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全国大学生电子设计竞赛(赵妮娜,竞赛式教学在电工电子技术课程设计中的应用[J].电子设计工程,2013(15):44-46)作为四大竞赛之一,是教育部和工业和信息化部共同发起的大学生学科竞赛之一,竞赛的主要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,从而推动课程教学、教学改革和实验室建设等相关工作。苏州大学建校历史悠久,机电工程学院自2003年以来组队参加了历年的大学生电子设计竞赛,经过长期的积累和沉淀,近年来取得了质的突破,取得了多个江苏省一、二等奖的好成绩,该比赛有助于电气工程及其自动化学科教学内容的改革以及相关实验室的建设,对专任教师提出了更高的要求,同时也提高了学生的创新能力和实践能力。
2大学生电子设计大赛任务和要求
全国大学生电子设计大赛每年8月份举办,赛期四天三夜,早上8点在网站统一公布题目,主要分为7大类,涉及电源类、信号源类、高频无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类以及控制类。为了更好的说明电子竞赛(陈东,谢发琴,电子设计竞赛与深化实践教学改革[J].实验技术与管理,2005:86-88)对电路理论教学的促进作用,我们经过仔细对比,选取了一道典型的无线电脑传输装置题目。该题目的任务是设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置(赵争鸣,张艺明,陈凯楠,磁耦合谐振无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报,2013,33(3):1-13),具体要求分为四部分,一二部分为基本要求。第三部分为自主发挥,第四部分为最终的设计报告。该竞赛题目和电路知识密切联系,同时也是当下的一个热点,无线电能传输将进一步得到普及。
3以竞赛任务为驱动的课程设计教学的实施
3.1系统方案。根据所学电路理论知识,我们选择了电磁感应方案,谐振式强磁耦合方案以及电磁波辐射方案。就题目来说,电磁感应方案最大的缺点是它的传输效率低,而电磁波辐射方案对设备的要求很高。因此综合来说,谐振式强磁耦合方案(吴嘉迅,吴俊勇,张宁,等.基于磁耦合谐振的无线能量传输的实验研究[J].现代电力,2012,29(1):24-28)最合理。在此方案中有三大难点需要解决:(1)传输效率很难提高。距离越大,传输功率越低。(2)系统谐振频率难达到期望值。(3)谐振频率和RC振荡电路的固有频率难匹配。3.2系统总体框图。在对题目要求进行理论分析与计算后,我们将学生分成八个小组,提出各自的方案,其中具有代表性的系统总体框图如图1所示。为了充分体现学生的创新能力,我们采取了两种方案去完成。一个典型方案是由MSP430F149单片机输出3.3V高频PWM方波信号,控制驱动电路,产生15V高频方波信号。经LC振荡电路,将电能传输出去。在谐振点,能量效率最高。经过桥式整流稳压,得到8V稳定的直流电压。另外一个方案由纯电路来完成,主要分为发射端电路、接收端电路以及测试用的LED灯,由于我们的课程应用对象是电路原理,因此我们重点介绍这个方案。3.3发射端电路原理图。发射端是Royer振荡器回路,具有自启动功能,取决于输入的直流电压,接通电源后,考虑到两个晶体管的特性的差异性,我们做如下分析,如果Q1先导通,此时电感线圈产生感应电动势,通过一组线圈产生反馈,从而Q1处于导通状态,Q2处于截止状态,当电感磁芯达到饱和时,电动势为零,Q1变成截止状态,于是电动势反向,从而导致Q2导通。由于逆变震荡器产生正弦信号,通过线圈将能量发送出去。高频输出级用大功率场效应管时需加上面积足够大的散热器。输入端采用场效应管Rover高频逆变元件,逆变震荡器产生正弦信号,并用线圈将能量发送出去,双管推挽电流馈电,当发射和接收线圈处于同一频率时会产生共振现象,从而实现无线电能的传输。电容组成的并联谐振回路辐射出去.发射机是一级振荡一对推挽输出的电磁波感应发射器,将直流电变成脉冲交流用电感线圈幅射出去,为接收部分提供能量。具体电路如图2所示。3.4接收端电路原理图。LA为发射线圈、LB为接收线圈、fr是电容调谐后达到一致的固有频率,其中需要注意的问题是高频传输(1~20M)。具体电路图如图3所示:图3接收端电路原理图其中的输出整流滤波电路选用了全波整流电路,全波整流变压器输出功率的利用率为100%,输出直流电压中的纹波较低。具体选择输出整流二极管时和电容要充分考虑其特性值,其中重点需要留意的是耐压值。3.5系统测试。利用可变电源作为输入端的输入电源,从9V电源开始增加一直到15V,在增加电压的过程中首先保证两个串联的1W的LED灯能够保持一定的亮度,然后在增加距离的时候找一个大概超过十厘米的位置进行测试,在输入直流电压为15V时,测量接收端的直流电流I的大小。再测量直流电压。然后在输入直流电压15V的条件下,不断加大LED灯与发射端的距离,然后测量灯直到不亮时的距离。测试结果,我们初步测得最大的距离为50厘米左右,此时灯都是亮的,输出的电流可达到505毫安,电压超过8V。
从比赛的赛事规程来看,比赛虽然是公开的,但难度大,技术指标要求高,持续时间相对技能大赛要长。从最初确定方案到产品制作完成,各项指标都能满足要求的确实不多。从历年的比赛成绩来看,获奖的比例并不高。以2015年为例,全国共有1097所高校、13063支代表队,共计39189名同学报名参赛。其中获得全国一等奖有287支队伍②,占总数的2.2%,可见难度较大。福建省自参加该项赛事以来,本科组近年来获得全国一等奖的次数逐渐增多,但高职院校参赛获奖很少。说明高职学生参加该项赛事存在较大困难,主要原因是学生在设计、编程、调试等方面能力训练不足,离赛项要求存在一定差距,需要在平时训练中加以提高。然而学生的训练只有暑期1个多月的时间,涉及的课程多,知识面广,知识点非常多,要想取得好成绩,必须要有针对性的训练方法,有的放矢才能达到目的。本文试图从高职组的赛题要求出发,分析、归纳出应具备的知识点及其实现方法,并给出按照模块划分的训练方法。
2赛题分析
近年来大赛的出题以电子技术应用设计为主要内容,涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA技术,运用到模拟电路、数字电路、高频电路、PCB设计、传感器技术、单片机技术等课程的知识,体现了教学基本内容和新技术应用趋势。竞赛题目主要测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。题目包括基本要求部分和发挥部分,使大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作,优秀学生还可以完成发挥部分的内容。
