和科研創新能力。
畢業設計是高等學校人才培養的重要環節,它對提高學生的創新實踐能力、知識的綜合運用能力、科學寫作能力等方面具有其他教學環節無法替代的作用,中外皆然,毋庸置疑。因此,各高等學校對畢業設計都非常重視,在設備條件上不斷加大投入,在過程上嚴格檢查,在質量上嚴格把關。
一、多樣化畢業設計教學方法的可行途徑
(1)基于大學生創新性實驗計劃及工程訓練項目的畢業設計教學方法。當前,國家級和學校級大學生創新性實驗計劃項目和工程訓練項目正在各高等院校廣泛開展,其影響力和在人才培養中的作用日益體現。從學校領導到普通教師,以及教學管理人員都高度重視并積極參與,參加的學生更是與日俱增,需擇優選拔。全國性大學生創新論壇和工程訓練比賽定期舉行。在這種形勢下,可以將國家級或學校級大學生創新性實驗計劃項目和工程訓練項目作為大學生的畢業設計任務來執行。用學生的實踐作品作為畢業設計成果,用項目總結形式完成畢業設計論文,其中論文內容和格式也不同于傳統的畢業設計,以作品公開展示和現場匯報的形式完成答辯。
(2)結合各種設計大賽項目的畢業設計教學方法。全省或全國性的挑戰杯設計大賽、機器人設計大賽、電子設計大賽、程序設計大賽、數學建模大賽等,正有規律有秩序地開展。由于就業、求學和興趣的驅動,參賽人員日益增多。將這些大賽內容作為畢業設計任務來完成,在導師的指導下,對參賽項目進行理性思考、深入研究,進而撰寫畢業論文。把論文與參賽作品共同作為畢業設計成果。這樣,由于研究時間加長、投入增多,加之參加競賽的多數學生是出于興趣驅動,因此學生樂于投入精力,易于產生創新性研究成果,使學生從中感受到收獲的喜悅。
(3)通過指導學生發表高水平學術論文完成畢業設計的教學方法。有的學生理論基礎較好,科研總結和寫作能力較強。經引導和正確選題,他們完全具備發表較高水平論文的能力。學生撰寫論文的動力,一方面來自自身素質和興趣;另一方面是來自繼續求學,尤其是國外求學的需要。為了被所申請的學校錄用并獲得高額獎學金,對計劃出國求學的學生來說,撰寫論文的積極性是很高的。發表高水平論文的學生可以申請用他們的論文作為畢業設計成果。這樣,一舉兩得,學生易于寫出高水平的學術論文。
(4)靈活的畢業設計周期。改變畢業設計僅在最后一個學期進行的固定周期。即使是傳統的畢業設計模式,也可以提前到最后一個學年或更早些。事實上,除考研學生外,其他學生在第7學期的學習壓力相對較輕并具備了一定的理論和實踐基礎,這時便可以開始畢業設計工作。這樣學生可以帶著問題學習后續的專業課程。而第8學期也不必是單純的畢業設計,可以開設一些諸如學科前沿課程或講座課程(選修性質),從而減少由于單純的畢業設計任務所造成的紀律松散和時間浪費的現象。對以創新性實驗項目、工程訓練項目、競賽項目等作為畢業設計任務的學生,其開始時間更是靈活機動。
二、多樣化畢業設計的可操作性
(1)先從外界條件來分析。由于高等學校教育質量工程的推進,各高等學校對學生實踐能力和創新意識的培養格外重視。通過利用教師的科研條件,并借助創新實驗基地建設和工程訓練中心建設,使得更多的學生有更多的機會,可以較早地開展實踐性鍛煉。教務部門使這些實踐環節規范化、制度化,落實在了本科培養方案中。并在政策上加以引導,例如在評定獎學金、保送研究生、優秀畢業生等評比中,越來越強調學生的實踐能力和創新活動。這就從硬件設施、制度建設和政策激勵等外部環境上為學生營造從事實踐活動的和諧氛圍。
以大連理工大學為例。學校建有創新實驗學院,國家級電工電子實驗教學示范中心,各學院還建有本院的創新實驗基地。每年都積極參加國家大學生創新性實驗計劃項目和各類競賽項目,并為全國交流提供平臺。2009年承辦了全國大學生工程訓練大賽,2010年承辦了第三屆全國大學生創新論壇。學校明確要求每位教師都要付出時間并提供條件,親自指導學生從事創新性實踐活動。
(2)再從內部條件分析。學生也非常渴望得到符合自己興趣的實踐能力的鍛煉,以便為就業、升學(尤其是異國求學和保研)奠定重要基礎。學生在自己的推薦信中都希望有對實踐能力的描述,因此學生對這些實踐性活動格外積極。
在具備了足夠的實踐機會,并且得到越來越多學生響應的情況下,畢業設計教學環節也就具備了改革的外在和內在條件,亦即可以開展多樣化畢業設計教學,使得在畢業設計這個重要環節更好地實施因材施教,以便對傳統的畢業設計進行有機補充。教學管理部門向學生公布可能的畢業設計形式,由學生根據自身情況任選其一,也可選擇傳統的畢業設計模式。這樣,學生處于主動,而非被動地接受教師規定的形式和題目。體現了“以學生為本”的人才培養理念。
