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一、开放实验教学内容改革
电子设计竞赛覆盖学科广泛,涉及的知识面较宽,并且随着电子技术的快速发展,电子设计竞赛难度和考核要求也逐渐提高。因此,为了满足电子设计竞赛的需求,在学生学习应用电子课程的过程中,学校应该采取开放式教学模式,以及时将电子工业生产新技术、新材料、新器件和新知识引入课程教学过程,以提高学生掌握新知识的能力,更好地掌握新的电子技术内容。
开放实验教学内容改革要结合学生的实际情况,开设创新性教学实验项目,强化学生的应用实践能力,发散思维,培养学生的创造能力,全面培养学生的自主学习能力。创新性开放实验教学项目包括很多,是指在基本的电子信息技术教学课程之后,学生根据自己的实际情况,自主选择开放性实验教学课题,并且在教师的指导下,自己动手实现应用电子工程的实践和创造。开放性实验教学过程中,学生学习的内容以实践性、创新性为基本原则,课题内容包括DSP、PC计算机、单片机、嵌入式系统、自动控制、无线通信等领域,选题可以源于教师实际做的科研课题或工业生产项目,并且能够满足实际的生活需要。在课题的实践过程中,教师只需要对学生进行方向性指导和课题答辩验收。课题的立项、可行性验证、系统设计、系统实验、部署运行和调试等均由学生个人自主完成,项目的完成可以充分发挥学生实验的自主性,课题实验的方法包括很多种,因此课题内容具有多样性、实践探索性等,以便能够提高全民培养学生的创新实践能力,使学生能够掌握电子系统设计与开发的全部技能,进一步开拓学生的思维,促进创新潜能的发挥。
二、开放实验教学模式改革
本文通过分析全国电子设计竞赛的内容,提出开放性实验教学模式,转变传统的教学方法。探索开放实验教学模式主要包括以下三个方面。
1.改变传统集中实验教学方法,建立开放性实验室,进行开放式实验教学。开放式实验性教学可以让学生自由选择实验时间,并且可以根据自己的专业和爱好选择课题实验内容。做感兴趣的课题和实验,一般能够最大程度上激发学生学习的兴趣,培养学生的创新能力,提高学生创造性。在开放式实验中,可以配备多种电子信息设计和调试器材,比如示波器、信号发生器、万用表、DSP开发板、单片机开发板、嵌入式系统开发板、可编程逻辑器件开发板、逻辑分析仪,以便能够为学生进行创新性实验提供充足的实验场地和仪器。同时,可以指导学生创立兴趣小组,吸收在电子设计方面具有特长和兴趣的学生加入到兴趣小组,更好地集思广益,发挥学生的团队协作创新能力。
2.通过网络为学生提供丰富和开放的学习资源。目前,随着互联网技术的快速发展和进步,已经产生了云计算、分布式计算和移动计算技术,为人们提供了丰富的网络在线学习资源,尤其是电子信息技术方面,网络化教学已经成为新的教学模式,信息技术推动在线教育迅速向前发展。电子信息教学过程中,学校组织教师创建专业的网站,提供各种教学资源信息,包括多媒体教学课件、参考书目资料、一对一实验教学视频等,同时搜集当前最新的电子信息技术课题,让学生掌握前沿的研究课题内容,更富有驱动性和创新性。
3.多渠道创建电子信息技术学习氛围。为了培养学生学习电子信息技术的主动性,学校可以借助电子设计竞赛,多渠道营造电子信息技术课程学习氛围,比如可以开设电子信息技术沙龙、电子竞技社团、电子信息技术创意交流艺术文化节等,为电子信息技术爱好者提供施展才华和技艺的平台,激发学生的学习兴趣。
全国大学生电子设计竞赛为电子信息技术课程创新教育理念探索了一种新的模式,推进了电子信息技术教学内容和教学模式的改革,使我国电子信息教学更加符合现实电子工业发展需求,满足企业创新要求,具有重要的作用和意义。
参考文献:
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(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。
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来自北航的张晓林教授认为,本次比赛通过作品的审核,能够突出体现以下几个特点:一是参赛学生对嵌入式概念的理解更加深化;二是对系统体系概念的理解和动手能力都有显著的增强,比赛的开发板让学生对系统并行处理和高速运用、线程调入等方面的理解更加深入;三是大部分学生能够用Windows XP开发作品,难度相对低一些,比较可喜的是有些参赛队采用Linux自己设计并且成功,可以说难度很大,充分证明了学生的开发能力,对学生能力的验证比上届更突出。与此同时,本次比赛的开发板可以说很具有市场开发价值,可能会成为引领未来嵌入式开发方向的产品,学生参加此次比赛学到的知识将对她们对嵌入式开发理念、先进技术的了解和体系结构的掌握有很大好处。参加本次竞赛能让学生掌握该领域的最新平台技术,这将让学生受益终生。
来自Intel公司的首席工程师AtulKwatra在谈到本次比赛时高度评价了参赛学生的开发能力,他认为,基于这样一款市场上最新的Core 2 Duo产品,本科生能够开发到这种水平令他感到很满意。特别的,并行处理软件对于许多商业化软件企业都是个不小的挑战,而这次仅仅三个月的时间,一些学生就能开发出一定并行基础的软件,足以证明这些学生具备相当好的技术应用能力。同时,他希望能通过未来的比赛,获得更多学生对Intel产品的反馈,指导Intel更好的开发新的产品。
上海交通大学教务处处长江志斌教授则从教育方面谈了对本次大赛的看法,他认为Intel杯竞赛是对学生教育的一种延伸,教育不仅仅是传授知识,还要满足学生的需求,推进学生的技术应用水平,学校培养未来的人才更需要转向对学生创新能力的培养,这次比赛恰恰提供了这样一个出色的平台。可以说,Intel杯不仅仅是竞赛,更是对学生能力促进、启发和再培养的一个难得的过程。
Intel公司的包益平先生在评价本次比赛时,重点介绍了Intel公司组织竞赛的初衷,他认为,Intel公司希望能通过这样的竞赛形式,一方面推广了Intel产品在学生中的认知范围,更重要的是,通过这样的一个过程,提供学生一个应用知识的平台,Intel希望可以借这个平台帮助中国的大学生更好地锻炼创新能力,从而为中国的产业培养更多出色的人才,促进中国产业的壮大,尽到Intel在中国的社会责任。
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0.引言
作为全国最高规格的学生电子类竞赛,全国大学生电子设计竞赛一直引导高校在实验教学中注重培养大学生创新能力、协作精神和理论联系实际的学风。[1]每一届的竞赛都涌现出许多优秀的、动手能力强的电子人才,但另一方面,也暴露了现今高校电子类本科教学的许多不足之处。