2.1赛题内容统计大赛的题目类型一般分为信号采集类、仪器仪表类、控制类、无线通信类、电源类等类型,表1列出近5年来高职高专组的大赛题目及统计情况(省赛均指福建省比赛)。从比赛题目类型来看,控制类题目每年至少有一题,是比赛必出的题目,其他类型相对较少,均为轮流出现。说明控制类题目仍然是比赛的重点,平时训练时需要做好充分的准备。
2.2赛题涉及的知识点各个题目所涉及到的知识点内容,详见表2所示。对以上的知识点进行归纳、总结,可以看出近年来赛题所需具备的知识点有:A/D采样,位置检测,角度检测,电机控制,LED亮度控制,无线通信,按键扫描、数据显示、报警输出、DC/DC变换器设计等。对各个知识点所涉及的具体内容进一步细分,并给出其实现方法,如表3所示。
3集训方法
从上面对比赛题目的分析可知,所涉及到知识点很多,内容很广,对于大二甚至是大一学生来说,完全靠学生自学、自练,要想取得好成绩很难,需要指导老师根据学生选题意愿,制定详细的训练计划并实施。
3.1控制系统结构分析一般学生对控制系统没有什么概念,面对一个题目往往不知道该如何下手,若能够对系统的整体结构有一个较完整的认识,将有助于学生理解题目要求,制定切实可行的方案,并付诸实施。对一个控制系统来说,系统一般都具有如图2所示的结构:图2是一个典型控制系统结构图,采用闭环控制方式。对于现在比赛的题目而言,技术指标要求越来越高,如果仅仅采用开环控制方式,将很难满足指标的要求。如电源类题目,常见的问题是当负载变化时,输出的电压或电流随着变化,不能稳定在一个给定值上,主要原因就是没有采用闭环控制所导致。同样其他类型的题目也相类似,如角度控制、风板控制、平衡控制等,一般也要求系统是一个闭环的控制系统。对于不同的控制系统,结构图可能会有所差别,如图2中反馈环节有的可能没有传感器,而是只有信号采集电路;有的信号采集或输出控制是通过无线通信的方式进行,需要具体问题具体分析。
3.2系统模块划分比赛所涉及的知识比较分散,学生学习、训练时毫无头绪,不能形成一个系统整体。因此需要对知识点进行归纳,将其划分到在系统各个模块中。根据上面的系统结构图,可以将系统分解为各个单元电路模块,并将所需掌握的知识点和技能点整理对应起来,按照这些模块进行训练更具有针对性。一般可将系统分解如表4所示。
3.3训练的组织电子设计赛所涉及知识点很多,让每个队伍所有成员都对所有模块进行训练显然是不现实的,需进行分工。一般可将一个参赛队的人员分为两组,一组负责硬件电路的设计、制作与调试;另一组则负责程序的编程。至于一组需要多少人需根据题目的类型来定,如控制类的题目以程序控制为重点,宜安排2个人进行程序编程,1人负责主控程序的设计,1人负责传感器及信号的采集与处理。而对于电源类的题目,电路设计是关键,宜安排2个人进行电路的设计,包含高频变压器的设计、PWM控制电路设计、滤波电路的设计、电压、电流采集及保护电路的设计与调试等,另1人可进行信号采集显示、控制的编程。分工确定后,一般参赛学校都有多支队伍参加比赛,将所有参赛队伍中相同分工的人员集中起来,按照表4所划分的模块进行针对性培训,比一个指导老师单独指导多个队伍的所有项目效率要高。如果条件允许,可在组员分工的基础上,再按照题目类型进行分类培训,效果则会更好。
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
全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的最具影响力的大学生学科竞赛之一,电子设计竞赛对学生动手能力、工程能力、创新能力和团队意识的提升起着举足轻重的作用,电子设计竞赛的成绩直接反映学校人才培养质量和办学声誉,对优质校风和学风的形成起到积极的推动作用。
一、大学生电子设计竞赛活动开展的现状
大学生电子设计竞赛分国家级、省级和校级三个层次进行。国家级每两年一次(奇数年)、省赛一年一次、校赛一年一次。每年4月末启动校赛、9月初进行省赛、9月中旬进行国赛,整个培育过程历时半年之久。目前,我校参赛队员的选拔方式是:校赛评选出一、二等奖(占校赛参赛队伍的30%)推荐参加省赛;省赛中获得一等奖的队伍择优推荐参加国赛(占省赛参赛队伍的5%左右);在国赛环节,对参赛学生进行封闭式综合测试,省赛成绩和综合测试成绩作为国家一等奖和二等奖评选的依据。我校大学生电子设计竞赛在教务处的领导下,由电气与电子工程学院承办,目前已经成功举办了校电子设计竞赛15届,承办省级电子设计竞赛3届,参与的教师和学生涉及电气、机电、计算机、软件技术、工程训练中心等五个单位,每年参与的教师人数100名左右、学生500名左右,先后获得国家一等奖2项,国家二等奖十几项,省级一、二等奖上百项,电子设计竞赛在创新人才培养方面起着积极的作用。
二、大学生电子设计竞赛活动开展过程中存在的问题
1.成果的取得过度依赖教师,学生自主创新能力有待进一步提高。我校每年电子设计竞赛的成绩在省内名列前茅,也取得了一定数量的国家级奖项,但是取得国家一等奖的数量较少。究其原因,主要是综合测评阶段,成绩不尽如人意。这种现象一定程度暴露出电子设计大赛人才培养过程中存在的弊端———优秀学生的选拔缺乏制度、成绩的取得过度依赖教师、学生自主创新的潜力没有激发出来。2.科技竞赛活动开展过程中存在“学生热、教师冷”的现象。科技竞赛成果是一个学校(特别是工科院校)人才培养质量最直接的体现。目前,学生要求参加科技竞赛活动的热情较高,但教师中弥漫的“重科研、轻教学”的思想,却一定程度降低了教师对这项工作的热情,甚至一部分高水平的教师已经逐渐退出指导教师队伍。
三、大学生电子设计竞赛组织、管理机制
1.成立电子设计竞赛工作领导小组。电子设计竞赛工作领导小组由学校、学院、系三级机构以及教师和学生两方面组成。(1)校级领导小组主要成员包括:主管教学副校长、教务处处长、主管大学生科技创新工作副处长;主要职责是与上级部门沟通,联络各教学单位、经费管理、成果管理。(2)院级领导小组主要成员包括:院长、主管教学副院长、主管学生工作副书记、学生科技协会会长;主要职责是负责动员、组织、宣传、落实具体工作。(3)系级领导小组主要成员包括:系主任、主管教学系主任;主要职责是协助学院进行电子设计竞赛的组织和测试工作,指导学生科技竞赛、培育学生创新性成果。2.成立电子设计竞赛专家指导委员会。专家委员会由学校电气、电子、控制、机械等学科具有电子设计竞赛评审经验的专家和长期指导电子设计竞赛的教师组成。主要职责:(1)指导:用发展的眼光、从专业角度对大学生电子设计竞赛的开展和指导工作献计献策,并直接或间接参与科技竞赛的指导工作。(2)征题:结合全国电子设计竞赛的出题范围、评审要求,推荐电子设计竞赛题目。(3)审题:从专业角度对征集到的校电子设计竞赛的题目进行评审、筛选、修改,并最终确定当年校电子竞赛题目。(4)测试:本着公平公正公开的原则对电子设计竞赛的作品进行现场测试并进行等级量化,为省级和国家级的竞赛推荐优秀参赛队员。3.加强电子设计竞赛组织和成果管理工作。(1)指定专人负责电子设计竞赛的赛前组织和成果管理工作。电子设计竞赛的赛前培训、题目征集、评审、测试(包括测试场地、测试仪器的准备)以及测试结果统计等,在教务处的领导下,指定专人负责,以保障各项工作的有序、高效开展。(2)大力开展科技竞赛成果的展示和宣传活动。创新成果的展示和宣传可以吸引更多优秀学生加入到科技创新的队伍中来。每年学校开展电子竞赛的宣传和招募活动,通过成果展示、获奖学生经验介绍等一系列科技活动,在学生中营造科技创新的氛围,巩固和强化我校多年来形成的学科竞赛教学传统和办学优势。
