試議電子競賽與高校電子學(xué)科卓越工程師培養

論文摘要：針對我國高校工科學(xué)生普遍存在的高分低能、創(chuàng )新意識薄弱和缺乏實(shí)踐能力等問(wèn)題，結合高校卓越工程師教育培養計劃的要求，分析了大學(xué)生電子競賽對學(xué)生能力培養、造就卓越工程師的重要作用，提出了在高校電子學(xué)科中大力開(kāi)展大學(xué)生電子競賽，以滿(mǎn)足未來(lái)創(chuàng )新性工程技術(shù)人才培養的需要。

論文關(guān)鍵詞：電子設計競賽；卓越工程師培養；實(shí)踐能力；創(chuàng )新能力

為解決高校工科教育重理論、輕實(shí)踐、畢業(yè)生工程能力缺乏的現實(shí)問(wèn)題，培養一批適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng )新型工程人才，教育部于2010年6月啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養計劃”（簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計劃”）。卓越計劃擬用10年時(shí)間培養數百萬(wàn)高質(zhì)量的各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為建設創(chuàng )新型國家，實(shí)現工業(yè)化和現代化奠定人力資源優(yōu)勢。卓越計劃具有三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養過(guò)程，二是學(xué)校按通用標準和行業(yè)標準培養工程人才，三是強化培養學(xué)生的工程能力和創(chuàng )新能力。目前，教育部已在全國65所高校中開(kāi)展了卓越計劃的試點(diǎn)工作，鄭州大學(xué)名列其中。

在當前高校學(xué)生普遍缺少工程實(shí)踐環(huán)節、動(dòng)手能力較差的情況下，如何突出專(zhuān)業(yè)特色，培養創(chuàng )新精神，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，造就社會(huì )所需的卓越工程師將是卓越計劃實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題，也是工科高等教育發(fā)展需要探索的重要課題。

對于高校工科電子類(lèi)學(xué)科來(lái)說(shuō)，參加大學(xué)生電子競賽，利用電子競賽改革課程教學(xué)體系、完善實(shí)驗設備、培養學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣、工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力，改變學(xué)生的工作方式、工作思維、工作效率、協(xié)作能力將是實(shí)施卓越計劃的重要途徑。

全國大學(xué)生電子設計競賽是1993年由原國家教委倡導的在全國普通高校組織開(kāi)展的四大學(xué)科競賽之一，是培養學(xué)生創(chuàng )新能力和提升就業(yè)能力的一個(gè)有效手段和途徑。在歷年的比賽中，參賽學(xué)生數量巨大，受益匪淺，不僅加深了對專(zhuān)業(yè)知識的掌握能力，而且培養了創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力。

一、大學(xué)生電子競賽概述

全國大學(xué)生電子設計競賽每逢單數年的9月份舉辦，賽期4天，目前已主辦九屆。競賽采用全國統一命題、分賽區組織，通過(guò)“半封閉、相對集中”的方式進(jìn)行。競賽以三人作為一隊，以隊為基本單位獨立完成競賽任務(wù)。

每屆電子競賽包括6～8道題。內容以模電和數電設計為主，涉及模-數混合電路、單片機、DSP、ARM、可編程器件、EDA軟件和PC應用。題目包括理論設計和實(shí)際制作調試兩部分，一般具有工程應用背景，實(shí)踐性強、綜合性強、技術(shù)水平發(fā)揮余地大。所涉及的專(zhuān)業(yè)課程包括：電路原理、模擬、數字電子技術(shù)、單片機原理、可編程器件設計、電子測量、計算機控制等；實(shí)踐性教學(xué)有：電子線(xiàn)路實(shí)驗課、單片機原理實(shí)驗課、課程設計、生產(chǎn)實(shí)習、實(shí)訓等；可選用器件有晶體管、集成電路、大規模集成電路、可編程邏輯器件等；設計手段可采用傳統，也可采用現代電子設計工具。電子設計競賽反映了電子技術(shù)的先進(jìn)水平，注重培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新設計能力。而這正是卓越工程師培養過(guò)程中所必需的內容。