在全国大学生电子设计竞赛中,参赛的大多是每所高校最具动手能力的学生。但从交作品的情况看,即便是优秀学生,某些学生的电子设计水平还是明显不足:有的学生拿不出一点成果,既没有硬件电路,也没有软件程序,甚至没有设计论文;有的参赛学生虽然把一些硬件电路板做出来了,却因为程序调试不通过,即使设计论文写得再好,也没有达到题目的基本要求。而从这些学生的参赛过程,可以分析其在电子设计方面存在的主要问题。
1.知识面窄
面对竞赛题目,方案选型、实际产品制作,学生表现出知识面非常狭窄,思维不够活跃,不能够提出多种设计方案来选择。根本原因在于学生甚至个别教师,在教与学过程中都过于注重教科书的个别经典案例,而对实际应用、设计思路却知之甚少,导致面对设计题目时不知所措。论文大全。
因此,电子专业教学中就要加入大量的关于电子设计、应用的内容。应该在保证基础知识的前提下,适当剔除对实际应用意义不大而偏重理论研究的内容,将这些内容留给考研学生或研究生学习。另外,集成技术和芯片封装飞速发展,要求我们在教学过程中强调基本原理、基本分析方法的同时,增加新器件和专用集成电路内容,使基本原理和实际应用有机结合,进而着重分析由功能单元构成的通用集成电路的应用。因此,应该根据社会的需求和电子设计竞赛的内容增加介绍一些新集成电路和可编程器件等教学内容。同时,还可以组织开展一些跟电子设计有关的选修课、讲座以及技能训练活动,以提高学生的专业水平、开拓学生的专业视野。
2.实践动手能力较弱
部分学生虽然做过相关课程的实验、实习,但制作实际产品时却不知从何做起,基本的电子制作技能较差,不能做到布线规范、焊接牢固、懂得排除故障等等。若一个电子设计者不掌握这些技能,那么他不可能把自己的设计成果做成实物来调试,也就不能验证其设计的合理性。论文大全。因此,这些都是把电子产品付诸实际的基础技能。而部分学生缺乏技能锻炼,能力亟待提高。
要解决这个问题,建议压缩纯理论的教学内容,把时间留给学生多做实验、多做实习、多做电子产品的设计,而且学生要有足够的时间把这些实践练习仔细做、重复做。譬如电子工艺实习时,制作电子产品的每一步骤都应该让学生操作:从电子元器件(包括贴片元件)的识别与检测,到印制电路板的设计、制作,再到电子元器件的安装、焊接(包括拆焊),整机调试、测试,最后写出总结报告。整个过程缺一不可,而且应该在实习中安排若干件电子产品,让学生通过这几件产品把每个步骤都重复几遍。只有这样,学生才会练就制作电子产品的功底,在真正设计电路的时候,就会减少因为制作上的失误而导致调试失败、产品完成不了的机会。
3.综合运用知识能力差
一个电子产品的开发,包括方案论证、器件选取、单元电路调试、电路图的设计、电路板的制作、程序编写、调试及系统测试等内容。这一方面要求设计者有很强的系统概念,对整个方案的选取有宏观的把握;另一方面,又要求设计者对每个单元电路有相当的把握。在电子系统的设计中,部分学生会因一个很小的细节问题而导致整个系统最终失败或开发停滞不前。而另外一些学生,虽然对每个知识点都熟悉,但是多个知识点结合起来,关系错综复杂,多个模块组合成一个系统的时候,驾驭能力明显力不从心,综合应用所学知识的能力不强。论文大全。
学生出现此问题,归根结底是因为他们缺乏电子设计的锻炼。所以,可以改变以理论带动教学的传统思维,尝试以典型产品来带动电子技术理论课程的教学,能使理论与实践结合,提高教学效果。譬如以电子时钟作为主题,当学生学习数字电子技术时,教师引导学生利用数字集成电路芯片设计一款电子时钟;当学生学习单片机技术时,教师引导学生采用软件和硬件相结合的思想重新设计一款电子时钟,用与之前完全不同的电路结构实现同样的功能;随着课程的继续,在基本的电子时钟的基础上逐步加入闹钟、整点报时、语音报时等等功能。用这种方法推广到以多个典型产品来带动教学,学生就既能掌握到理论知识,又能掌握到设计技术,更对基本的电子产品烂熟于胸,这不止对其比赛,对其以后的工作或深造也是极为有利的。
4.眼高手低
全国大学生电子设计竞赛极能检测学生的电子设计功底。若学生在课外不花大量时间浸在电子设计的世界中,很难锻炼出设计实际产品的能力。很多学生在校学习过程中,老师布置的作业、实验、实习、小设计等都能很好地完成,考试也能高分通过,就觉得自己能自如地参与竞赛。但实际上,在有限的四天三夜的竞赛时间里,真正能踏踏实实做出实物,调试成功的却凤毛麟角。这反映出学生缺乏对自身能力的审视,眼高手低。
针对此情况,可以开展校内电子设计大赛,这样既可形成学习气氛,提高学生的实际动手能力,让学生有审视自身能力的机会,也可为学生提供施展才能的空间,为更多的优秀学生脱颖而出创造条件,更能为全国大学生电子设计竞赛选拔优秀学生。其次,建立电子设计竞赛训练中心,定时开展课外活动,让学生在教师的指导下根据自己的兴趣,自己或组队选题、设计,进行电子制作,培养学生自主学习和合作能力。
5.结束语
“重理论轻实践”一直是高等教育中的问题。[2]大学生电子设计竞赛再一次证实了问题的存在,也正在促进各大高校的教学改革。而教学改革又会提高竞赛的水平。竞赛与教改,必将互相要求、互相促进,共同为培养优秀的电子人才而持续发展。
【参考文献】
[1]侯蕊,刘国通.电子设计竞赛对高职实践教学改革的启发[J].中国电力教育,2009,(147:145-146
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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。
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随着我国高等教育的不断发展,由精英教育走向大众化教育,并在办学规模、办学层次、办学类型、学校的个性和特色上出现了多样化的特征。应用型本科院校的出现及快速发展成为高等教育发展中的一大亮点,该类院校往往更注重培养学生的创新精神和实践能力。而由国家各部委组织的多项全国大学生电类竞赛则为电类应用型人才的培养提供了实践平台,并对检验各院校培养效果有较大的参考价值。若能以参加各类全国大学生电类竞赛为契机,充分利用竞赛这个实践平台,摸索出适合各院校自身的培养体系来,则可以培养出更多具备创新精神和实践能力的应用型人才,让他们真正变成推动我国国民经济不断发展的原动力,提高我国核心竞争力。
2 大力宣传各类竞赛,充分展现竞赛的吸引力
2.1 利用竞赛平台,大量吸引参赛学生。
通过对我校以往电类竞赛报名、招新的实际情况进行分析对比后,可以得出这样的结论:越是低年级的学生越是对竞赛感兴趣;反过来,接触竞赛越早的学生在今后的专业学习上越是主动,越是有目的性。在招新的过程中还有大量的高职,非电专业的学生对竞赛表示出极大的兴趣和热情。尽管低年级的学生专业知识还没学,但兴趣是最好的老师,有了兴趣再加上老师的指点,学生就愿意把时间花在学习上,学习中也不会感到枯燥,随着时间的积累、知识的积累,这类学生往往能爆发出很强的创新性和实践能力。作为学校,应该充分抓住学生的这份兴趣和热情,利用好了这一点,可以改善整体学风,提高学生的学习积极性。同时,学生代表学校参赛可以让学生在比赛时多一份责任和荣誉感,增强他们的责任心。