四、大学生电子设计竞赛保障机制
1.建立高效的人才选拔机制。创新人才的培养是一个系统工程,科技创新人才培养应贯穿于人才培养过程的始终,创新人才的选拔必须具有一定的机制。电子设计竞赛队员的选拔采取第一课堂和第二课堂相结合的形式:第一课堂成绩占比50%,第二课堂成绩占比50%。第一课堂成绩涉及数字、模拟、电路、单片机、相关课程设计以及电工电子实习等课程;第二课堂成绩是由专家组根据学生独立完成的创新作品的完成情况以及专业知识口试,给出相应的成绩。2.构建相对稳定的优秀指导教师队伍。高水平科技竞赛成果离不开高水平的指导教师,而高水平的指导教师不仅需要具有广博的专业知识、高水平的动手能力,还需要具有丰富的科技竞赛指导经验。3.建立科技创新开放实训室。学校建立了一个基于网络化、开放式管理的科技创新活动实训室,该实训室由专人管理,提供创新实验所需的基本耗材和测试设备,面向大学生开放,实现资源高度共享。在实训室中,学生可以相互切磋、尽情创作,充分发挥自己的创新潜能。
五、大学生电子设计竞赛激励机制
电子设计竞赛活动不应被视为师生个人的行为,而应看到这一活动在促进教学改革、提高教学质量上的意义。如果把科技竞赛当成一般性的实践教学活动来开展,是不会达到理想效果的,因此,必须建立相应的激励机制。1.评奖制度。学校定期进行大学生科技活动的评比工作,对在科技竞赛活动中积极组织、宣传以及努力攻关取得优异成绩的集体和个人给予表彰和奖励,从而在校园中营造良好的科技竞赛氛围,推动科技竞赛活动继续向更高层次发展。2.奖励办法。对那些关心学生科技活动并给予大力支持的教师给予相应的表彰和奖励,在教学工作量和教学质量考核、职称评定、评优、工作业绩考核等方面给予一定的倾斜,从而吸引更多的优秀教师参与到科技竞赛指导工作中来。电子设计竞赛在大学生创新创业教育体系中占有重要的地位,在大众创业、万众创新的时代背景下,在全社会的共同努力下,以电子设计竞赛为代表的大学生科技创新系列活动必将结出累累硕果!
参考文献:
[1]吴翠花,李慧.创新人才培养的高校教学质量评价指标研究[J].教育教学论坛,教育教学论坛,2013,(05):6-8.
[2]刘海峰,温刚,崔涛.大学生创新基地建设与实践[J].实验室科学,2008,(3):1-2.
[3]陶惠芳.大学生科技创新基地的建设与管理[J].科教导刊,2010,(11):186,190.
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.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:
[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2016)11-0064-03
全国大学生电子设计竞赛是面向大学生的群众性科技活动,而且是一项需要参赛选手在规定时间内制作出实物的竞赛。北京邮电大学世纪学院自建院以来,组织学院学生参加了四届全国大学生电子设计竞赛(2009年、2011年、2013年、2015年)、四届北京市电子设计竞赛(2008年、2010年、2012年、2014年),共有49队参赛,其中有23支队伍曾分获北京赛区一、二、三等奖,26支队伍获成功参赛奖,学院还获得了北京市赛区优秀组织奖,在北京市独立院校中名列前茅。回首八年的参赛之路,很多不足之处需要我们思考,很多经验也要进一步总结和探讨。
一、电子设计竞赛的特点
(一)内容多、知识广、要求高
电子设计大赛与课程优化、课程内容改革紧密结合,竞赛内容不仅包含理论方案设计,还包括实际制作与作品调试两部分。完善理论方案设计时需要涉及多学科知识,而实际制作与作品调试部分对学生的要求则更高:在4天(北京赛为1天)的竞赛时间里,参赛学生需要将前期理论设计方案的内容转化成能够实际操作的作品。从竞赛内容的角度来看,电子设计就是考查学生是否具备综合运用日常所学得的理论知识,并顺利将其转为实际可用作品的能力,这不但要求学生要深入理解理论知识,知道知识怎么用、怎么恰当用、怎么更好用,还要求学生在制作实际电子工艺作品时,要踏实耐心、有条不紊。
最终的竞赛成绩由三方面评定,分别是理论部分、实践部分以及发挥部分,成绩总分为100分,理论部分和实践部分各半,附加分数最高为50分,根据作品发挥部分情况进行评定。理论部分主要从设计思路是否清晰,所应用的理论知识是否准确无误,参赛作品是否有新技术的应用,方案验证是否严密,设计报告、测试报告及总结报告是否完整几个方面进行评分;实践部分则依照参赛团队是否按设计要求制作出样机,工艺要求是否完美、结构是否合理、是否有完整的调试改进报告几点来进行评分;发挥部分为附加部分,该部分得分为附加分,即在完成基本要求后进行扩展。发挥部分的设定可以充分调动参赛学生的积极性和创造性。由于难度大、时间紧,发挥部分并不易得分。从成绩评定的角度来看,该竞赛对参赛队员提出了很高的要求,既要从不同的院系和专业中选拔具备相应能力的学生,又要让每个参赛学生在备赛的过程中熟悉相关学科的知识、掌握相关技术,从而确保参赛团队在完成理论部分和实践部分的基本要求后,尽量完善作品,争取更多附加分。[1]
(二)时间短、工作量大、竞争激烈
根据竞赛内容特点,参赛学生的专业主要有电子信息类专业、电气及自动化专业和一般工程专业。按电子设计竞赛组委会的规定,竞赛必须在4天(北京赛为1天)内完成方案设计、电路制作、软件编程和设计报告(北京赛不用)各项工作。这就要求参赛学生必须熟练掌握电子技术和计算机等课程的基本知识、基本电路、基本分析和设计方法,而且对指标、误差、系统等工程概念非常熟悉,还要求学生有很强的实践动手能力和创新能力,熟练使用仪器、仪表及迅速判断故障和调试电路的能力。[2]参赛团队不仅需要在短时间内完成大量的工作,同时还要和来自北京赛区30多所高校派出的约500多支队伍进行比拼,竞争极其激烈,不可掉以轻心。
二、电子设计竞赛的筹备和组织
学生是电子设计竞赛的主要参与者,一直采用固定的选拔方法以及不变的培养方式不再适用于新时代的学生,整体素质的变化决定了参赛学生的选拔和培养过程的动态化和更替化。结合八年的参赛经验,竞赛的筹备和组织工作可分为以下几个阶段:
(一)组织和动员阶段
电子设计竞赛得以顺利开展,组织和动员阶段的工作至关重要。学院应成立教师竞赛指导小组,组织学生工作教师积极宣传及通过微信公众平台宣传,采取教师推荐以及学生自愿报名两种方式。不过,需要注意的是,第一次参与竞赛的学生热情虽高,但他们对比赛的性质、内容、规则以及必备知识等方面都还有所欠缺,因此在报名结束后,要由教师竞赛指导小组统一对报名参赛的学生进行系统性的宣讲和培训,并在培训结束后安排理论考试,并通过本次考试完成第一轮选拔工作。
竞赛的组织和宣传将竞赛精神普及到学生中,让更多学生意识到自己所学究竟如何应用,知道所学专业知识的实际意义,不仅如此,竞赛精神的普及能进一步改善学院学风,并对学院原本枯燥的理论课堂教学起到改进作用,让更多学生逐渐理解并喜欢自己选择的专业。
(二)面试及实践能力测试阶段
第一轮的选拔工作主要以理论考试的方式进行,从而选拔出理论基础较好的学生,但是电子设计竞赛对参赛学生的综合素质有极高的要求,基于此,我们在第二轮的选拔中选择面试的方式来考查参赛学生的综合素质。[3]面试问题由竞赛指导小组来确定,主要围绕学生特点,以语言表达能力、是非的判断能力以及心理承受能力为考查方向。
通过第二轮选拔的学生还必须通过最后一轮选拔,也是最重要的一轮,即实践能力测试。本轮测试主要以考查学生对电路的设计与焊接能力、电路的调试能力以及解决实际问题的能力为目的。设置本轮测试,一方面是帮助竞赛指导小组确定适合参赛的队员,一方面也给报名参赛的学生一个提前感受竞赛的机会,帮助他们审视自身能力。我们认为,只有通过上述三轮测试的学生才具备成为正式队员的基础条件。
(三)基本技能练习阶段
经过前三轮的选拔,入选学生的数量少但质量精,因此在接下来的训练环节中,将针对学生现有的知识掌握情况进行基本技能练习(电路焊接、基础电路的设计、应用电路仿真软件进行仿真、编写基础单片机程序等),同时学生可根据自身特长,选择合适的队友进行组队。
(四)集中培训阶段
集训的时间一般会安排在暑假,但也会根据正式比赛时间进行调整,集训内容基本为历年竞赛试题。参赛团队经过集训后就会逐渐确定自己团队的队长,队长是整个团队的核心,决定着团队的设计方向和整体规划。参赛学生在集训中可以加深对专业知识的理解,也能加强对理论知识的应用,更重要的是通过这段时间的磨合,团队协作能力有了很大提升,这种长时间的集训学习是参赛团队学生大学四年中不可多得的锻炼经历。
(五)临战准备阶段
赛前主要进行临战前的准备工作。在临战准备期间,学院领导深入到学生中进行赛前动员,为参赛学生鼓劲打气。而竞赛指导小组会要求参赛团队汇总各类资料并和其他团队进行资源共享。需要注意的是,比赛期间所使用的电子元器件需要自己准备,为避免出现准备不足的情况,指导小组也会要求各团队在这个阶段准备充足的电子元器件。除此之外,指导小组将为所有参赛团队准备参赛实验室,其中配备参赛所需的各种仪器设备,如打印机、电源、示波器、信号发生器等。
最后根据电子设计竞赛的要求,竞赛指导小组给各参赛团队进行具体分工:一人负责程序设计;一人负责硬件设计、制作与调试;一人负责绘制电路图和书写理论报告,并制订“先保基本,再求发挥”的战术要求。各参赛团队可以根据指导小组的建议结合团队实际情况进行合理安排,力求在场上发挥到最好。
(六)竞赛阶段
正式比赛期间,参赛团队在电子设计竞赛委员会的要求下接受半封闭管理,监督竞赛也指定专人进行,带队教师在比赛期间不可以对参赛团队进行竞赛指导。各参赛团队根据竞赛要求和赛前集训学习到的经验,进行选题并尽快设计正确的实现方案。在这个过程中,整个团队要明确分工,稳扎稳打,有条不紊,互相鼓励,不要因为一时的困惑而气馁。参赛团队需要在规定的时间内完成设计构思、方案论证、绘制电路、选择器件、实际制作、测试调整、改进性能、写出测试报告等系列工作,并争取在满足试题规定的内容后思考是否可以进一步优化团队方案,并进行可行性实施,这样一来团队除抓住基本得分外,还可以在发挥部分得分。前面已经提到过,电子设计竞赛时间短、任务重,所以比赛期间学生都尽量不出实验室,而且基本上每天仅有四到五个小时的休息时间,即便如此,最后一天他们依旧会通宵苦战,所以比赛期间团队协作至关重要。
(七)测试答辩阶段
准备测试和正式测试答辩是测试答辩阶段的两个组成部分。竞赛要求参赛团队不仅会理论设计、实践焊接,更要求团队制作的作品在实际中能够可靠运行,并且具有更高的性能指标,同时要求参赛团队掌握适合本队所选题目的全套测试方法。
(八)总结阶段
在全国电子设计竞赛北京赛区的结果公示后的时间里,学院竞赛领导小组需尽快根据取得的成绩进行竞赛总结,整理竞赛成果,记录竞赛体会并讨论下一届竞赛筹备与培训的改进方向。
三、独立学院在学科竞赛方面的问题
独立学院目前在开展学科竞赛中遇到的主要问题有:
(一)训练经费不足
我们认为,如果学院仅将学科竞赛视为学生的课外科技活动,会直接导致学校经费投入的不足。然而,在独立学院中开展学科竞赛是证明学生培养质量的一种有效途径,如果学生通过培训不断获得较好的电子设计竞赛成绩,这可以成为考量独立学院学生培养质量的依据。另外,据我院的最终考研数据分析,假如学生曾在大学期间参加过电子设计竞赛,那么其不论是在备考时的坚韧毅力,还是最终的考研成绩都会强于未参加过竞赛的学生,而且拥有出众的实践动手能力会更容易获得导师的青睐。[4]
(二)训练系统性不强
电子设计竞赛开展的时间在独立学院中并不长,有科研经历的教师数量也并不多,因此学院的技术积累不强,对团队的综合训练也存在系统性不强、涉及面不广的问题。若想提高电子设计竞赛的质量和竞争力,需要由有经验的教师牵头,坚持开展持续性的电子设计竞赛,不断积累参赛经验,不断改进培训方案,增强综合训练的系统性,扩展综合训练的涉及面,不断积累,不断创新,保证独立学院在电子设计竞赛上不是昙花一现。[5]
四、结语
北京邮电大学世纪学院的电子设计竞赛综合实力并不输北京市其他独立院校,这和学校领导对电子设计竞赛等实践环节的极大重视和支持是分不开的。在领导的重视和支持下,竞赛指导小组和参赛学生共同努力,在过去的八年中,参赛学生不但在电子设计竞赛中取得了不错的成绩,还得到了很好的培养和锻炼,同时为学风建设打下夯实基础。不过,在电子设计竞赛的征程中,独立学院起点低,参与时间不长,相比于其他高校仍有相当大的差距,在未来的参赛路上仍需把握好形势,坚持不懈地开展电子设计竞赛的组织和管理工作。长此以往,独立学院必会在电子设计竞赛领域取得更好的成绩。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 高吉祥主编.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程――基本技能训练与单元电路设计[M].北京:电子工业出版社,2007:2-5.