二、大學(xué)生電子競賽實(shí)戰

大學(xué)生電子競賽需要在四天三夜的短暫時(shí)間內完成一套符合功能要求的電子設備。競賽過(guò)程一般包括如下幾步：題目選擇、系統分析及整體方案設計、子系統設計與制作、系統綜合、制版與裝配、調試與測量、完成作品和設計報告等。

各部分完成的具體任務(wù)如下：

1.題目選擇

主要是明確題目的設計任務(wù)、系統功能和指標，在此基礎上選擇最熟悉和最有條件完成的題目。題目選擇需對題意仔細分析，主要包括題目需完成的任務(wù)、系統功能、性能指標等方面。

2.系統分析及整體方案設計

根據題目的具體功能需要對系統進(jìn)行整體構建，采用層次分析法和模塊化方法，劃分系統的功能子模塊。同時(shí)對各子模塊之間的數據關(guān)系和接口進(jìn)行定義、設計。在進(jìn)行模塊劃分時(shí)，強度模塊內部高的內聚性，模塊之間低的耦合性。

3.子系統設計與制作

對每個(gè)子系統進(jìn)行分析和設計。先通過(guò)查閱資料提出幾種不同原理的方案；然后再從功能、技術(shù)指標、元器件、完成時(shí)間等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合，選擇一個(gè)最優(yōu)的方案。在方案確定以后，畫(huà)出子系統的硬件設計電路圖，并完成子系統的相應程序。

4.系統綜合

在完成各個(gè)子系統的設計后，對系統整體進(jìn)行綜合實(shí)現，包括各個(gè)模塊及其數據接口。繪制系統整體的硬件電路圖，完成系統整體軟件的編制。

5.制版與裝配

即實(shí)際硬件的制作，包括繪制電路板圖、腐蝕電路板，并進(jìn)行裝配等工作。對于模擬部分，特別是高頻部分，制版時(shí)要考慮電磁干擾。因此，需通過(guò)覆銅、模地和數地分離等方法降低電磁干擾的影響。對于高頻數電部分也要采取覆銅、避免環(huán)路等方法降低干擾。

6.調試與測量

先進(jìn)行外觀(guān)檢查，用萬(wàn)用表檢查是否短路，再進(jìn)行通電檢查。調試時(shí)應先調試各部件，然后整機調試，最后測試技術(shù)指標。先測部件或分機指標，再測整體指標。

三、電子競賽對學(xué)生能力的培養

1.提升學(xué)生工程實(shí)踐能力

目前，高等工科院校的教學(xué)以理論為主，一般采取先理論后實(shí)驗的方式。實(shí)驗以演示實(shí)驗和簡(jiǎn)單連線(xiàn)居多，對學(xué)生實(shí)踐能力提高幫助甚微。很多學(xué)生幾乎未接觸過(guò)任何專(zhuān)業(yè)電子設備。因此，工科學(xué)生不會(huì )用電烙鐵和萬(wàn)用表等基本設備也就是很正常的事情。而參加電子競賽必須要制作實(shí)際的電子設備，因此，要求學(xué)生能夠使用常用的電子儀器設備進(jìn)行元器件選型、電路板制作調試等各種復雜的工程實(shí)踐。從某種意義上來(lái)說(shuō)，電子設計競賽可看作是高校電子類(lèi)學(xué)科真正的工程實(shí)訓。通過(guò)電子競賽，學(xué)生對實(shí)際元器件和電子設備制作方法均有深刻認識，其動(dòng)手能力明顯提升，從而解決了卓越工程師培養過(guò)程中工程實(shí)踐能力缺乏的難題。 2.加強學(xué)生創(chuàng )新能力培養