2.2 利用竞赛平台,吸引更多的教师参与竞赛辅导。
有了愿意参赛的学生,就需要配备相应的指导教师,而教师也可以充分利用好这个平台获得成长。因为各种电类竞赛中的题目都涉及到新技术,不光对学生,对教师也有一定的锻炼价值,通过指导学生参赛,指导教师尤其是青年教师在专业技能上也会得到极大的提高。在指导的过程中,教师和学生有大量面对面的机会,而不像上课那样是一对多,一个人讲大部分人在被动的听,在和学生面对面的交流过程中,教师在如何有效的传授知识,如何组织语言等能力上也会有收获,反过来又会增加课堂教学的效果。
3 开放性实验环境的建立
传统的实验室往往和课堂教学相配套的,学生只有在规定时间内做规定的实验内容,学习过程相当被动。应用型本科院校要培养具有实践能力的学生,就一定要改变现有的实验模式,搭建以学生为主体的实验平台。白天往往是学生理论课程学习的时间,而到了晚上传统实验室也已经关门,学生有时间了却没法在专业的实验室去提高自己的实践能力。没有一定量的时间保证,又怎么能提高学生的实践能力。只有建立起开放的实验平台,让学生愿意将他们的时间和精力都集中在实验室,这样才能有效地提高学生的实践能力,从而迸发出更具创新性的思想。经过多年的参赛经验积累与摸索,我校已搭建起依托学生科技社团管理,面向学生的开放性实验室。这类实验室可以解决部分学生的需求,但这种模式还需和日常的教学结合起来,增加这类实验室的辐射面和影响力。
4 构建循序渐进的培养模式
由于低年级学生并未开始系统的专业知识学习,但他们有着尤为宝贵的热情和兴趣,因此对他们的引导尤为重要,特别是信心的建立。最初,他们可能连电子元器件都分不清,焊接水平也不行,针对这一特点,指导教师一定要耐心地加以指导,帮助他们顺利起步,可以通过做几个常用的验证性实验,集成电路实验,让学生在基础实验中认识器件,调整元件参数,会查阅元器件手册。然后,由指导教师和有一定实践能力,在竞赛中获过奖的学生共同开发一些适合初学者的设计性实验,提出设计要求,给出主要参考器件。由学生自己完成电路的设计、配接电子线路、测试电路数据,记录实验数据、撰写设计报告。这些设计性实验可以促使学生实现理论与实践的结合,提升学生的专业技能,培养学生的创新素质。通过这些基础实验和设计类题目,让学生体会到自己动手制作线路的快乐。只有这样,才能把他们起初的热情和兴趣转化为持久的学习动力。
当学生具备一定的技能之后,可以通过参与教师的课题、申请大学生科技项目和参加电类的竞赛继续提高自己的实践能力和创新能力。这些科技活动都需要学生的主动性和创造性,自主设计课题内容,整个课题的目标、内容、实际过程全部由学生自主完成。近几年,共有20个学生申请了大学生科创项目,并获得批准,参加竞赛的学生数也达上百人次。其中,学生在智能车竞赛、全国电子专业人才设计与技能大赛、全国大学生电子设计竞赛中累计获得分区赛一等奖10项,全国二等奖5项,特等奖一项。
3 结语
通过对电类竞赛的大力宣传、开放实验室的搭建、针对性的引导和指导。可以将学生引导上科研之路,把以往的被动学习变成主动学习,超前学习,并培养了学生的创新素质。而随着越来越多的学生在课外科技活动上取得优异的成绩,反过来又促进新生的学习兴趣,从而形成良性循环。而要达成此目的,则必须不断完善应用型人才培养体系,不断深化课外科技活动改革。
参考文献
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[3] 李金平,常敏慧.由全国大学生电子设计竞赛引发的人才培养思考[J].电气与电子教学学报,2007,29(2):74-78.
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我国南宋教育家朱熹曾说:“教人未见意趣,必不乐学。”学习的最好刺激,乃是对所学材料的兴趣。只有当学生对所学习的材料产生兴趣时,才会乐意去学,自动去学,才可能去积极思维,所以,作为教育工作者,能否调动学生的学习兴趣,关系到教学的成功与否;如何才能调动学生的学习兴趣,是值得教育者工作者思考的重要问题。教育部所倡导的四大学科竞赛之一的全国电子设计竞赛对大学生学习兴趣的提高起到很好的作用。
一、影响大学生学习兴趣的因素
目前,高校不少学生出现很不正常的学习情况:上课时没精打采、做与课程无关的事情、直接趴在课桌上睡觉,甚至逃课,下课后不做或者抄其他同学的作业,对学习提不起一点兴趣。这些情况在部分独立学院学生中更加严重。
通过与学生多方面的沟通交流,调查后得知,独立学院学生中对学习缺乏兴趣的原因主要在于:
(一)课程设置的不合理,实验设施的相对滞后
从电子、自动化专业课程设置实际情况来看,一些独立学院课程设置欠合理,课程的设置不能很好的面对社会需求,课程教学大大滞后于企业的要求。例如,专业课程的设置方面,有些实用课程如硬件描述语言HDL、数字信号处理DSP,嵌入式系统由于各种原因并没有开设,这些原因可能是师资条件不足,实验室条件所限制等等,导致学生这方面新技术的缺陷,束缚了学生的就业与发展空间,同时欠合理的课程设置也导致学生学习兴趣的下降。
为适应社会的需要,许多独立学院近几年已经开设如硬件描述语言HDL、数字信号处理DSP,嵌入式系统等课程,但是由于配套实验设备的建设并不是十分理想,即使开设了相应课程的学校,其理论与实践教学也明显脱节。
对于其它专业课程,一些学校由于实验条件较差,在注重应用能力培养的独立学院里,学生对专业课程的学习兴趣由此受到较大影响。
(二)学生对所学课程的认知不够
学生对所学课程的认识程度不够,这方面在一定程度与授课教师有联系,授课教师在授课过程中可能没有让学生领会该课程在学科中的位置,该课程的重难点与学习方法;另外,部分学生的专业定位有偏差,对自己的专业发展方向以及就业方向不清晰。
对于专业基础课,一旦学生对专业的基础理论、基本知识掌握不到位,将对后续专业课程、专业综合课程的学习造成重大的阻碍,加大了学习难度;对于专业课程,许多学生对所学课程在本专业的学科地位并不了解,造成了对课程的理解偏差,认识不到课程的学习作用,从而失去了学习兴趣。
(三)学生专业基础薄弱
独立学院由于生源普遍较差,学生的基础差、底子薄,自学能力较差,专业学习能力跟不上,加上部分独立院校师资力量、教学资源的相对欠缺,一定程度上也造成学生学习的困难。
学生在克服困难的学习过程中,由于能力的欠缺,随着学习难度的加大,专业学习也就渐渐跟不上;加上大学教育的开放性,大学生的学习几乎完全凭自觉,脱离了高中时代家里、学校的束缚,大学生活本身的丰富多彩,学生注意力转移,更多的时间投入课外活动中,最终也就导致了学习兴趣的丧失。
二、提高大学生学习兴趣的方法