三、多樣化畢業設計的特色
(1)利于個性化畢業設計教學,學生選擇符合自己興趣的畢業設計形式,利于學生潛能的發揮,孕育優秀的科技創新成果。
(2)抑制論文抄襲或網絡拷貝等學術不端現象。因為學生所從事的畢業設計內容符合其興趣,學生處于主動選擇。不像傳統的畢業設計那樣,學生被動地接受著規定的任務和程式化的過程,無奈之中便選擇了抄襲。
(3)更好地實施大學生創新性實驗計劃項目及其他實踐性項目,從事這些項目的同學可以一舉多得。
從元件清單已經能猜到題目的大體輪廓,電子設計大賽活動總結比如煙霧傳感器熱釋電等可能是跟家居環境監測有關。萬用電橋測電容電阻等。
經過3、4個小時的商討我們決定做e題——三相多功能電表。任務是設計并制作一個能同時對三相工頻交流電(頻率波動范圍為45-65hz)的三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、總有功功率、總無功功率、功率因數、電網頻率、有功電能和無功電能進行測量的數字式多用表。
對于這題首先要把很多概念性的東西搞懂,然后進行設計。我和大頭感覺選這題真的很幸運,每當在某個技術問題上卡住的時候,我們總能有意或無意間解決問題,就像《人在囧途》中的那位——福將(“猴哥”,我是福將吧,硬件我可是沒有出現問題哈,還算滿意吧?哈哈)
從早上7、8點起來,到晚上2、3點睡覺,就這樣8、9天始終是這樣的作息時間。飯的問題,由“海夫卡卡”解決,他每天到飯點就去幫我們買飯,這次海夫卡卡做的真不錯,論文寫的很有質量,我們基本沒有修改,在制作過程中也幫了很多。睡覺就在隔壁實驗室,有人問道睡在哪里?我說在試驗臺上,哈哈。我們真是睡在試驗臺上的,那種比較大的試驗臺。
在這些天感覺快樂要大于辛苦,“男人海洋”的搞笑頭像以及言談,我和大頭(猴哥),在說話的時候,當提到他的時候,總是很難想到他的真實名字,而是他的網名——男人海洋。當大頭調程序出現問題的時候,我會說“找男人(海洋)問問去”。猴哥也很搞笑,看著猴哥,你不得不開心,他臉上分明就寫著一個字“笑”。與猴哥合作那么多次了,每一次,感覺都是很成功,即使有些時候成績不是很好,但是總是收獲很多快樂。
言歸正傳,說說我們的設計制作——我們采用att7026c作為電能采集及數據處理芯片,由繼電器組成控制電路對3個電壓等級(100v/220v/380v)進行切換,對att7026輸出數據由58單片機構成的主機進行處理,實現掉電存儲、液晶顯示、鍵盤控制以及485通信和紅外傳輸等功能控制,從機負責信號的接收,實現遠程抄表。
【Abstract】The research-based teaching requires teachers to organize teaching by explore ways to cultivate students’curiosity and creativity.Using the FPGA technology students’learning interest and study effect can be inspired and improved in experiment teaching of digital circuits and system. Though the reform and exploration, the students’ability of exploration research and engineering skills can be improved for the national undergraduate electronic design contest.In this paper,under the guidance of research-based teaching,application of FPGA technology to the digital circuits and system experiment teaching be carried on the investigative teaching method and the exploration practice.