[2] 向夕品,别其璋.试析全国大学生电子设计竞赛[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2004(4).
方案论证与比较
1.增益控制部分
方案一 原理框图如图1所示,场效应管工作在可变电阻区,输出信号取自电阻与场效应管与对V’的分压。采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声,但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化,用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。
方案二 采用可编程放大器的思想,将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压,这时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲,只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系,造成增益调节不均匀,精度下降。
方案三 使用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA,用控制电压和增益(dB)成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制(如图2)。用电压控制增益,便于单片机控制,同时可以减少噪声和干扰。
综上所述,选用方案三,采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器,温度稳定性高,最大增益误差为0.5dB,满足题目要求的精度,其增益(dB)与控制电压(V)成线性关系,因此可以很方便地使用D/A输出电压控制放大器的增益。
2.功率输出部分
根据赛题要求,放大器通频带从10kHz到6MHz,单纯用音频或射频放大的方法来完成功率输出,要做到6V有效值输出难度较大,而用高电压输出的运放来做又很不现实,因为市面上很难买到宽带功率运放。这时候采用分立元件就能显示出优势来了。
3.测量有效值部分
方案一 利用高速ADC对电压进行采样,将一周期内的数据输入单片机并计算其均方根值,即可得出电压有效值:
此方案具有抗干扰能力强、设计灵活、精度高等优点,但调试困难,高频时采样难且计算量大,增加了软件难度。
方案二 对信号进行精密整流并积分,得到正弦电压的平均值,再进行ADC采样,利用平均值和有效值之间的简单换算关系,计算出有效值显示。只用了简单的整流滤波电路和单片机就可以完成交流信号有效值的测量。但此方法对非正弦波的测量会引起较大的误差。
方案三 采用集成真有效值变换芯片,直接输出被测信号的真有效值。这样可以实现对任意波形的有效值测量。
综上所述,我们采用方案三,变换芯片选用AD637。AD637是真有效值变换芯片,它可测量的信号有效值可高达7V,精度优于0.5%,且元件少,频带宽,对于一个有效值为1V的信号,它的3dB带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB形式指示,该方案硬件、软件简单,精度也很高,但不适用于高于8MHz的信号。
此方案硬件易实现,并且8MHz以下时候测得的有效值的精度可以保证,在题目要求的通频带10kHz~6MHz内精度较高。8MHz以上输出信号可采用高频峰值检测的方法来测量,但是由于时间关系,高于8MHz的信号我们未能测量显示。
4.自动增益控制(AGC)
利用单片机根据输出信号幅度调节增益。输出信号检波后经过简单2级RC滤波后由单片机采样,截止频率为100Hz。由于放大器通频带低端在1kHz,当工作频率为1kHz时,为保证在增益变化时输出波形失真较小,将AGC响应时间设定为10ms,用单片机定时器0来产生10ms中断进行输出有效值采样,增益控制电压也经过滤波后加在可变增益放大器上。AGC控制范围理论上可达0~80dB,实际上由于输入端加了保护电路,在不同输出电压时AGC范围不一样,输出在4.5~5.5V时AGC范围约为70dB,而当输出为2~2.5V时AGC范围可达80dB。
5.系统整体框图(见图3)
理论分析与参数计算
1.电压控制增益的原理
AD603的基本增益为:Gain (dB) = 40 VG + 10,其中,VG是差分输入电压,单位是V,Gain是AD603的基本增益,单位是dB。
从此式可以看出,以dB作单位的对数增益和电压之间是线性的关系。由此可以得出,只要单片机进行简单的线性计算就可以控制对数增益,增益步进可以很准确地实现。但若要用放大倍数来表示增益的话,则需将放大倍数经过复杂的对数运算转化为以dB为单位后再去控制AD603的增益,这样在计算过程中就引入了较大的运算误差。
2.AGC介绍 br>
AGC是自动增益控制电路的简称,常用在收音机、电视机、录像机的信号接收和电平处理电路中。它的作用是当信号较强时,使其增益自动降低;当信号较弱时,又使其增益自动增高,从而保证输出信号基本稳定。
3.正弦电压有效值的计算
AD637的内部结构如图4所示。根据AD637芯片手册所给出的计算真有效值的经验公式为:
其中:VIN为输入电压,Vrms为输出电压有效值。
系统各模块电路的设计
1.输入缓冲和增益控制部分
图5为输入缓冲和增益控制电路,由于AD603的输入电阻只有100Ω,要满足输入电阻大于2.4kΩ的要求,必须加入输入缓冲部分用以提高输入阻抗;另外前级电路对整个电路的噪声影响非常大,必须尽量减少噪声。故采用高速低噪声电压反馈型运放OPA642作前级跟随,同时在输入端加上二极管过压保护。
输入部分先用电阻分压衰减,再由低噪声高速运放OPA642放大,整体上还是一个跟随器,二极管可以保护输入到OPA642的电压峰峰值不超过其极限(2V)。其输入阻抗大于2.4kΩ。OPA642的增益带宽积为400MHz,这里放大3.4倍,100MHz以上的信号被衰减。输入输出端口P1、P2由同轴电缆连接,以防自激。级间耦合采用电解电容并联高频瓷片电容的方法,兼顾高频和低频信号。
增益控制部分装在屏蔽盒中,盒内采用多点接地和就近接地的方法避免自激,部分电容电阻采用贴片封装,使得输入级连线尽可能短。该部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种,通频带为90MHz,增益为-10~+30dB,输入控制电压U的范围为-0.5~+0.5V。图6为AD603接成90MHz带宽的典型方法。
增益和控制电压的关系为:AG(dB)=40×U+10,一级的控制范围只有40dB,使用两级串联,增益为AG(dB)=40×U1+40×U2+20,增益范围是-20~+60dB,满足题目要求。
由于两级放大电路幅频响应曲线相同,所以当两级AD603串联后,带宽会有所下降,串联前各级带宽为90MHz左右,两级放大电路串联后总的3dB带宽对应着单级放大电路1.5dB带宽,根据幅频响应曲线可得出级联后的总带宽为60MHz。