(一)合理设置课程体系,增加实验设备的投入
对于课程的学习,大学生会通过自己的认知去理解与判断该课程的学习用途。提高学生的学习兴趣,学校需要紧跟时代的步伐,适应社会发展,合理设置电类专业的课程体系,大胆摒弃过时落后的技术,加入新技术新理论课程的教学。
由高校多年的教育体制所决定,传统的工科专业教学内容,重理论、轻实践;重分析、轻综合。独立学院的学生基础较差,如果通过实践与理论的密切配合教学,可以提高学生学习效果,为了提高学生的动手能力,提高教学质量要求,独立学院必须加大实验设备的投入,建立好学科配套的实验室。
中南分校近年来加大了电子、自动化专业课程相关实验室的建设,如在自动化方面,各专业课实验室:自控、电力电子、电拖、PLC实验室设备完善、齐全,实验开设合理,学生实践动手能力得到极大的提高,学习兴趣明显提高。
(二)教师质量的提高
传统的工科专业教学内容重理论、轻实践;教学方法重分析、轻综合。在这种传统高校教育体制下培养出来的教师队伍,在教学方法上也沿袭了传统的教学方法,导致教学思维与及教学能力就不能够胜任重实用、重实践、重创新的现代教育的需要。
我们知道,学生专业能力的提高与一个学校的教师队伍的水平关系紧密,如果没有一支合格的教师队伍对学生的专业教学,没法提高学生的专业能力,更别说培养符合面向21世纪的合格人才。
三、电子设计竞赛简介
全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生四大学科竞赛之一,是面向大学生的群众性科技活动,培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风;有助于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;有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动。
全国大学生电子设计竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合,以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合,竞赛内容既有理论设计,又有实际制作,以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。
四、电子设计竞赛提高学生学习兴趣
从根本上说,大学生学习兴趣来之于其自身的内在驱动力。这种内在驱动力在很大程度上需要教育工作者的激活以及学生本身的努力。在以素质教育为导向的教育理念中,学业成功与就业成功是摆在大学生面前最现实、最有效的学习动力。
(一)电子设计竞赛提供了展现自我的平台
课堂教学针对大多数学生的需要,主要传授基本知识、基本理论、基本方法以及基本技能,而电子设计竞赛培训,给广大学生提供了展现聪明才智和创新能力的平台,吸引许多大学生的踊跃参与,极大地调动了学习积极性。
对于学生来说,电子设计是一个全新的学习过程,在这个过程中学生学习利用所学的知识解决实际问题,同时为了解决出现的新问题而不断学习更多的理论知识,这个过程培养了学生的学习兴趣和实验兴趣,能给他们带来自我成功的喜悦。
(二)循序渐进,建立自信
在电子设计竞赛的赛前培训中,制定详细的培训计划,循序渐进,从单片机知识到单片机最小系统的实际制作,到模拟单元电路的理论学习、焊接与调试,进一步到利用单片机系统完成的语音存储与回放系统,数控直流电源的制作,然后进入FPGA的学习与系统的开发,学生能够看得到自己的学习与制作成果,一步一个脚印,一步步让学生树立起学习的自信心,使他们能够保持持之以恒的努力,不断的培养学生的兴趣。
学校电子创新实验室,为学生无偿提供电子元器件、提供良好的实验设备与实验环境,并有专门的老师进行辅导答疑。
通过实践,学生自己动手做出相关的实际作品,对自己所学知识的认知得到提升,对自已所学专业有了深入了解之后,从而对自己选择的学科充满喜爱与信心,参加电子设计竞赛,让学生眼界大开,在准备竞赛的过程中,学会了与其他高校学生加强学科的交流。
(三)自学能力的提升,学习兴趣的建立
在培训过程中,独立学院学生的自学能力总体状况堪忧,很多学生沿袭了中学时代的学习方法,随时等着老师的填鸭式学习。而电子设计竞赛着重于培养学生的自学能力,学生自学能力的提高,可以为专业知识的学习与掌握打下良好的基础,随着自学能力的提高,学生学会利用所学知识去解决实际问题,遇到难题时自已懂得如何去寻求知识的帮助,懂得如何看书,解决问题,对于未来新知识、新技术的涌现,具有自适应能力。
从电子设计竞赛的培训到参赛过程,学生极大地提高了实际动手能力,培养了独立思考、创新能力,同时提高了自学的信心,保持了对新知识的好奇心与学习新知识的自信心,学习兴趣自然高涨。在一次次的成功完成实验后,不仅让学生更加确信书本的理论,而且也更有动力去学习更多的知识,由原本对知识的抗拒变成了渴求。
(四)就业的成功对其他学生学习兴趣影响
近年来社会对电子设计竞赛模式的认可,企业对参加电子竞赛学生的能力的认可,使得更多的同学加入到电子设计竞赛培训的队伍中,从以往参加电子设计竞赛的同学来看,他们的平均就业质量、以及就业后的发展前景明显比没有参加电子设计竞赛的同学要好很多。
更多的同学想加入电子设计竞赛培训,而这种人人争先的效果对周围同学也起到了积极影响,周围同学的学习氛围跟开展电子设计竞赛前大不相同,他们眼看着参加了电子竞赛后的同学,一天天的在进步,专业能力在一天天的提高,自信心一天天的上升,周围的同学也感觉到了压力,很多同学也不甘落后,有的准备考研,有的在上专业课的时候更加认真地听讲了,这种学习的氛围正在影响每一个人,最终会影响学校的每一个人,提高整个学校学生的学习兴趣。
大学生素质教育的目的是调动大学生的学习积极性、主动性――即培养学生的学习兴趣,学生学习是否积极、主动,很大程度上取决于学生的学习兴趣,提高大学生学习兴趣的方法可能有很多,其中,全国电子设计竞赛对大学生学习兴趣的提高起到了很好的作用。
参考文献
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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:
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2竞赛对教学改革的促进作用
电子设计竞赛无疑为本系教学改革注入一剂“强心针”,使得教学工作不断完善提高的同时,也能够扩大学校、院系的影响力。但是通过电子设计竞赛培养学生的创新能力,提高人才培养的质量,更是我们教育工作者的初衷。在培训和竞赛过程中,我们学习和研究了历届电子设计竞赛的题目,选题都具有一定的实际意义和应用背景,大量新技术、新器件的使用让我们认识到电子技术的飞速发展,同时也反映了目前电子技术的先进水平。要培养具有创新能力的科技人才,提高学生专业知识和综合能力的水平,必须跟上先进电子技术发展的速度,不断进行电子基础课程内容的调整和实验教学内容的更新。