【Key words】Digital circuits and system experimental course;Research-based teaching;Bachelor engineering education;Interactive teaching
0 引言
課程教學是高等教育的主渠道,推動課程體系創新和教學內容、方法、手段的改革,已逐漸成為高等教育創新性人才培養目標改革的趨勢之一[1-3]。電子信息類實驗教學是高等院校理工類專業學生重要的專業基礎課,也是學生在大學教育階段的主要工程性實踐環節,它對培養學生的素質和能力十分重要,實驗教學效果對學生專業技能的培養以及就業都將產生直接影響[4-8]。
數字電路與系統實驗課程是數字電路理論課程學習到工程師轉換的一座重要的實踐橋梁。我們采用研究性教學模式為了進一步提升學生的創新意識和創新能力,創立類似科學研究的氛圍,以引起學生深刻體驗和共鳴。通過該實踐環節的磨礪,使學生鞏固和加深對數字電路和模數混合系統的理解,增強工程應用和工程實踐能力,為學生參加全國大學生電子設計大賽打下了堅實的基礎。電工電子實驗系列課程是南京郵電大學獨立設置的實驗實踐課程,也是重要的學科基礎課程;同時也是理論性、實踐性和工程技術性都很強的必修課程;是江蘇省重點建設課程和省級精品課程。本文在研究性教學思想的指導下, 應用FPGA技術對數字電路與系統實驗教學進行研究性教學實踐, 探索實施研究性教學的教學方法。
1 授課內容的變化
目前CPLD/FPGA有著越來越廣闊的應用前景,它和DSP及CPU并稱為電子系統的三大基石。CPLD/FPGA具有體系結構先進、支持在線編程、應用靈活、集成度高、功能強大、設計周期短、開發成本低、開發工具先進、產品標準化程度高、性能穩定以及可在線檢驗等優點,被廣泛應用于通信、儀器儀表、工業控制、信息處理等系統的設計與生產中。而掌握CPLD/FPGA設計技術已成為當今硬件工程師和IC設計工程師的必備技能。
在授課內容上體現了繼承與發展。即:繼承基于中小規模集成的電路設計并實現數字電路,發展目前產業常用的CPLD/FPGA實現數字電路。通過本課程授課內容的更新,使學生通過本課程掌握VHDL的程序設計方法與CPLD/FPGA的硬件設計與實現方法,培養在硬件、軟件方面獨立分析問題、解決問題的能力。
通過授課內容的變化,使學生既掌握設計與調測基于中小規模集成電路的方法,鍛煉學生的基本電路的調測和差錯能力,同時訓練學生掌握新技術、新工藝和新軟件,為學生解決復雜工程問題提供必要的知識積累。
2 授課形式的變化
依托我校電子科學與技術國家級實驗中心平臺,并結合授課教師的科研背景,我們編寫了偏重與基礎實驗技術與工程應用的普通高等院校電工電子實驗實踐系列教材,通過具有代表性的工程案例,強化電工電子實驗課程的工程技術性,并形成電工電子實驗技術知識體系。同時積極完善該課程的教學視頻、電子教案、綜合芯片數據表文件、實驗案例以及工程案例等線上資源,保證課程的系統性與完整性。
在授課形式上打通理論課和實踐課程的鴻溝,將數字電路理論課中的設計報告和研究報告在實踐課程中加以實現。要求實驗報告都要以科技論文的形式書寫,盡早鍛煉學生的實驗設計能力和文字表達能力,提升學生的研究和溝通能力。
3 考核形式的變化
針對研究性教學的形式,我們構建了多元化的考核方式。評分標準既包括了平時實驗報告的提交與報告質量、實驗操作情況、期中考試成績和期末考試成績,同時還包括了交互式學習的內容。在傳統的“平時+期中+期末”考核方式的基礎上,加入了平時實驗操作成績。考試和期中測驗允許學生攜帶自行準備的參考資料進入考場,同時試卷分為實踐部分(60分)和實驗技術與實驗理論部分(40分)。同時,由學生自主完成各種創新實驗,培養學生的工程實踐能力和創新能力。這種靈活的考核模式,有利于學生鍛煉工程實踐能力,完備學生的電子電路設計與實現的知識體系。
4 結束語
針對學生在工程實踐、創新能力薄弱的難題和瓶頸,我們在電工電子實驗實踐課程中引入研究型教學模式,以有效地培養學生的創新能力。改進教學內容,切實倡導以學生為主體的教學模式,促使學生主動學習,獨立思考,營造了良好的學習氛圍。該教學改革的實施有力地推動了我校實踐教學課程教學體系的改革與創新,學生參加創新實踐活動積極踴躍,表現出極大的熱情和自信,參加競賽并獲各類獎項越來越多。我校在大學生電子設計大賽、挑戰杯、全國大學生機器人大賽和美國機器人公開賽等重要賽事中,屢創佳績,近3年來獲得省級以上大學生電子類設計競賽獎共計近200項,其中國家級90余項。基于研究型的數字電路與系統實驗實踐課程改革有效地提升了學生的綜合素質和創新能力。
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中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)19-0168-02