2.功率放大部分
电路如图7所示。参考音频放大器中驱动级电路,考虑到负载电阻为600Ω,输出有效值大于6V,而AD603输出最大有效值在2V左右,故选用两级三极管进行直流耦合和发射结直流负反馈来构建末级功率放大,第一级进行电压放大,整个功放电路的电压增益在这一级,第二级进行电压合成和电流放大,将第一级输出的双端信号变成单端信号,同时提高带负载的能力,如果需要更大的驱动能力则需要在后级增加三极管跟随器,实际上加上跟随器后通频带急剧下降,原因是跟随器的结电容被等效放大,当输入信号频率很高时,输出级直流电流很大而输出信号很小。使用2级放大已足以满足题目的要求。选用NSC的2N3904和2N3906三极管(特征频率fT=250~300MHz)可达到25MHz的带宽。整个电路没有使用频率补偿,可对DC到20MHz的信号进行线性放大,在20MHz以下增益非常平稳,为稳定直流特性。我们将反馈回路用电容串联接地,加大直流负反馈,但这会使低频响应变差,实际上这样做只是把通频带的低频下限频率从DC提高到1kHz,但电路的稳定性提高了很多。
本电路放大倍数为:AG≈1+R10/R9 ,整个功放电路电压放大约10倍。通过调节R10来调节增益,根据电源电压调节R7可调节工作点。
3.控制部分
这一部分由51系列单片机、A/D、D/A和基准源组成。使用12位串行A/D芯片ADS7816和ADS7841(便于同时测量真有效值和峰值)和12位串行双D/A芯片TLV5618。基准源采用带隙基准电压源MC1403。框图如图8所示。
4.稳压电源部分
电源部分电路见图9,输出±5V、±15V电压供给整个系统。数字部分和模拟部分通过电感隔离。
抗干扰措施
系统总的增益为0~80dB,前级输入缓冲和增益控制部分增益最大可达60dB,因此抗干扰措施必须要做得很好才能避免自激和减少噪声。我们采用下述方法减少干扰,避免自激:
(1)将输入部分和增益控制部分装在屏蔽盒中,避免级间干扰和高频自激;
(2) 电源隔离,各级供电采用电感隔离,输入级和功率输出级采用隔离供电,各部分电源通过电感隔离,输入级电源靠近屏蔽盒就近接上1000μF电解电容,盒内接高频瓷片电容,通过这种方法可避免低频自激;
(3) 所有信号耦合用电解电容两端并接高频瓷片电容以避免高频增益下降;
(4) 构建闭路环。在输入级,将整个运放用较粗的地线包围,可吸收高频信号减少噪声。在增益控制部分和后级功率放大部分也都采用了此方法。在功率级,此法可以有效地避免高频辐射;
(5) 数模隔离。数字部分和模拟部分之间除了电源隔离之外,还将各控制信号用电感隔离;
(6) 使用同轴电缆,输入级和输出级使用BNC接头,输入级和功率级之间用同轴电缆连接。
实践证明,电路的抗干扰措施比较好,在1kHz~20MHz的通频带范围和0~80dB增益范围内都没有自激。
本系统单片机控制部分采用反馈控制方式,通过输出电压采样来控制电压增益。由于AD603的设定增益跟实际增益有误差,故软件上还进行了校正,图10为其软件流程图。
系统调试和测试结果
1.测试方法
将各部分电路连接起来,先调整0dB,使输出信号幅度和输入信号幅度相等,然后接上600Ω的负载电阻进行整机测试。
2.测试结果
限于篇幅,测试结果见本刊网站。
3.误差分析
我们测量的误差主要来源是电磁干扰,由于试验场地有许多电脑和仪器使用开关电源,电磁噪声很大,而且使用的同轴电缆屏蔽效果并不好,所以测量输入端短路的噪声电压时随输入短接方式不同而有很大的误差。
本次大赛最终共有146支队伍成功演示作品,其中包含8个境外参赛队(其中印度4队,马来西亚2队,美国和中国香港各1队),境外参赛队数量在逐年增加。在比较中外选手特点之时,王越院士认为,从比赛的作品来看,中外学生的思维方法在逐渐靠近,不过国外选手在对问题的看法和思考方面比较突出,思维更开放、跳跃性更强,更善于表达自己。国内的学生则在动手能力上比较强,对知识的运用更为有优势,作品成功率也比较高。由于这次参加比赛的国外选手都来自各自国家最好的理工院校之一,因此还是很能体现我国重点理工院校在本科生教育阶段的水平处在世界领先水平的。
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。
作者简介:李稳国(1977-),男,湖南新邵人,湖南城市学院通信与电子工程学院,讲师;崔治(1982-),男,湖南益阳人,湖南城市学院通信与电子工程学院,讲师。(湖南益阳413000)
基金项目:本文系湖南城市学院教学改革研究项目(湘城院发[2011]46号13)、湖南省普通高等学校教学改革研究项目(湘教通[2009]321号305)的研究成果。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)08-0115-02
面对科学技术的迅猛发展,摆在每一位教育工作者面前的任务不仅是传授系统的知识,另一个更为深远的任务是要培养学生能适应今后就业所需要的各种能力,包括阅读自学能力、探索发现能力、实际操作能力、逻辑推理能力、独立工作能力和创新开拓能力。[1-5]由国家教委高教司倡导并组织的全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2010年已经成功地举办了9届。[2-3]大学生电子设计大赛是高校高层次学科竞赛之一,它对培养大学生的实践创新意识与基本能力有着十分重要的作用。但从每年参赛的情况来看,学生在比赛当中出现了诸多问题,针对出现的种种问题,如何对学生进行专业能力和创新能力的培养,是在高校当中日益突出并亟待解决的问题。[3-6]
本文以本校往届电子设计大赛和研究性创新性项目的实际数据和情况为基础,通过大学生电子设计大赛的组织培训和对大学生研究性创新性项目指导的实践经验,探讨如何通过大学生设计大赛这种新的思路来培养大学生的实践创新能力。
一、大学生电子设计大赛的组织与策略
依托大学生电子设计大赛系统地培养学生理论联系实际的能力,培训学生的创新能力,需要对大学生电子设计大赛进行系统的组织。
首先,成立大学生电子设计与制作兴趣小组。成立大学生电子设计与制作兴趣小组有三个最主要的目的,一是提高大学生的实践动手能力与创新能力的兴趣;二是为大学生实践动手能力和创新能力提供基础的平台;三是为将来大学生电子设计大赛提供必要的人才储备。
其次是选拔大学生电子设计大赛的参与人员。选拔大学生电子设计大赛的参与人员可以在大学生电子设计与制作兴趣小组基础上,以校级或是电子信息等相关专业所在的院系为单位,举办比较基础的电子设计与制作大赛,从中选出成绩优异或动手能力较强的学生作为参加电子设计大赛的人员。在选拔过程中,可以采取动态的方式:一方面,对成功入选者中积极性高、动手能力强的学生予以保留,不理想的劝其退出团队;另一方面,从大学生电子设计与制作兴趣小组中选出冒尖的学生重新入选电子设计大赛团队。然后是为大学生电子设计大赛的参与人员提供足够的软硬件平台,为其提供系统的全面培训。