2.1有利于深化电子类课程内容
随着电子技术的快速发展,新器件、新技术的不断涌现,需要不断更新教学、实验内容。如软硬结合的嵌入式系统应用、可编程逻辑芯片等。在2009年竞赛的题目中,NEC电子将节能理念引入竞赛,这使我们清楚地认识到当今电子技术的飞速发展,进一步显示出教学改革发展速度的滞后。因此必须深化电子类课程内容,让学生掌握的电子技术跟得上社会发展的脚步。为提高学生综合素质和创新能力,对电子类课程内容进行了调整,如在单片机教学内容中,51系列单片机内部资源、扩展作为讲授的重点,但是随着电子技术的发展,许多新型单片机的强大功能与低廉价格,越来越受到使用者的青睐,应用领域非常广。因此,这就需要更改部分教学内容,让学生避免在扩展上纠缠。在赛前培训中舍去学习这部分内容,改用凌阳单片机,由于其内部资源丰富,模块化的结构易于系列的扩展,其指令结构提供了对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间,让学生在竞赛中提高设计效率。
2.2促进了实践教学环节的改革与发展
实践教学是培养创新人才必不可少的重要环节,针对传统的教学模式中,多数学生偏重理论知识、动手能力差的情况,本专业依托电子设计竞赛,在实验课中积极推进实践性教学。如将验证性实验贯穿在设计性实验中、单科性实验包含在综合性实验中,指导学生将理论和实践结合起来灵活应用,培养学生综合素质和创新能力,改变以往的教师教什么,学生学什么的传统模式,从而提高了教学质量,激发了学生的创新欲望。结合本系实践教学改革的思路,将赛前培训模式引入实践教学。通过借鉴电子设计竞赛的特点与组织运行模式,我们举办了校电子设计竞赛。针对生物医学工程专业,我们请国内知名的医疗器械公司工程部的设计人员出题和评审,本系教师对报名参赛的学生进行培训,参赛的学生按照电子设计竞赛的模式需要写出设计论文和实物演示。不仅锻炼了学生的动手能力,同时为全国电子设计竞赛选拔和考核了参赛队员,也增强了学生在生物医学工程领域内的实际应用和设计能力,为更多的优秀学生脱颖而出创造了条件。
2.3提高了指导教师的教学水平和工程实践能力
本系教师队伍参加赛前培训任务,青年教师占有相当大的比重,他们对新技术、新软件接受快,但缺乏工程实践经验。提高实践能力是高校青年教师克服自身弱点、提高教学水平、实现自我发展的必然途径。实践经验的缺乏,不仅导致科研能力不足,盲目仿效,缺乏独立工作能力,难以实现学术独立;而且在教学上内容贫乏,照本宣科,课堂气氛缺乏活力,难以培养优秀人才。以电子设计竞赛为契机,充分调动教师的积极性努力提高青年教师的实践能力。竞赛命题范围广,内容新颖,涉及多门课程的综合应用,难度适中,指导教师在培训过程中互相学习,共同提高,取长补短,知识和经验相互渗透和补充使得青年教师业务素质快速提高,能够在日常的教学和科研中发挥重要的促进作用。
3培养学生创新能力
培养创新人才是社会发展的需求,更是当前高等教育的首要任务。根据本专业的培养目标和方向,以素质教育为基础,能力培养为主线,充分发挥电子设计竞赛对学生创新能力培养的促进作用,为社会培养优秀的创新型应用人才。
3.1培养学生团队合作精神
在当今日益激烈的社会竞争中,团队合作成为社会经济发展的一种必然,在校大学生更应该加强“团队合作”的教育。通过发挥团队精神不仅可以营造一种工作氛围,使每个参赛队员有一种归属感,有助于提高团队成员的积极性和效率,而且有利于产生新颖的创意,激发团队成员的潜力,完成个人无法独立完成的事情。电子设计竞赛是电子类课程知识和实际应用能力的综合运用,其知识的广度和深度、实际动手能力都具有一定的水平和难度。每个参赛小组都由3名学生组成,要在4天时间内完成从题目选择、技术资料收集、设计创新性论证、电子元器件选购、软硬件设计、实物制作、调试测试、撰写设计报告的全过程。对参加竞赛的学生来说无疑具有极大的挑战性,只有密切配合,发挥团队合作精神才能够取得成功。而长期以来学校强调的却是个人学习,强调的是个人能力的培养,缺乏团队意识的训练。因此,在平时的培训过程中需要锻炼参赛队员的团队合作精神。为了加强学生这方面能力的训练,实施“小组合作学习”的教学方式,不仅可以把团队的整体目标分割成许多小目标,然后再分配给团队的成员一起完成,这样就可以缩短完成大目标的时间而提高效率;而且团队组成的多元化有助于产生不同的观点,从而有助于在决策时集思广益产生最优的方案。
3.2培养拔尖人才
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创新性实践项目;电子设计竞赛;教学模式
创新性实践项目和电子设计竞赛是构建一个理论和实际相结合的、展示学生创新能力的平台。但是创新性实践项目和电子设计竞赛在实施过程由于受实验仪器设备和场地等因素的限制,双师型教师的缺乏和学生自主学习能力不强,导致学生创新实践项目完成情况较差,电子设计竞赛成绩不理想。针对绥化学院电气信息类专业的学生,结合这6年指导电子设计竞赛和实践教学的经历和感悟,探索创新性实践项目与电子设计竞赛相结合的教学模式,将平时的教学实践渗透到学生的创新培养中去。
一、创新性实践项目与电子设计竞赛相结合教学模式的教学现状
(一)绥化学院创新性实践项目和电子设计竞赛教学现状。电子设计竞赛是我国大学生中最具影响力的赛事之一,从黑龙江省来看,新升本科院校参赛队较少,获奖的队伍相对较少。新升本科院校在目前的电子设计竞赛中处于较困难的时期。在参赛观念、政策、指导教师、学生素质、实验设备、实验技术和经费相对薄弱。结合绥化学院的现状和教学条件,要取得较好的竞赛成绩,提高教学质量是急需解决的问题。[1]创新性实践项目充分调动了学生的主动性、积极性和创造性,使学生在大学阶段获得了创新性的科学研究锻炼,促进学生自主创新能力和团队协作能力的培养。同时,构建了以学生为主体的、更加适应学生个性化发展的学习方式和培养方式,有力地推进了实践教学改革,促进了教育教学质量的提高。[2]