工程素質是電氣類學科專業學生必須具備的基本素質,但傳統的培養方法存在系統性不強和與實際項目需求相脫離等問題,近年來,我院立足學科競賽和大學生學習特點,以一系列教研教改課題和“國家級大學生創業創新訓練計劃”項目、“湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃”項目為依托,從增強大學生工程實踐創新能力的角度出發,進行了近六年的探索和實踐,提出了“兩結合、三提高”即課內與課外結合、校內與校外結合,提高創新意識、提高工程素養、提高工程實踐能力的“2+3”電氣類工程實踐能力培養模式,建立了“實驗、實訓課外制作學科競賽實際項目”的全方位實踐驅動體系。實踐表明,該培養模式能有效地提高大學生工程實踐能力和工程素養,提升大學生培養質量。
一、模式的主要內容
1.建立“2+3”工程實踐能力培養模式。本模式立足學科競賽和大學生學習特點,從增強大學生實踐創新能力出發,進行了近六年的探索,建立了“實驗、實訓課外制作學科競賽實際項目”的全方位實踐驅動體系,形成了“兩結合、三提高”即課內與課外結合、校內與校外結合,提高提高創新意識、提高工程素養、提高工程實踐能力的“2+3”電氣類大學生工程實踐能力培養模式。“兩結合”是指對學生的教育在校內的課堂內、課堂外與校園內、校園外進行。課堂內能很好地完成理論教學過程,讓學生具備一定的理論知識,完成電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、電子技術工藝、傳感與檢測技術、單片機原理、EDA技術、DSP技術、嵌入式系統等理論課程;并完成相應實驗、實訓等實踐環節。在此基礎上,通過課堂外針對性的訓練,培養學生的四個心態,即“信心、恒心、耐心、細心”,四個能力,即“看圖能力、計算能力、選型能力、操作能力”,完成四個進程,即“由基礎、到技能、到團隊、到項目”,同時延伸到校園外,與企業進行深入接觸,為學生參加學科競賽和實際科研項目奠定良好基礎。“三提高”是指在學生完成電類基礎理論和基本技能的基礎上通過參加各種形式的學科競賽、大學生創新訓練項目和橫向科研項目,實現創新意識、工程素養、工程實踐能力的提升。
2.引入實際案例教學法,加強學生工程素質訓練。采用案例教學法,從所承擔的橫向課題中提煉出若干與模擬電子技術、數字電子技術、電工技術、單片機原理、EDA技術、DSP技術等課程結合緊密的工程設計案例,在學院創新實驗室中對案例進行深入剖析和演示,使同學們在理論課程的學習中就建立可靠性、穩定性、可維護性、工藝性等基本的工程概念,提高同學們理論與實際相結合的能力。
3.引入壓力教學法,培養學生抗壓能力。抗壓能力是工程素質的一個重要內容,也是學生主動適應社會和挑戰的表現。為了培養學生的抗壓能力,項目引入壓力教學法,主要措施有:①在學生培訓過程中采用淘汰機制,激勵后進的學生積極上進,同時形成壓力,讓學生習慣在壓力中學習;②要求學生參加各種形式的學科競賽,通過大賽鍛煉學生的抗壓能力和團隊合作精神;③安排學生進入教師的科研團隊,負責一些具體項目,要求學生所做工作和項目進度同步,通過項目的實際要求和標準,培養學生面對項目壓力的處理能力。
4.鼓勵學生加入橫向科研項目,培養學生工程綜合素質。實驗、設計制作和學科競賽等環節能培養學生較好的實踐動手能力,但是真正的工程實踐能力必須在實際工程中才能得到培養。為此,項目要求學生加入到教師的科研團隊中,負責一些具體的子項目,讓學生在項目中發現自己的不足,不斷提高自己。同時,實際項目也是培養學生團隊合作精神和吃苦耐勞精神的最好平臺,很多學生通過參與實際項目提高了技術水平,培養了自己作為工程技術人員應有的優秀品質。
5.采用團隊指導,讓學生學得更全面。學生工程實踐能力的培養是一個系統而復雜的工程,不僅需要勤奮好學的學生,更需要一個優秀的指導教師團隊。為了更好地培養學生,項目組對學生的培養堅持“導師負責,團隊指導”的原則,由學生選擇科研導師,但是培養工作由項目團隊教師共同完成。
該項目組聚集了“兩中三青”的優勢組合,由兩名教授和兩名副教授、一名講師組成,其中有2名博士,學科涉及儀器科學與技術、電氣工程、控制理論與控制工程、電子科學與技術。這種多學科和多層次的師資組合,在培養學生工程素質過程中,能讓學生吸取更多的知識,獲得更多的指導。
二、模式的創新點
1.提出了“2+3”電類大學生工程實踐能力培養模式。“2+3”培養模式是大學生工程實踐能力培養理念上的突破,是滿足社會多元需求的嶄新教學模式,培養出的學生基礎理論扎實、實踐動手能力和創新能力強,具有過硬的工程實踐能力,能與社會接軌,敢于迎接挑戰。
2.創建了大學生工程實踐能力培養基地―湖南工業大學電氣學院創新實驗室。該基地獨立于傳統的實驗室體系之外,擁有更大的自由度和靈活性,同時又與實驗室體系相互融合,能夠實現資源共享,為學生提供了一個良好的創新實踐平臺。