其后,引导与指导学生开展创新性与研究性项目的设计与研究。这里也可以从两个方面开展,一是积极支持与指导学生申报大学生研究性学习和创新性项目,以项目为依托着重培养学生的实践动手能力与创新意识。二是以社会实践需求为依托,开展创新性产品的开发和专利的申报。
二、电子设计竞赛对课程体系与教学内容改革的促进作用
从前几届电子设计竞赛的试题来看,可以归纳成5类,即电源类、信号源类、无线电类、简易无线电遥控系统仪器类、数据采集与控制类。所涉及的电子信息类专业的课程有:低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、单片机、FPGA和嵌入式等。[2]课程体系和教学内容的改革思路也应反映这些特点,使学生的知识和能力达到电子设计竞赛的水平。为此,我们在课程体系、教学内容的改革方面进行了一些实践。
1.以电子信息学科为依托,进行机构调整与课程的整合与优化
将电子信息工程教研室、电子科学与技术教研室、通信工程以及电子信息实验室等合并,成立电子教学基地。基地开出的课程有:电子技术、低频、高频、脉冲数字电路、微机原理、单片机、嵌入式原理等。
2.建立四个层次的实验教学模式
基础实验:教学内容为基本电子器件的应用性实验。电路由学生自行安装与测试,目的是加深学生对电子技术基本理论的理解,提高学生对基础实验的兴趣。
设计性实验:教学内容为低频、高频、数字电路中各单元电路的设计及小系统设计。采用积木式、模块化结构,将设计的单元电路组合成小系统电路,完成应用电路系统的设计。目的是培养学生进行低频、高频、数字电路中各种电子电路设计、装调与测试的能力,培养学生理论联系实际的能力与书写设计性实验报告的能力。
综合设计性实验:教学内容包括电子信息类专业的信号检测、控制、传输与处理等应用性较强的综合设计性实验。目的是培养学生进行低频、高频和数字电路综合设计、装调与测试的能力,强调各种设计方案的实现与创造性思维能力的发挥,鼓励创新与突破。要求书写综合性实验报告。
设计研究性实验:教学内容包括与电子信息学科相关的科研课题或学生自拟的课题(向学校申请的创新设计基金课题);要求学生自拟设计方案并自行设计电路,应用新技术、新器件;培养学生创新设计能力及科学研究能力与新技术、新器件应用的能力;要求学生发表研究论文。[2]
三、大学生电子设计大赛对创新能力的提高及成功案例
1.大学生电子设计大赛为创新能力提供了必要的基础
大学生电子设计大赛的培训提高了学生元器件的识别、电子焊接这些基本技能,提高了学生对电子产品的设计软硬件使用能力。这些实践经验和技能是创新能力的必要基础。[7]
2.大学生电子设计大赛提高了实践操作能力
电子设计大赛既不是单纯的理论设计竞赛,也不仅仅是实验竞赛,而是一个需要参赛选手综合几方面的能力来设计、制作完成、有特定功能的电路竞赛。它既强调理论设计更强调系统实现。它考查了学生综合运用基础知识的能力,更注重考查学生的实践动手能力。电子设计大赛的竞赛题目一般都是模拟现实社会电子技术应用领域中的许多实际问题,具有很强的现实性、针对性和应用性。
3.重视学生个性发展,培养学生的团队协作能力
现代社会知识的更新日新月异,高新技术的发展突飞猛进。任何一个个人都不可能拥有足够的知识、时间和精力去完成一项复杂的系统性工作。[3]大学生电子设计大赛要求在较短的时间内完成产品的设计、制作、调试,这要求学生之间有明确的分工与合作,一个从事硬件的设计,一个从事软件的设计,一个要制作PCB版与文档的整理。这样学生的团队分工与协作能力自然得以提高,学生个性得到了充分的发展。
4.成功案例
湖南城市学院2008级学生参与2011年大学生电子设计与制作兴趣小组的人数为85人,从中动态选拔参与大学生电子设计大赛训练的人数为30人,最终定下21人组成7个队伍参加全国大学生电子设计大赛。最终7支队伍有2支队伍获得2011年全国大学生大赛全国二等奖,1支队伍获得2011年全国大学生大赛湖南赛区三等奖,4支队伍获得2011年全国大学生大赛湖南赛区优胜奖。
除此之外,参加大学生电子设计培训的学生参加第九届“挑战杯”湖南省大课外学术科技作品竞赛并获得科技发明制作B类三等奖1项,主持湖南城市学院大学生科技创新项目4项、大学生研究性学习和创新性实验校级项目3项、大学生研究性学习和创新性实验省级项目1项。大学生研究性学习和创新性实验省级项目做出了具体的产品并顺利结题,达到了同类产品的先进水平,撰写的论文被科技核心刊物录用,该项目成功结题为省级优秀。[8]
从2008级参加大学生电子设计大赛的学生的就业情况来看,提前签约的学生达45%,且签约单位好。这说明参加大学生电子设计大赛的训练能提高学生的就业率和就业质量。同时也表明经过大学生电子设计大赛的锻练,学生的实践动手能力与创新能力得到了明显的提高。
四、改进与思考
1.建立现代电子创新设计实验室
为了培养学生的创新设计能力,给优秀学生提供良好的学习与研究的环境,展现新思维、新设计的舞台,我们建立了现代电子创新设计实验室,下学期可以正式投入使用。实验室的设备先进,配置比较齐全:提供各种单片机开发系统、嵌入式和FPGA开发版、万用表、数字存储示波器、频谱分析仪以及电源。创新设计实验室面向提高班学生、兴趣小组、参加电子设计竞赛学生等优秀本科生和研究生开放。
2.因材施教,鼓励创新
在电子技术、单片机、嵌入式等实践教学环节中对有创新设计思想、能力较强的优秀学生可以免做普通实验的内容,安排难度较大的实验课题或学生自定课题,要求他们自拟设计方案,实验室提供所需的特殊器件。对实验课题完成较好的学生可以免考,并给予较好的成绩。
3.以省级和校级研究性与创新性项目为依托提高学生的创新能力
湖南城市学院的领导十分重视和鼓励学生创新能力的培养,设立了校创新项目,提供一些必要的资金资助。省级或校级项目能够让学生切切实实地参与到项目中来,这些既能提高了学生分析问题和解决问题的能力,也提高了学生的创新能力。项目的结题还给学生必要的压力与动力,从而既快又好地提升学生的创新意识和创新能力。
五、结论
综上所述,全国电子设计竞赛对推动湖南城市学院的教学改革起到了促进作用。在广泛吸引学生参加、发现优秀人才方面起到了独特作用。通过电子设计竞赛,将有一批优秀人才脱颖而出,学生的实践动手能力与创新能力得到了明显提高,并能取得不错的成绩。当然,获奖不是最终目的,深入持久地进行教学改革,培养学生的实践能力,培养创造性的人才,全方位调动学生学习的积极性,吸引更多的学生参加,这才是参加全国电子设计竞赛的最终目的。
参考文献:
[1]陈荣华,喻成涛.浅谈电子设计大赛对大学生综合能力的培养[J].江西教育学院学报(综合),2007,28(3):60-62.
[2]谢自美,严国萍,柳键.从电子设计竞赛谈课程体系改革与创新能力的培养[C].全国大学 生电子设计竞赛组织委员会,2003:85-88.
[3]王艳,冯小萍.由“电子设计大赛”浅谈对学生专业创新能力的培养[J].科技创新导报,2010,(29):20-23.
[4]花海安.从电子设计竞赛谈课程体系改革与创新能力的培养[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2008,8(4):86-88.