(二)学生在企业实习实践中存在的弊端。由于目前国内的一些公司在生产过程中的自动化水平不高,有很多的环节还是需要人工进行操作,而一些有实力的公司,在电子生产的过程中基本实现了自动化,实现自动化的同时也就不需要低端的工人,而懂自动化又会操作、使用高端机器的人才则受到了青睐。到电子、电气类公司实习所做的工作基本上就是生产线上的操作,这些工人每天的工作基本上是重复性工作,在工作过程中枯燥无味,很容易产生厌烦的心理,在这样的公司实习,对于实习生来讲,除了能够锻炼在工作单位踏实肯干的毅力和掌握该产品的生产流程外没有任何帮助。据调查,大多数的实学生都沦为廉价劳动力,而且实习期间大学生的待遇的确有限,还有一些学生反映实习内容与专业根本不相关,甚至无事可做,显然实习结束后肯定被企业所淘汰。这样大学期间的校外基地实习、学生实践训练就成了摆设。实习非就业,在没有相互利益的前提下,公司不会按照标准员工的培养方式来培养,经过简单的培训就能到生产线上去操作,这个是公司需要的。这样我们培养的电子、电气类专业的毕业生到工作单位的工作是设计研发新的产品,或是对目前所生产的产品的生产工艺进行改进,或是产品测试检修人员,或是到生产线上去当工人。我们目前的毕业生正处于两难的尴尬局面,只有一少部分人能搞设计、搞研发,而让学生到生产线上去当工人,学生还不认可。
二、创新性实践项目与电子设计竞赛相结合教学模式的探索与实践
(一)具体的组织与管理及实施过程。绥化学院组织电子、电气类专业的学生从2010年参加全国大学生电子设计竞赛、飞思卡尔杯智能汽车竞赛、毕昇杯全国大学生电子创新设计竞赛、博创杯全国大学生嵌入式物联网设计竞赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛等,取得一定成绩并培养了多批优秀的实践动手能力较强的毕业生。成立电子创新园区,为学生提供课外科技活动场所,配置电子仪器设备和电子元器件,电子创新园区全天开放,早上5点到晚上10点,有专人负责管理。每个实验室配有指导教师。从经验来看,开放实验室有效利用和挖掘实验室资源,促进了实践教学改革,培养了学生的独立自学能力和动手操作能力,提高了学生的专业素质和创新能力。以前教师和学生在制作电路时,常常碰到少元器件的情况,现在电子元器件有专人负责,统一购买库存没有的元器件,分类放好,领取使用统一填写领用单。大学生电子设计竞赛有严格时间要求,需要参赛学生在4天3晚完成作品,学生必须迅速选题,拟定设计方案,明确分工,在设计与调试中耐心细致。时间紧迫,题目难度大,指标要求高,许多参赛同学一直守在实验室,每天只休息4、5个小时,有的甚至通宵苦战。完成设计成品到撰写技术报告的全过程,需要培养学生平时的动手能力和理论联系实际的能力。学生从进入电子创新园区开始初级培训选拔,并通过电子设计竞赛进一步锻炼队伍,学生通过自由组合和安排分为3人一组,要求参加电子设计竞赛学生申请创新性实践项目,给学生们提供专用实验室、配备实验仪器并安排指导教师,使学生参与到竞赛和创新性实践项目中,解决了创新性实践项目与电子竞赛相脱离的状态。指导学生电子技术基本理论知识、电子测量技术、单片机技术、仿真软件和制作模块电路、数字电路等。在2013年全国大学生电子设计竞赛中获得国家二等奖1项,黑龙江省一等奖1项、二等奖2项。
(二)建立一支高水平的“双师型”教师队伍。教师是培养学生动手能力的关键,加强“双师型”教师队伍建设,是绥化学院近2年的工作重点。“双师型”教师的培养,关键在于拓宽教师队伍多元化、多渠道的培养途径。只有在一线生产中,与企业技术人员一起解决生产中的实际问题,才能切实提升自身教学水平和专业技能。学校采取派专业课教师到企业实践,请具有丰富实践经验的技术人员来校传授,专业理论课与技能训练课双肩挑,组织教师专业技能训练等方法,提高双师型教师动手实践能力,使双师型教师及时地将新技术、新工艺运用于教学之中。2012年绥化学院派出6名教师分别到浙江亚龙教育装备股份有限公司、北京华清远见教育集团学习嵌入式技术。这些教师既具有专业理论水平,还有丰富的工程实践能力,讲课时能适当引入工程实例,由他们指导电子设计大赛和创新性实验项目,才能培养出好的参赛学生,取得好的参赛成绩,保证创新性实验项目的完成质量。[3]
(三)设置激励机制。激励机制体系,包括学生参赛激励和教师指导激励两个方面。针对学生的激励政策包括赛前训练、参赛及获奖的学分置换和奖励政策;针对教师的激励政策包括教师指导赛前训练、参赛及参赛的工作量计算及获得的奖励,在年度评奖、教师晋升职称、提职等给予优待政策。对积极参与大学生科技创新活动的获奖学生,可申请专业课程实行加分奖励。学生参加科技创新竞赛获得省级三等奖及以上奖励,可以免修部分相关实践环节的学分。通过了解目前已就业学生的基本情况,总结出“一专多长”这个名词。一专多长是指:要求学生至少有一门专业课为优秀,即为“一专”。对大多数的专业课都有一个了解,即为“多长”。就电子、电气类专业来讲,学生在大学学习的过程中要学到很多门专业课,学生不可能把每一门的专业课全部学好。而到工作岗位,用到的往往就是一两门专业课的知识,也就是说学好一门专业课就能找到一份不错的工作,但前提是这门课程要优秀。同时,也要对本专业的其他专业课程进行了解,以便在涉及到学科交叉的时候能有个参考。对实践教学体系进行改革,调整实验实训课程开设的科目和学时,减少实验内容单一,实验教学模式缺乏创造性的课程。增加综合性、设计性的独立设课的实训课程,在低年级逐步引入创新设计实践,培养学生动手实践能力,培养学生的团队精神,注重综合能力和工程实践能力的培养。[4]
(四)创新性实践项目与电子设计竞赛相结合教学模式总结阶段。通过参加电子竞赛活动,为在校学生开拓视野、促进理论和实践的结合,学生通过这样的比赛不仅得到了综合训练,同时在比赛中培养团队合作意识。使他们在各方面更加成熟。这些学生的成才,也对低年级学生中产生了良好的辐射作用。电子设计大赛加强高校中青年教师队伍建设,提升教师工程实践能力和工程素养,培养电子设计竞赛指导教师后备力量,推动了师资队伍建设。电子设计大赛促进电气信息类实践教学体系的改革,推动了我校电子信息领域的教育教学改革及人才培养。针对大赛中发现的一些问题,对现有的电子类课程体系进行调整和改革。把创新性项目与电子设计大赛项目有效引入常规的课程教学,分层次,分模块构建一系列实践实训课程,使实践教学体系更加完善。
三、结束语
绥化学院的实践证明,创新性实践项目与电子设计竞赛相结合教学模式是可行的。电子设计竞赛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华的空间。通过大赛,学生在综合素质上有所提高,在激烈的就业竞争中也得到了社会的认可。电子设计竞赛有力的推动创新性实践项目的课程体系改革和课程内容更新;有利于教学水平的提高。创新性实践项目与电子设计竞赛进一步强化实践教学,完善和优化实践教学体系,制订和健全实践教学的管理制度,以保证实践教学质量的进一步提高。
参考文献:
[1]王新辉,等.新升本院校参加全国大学生电子设计竞赛的现状与对策[J].长沙大学学报,2008(2).
[2]陈丽娜.将综合性设计性实验和大学生创新实验项目结合起来[J].信息工程,2011(1).
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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.