3.實現理論與實踐的相互結合,促進了理論教學和實踐教學有機結合。結合“基地建設”,在實施“2+3”培養模式的過程中,建立優秀學生選拔培養機制,貫徹案例教學法、壓力教學法和團隊指導,培養學生全面的工程素質和能力。
4.推進了橫向科研課題與實踐教學的深度配合。將橫向科研課題與學生的實踐教學緊密結合,實現了教師科研課題的完成與學生實踐創新能力和工程素質的提高二者之間的相互推動和良性循環,以推進兩者的深度配合,實現迅速提高學生應用基礎理論解決實際工程問題的能力。
三、模式的實踐與應用
自2008年項目開展以來,學科競賽驅動的大學生工程實踐能力培養模式研究和探索實踐工作已走過了近六個年頭。經過不懈努力,項目團隊,刻苦努力,勇于科學研究,取得了一系列顯著成績,逐步建立完善了“2+3”電氣類大學生工程實踐能力培養模式,較好地解決了學生基本電路設計及試驗能力差的問題,明顯提高了學生綜合應用相關課程知識從事工程實踐的能力,并得到較好的應用和推廣:
1.該成果自電氣與信息工程學院2009級開始實施,歷屆學生受益。2009年以來的歷屆全國大學生電子設計競賽、中國機器人競賽、全國大學生測量控制與儀器創新設計大賽等學科競賽中,我院學生累計獲全國一等獎7項,全國二、三等獎9項,省一等獎2項。在2013年全國大學生電子設計競賽中獲本科組全國二等獎,在同類院校中取得了較好的聲譽。同時該模式在我校獨立學院科技學院中也進行了推廣應用,在2013年中國機器人競賽電子設計大賽中項目組所指導科技學院學生獲得全國二等獎1項。在2013年珠江三角洲畢業生跟蹤調查中,用人單位普遍評價:我院的畢業生工程素養好、創新意識強、工程實踐能力強、上手快、敢于迎接挑戰、吃得苦、留得住。
2.該項目實施中產生的大量成果成為湖南省大學生訓練中心―湖南工業大學電氣自動化大學生訓練中心申報成功的重要支撐。省級大學生訓練中心獲批后,將成為該項目成果向全省展示和推廣的最好平臺。
3.2009年來,項目組發表教研論文10篇;與所指導學生一道8篇;在被指導的畢業學生中,獲湖南工業大學優秀學士學位論文獎4項。反映了“2+3”培養模式理論教學和實踐結合的效果,學生綜合能力穩步提高。
4、從2009年以來,項目組學生直接參與橫向開發項目,參與項目研發全過程,工作成效受到了包括中國南車、上海理光、廣東易事特、株洲冶煉廠、株洲硬質合金有限公司、聯宇電氣等一批知名企業的肯定和好評。我院畢業生在學科競賽驅動下提升工程實踐能力的教學模式培養下,已逐漸成為電氣類相關領域的中堅和骨干力量,學院社會聲譽明顯提升。
四、所取得的主要成果
1.帶動了實驗室的實驗實訓管理和教學改革。本項目實施中以學院大學生創新實驗室為平臺,加強了學生和實驗室的聯系,促進了“開放、自主、規范”的實驗室管理和教學方式的形成,為我校成功申報省級大學生訓練中心暨電氣自動化大學生訓練中心發揮了重要作用。
2.學科競賽取得巨大成績。2008年以來的歷屆全國大學生電子設計競賽、中國機器人競賽、全國大學生測量控制與儀器創新設計大賽等學科競賽中,我院學生累計獲全國一等獎7項,全國二、三等獎9項,省一等獎2項。在2013年全國大學生電子設計競賽中獲本科組全國二等獎。
2實踐課程內容的設計思想
通信工程專業自第四學期進入專業課程階段,專業階段實踐類課程(除課程當中的實驗課以外)包括:單片機原理課程設計、信號與系統課程設計、高頻電子線路課程設計、生產實習、通信原理與系統課程設計、專業方向課程設計和創新性實驗。由于單片機原理課程設計和信號與系統課程設計屬于基礎課,因此本次規劃只涉及其余的5門課程。原先這5門課程設計的內容主要有:(1)高頻電子線路:等幅調制發射電路仿真設計以及收音機組裝與調試;(2)生產實習:電視機組裝與調試;(3)通信原理與系統課程設計:MATLAB仿真驗證編碼和調制原理;(4)專業方向課程設計:通信系統方案設計;(5)創新性實驗3個,分別在第4、5、6學期,內容由指導教師自選。在專業實踐教學的調整和構建中,設計了分層次漸進的體系結構,遵循“基礎理論知識學習—電路設計能力培養—系統設計能力培養”的實踐教學培養思路,同時基于一體化的考慮,規劃了統一的設計任務,即設計一個完整通信系統:多個無線傳輸站點構成的多點對多點的基本通信網絡。各課程在這一統一的任務下,承擔不同的子任務,如無線收發模塊設計、糾錯編碼、網絡協議設計等。對所涉及課程任務進行統一設計的好處如下:(1)完整系統的設計。經歷由細節到整體,由電路單元到功能系統的設計過程,使學生了解針對不同層次的功能實現需要不同的設計思路。(2)節省實驗經費。一體化任務設計,使前期課程的設計成果,可用于后續的設計,如無線收發信機,可以用于構建數字編碼通信系統。(3)避免知識的重復。以前的課程設計在內容上出現不同程度的重復,去掉重復部分后可節省時間學習其他新知識。
3一體化課程規劃和層次化內容設計