中图分类号:G71文献标识码:A
目前,全国大学生电子设计竞赛成为比较成功的大学生学科竞赛之一,竞赛的规模和影响力越来越大,越来越多的高职院校认识到了这项竞赛的积极作用。同时,通过竞赛,激发了高职院校电子类专业学生对本专业的学习兴趣。
一、对“全国大学生电子设计竞赛”的认知
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,是面向大学生的群众性科技活动,目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革。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。竞赛的组织运行模式为:“政府主办、专家主导、学生主体、社会参与”十六字方针,以充分调动各方面的参与积极性。
二、高职院校学生参加全国大学生电子设计竞赛的意义
1、电子设计竞赛培养高职学生的创新意识。电子设计竞赛为学生实践动手能力的培养搭建了一个平台,利用这个平台学生能理论联系实际,电子竞赛培养了学生的创新能力、协作精神、动手能力并使学生得到了工程训练,提高学生针对实际问题进行设计、制作的能力,激发了学生学习专业课程的兴趣和积极性。
2、电子设计竞赛推动实践教学体系改革和实验室建设。电子设计竞赛与高等学校相关专业的课程体系和课程内容密切相关,组织电子设计竞赛可以推动高职院校电子类专业课程体系的构建、教学内容的更新、教育教学改革和专业实验室建设。竞赛的教学采用开放式实验教学模式,既有时间开放,又有内容开放,有助于学生学习的灵活性和主动性的提高,有助于学生创新能力的培养和增强。
3、电子设计竞赛提高老师的业务能力。电子设计竞赛培养学生的同时,教师也受益匪浅。由于竞赛命题范围广,涉及多门课程,既有硬件又有软件,并鼓励新技术的应用,所以要求指导教师要有更宽的知识面和更丰富的实践经验。为此,老师必须相互学习,共同提高,并要求老师自觉地涉及新知识、新技术。知识和经验的相互渗透和补充使得指导教师的业务素质提高很快,这无疑使教师能够在日常的教学和科研中发挥更重要的作用。
凡参加过电子设计竞赛的毕业生都普遍受到社会的广泛欢迎和用人单位的青睐,尤其是那些参赛获奖的同学更是得到企业的高薪聘用。因为他们是在当前建设创新型国家的背景下,最具有活力、最具有朝气、最富有发散思维、最具有发明创造力和发展潜力的主力军。
三、电子设计大赛在激发高职院校学生学习兴趣中的作用
爱因斯坦有句至理名言:“兴趣是最好的老师”,古人亦云:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”。兴趣是学习的原动力、是学习的催化剂,它对学生的学习有着神奇的内驱动作用,能变无效为有效,化低效为高效。
1、电子设计竞赛就是一种竞技,竞技本身就充满期待,带给人快乐。参加竞赛的学生从选题(或自拟)、教师指导、完成作品,学生自己感觉到每一点进步,都会觉得离胜利更近一步,每一天的努力都是积攒力量,都是为最后决战做着准备,整个过程都充满着艰辛付出后所收获的那份快乐。另外,电子设计竞赛快乐还来自于一种共同战斗的友谊。学生之间,老师之间,师生之间,相互协作、相互鼓励、相互帮助,都在为最后胜利而努力。
2、电子设计竞赛让学生积极期望。积极期望就是从改善学习者自身心理状态入手,对自己喜欢的专业充满信心,自己对本专业产生信心,想象中的兴趣会推动学生认真学习本专业知识和技能,从而导致对本专业真正感兴趣。学生通过参加竞赛,期望获得名次,为求职添彩。
3、满足电子类专业学生和电子爱好者的心理需要。学生参加电子设计竞赛,创新和设计能力大大提高,大开了眼界,并且与外校参赛选手进行交流,从中获取了宝贵的经验。对于拿了奖的学生,获得名次就是一种肯定,对于没拿奖的学生,更是一种动力。
4、电子设计竞赛是一个循序渐进的过程。对参赛学生实践、设计能力的培训是有组织、有计划进行的,基本有一个培训周期,循序渐进地提高学生的各项能力,逐步激发学生的学习兴趣。
四、通过设计竞赛平台,激发高职院校电子类专业学生兴趣
兴趣是最好的老师,有了兴趣,学生学习起来就会感觉到比较轻松,学习由被动变为主动、由消极对待变为自觉探索,学习效率得到有效提高。全国大学生电子设计竞赛就是一项特别能激发学生学习兴趣的学科竞赛。
1、设立“电子设计创新基地开放日”。高职院校在电子类专业新生入学初和学习过程中,定期开放电子设计创新基地,能够帮助电子类专业大一、大二的学生以及电子爱好者了解电子类学科发展趋势与行业发展方向。开放日活动主要包括基地参观、作品展示和电子设计竞赛介绍等。通过大三电子类专业的学生向学弟学妹们介绍和演示了基地的各项电子类作品,如MP3音乐播放器、收音机、客流量计数器、家用电器GSM控制、GPS卫星定位系统、无线传输模块、自动水位控制、自制示波器等多项作品,使参观的学生对这些作品表现出了浓厚的兴趣。活动不仅加深了低年级同学对专业的认识,同时也展示了本校大学生在电子领域的实践成果,很好地激发了学生参加电子设计竞赛和电子类科研项目的热情。
2、组织和动员电子类专业学生踊跃报名参加竞赛。电子设计竞赛应由学校电子类专业所属教学单位专业教师组成教师指导小组,教学职能部门、电子协会积极加以宣传。学生自愿报名参加,经过公平、公正、激烈地选拔,落实最佳人选。这一活动,无疑吸引了一群想施展自己才华的学生,被选上的学生斗志昂然,显示出一定的综合实力,而对落选的学生是一种动力,学好本专业、提高水平的动力,激发了学生学习专业的兴趣。参加全国大学生电子设计竞赛获得成功的学生的学习经历、参赛经历对低年级学生学习兴趣的激发以及增强他们能力意识等方面有良好的辐射作用。
3、成立电子设计兴趣小组。电子设计竞赛与课外科技活动相结合,以电子设计兴趣小组为依托,探索开展科技创新活动的新模式,为学有余力的电子类专业学生和电子爱好者提供创新设计的舞台,培养和提高学生的创新实践能力,为全国大学生电子设计竞赛活动的开展打下良好的基础。利用电子设计兴趣小组这个平台,大力组织开展一些跟电子设计竞赛有关的选修课、讲座、技能训练等活动。
4、鼓励学生积极加入学校社团组织――电子协会。电子协会是学生的一个社团组织,是电子爱好者交流心得和切磋技艺的平台,是选拔学生参加全国大学生电子设计竞赛的摇篮。组织电子协会成员到街道、社区、企业为广大人民群众进行家电义务维修,将所学到的知识回报社会的同时,学生的理论知识得以巩固、技能得以提高、经验不断丰富积累,尽情享受学以致用的乐趣,使爱好和兴趣不断加深。
5、高职院校教师应注重提高自身实践能力。提高实践能力是高职院校教师尤其是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。电子类专业教师要积极参与学生电子设计竞赛的带队指导工作,通过组织学生参加全国大学生电子设计竞赛,不仅锻炼了参赛学生的综合能力,而且对指导教师的教学水平和实践能力的提高也有极大的促进作用。高职院校教师只有提高了自身实践能力,具备更高的教学水平、科研能力,学生才能在与其学习中,有一个良好、正确的导向,有实质性的提高与进步,教师的人格魅力才能吸引学生,使学生对本专业产生浓厚的兴趣。