由于電子學(xué)科是實(shí)踐性非常強的學(xué)科，其與生產(chǎn)生活緊密結合。參加大學(xué)生電子競賽將促使學(xué)生加深對本專(zhuān)業(yè)知識和技能的理解。同時(shí)，由于大學(xué)生電子競賽題目均具有一定的復雜性和創(chuàng )新性，將促使學(xué)生迎難而上，開(kāi)拓思維，不斷創(chuàng )新。學(xué)生只有通過(guò)在現有知識基礎上的不斷創(chuàng )新，才有可能突破競賽題目的瓶頸，取得滿(mǎn)意的競賽效果。因此，從某種意義上來(lái)說(shuō)，大學(xué)生電子競賽并不是簡(jiǎn)單的電子制作競賽，而是對學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力的一次集中強化訓練。其成功開(kāi)展將極大激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新熱情和能力，為卓越工程師培養提供取之不盡的創(chuàng )新源泉。

3.加強學(xué)生對專(zhuān)業(yè)知識和技能的掌握

目前，學(xué)生對所學(xué)理論普遍缺乏深刻的認識和理解，對理論的實(shí)際應用缺少直觀(guān)的了解，學(xué)習積極性和興趣一般不高。而大學(xué)生電子競賽的準備和實(shí)戰過(guò)程中將涵蓋高校電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的大部分專(zhuān)業(yè)基礎課和專(zhuān)業(yè)課，是一次理論的集中運用，也是學(xué)生學(xué)以致用、檢驗所學(xué)知識的絕佳場(chǎng)合。電子競賽也使學(xué)生加深了對專(zhuān)業(yè)知識的理解和認識，并提高了深入學(xué)習專(zhuān)業(yè)知識的積極性。即學(xué)生對專(zhuān)業(yè)知識的態(tài)度由無(wú)興趣到有興趣，發(fā)生了根本的改變。通過(guò)往屆對參加電子競賽學(xué)生的跟蹤調查發(fā)現，參加電子競賽的學(xué)生，其專(zhuān)業(yè)技能的熟練掌握程度明顯高于未參加電子競賽的學(xué)生，并且普遍成為本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)能手。

4.加強理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)

目前，我國高等工科教育的教與學(xué)兩方面均存在重理論輕實(shí)踐的風(fēng)氣。老師以理論講解為主，對理論的實(shí)際應用只是簡(jiǎn)單描述。而學(xué)生學(xué)習以掌握理論、獲得高分為目的，因此高分低能現象比較普遍。很多學(xué)生學(xué)完了單片機卻連基本的“跑馬燈”實(shí)驗也不會(huì )，理論與實(shí)踐嚴重脫節。而大學(xué)生電子競賽試題內容涵蓋了電子學(xué)科主要的專(zhuān)業(yè)課程，參賽者必須將所學(xué)理論全部應用到實(shí)際設計過(guò)程中才能圓滿(mǎn)完成競賽試題。理論與實(shí)際的緊密結合對于解決競賽中的瓶頸問(wèn)題將起到關(guān)鍵作用。

四、電子競賽對卓越工程師培養的影響

1.工作效率

大學(xué)生電子競賽將提高學(xué)生的工作學(xué)習效率。由于電子競賽需在短短的4天3晚完成一套具有一定功能指標的設備，因此需要參賽者夜以繼日、爭分奪秒的工作。有些學(xué)生甚至每天只睡2個(gè)小時(shí)。而這種惜時(shí)如金的工作方式在高校的其他學(xué)科競賽及教學(xué)活動(dòng)中幾乎沒(méi)有，這對于提高學(xué)生工作效率、改變拖拉懶散的工作作風(fēng)具有促進(jìn)作用。眾所周知，隨著(zhù)市場(chǎng)競爭日趨激烈，追求效率已成為各企業(yè)提高競爭力的重要手段。實(shí)際工程項目工期一般較短，客觀(guān)上要求工程設計人員具有較強的時(shí)間觀(guān)念和較高的效率。而參加大學(xué)生電子競賽將提高學(xué)生的時(shí)間觀(guān)念和工作效率，使學(xué)生更好地融入工程實(shí)踐中，為培養高效率的卓越工程師提供保障。