按照課程時間計劃,課程設計和生產實習按時間先后依次是:高頻電子線路課程設計、生產實習、通信原理與系統課程設計、專業方向課程設計,其時間順序和所屬的層次如圖1所示。創新性實驗分3個階段,分別設在第4、第5、第6三個學期,完成不同的任務。調整后高頻電子線路課程設計主要是驗證上變頻、下變頻以及振蕩器的工作機理,用MultiSim構建電路,并進行仿真;生產實習是讓學生學會電路圖紙和PCB版圖制作,設計和制成無線收/發信機電路板;通信原理與系統課程設計的目的是實現點對點通信系統,任務是調試收/發信機、信道糾錯編碼設計等;專業方向課程設計的目的是用收/發信機模塊和控制終端構建RS-485總線結構的網絡或是簡單的ALOHA網絡。
4課程體系改革措施
為保證一體化實踐課程教學任務的順利實施,采取了以下措施:(1)打破課程界限,設立可分解的綜合任務。將整個實踐課程內容設計為一個統一任務,即建設一個通信網絡系統,但各個課程的任務又是相對獨立和完整的一個子任務,前期課程的設計成果用于后期課程的任務系統的建設。(2)專業實驗室全面向學生開放。由于課程設計環環相扣,前期設計的成果就是后續設計內容的基礎,因此本次課程設計必須成功才能進行下次的設計,而且性能越好下一級課程設計成功的可能性越大。為了保證設計任務順利進行,開放有關實驗室為學生提供實驗場所。(3)設立專門的團隊從頭至尾全程負責。整個課程體系設置成一個大的綜合任務,前后之間緊密聯系,因此,指導教師必須要對此次設計之前和之后的任務非常清楚,這樣才能保證整個設計任務的順利實施,為此成立專門的實踐課程教學團隊負責整個任務的實施,每位教師都要熟悉流程中所有任務內容。
5課程內容改革實施效果
通過對2009、2010、2011級本科生的實施效果來看,學生的學習成績和能力獲取方面有明顯改善。(1)拓寬了學生對專業知識和專業領域的認知視野,加深了他們對專業課程之間以及課程與具體工程實際之間關系的理解,激發了學生對本專業知識的學習興趣,他們在信息論與編碼、通信原理等理論課程的成績都有明顯的提升。(2)提高了學生的工程實踐能力和科研素質。改革后的課程體系和內容,對學生掌握學以致用的能力的提升作用頗為明顯。學生在進入畢業論文階段,其動手能力表現得到導師們的一致認可。(3)彌合了通信技術理論和工程實踐的裂隙。通過改革實踐課程,可以一定程度上彌合課程的課本知識是與工程實踐相脫節的裂隙,與工程實際的銜接也激發了許多同學課外實踐的興趣,近年來,越來越多的通信專業學生利用課余時間或暑假進入實驗室進一步拓展學習。(4)多名學生在近幾年參加山東省大學生電子設計競賽、全國電子專業人才設計大賽、全國大學生電子設計大賽、“挑戰杯”創業大賽、全國信息技術大賽、山東省機器人大賽等各級電子設計競賽、創新性項目中獲得優異的成績。(5)畢業生就業崗位層次有了很大提升。實施教學改革后,除去考上研究生的同學外,有一批學生進入通信設備公司,從事技術含量較高的研發或設備技術支持工作,就業工作崗位層次明顯提升。
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)33-9461-02
The Training and Practice System of Innovation Ability of Students of Electronic Information Engineering
LUO Ying-xiang, TAN Ze-fu
(School of Physics and Electronic Engineering,Chongqing Three Gorges,Chongqing 404000,China)
Abstract: For complying with the rapid development of science and technology in the electronics and information times,and meeting the social demand for the electronics and information talents.We have developed a scientific and rational personnel training program all-round with the goal of raising student's innovative consciousness and ability,the innovative education and the new type base of experiment and innovation laboratory are built.The importance to training of innovative consciousness and ability is also attached a powerful guidance to electronic CAST,strengthen the school-enterprise cooperation and so on.
