基于电子设计竞赛的实践教学思考

摘要:分析电子信息类专业硬件课程实践教学的基本情况,讨论教学过程中存在的主要问题,提出基于电子设计竞赛的综合实践构思及实施方法,使学生有很大收获,收到良好的效果。

关键词:硬件课程;电子设计;综合实践

“全国大学生电子设计竞赛”是由教育部统一组织的在校大学生科技活动的重要赛事,为各高校面向社会培养高素质人才,向社会展示自我提供了一个有较高影响力的重要舞台,并日益成为全国各高校相关专业开展学生科技活动的重要组成部分。除此之外,省级、校级,包括国内外一些知名的公司也在积极主办此类竞赛活动,为优秀人才的脱颖而出创造了更多机会,进一步推动了高校相关课程的教学改革。

借着这一强劲的东风,我校专门为电子信息类相关专业的学生开设了培训课程,主要从知识和能力的角度综合电子设计相关理论及实践环节,提高学生电子设计的理论及应用水平。培训课吸引了广大学生踊跃参加课外科技活动,为提高学习兴趣及优秀人才的脱颖而出创造了条件。通过几轮培训课程的实施,我们深刻感受到:培训已经不再是单纯的为竞赛而为,它的过程效应已经辐射到电子信息类专业实践教学的改革中。

基于培训积累的实践经验,本文对电子信息类专业课程教学计划中制定的硬件相关的课程教学实施情况进行探讨,分析其中实践教学开展存在的问题,提出作为辅助手段的基于电子设计竞赛的综合实践教学。让学生在相当长的连续时间内,在有相当规模及难度的项目任务驱动下体验完整的电子系统设计及实现过程。最终通过综合实践,有效提高学生的学习能力、实践能力和创新能力,充分弥补常规课程实践教学的不足,促进相关专业及课程的建设[1]。

1硬件课程实践教学体系

电子信息类相关专业教学计划中常规的硬件类课程主要有以下几门:模拟电子技术、数字电子技术、计算机组成原理、计算机接口技术、单片机原理与应用、嵌入式系统、电子设计自动化。以上课程使学生对电子系统有了基本理解,也可以进行初步应用,为更高层面的实际应用系统设计作了必要铺垫。下面对我校与此类课程相关的实践教学实施情况作一个客观分析。

1.1基本情况

教学计划中硬件类课程实践教学的开展对相关专业课程体系的实施起重要作用。教学实施有两种形式,基本情况是:

1) 常规课程实践教学。

课程从大一到大四。以数字电子技术课程为例,通常实践课的要求是,在理论教学指导下,在实验环境中培养学生的动手能力、理解能力、想象与创造能力。在教学计划中,该课程的理论与实践课的学时分配基本为3+2,其中2个学时的实践教学主要是一些验证性与简单设计性实验,以加强学生对理论课知识点的理解与掌握[2]。在此基础上还需完成一个小型的综合性实验,让学生初步体验电子系统设计的乐趣。

2) 专业实习与毕业设计

专业实习与毕业设计安排在大四完成。以我院计算机专业为例,按照专业培养的要求,专业实习的主要内容是:了解毕业实习地点的概况;了解计算机在生产、教学、管理等领域中在信息管理方面的应用情况;学习各种信息管理系统的功能和使用情况;学习计算机软硬件的安装维护及控制技术、安全管理;学习现场工程技术人员的工作内容和工作方法,观察安装调试过程,模仿工程技术人员,进行技术分析、故障原因查找以及提出解决、改进办法;学习计算机网络的安装与维护方法及应用;学习计算机软、硬件及环境配置,掌握计算机的选型、维护、运行环境和管理方法;主动阅读浏览技术资料,了解计算机技术的发展,掌握各种操作技能,学习计算机的先进知识,提高和培养自学能力。以上实习内容涉及到许多硬件课程的相关知识,是一种最实在的综合实践教学辅助形式。

毕业设计属于一门专业必修课,是完成教学计划、实现培养目标的重要环节,是与专业实习同等重要的培养学生综合素质与工程实践能力的有效方式。该课程培养学生综合应用四年所学知识以及完成毕业设计需要自学的新知识来完成一项综合型设计型项目的开发与研究能力。该课程要求学生选择一项具有现实应用背景、综合多门所学课程知识的综合性项目进行独立研究与设计,研究设计过程应涉及文献检索与翻译、数据与信息的采集与处理、软件或硬件设计、理论分析、综合与归纳过程等工程实践环节,鼓励研究设计过程中的创新。电子信息类专业每年的毕业设计选题都有不少偏重硬件的应用系统设计,是学生大学四年中最后一次也是最为重要的一次综合实践机会。