2.工作方式

學(xué)生通過(guò)參加大學(xué)生電子競賽，將完成第二節所述競賽實(shí)戰全過(guò)程。而以上過(guò)程是電子信息領(lǐng)域實(shí)際工程項目的一個(gè)簡(jiǎn)單濃縮。通過(guò)以上過(guò)程的鍛煉，學(xué)生不僅設計了符合功能要求的電子設備，也學(xué)習到電子信息領(lǐng)域的工程設計方法和實(shí)際工程的開(kāi)展方式。這種競賽驅動(dòng)下的實(shí)踐，相對于教科書(shū)枯燥的理論說(shuō)教具有更深刻的意義，能夠極大地提高學(xué)生的實(shí)際電子工程設計能力。參加過(guò)電子競賽的學(xué)生到企業(yè)，只需簡(jiǎn)單培訓即可上崗工作，這一點(diǎn)已被各高校和廣大企業(yè)實(shí)踐所證實(shí)。以至于有些企業(yè)在招聘中直接把參加大學(xué)生電子競賽作為一個(gè)重要的聘用條件。因此，電子競賽將改變學(xué)生工作設計方式，為造就卓越工程師提供技術(shù)保障。

3.工作思維

大學(xué)生電子競賽試題不僅有基本功能，還有擴展功能。而擴展功能一般帶有一定的性能指標。要想獲得較高級別獎勵，需要完成擴展的指標性功能。這種競賽方式改變了高校電子類(lèi)學(xué)科實(shí)驗一般只重功能而忽略技術(shù)指標的現狀。在真正的工業(yè)電子產(chǎn)品中，功能只是基本，而穩定性、誤差、精度等指標才是決定產(chǎn)品質(zhì)量的真正因素。因此，電子競賽以技術(shù)指標來(lái)要求競賽者，將與電子行業(yè)的工程實(shí)際標準相吻合，使得學(xué)生的競賽設計行為與未來(lái)的工程實(shí)際設計相符，將扭轉電子類(lèi)學(xué)生普遍重功能、忽略性能指標的現狀，使得學(xué)生在未來(lái)的電子設計活動(dòng)中更多地考慮性能指標，與實(shí)際工程接軌。大學(xué)生電子競賽將改變學(xué)生的工作思維方式，使其與卓越工程師的培養目標相一致。

4.團隊協(xié)作

大學(xué)生電子競賽是以3人作為一個(gè)團隊參加比賽。每一個(gè)參賽隊就好比是一個(gè)工程項目組。因此，參賽選手需要緊密團結、共同努力、分工合作、互相協(xié)助才能較好地完成電子競賽任務(wù)。在每個(gè)團隊內部，需根據隊員的特點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行合理分工，包括總體軟硬件設計者、分模塊設計者等?？傮w軟硬件設計者實(shí)際上相當于項目負責人，技術(shù)上需要具有項目的整體設計能力，同時(shí)要有團隊的組織和領(lǐng)導能力。而其他兩名隊員將作為團隊的技術(shù)骨干，配合負責人完成整個(gè)制作任務(wù)。這種團隊協(xié)作的開(kāi)發(fā)模式本質(zhì)上與實(shí)際工程的項目團隊制完全吻合。實(shí)際工程中，每個(gè)項目建立一個(gè)項目組，由項目經(jīng)理領(lǐng)導并負責，按照既定的計劃和分工開(kāi)展項目實(shí)施工作。因此，以團隊的形式參加大學(xué)生電子競賽將改變學(xué)生以自我為中心的學(xué)習和工作模式，使學(xué)生提前適應未來(lái)的團隊工作模式。因此，參加大學(xué)生電子競賽將為卓越工程師的培養提供組織上的保障。

五、結束語(yǔ)

通過(guò)本院對多屆參加大學(xué)生電子設計競賽的學(xué)生進(jìn)行跟蹤調查發(fā)現，參賽學(xué)生普遍具有較強的工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力，已成為各用人單位和研究生培養的青睞對象。大學(xué)生電子競賽已經(jīng)為高校電子類(lèi)卓越工程師的培養提供了一條重要途徑。因此，需要在高校電子學(xué)科中大力開(kāi)展大學(xué)生電子競賽，以滿(mǎn)足未來(lái)創(chuàng )新性工程技術(shù)人才培養需要。