Key words: electronic information;innovation;capacity-building programs;training program;innovative projects
近幾年來,電子信息工程專業是社會需求旺盛的熱門專業,其招生規模迅速擴大,在這種生源充足、社會需求旺盛的一派大好形勢下,我們應清醒地認識到,日前仍然存在一邊是社會需要大量的人才,一邊卻是大量的畢業生找不到工作的現象,究其原因是,學校培養的學生并非社會所需人才,企業急需的是具有開拓精神的創新型人才。
高校作為國家創新體系中的重要環節,應培養國家建設后備力量的創新能力,使他們從繼承為主轉向創新為主,以接受知識為主轉向發展智力,開發創造力為主,從標準化的個性轉向多樣化的個性。作為地方普通高校,其主要任務是,更多地是為地方培養更多的高素質人才,改善全社會群體的文化結構,推進技術創新,通過向產業提供技術轉移和擴散,提升區域創新能力。本文以電子信息工程專業為例,談談就我校實際怎樣培養社會所需的電子信息工程專業創新型人才。
1 以培養學生實踐能力、創新精神為主線,構建科學合理的人才培養方案
培養方案是學校實現人才培養目標、實施人才培養的具體方案,是組織和管理教育教學過程的基本依據,是學校保證教學質量和人才培養規格的重要文件。近幾年來,學校先后編制了2004、2006、2008教學方案,不斷完善人才培養模式。
我校以“立足三峽,服務庫區,面向全國,培養具有創新精神和實踐能力、德智體美等全面發展的應用型高級人才”為人才培養目標,探索應用型人才的培養途徑,在2006版人才培養方案中,提出“3T”人才培養模式。“3T”模式的重要理念就是要進一步加強實踐教學,著力培養學生的實踐創新能力,為構建與應用型高級人才培養目標相適應的實踐教學體系搭建新的平臺。 “3T”培養模式由三大體系構成,即理論體系(Theory)、驗證體系(Test)、實踐創新體系(Try)。理論體系由公共必修課、基礎課、專業課、模塊課和選修課五個教學模塊構成;驗證體系是指對在學和已學理論知識進行的科學驗證和綜合訓練,主要包括課程實驗、課程綜合訓練、課程實習、崗前培訓等;實踐創新體系是指綜合實踐能力的訓練、創新意識和能力的培養環節,主要包括公益勞動、社會調查、社會服務、畢業實習、畢業設計及科技創新活動等。三大體系緊密結合,相互滲透,實現人才培養方案的整體優化。
重新組合課程體系和教學內容。從2004年開始,對電子類課程體系進行調整和改革,壓縮課內學時數,減少必修課數量,增加綜合實驗課程,增加與工程結合的課程。新開設了《可編程邏輯器件設計》、《傳感器技術》等課程;對《單片機原理與應用》、《微機原理與應用》、《數字信號處理》的內容進行整合,突出實踐與應用,以培養學生的工程素養;將電子電路類課程理論學時數壓縮,同時增加課程綜合設計、電子設計與實踐等課程,增加了《電子電路CAD》實訓環節。
2 實施科技創新訓練計劃(STIT),提高學生科技素養,提升科技創新能力
我院實施的科技創新訓練計劃(Science and Technology Innovation Training簡稱STIT計劃)旨在讓學生在學好理論知識的基礎上,通過參與創新研究,接觸工程實際、鍛煉實踐能力、調動學生的主動性、積極性和創造性,激發學生的創新思維和創新意識,逐漸掌握提出問題、分析問題、解決問題的方法、提高其創新實踐的能力。它分四個階段完成,即:打基礎、強能力、求創新、出成果。其形式主要采用開辦創新訓練班、申報創新項目、開展各級競賽活動。
2.1 成立創新訓練班,使學生得以創新能力的初步訓練
科技創新訓練班,根據學生需求,依托創新實驗室成立創新訓練班,提供必需的實驗或研究材料,有針對性地組織開展實踐創新活動。創新實踐班的教學計劃、課程設置、授課方式等根據具體情況由電子系、學工辦和創新實驗室共同研究制定并實施。創新實踐班所開課程強調和現有課程的互補性,強調實踐環節,強調課程內容與時俱進。創新訓練班分集中授課、實踐操作、專題講座、專題研究等形式。
2.2 申報創新項目,參與教師科研課題,提升學生創新能力
學生在老師的帶動下,積極申報學院及學校創新項目,從事相關課題研究,向學生提供科學研究和技術開發的項目資助,使學生有機會接觸到所在學科的前沿問題,接受較為嚴謹的科研工作訓練,掌握正確的科技創新方法,提高科研和解決實際問題的能力。學生通過對自己方案的調研、論證、答辯、實施和成果評價經歷一次系統鍛煉,在創新方面得到充分、長足的發展,幫助他們多出成果、出好成果,諸如論文、報告、專利等。