1.2存在问题

根据以往的教学经验,硬件类课程实践教学实施过程普遍存在以下3个主要问题:

1) 前面提到的兼顾专业学习必备的常规课程实验较为系统,有利于学生打好基础,为以后的知识拓展作好准备。但这样的安排使得涉及整门课程重要知识点的基础性实验占了实验教学的大部分时间。综合性实验需要基础实验的支撑,一般的实验时间接近期末,由于时间紧张,往往规模受限,实验效果不理想。各门课程实验开设内容各自独立,有限的实验时间只能满足本课程的主要教学内容,即便到了大三,综合多门硬件课程的有较好应用价值的实验基本无法开展。

2) 开设在高年级的专业实习,是一类使学生有较大收获的专业综合实践培训,对学生专业技能的培养非常重要。但是,由于接收专业实习单位工作性质的差异,真正能涉及硬件系统设计内容的机会有限。在毕业设计这个环节中,如果能按质按量完成教师给出的选题,学生会得到较大锻炼。而实际情况是,学生花大量时间寻求就业机会,毕业设计的初衷难以实现。

遵循教学计划的执行顺序,前面所列的课程基本是从大一延续到大三甚至大四,这样的安排主要考虑专业知识的循序渐进及构架的系统性。由于课时数及关联知识的限制,学生无法在单门课程的日常教学中完成较大规模及较高层次的综合应用系统设计,设计成果难以从规模、难度、精度、适用性、可靠性及安全性等多方面达到一个应用系统的要求。最终的结果是:由于缺乏有一定规模的应用系统设计的早期引导,学生的学习目的模糊,学习兴趣缺失,学习能力的培养也受到限制。所以,必须探寻一种辅助的实践模式,弥补常规教学的不足:为学生提供时间,提供机会,这就是解决问题的关键!

2硬件课程实践体系改革

教学计划是按人才培养规格来定位知识体系结构和专业技能组成的,而专业技能的培养实施对知识体系结构的搭建起着重要作用。针对上一节提出的硬件课程实践体系存在的问题,我们在保留传统实践教学体系的基础上,从低年级引入辅助常规教学的综合实践内容。

2.1基本专业技能培养

在常规教学计划中,基本专业技能培养主要从以下两个方面体现:一是贯穿四年的与相关课程理论教学配合开设的实验课程教学。在上面的讨论中我们提到,教学计划中这类课程的教学安排基本都是完整的一个学期,每周几个学时的理论及实践教学。这样的教学模式对学生较为系统的、循序渐进的学习是科学的,但学生在这样的教学模式中难以完成有相当规模的综合训练任务。二是开设在大三的专业实训和大四的专业实习。这是一类使学生有较大收获的专业综合实践培训,对学生专业技能的培养非常重要。但由于知识贮备和就业的要求,主要开设在高年级,分布不是十分合理。

2.2综合实践导入

鉴于基本专业技能培养形式存在不足,我们需要在教学计划中补充课程设置,并在教学实践中不断优化。主要的做法是,从大二开始,在教学计划中加入具有选修性质的综合实践环节――电子设计竞赛培训,为有兴趣、有能力的学生提供更多的机会,使其进入主动学习的状态。具体实施时,最好将这样的课程安排在假期,以保证有充足的实践时间,进而获得满意的实践效果。

3硬件课程综合实践的实施

教学计划是为培养学生制定的,要达到培养方案中的培养目标,需要学生的积极配合,因此教学计划应该有较好的操作性。通过多次电子设计竞赛培训实施,我们不断总结经验,摸索出了一套行之有效的实践教学方法,为作为辅助手段的硬件类课程综合实践开展打下了良好的基础。以下对实施过程作具体说明。

3.1实训方法

参赛要求与平时教学要求几乎没有可比性,难度系数大得多。因此,在实训教学过程中,我们采取了循序渐进的教学模式,将实训过程分两个层次进行,内容如下:

1) 模拟全国大学生电子设计竞赛出题形式,拟定一个容易入手的题目,作为共同的实训内容。教师给出一个具体的设计范例,从方案选择、系统设计、系统制作、系统测试以及最终设计报告书写等各个环节作详细指导,让学生得到一个全程训练。在模仿的基础上,学生可以在多个环节自由发挥。由于是同样的题目及要求,学生可以在完成过程中展开讨论,相互学习。这一方法的实施取得了较好效果,避免了部分能力弱的学生因产生畏难情绪而中途离队,给队伍带来负面影响,从而增强了学生继续作战的信心,提高了学习兴趣。