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“全国大学生电子设计竞赛”是我国教育部提出的一种竞赛活动。竞赛面对全体在校大学生开放,其目的是为了提高大学生电子设计方面的动手能力,加速高校信息与电子科技专业的课程变革。这一活动的主要特点是:紧密结合高校信息与电子专业的内容,带动高校课程变革和实验室的建设。但是,随着活动的开展,大学生身上的很多问题也逐渐显现出来。例如大学生基本知识不够全面,参赛准备工作做的不好,设计作品缺乏新意,设计理念和比赛要求有出入等,这些都会导致参赛学生在比赛中失利。本文的平台设计正是在这种背景下提出的,其目的是为了整合学校的专业课程设置,提高学生的实践动手能力,加速电子电路模块的建设。有了这样的平台,学生可以很好的巩固学过的知识,提高自身的创新能力,大大提高自己的作品在竞赛中的竞争力,最终在竞赛中脱颖而出,获得评委的认可。
二、现状
大学生电子设计大赛的举办目的主要是为了考察学生把理论转化为实践的能力。所以,在竞赛中学生需要综合利用课程中学习到的知识,团结同伴,搜集设计需要的资料并对这些资料进行处理。从94年第一界大学生电子设计大赛举办至今,这一比赛已经举办了11界。从第8界开始,这一比赛开始分组进行:高校组和本科组。而本文研究的主要是高校组。这一比赛的现状是:比赛项目主要有电子开关类、仪器仪表类、数据收集整理类等。学生在比赛过程中出现的问题逐渐显露了我国高校在教育过程中存在的问题:当前高校更加注重对学生技能的培养,导致学生学习的知识缺少一定的系统性。学生对理论知识的理解过于呆板,不能完成实践过程中的灵活运用。
三、对策
(一)因材施教,鼓励创新,强化课程体系
由于学生来源不同,高校在校生的素质有很大的差距。在教育资源多样化的今天,我们提倡因材施教,实施差异化教学。针对电子技术过硬的学生,我们可以提出更高的要求,提升他们的动手能力;而在电子技术和电子CAD技术等方面知识比较丰富、思维比较活跃的学生,可以让他们跳过日常实验,给他们安排难度较高或者是让他们自己选择实验课题,学校为他们提供实验器材的支持。对实验中成绩突出的,学校可以考虑以不同形式给予奖励。同时,学校也要对开设的课程进行整合。特别是一些基础课程,比如数字电路、单片机等,这些课程都是电子设计专业的基础课程,和学生的理论基础有很大关系。所以,在教授这些课程的时候,教师要注重教学方法的改革;在实验教学的过程中,要做到理论和实践相结合,在理论知识结束之后对学生的实践动手能力给予提高。
(二)鼓励个性化发展的同时培养团队合作能力
当今社会,知识更新换代非常快。个人能力再突出,也会存在一定的知识缺陷。所以,面对一项系统的工程,我们必须要组建团队,依靠团体的力量。“大学生电子设计大赛”的比赛设计时间是四天三夜。参赛人员需要在要求时间内完成参赛作品从设计到调试的一系列工作。这全部的工作要一个人完成是不可能的。所以,就要组织多位学生,根据他们的特长,对他们进行合理的分工。作品设计、作品制作、作品调试,文案写作都有明确的人员跟进。这样合理分工之后,才能把团队工作的效率最大化。在分工合作的过程中,不但学生的特长得到了发挥,学生的团结能力也得到了锻炼。
(三)建立开放的现代电子创新设计实验室
为了增加学生的动手能力和设计创新能力,增加实验室的设备并对相应的学生开放是必不可少的。对于学生来说,很多的想法都需要进行相应的实验,这些想法才有存在的意义。从这个角度来说,增加学校实验室的现代化设备、并对有实验需求的学生开放是提高学生实验创新能力的必由之路。
(四)以电路单元模块和历年的案例培训
由于比赛的时间非常短,所以做好赛前准备工作就显得非常重要。任何电子器件都是由一些电路单元构成的。假如在比赛前准备的电路单元可以在比赛中派上用场,那么无疑可以节省不少时间,让参赛人员把主要精力放在提高作品的性能上,让自己的作品更加的优秀。而想要让比赛前的准备工作做的充分,就要在一些最常见的模块上做功夫,因为常见的模块一般都是一些基础的模块。在任何的电子器件设计中都有用武之地。比如,A/D和D/A模块,传感器检测电路等。同时,拆分一些典型的电子原件,让学生对这些电子原件有充分的认知,可以对他们进行熟练的拆分与组装。对往年参赛的作品进行详细的观摩和分析。这些内容网络上一般都有,学生非常容易就能够找到。那些成功的作品往往都是智慧的结晶。教师可以根据整理好的这些作品的资料,模拟比赛现场,对学生进行初步的选拔。同时,教师也可以通过这样的模拟,增加对学生的锻炼,减轻学生对比赛恐惧感。大学生电子大赛平台对学生来说是一项非常有意义的设计。不但可以提高学生的实践能力,而且可以锻炼学生的团结能力,同时还可以增强学生的心理承受能力。总之,对学生来说是一举多得。而在大赛前对学生进行培训,不但可以提高学生在比赛中胜出的几率,而且可以增加学生学习生活的趣味性,提高学生学习过程中的积极性和主动性。通过,电子大赛的种种福利也可以增加其他学生进行实验设计的动力,在学生中形成一股设计的潮流。
四、结论
通过大学生电子设计大赛,不但能锻炼学生的动手能力,而且可以提高学生整合资料的能力,提升学生的团结精神。同时,经过这样的比赛,教师的教学能力也会有一定程度的提升。所以,建立一个针对大学生电子设计大赛的电子竞技平台,对教师和学生进行锻炼,不但可以提高学生的创新能力,帮助学生获得更多的奖项,而且也可以优化学校的课程设置,让竞赛带动学校的课程改革,以课程变革推动竞赛发展,形成这样一个良性循环。这才是学校建立电子大赛竞技平台的最终目的。
参考文献:
[1]席新铭,胡刚刚,杨志平.以创新能力培养为目标的实验教学体制改革研究[J].中国电力教育.2009(12)
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基金项目:本文系海南师范大学实践教育基地建设研究项目“物理与电子工程学院电子学实践教育基地”(项目编号:201215)的研究成果。
中图分类号:G482?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)34-0112-02
高校实验室在培养学生实验、实践能力,提高大学生的创新能力和创新意识方面具有重要的不可替代的作用,因此,在高等教育教学改革中,创新实验室的建设以及如何发挥其应有的作用,是当前高校普遍探索的问题。[1-5]另外,为了推动大学生创新实践活动的广泛开展,教育部每年都会举办各类设计竞赛实践活动,如大学生挑战杯竞赛、数学建模竞赛、大学生电子设计竞赛、大学生智能汽车设计竞赛等。此外,各地区部门也会举办各种竞赛活动,如计算机应用设计竞赛等。海南师范大学从2000年起一直参加全国大学生电子设计竞赛,2006年起参加全国大学生智能汽车设计竞赛。在参加竞赛的过程中,建设了创新实验室。学院不断总结实践活动经验,积极开展电子课程体系实验教学内容的改革,学生不但可以利用创新实验室进行电子设计竞赛、智能汽车设计竞赛的准备工作,还可以进行电子类单独开设的课程设计,进行国家大学生创新计划项目的研究,进行教师科研课题的研究。实践证明,创新实验室建设有效推动了海南师范大学电子设计竞赛活动的开展,建立了学生自主学习和自主管理的模式,营造了学生独立思考、自由探索、勇于创新的良好学习环境,创新实验室已成为学生自主向往的地方。
一、电子设计创新实验室的建设
在传统实验室进行的实验项目基本上是验证性的实验项目,是基础性的实验。而要系统地培养创新型人才,必须建立起良好的实验环境,为此,学院投入100多万元,建设了电子创新开放实验室,实验室里有新的实验仪器设备,如通用的直流电源、信号发生器、数字存储示波器、万用表、电脑、打印机、小型电钻机、电烙铁、制板机、电子设计实验箱等。此外,实验室里的木柜还放置了多年来电子设计竞赛和智能汽车设计竞赛中学生制作的实物,以提供给低年级学生参观学习。创新实验室实行的是开放的教学模式和管理模式,学生在传统的实验室完成了教学大纲规定的实验项目后,如果学有余力,还可利用开放实验室的仪器和设备,进行更深一步的实验研究或电路设计,而且实验研究不受时间限制。