教師通過科學研究提高自身素質,把握學科前沿成果和學科發展動向,將科研經歷和最新科研成果引入教學內容,讓學生了解學科發展前沿,縮短了理論與實踐的距離,激發了學生的學習興趣。
2.3 開展各種形式的電子設計競賽活動,充分激勵和展示大學生創新能力
目前我們結合全國大學生電子設計競賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品大賽,開展了院級的各種形式的電子設計競賽活動,在二年級開展了電子電路仿真設計大賽,三年級開展了電子電路綜合設計大賽,另有電子設計制作大賽等。
在已經參加的全國大學生電子設計大賽中,每次都取得重慶賽區的二、三等獎。在09年參加的全國“挑戰杯”大學生課外學術科技作品大賽中取得重慶賽區的特等獎,并榮獲全國二等獎的佳績。
3 以電子科技協會為補充,激發學生的參與熱情
學生社團是高校校園文化的重要載體,是高校第二課堂的重要組成部分。我院注重加強課堂教學與社團活動相結合,不斷強化對學生社團的指導、服務和管理,充分發揮學生社團的作用,使學生社團在繁榮校園文化和推進學生素質教育的進程中發揮出更加突出的作用。
電子科技協會,作為電子信息工程專業學生的主要社會團體,目前已吸收電子專業大部分學生為會員。協會每周一次請專業教師給會員現場指導培訓,對于大一新會員,主要是進行一些引導性的簡單實驗,如“橋式整流”,“LM317芯片調壓”等系列實驗,指導大二會員用34063芯片制作充電器、用34063芯片實現DC~DC直流電源轉換、功率放大器的制作應用、multisim仿真軟件的實踐工程應用、仿真軟件protels的應用、單片機編程軟件keil的應用等。通過同學們親自動手焊接電路板,既培養了他們電路板的焊接技術,又增加了他們對電子方面的學習興趣,為以后學習專業課程和參加各種比賽打下了良好的基礎。協會平時的科技活動和創新訓練班的實踐活動、創新項目緊密結合,改變傳統的學習方式,以學生為中心,以老師為主導,上屆帶下屆。注重梯隊建設,深化理論基礎,運用現代仿真手段,進行跳躍式學習即用什么學什么,培養他們自學能力。逐步實現自我約束、自我管理、自我教育,通過不同層次、不同內容的大學生科技創新活動,使不同學生在科技創新活動中找到了適合自己的位置,極大地激發了學生的參與熱情。
4 以校企合作為保障,強化產學研相互滲透,緊密結合
作為地方普通高校,主要是以應用型人才培養為目標,而應用型人才培養離不開深入企業的生產實踐活動,廣泛的校企合作是培養應用型創新型人才的重要保障。校企合作不僅是人才培養的需要,更是建立國家創新體系的重要一環。企業承擔著創新成果轉化的重任,而實現成果轉化的核心因素是高素質的人,高校恰恰是以創造和傳播創新成果為己任,以人才培養為核心。校企合作是以共興共榮為目標,企業先進的生產工藝和實踐環境會給學生帶來不僅會增強學生的感性認識,也是企業技術與管理難題會診與攻關的難得機會,更是激發學生創新潛能的實戰演練。
長期以來,學校堅持聘請企業技術人員擔任兼職教授或外聘教師為學生進行講座、指導實習和畢業設計;組織青年教師到企業定期參加實習、實訓;組織教師參加或承擔企業的科技開發,新產品試制,新技術、新工藝的推廣或其他各類科研課題;組織學生在教師和企業技術人員的共同指導下,結合實習,結合社會實踐,參加企業的技改或有關實際課題研究。這些措施,密切了校企合作,促進了產學研結合,也促進了學科專業建設和應用型人才培養模式改革。學校依托國虹數碼集團、TCL集團、江陵儀器廠、衡山機械廠等企業,建立教學基地。并與江陵儀器廠、索特鹽化、重慶移動萬州公司成立研究所或進行項目合作。學生畢業設計到企業生產實踐中“真刀真槍”進行,并在現場由學校和企業聯合組織答辯,部分設計在生產實踐中得到應用,為企業解決了一些技術難題,創造了一定的經濟效益。
校企合作、產學研密切結合,鍛煉和培養了師資隊伍,形成了良好的科研促進教學的氛圍。廣大教師實踐能力的提高,既提升了學校的科研水平,也促進了課堂教學質量的提高,使人才培養的特色更加鮮明。
5 結束語
本文以電子信息工程專業為例,研究了怎樣構建科學合理的人才培養方案;如何開展并實施科技創新訓練計劃;如何開展科技社團活動,激發學生的參與熱情;加強校企合作,強化產學研相互滲透,緊密結合。對于其他專業學生創新能力的培養都有著很好的借鑒作用。
參考文獻:
[1] 童培君.創新教育應落實到獨立課程[J].教育參考,2003,(6).