2) 有了第一个层次的模仿项目实施经验,第二个层次的实训便要锻炼学生独立工作的能力了。具体实施时,让学生分组选题,每组的题目及难度系数都不一样。学生在项目的各个实施环节中独立工作,充分发挥聪明与智慧,锻炼耐力,提高能力,最终完成项目工作。这一阶段的学习使学生有了真正的工作体验,在面对自己独立完成的作品时,真正体会到了“成就感”。

3.2过程管理

在实训的具体实施中,过程管理非常重要,主要涉及的问题是教师的指导、学生团队成员的分工与协作、实验室管理等3个方面的问题。

1) 鉴于我校学生的实际情况,虽说实验的主体是学生,但如果没有教师的具体引导,面对实际项目,学生将无所适从。为此,我们按参赛要求,将学生分成3人一组,针对具体训练题目安排指导教师,实行导师负责制,为学生步入实训创造良好的条件。近年来,全国大赛题目难度逐年加大,对我校培训教师队伍的水平也提出了挑战,对师资队伍专业素质的整体提升也起到了一个良好的推动作用。

2) 依据参赛要求,项目实施需按小组进行,3人一组。首先,3人小组的成员搭配要合理,按主攻的选题方向,项目中电路设计比重大的小组一般配备2名电子专业的学生,1名计算机专业的学生;而程序设计比重大的小组则配备2名计算机专业的学生,1名电子专业的学生,这样才能保证取长补短,充分发挥各自专业的优势。项目实施过程中,除了每一个学生自身能力的发挥之外,3人小组成员间的组织与沟通、协作与互动,是培训过程中另一个不可忽视的重要环节。因此,我们在分配成员时尽量尊重学生的意愿,自由组队。

3) 实验室是实训的主要场所,而有效的实验室管理对实训的实施起着至关重要的作用。在开展实训的过程中,我院实验中心的大多数教师具备了指导教师及管理人员的双重身份,对实训的正常实施给予了最大支持。在实验室管理方面,我们实施了完全的开放实验室制度,除了专职的实验管理教师外,还吸收了部分优秀学生参与管理,使学生得到了更多层面的锻炼。

通过连续两届学生的电子设计竞赛综合实训,我们得到了很大收获。学生对从未体验过的实训过程表现出极大的热情,通过运用所学知识,付出艰辛劳动,得到了让自己为之自豪的作品,获得了难能可贵的自信!我们为学生提供了充足的实践时间,提供了难得的实训机会。

4结语

我校电子信息类专业选修电子设计竞赛实训课程的主要是大二及大三的学生,综合实训让这两届学生从不同层面有了极大收获。首先,对大二的同学来说,由于实训的内容涉及几乎所有硬件课程,他们从低年级开始就经历这样的综合实践训练,对后续相关课程的学习有极大的促进作用。我们欣喜地看到,实训及随之而来的紧张而充满挑战的全国竞赛参赛经历使同学们更加热爱学习,并懂得为什么学,学什么,如何学。而对于大三学生来说,这是一次难得的将三年所学知识应用到实践中的机会,同时也让他们找到差距,珍惜已经不多的在校学习的时间,更加努力地学习。

基于多年的教学经验,我们知道基于任务驱动的综合应用系统设计能够提高学生的学习兴趣,培养他们的动手能力。在硬件课程教学中,这样的实践应该尽早引入,让学生带着兴趣、带着问题、带着思考投入关联课程的学习。竞赛只是一种促进手段,通过实训切实提高学生的专业素质才是最终目的。希望作为专业培养辅助手段的竞赛实训综合实践能够受到重视并得到推广。

参考文献:

[1] 刘韵,余魅. 开展电子设计竞赛 培养学生的创新能力[J]. 实验科学与技术,2007(4):121-122.

[2] 李泽光,张玉霞,李晓梅,等. 电子设计竞赛与创新人才培养体系建设[J]. 大连大学学报,2005(6):29-31.

Practice Teaching Thinking Based on Electronic Design Contests

YU Ying, FENG Qiao-sheng, YUN Li-jun

(College of Information, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China)

Abstract: This paper analyzes teaching basic situation of hardware courses of electronic information specialty. At the same time, it discusses the main problems in teaching process, and gives the conception and implementation methods of comprehensive practice based on electronic design contests.

Key words: hardware course; electronic design; comprehensive practice