二、电子设计创新实验室完善了创新人才培养体系
1.促进校内实践基地的建设
在海南,由于电子工业基础较薄弱,电子及相关工厂企业较少,因此,电子信息专业学生要找到对口的工厂、企业进行实习较困难。为此,电子设计创新实验室也成为学院重要的校内实践基地。学生在校外实习之前,已在实验室经过了2~3年的技能和工程训练,学生的实践动手能力、分析和解决问题的能力都已有所提高,同时学生也养成了严格、细致、实事求是的科学作风以及爱护公物的品质,养成了讲究科学实验方法、遵守操作规则、注意安全的良好习惯,为到校外顺利实习提供了保证。
2.促进电子专业学科建设
创新实验室建设目的在于培养学生的实践动手能力、分析和解决问题的能力,培养学生的信息收集和处理能力、团结协作和创新思维能力。为此,实验室的仪器设备不但要满足单一性质的实验,更重要的是满足电子综合实验、设计性实验。由此,学院在硬件建设方面,投入100多万元,用于购买电子仪器设备,如电源、信号源、示波器、万用表、逻辑分析仪、电路仿真设备、单片机、PCB板制作工具等。学生在实验室可进行电路设计、仿真实验、制板、焊接、编程、调试,最后制作出电子器件。另外,学生利用实验室的仪器设备直接参与科研活动,完成国家大学生创新计划项目、完成教师课题的子课题、完成企业的攻关项目,促进了电子专业学科的发展。
3.促进学生学科竞赛活动的开展
创新实验室促进了学生学科竞赛活动的开展,学科竞赛活动培养了学生的实践能力和创新思维。[6-7]多年来,学院积极利用创新实验室开展校级电子设计竞赛和智能汽车设计竞赛活动,通过选拔成绩好的学生参加全国大学生电子竞赛海南赛区的比赛,以及全国智能汽车竞赛华南赛区的比赛,学生利用创新实验室的优越条件,在竞赛中,均设计出性能优良的电子实物,曾获得海南赛区的一、二、三等奖和智能汽车设计竞赛华南赛区的二、三等奖。对于在电子设计竞赛中获奖的学生,可以让其免修电子课程设计,期末成绩直接定为优秀。
4.促进教学特色形成
在创新实验室的实践教学活动中,要求大一新生可随时进入实验室,由高年级的学生对一年级的学生传授技术和知识,以对一年级学生在做人、团队合作等方面进行言身传教。一年级的学生在高年级学生和教师的传授下,辩识各种类型电子元器件,购买、焊接、设计和制作简单功能电路。在这种互相帮助、互相带动的良好氛围中,培养了学生的综合素质,培养了同学之间的感情,提高了学生的实践能力,为今后的一年级学生参加电子竞赛、毕业论文设计或参加教师的研究课题等打下了坚实的基础。
5.促进实践课程培养体系的建设
在培养计划的修订中,在总课时不变的情况下,要增加创新实验及其所占课时的比例,增加课程设计的门数及选修实验的项目。选修实验是设计性实验、综合性实验,通过选修实验可以让学生有更多的机会参加实践活动。如电子专业在新的培养计划中,增加了“单片机原理与应用”课程设计、“传感器技术”课程设计、“PLC原理与应用”课程设计等。在课程设计的教学中,让学生自己选择题目,独立思考、独立设计电路、独立完成实验、独立解决碰到的实际问题,教师只起着引导作用。这种自主学习模式,调动了学生的学习主动性、积极性,提高了实践教学效率以及学生独立分析和解决问题的能力。[8-12]而对于学生毕业论文(设计)实践教学,也可由校外相关企业出题,校外工程师也可作为学生的论文指导教师,与校内教师共同指导学生。学生利用创新实验室的优越条件完成毕业论文。通过对实践教学培养方式的改革,培养学生的专业技能、动手能力和创新开发能力。
6.促进教师队伍的建设
学生在参加创新实践活动或智能汽车设计竞赛活动时,学院都安排相关的教师定期给参赛学生进行辅导,而辅导学生实践活动的教师,要求具有较高的工程实践能力和创新实践能力。为此,为了提高这部分教师的理论水平和工程实践能力,学院定期安排相关教师在省内参加电子或相关学科的学术交流活动,或到国内名校参加工程实践的培训等。
7.提高毕业论文(设计)的水平
毕业论文(设计)是高等学校培养学生把知识与实际应用相结合,检验学生实践能力的一个重要的实践环节,是学生综合运用所学知识进行科学研究和工程设计、解决实际问题的重要环节。往年的论文题目由教师出题,学生根据自己的能力水平选择题目,学生可选择指导教师,指导教师也可以根据学生的实际能力,以及能否完成毕业论文任务而选择学生,但学生用于做毕业论文(设计)的时间较少,论文的质量难以提高。而利用创新实验室,学生或参加教师的科研,或参加大学生创新计划项目,或参与校外企业的科研项目,或参加各种竞赛活动,实际上也相当于为毕业论文(设计)工作进行了较早的准备。学生的论文可以是其参加教师科研项目的一部分研究工作,也可以是参加竞赛活动时设计制作研究的部分工作,这样,学生用于毕业论文的研究时间较充足,可以做出更高质量的毕业论文。
三、电子设计创新开放实验室的管理方法
1.制订规章制度
制订创新实验室管理各项规章制度,以保障创新实验室的正常运行,管理制度有日常卫生管理制度、安全管理制度、仪器设备使用管理制度、图书资料使用管理制度和电子元器件使用申请制度等。
2.以学生自主管理为主、教师管理为辅的管理模式
创新实验室建立了教师与学生共同管理的模式,以学生自主管理为主,教师管理为辅,教师为专职实验管理人员,主要负责实验室的日常管理,而学生主要开展自主管理。实验室的卫生和安全由学生负责,实验室建立值日生制度,值日生负责当日实验室的卫生。最后离开实验室的学生要关好门窗、电源、水龙头,以避免出现安全事故。
3.对实验室实行监控
创新实验室内有各种仪器设备,如实验箱、万用表、示波器、信号源、电脑、打印机等,还配有手电钻、台钻、小砂轮机等,且实验室实行24小时开放,由学生自己掌握钥匙,学生自由进入实验室,进行各种电路的设计与制作。因此,实验室内应安装监控视频设备,对实验室内的电子设备进行全面的监控。
4.创新实验室的电子元器件使用管理
学院在创新开放实验室内建立了一个电子元器件仓库,存放各种常用的电阻、二极管、三极管、集成块等,学院每年均从教学维持费中拿出近十万元,用于购进各种电子元件,供给学生进行各种实践活动。另外,器件仓库存放的都是在海口市难以买到的,而在本地易于买到且价格便宜的电子器件,由学生自己去选择购买,然后拿回发票,集中在学院报帐。为了规范学生使用仓库中的电子元器件,以避免出现浪费器件的现象,学院开设了电子元器件选用申请网上管理系统,[13]网上管理主要由学生自主管理,管理员为学生。进行课程设计、竞赛活动或课题研究等实践活动所需要的电子元器件,如二极管、三极管、各种型号的集成电路等,学生先上电子元器件管理库网进行查询,申请登记所需的电子元器件的种类、型号、数量等,而后经过指导教师确认同意,由元器件使用管理小组到仓库进行领取,并进行登记。这种元器件使用网上管理的目的是在统计各种电子元器件使用的频率,同时也避免学生随意使用电子元器件,出现浪费器件的现象。
四、结束语
创新实验室建设以来,学院成功地申报了1项省级教学改革项目,5项大学生创新计划项目,1项校级教学成果奖。学生利用创新实验室,开展电子实践设计活动,发表学术论文20篇,实验室浓厚的学习氛围和良好的条件,使得学院每年举办的电子设计竞赛和智能汽车设计竞赛,吸引了大批的电子和自动化专业的学生参加。越来越多的学生通过创新实践活动,得到了创新能力的培养,在各种学科竞赛中获得了优异的成绩,如在全国大学生电子设计竞赛中,学院电子和自动化专业学生连续十年获得海南省赛区的一、二、三等奖,在全国大学生智能汽车设计竞赛中,学院学生连续三年获得华南赛区的二等奖。学生经过创新实践活动,综合能力得到了明显的提高,多数学生毕业后,进入国内知名企业工作。另外,通过创新实践活动的自主学习和自主管理模式,不仅培养了学生的创新实践能力,也推动了学院的学风建设和发展。
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