大學生電子競賽與綜合能力培養探討

劉曼玲+彭衛韶+曹宏宇

摘要：湖南省與全國大學生電子設計競賽每年交叉進行，具有一定的權威性和影響力，也吸引了許多的電子愛好者、優秀大學生參賽，并在省賽與國賽中取得了不少驕人的成績。本文介紹中南大學選拔、組織與培訓學生的經驗，以及提高大學生綜合能力的方法，促進高等教學改革與創新。

關鍵詞：電子競賽組織培訓綜合能力教學改革

全國大學生電子設計競賽是由教育部高等教育司和信息產業部人事司主辦的四大學科競賽之一，是一項全國性的大學生群眾性科技活動，旨在推動全國普通高等學校的課程體系與課程內容的改革[1]，培養大學生的創新創造能力、團結合作的精神、理論聯系實際的作風，為普及課外科技活動和服務現代化建設打下良好的基礎與平臺。

一、學生選拔

為了更好地搞好電子競賽，中南大學一般從電子愛好者和成績好的大學二年級的學生中選拔，電類與非電專業的學生均可以參與，讓他們在具備一定的電子技術、編程語言等理論基礎和參加電工與電子實驗、實踐后進行，效果會比較好。首先在全校采取自愿報名、三人自由組合成隊的形式進行，因為省賽和國賽都是以團隊參賽。第一輪選拔以三人組的形式進行，主要考察學生的理論基礎、創新意識，如果能結合自身專業的特點則更好！這需要學生在網上和圖書館查閱資料，具有初步的設想。進入實驗室后再重新組隊并注意優勢互補、結構合理：如高年級與低年級的學生組合；參過賽的與未參過賽的學生搭配；軟件編程方面強的與擅長硬件的同學配合等，從而實現良好的“傳、幫、帶”，保證競賽隊伍和實驗室的穩定發展與持續繁榮。在經過實驗室的一段培訓后，在比賽前幾個月再對學生進行第二次選拔，這時要求學生做出實際的產品：如小車、電源、機器人等，由帶隊老師進行現場測試，并在網上公示入圍參賽者名單。

二、組織培訓

經過選拔后的學生，需要全方位進行組織培訓。首先是要有一支專門的競賽指導教師團隊，各類項目擁有各自領域的專家教授。通過邀請不同專業的老師做專題講座，拓寬學生的專業局限與思路，更快、更好地掌握科學技術的發展前沿。中南大學凝聚了一支有著豐富的實踐經驗、樂于奉獻、富有熱情、不求回報的師資隊伍，為大學生電子競賽提供了基本保證。如每一個三人組配備一個指導老師，建立了各類QQ群，定期組織師生、生生之間的交流活動：開會、討論與溝通，包括以前獲獎學生的經驗介紹、電子愛好者的知識分享、創意交流和協同創造等。

1.培訓目標

電子競賽實際上是一個綜合能力培養的過程，要開拓大學生思維，讓他們接觸技術前沿與多專業綜合性知識，了解當今先進的電子設計理念以及先進的技術，能夠分析復雜的電子電路；具有較強的實踐操作能力，熟練掌握焊接技術、整機布線技術以及機械組裝手法；熟悉一些常用的傳感器，譬如電機光電編碼器等；會機器人常用的控制手法，包括軟件嵌入式控制和硬件電路控制；掌握總線技術和接口技術，并且能夠熟練地運用在電子電路中，形成電路的模塊化設計，特別是串行通信技術，會使用一般的信號與系統分析手段；培養學生了解EDA的一般開發流程；具備相關操作系統、計算機組成原理等理論知識，能夠熟練使用Linux操作系統及相關GNU工具鏈，并能進行一般的EDA項目開發；會運用Altium Designer設計PCB電路板，了解PCB板布線的原則，掌握穩定硬件電路的布線規則，并且能設置AD軟件的規則；能熟練使用Keil uVision5、Eclipse、IAR軟件開發ARM微控制器；掌握常用的微控器的編程語言，能特別熟練編寫C語言，熟悉VHDL語言；要求學生了解嵌入式項目開發的一般流程；掌握各類主流單片機和DSP器件的使用特性，能夠熟練搭建和使用相關開發測試環境；可以進行一些較為簡單的嵌入式系統的開發；掌握構建機械框架的基本方法，能利用SolidWorks設計出需要的機械圖紙。

2.理論培訓

在培訓目標的基礎上，要求學生學習電路理論、數字電子技術和模擬電子技術，并且自學與電子電路設計方面的基礎知識；能利用基礎知識學習與電子設計相關的專業課程，以達到舉一反三的效果，養成自主學習知識并且利用知識的好習慣；學習自動控制原理，并且能利用基本的控制知識，掌握控制的基本方法，具有創新的基礎知識儲備庫；學習微機控制原理，著重學習接口技術與串行通信技術，構建微控制器基本構建框架，學習微控制器的基本設計理念；學習MATLAB系統仿真與建模，深入學習Simulink，學習一般的系統建模方法，利用強大的Simulink仿真平臺設計一般的控制系統；自學信號與系統，學習分析系統的方法；學習電機拖動，并能利用電機的知識設計機器人的電機驅動，分析電機的參數，利用電機的參數，結合自動控制原理對電機進行相應的閉環或開環控制；學習機械及其自動化專業知識，利用機械設計的知識構建機器人的一般框架，設計整個系統的搭載體；系統學習相關Verilog HDL語言的基本知識，自主學習EDA開發工具和仿真工具的使用，補充相關基礎知識，自學Linux操作系統相關知識和技能，利用該項目實現對SOPC技術和IP核的移植學習。階段學習Altium Designer軟件，逐步學會設計集成原件庫、原理圖、PCB電路板，到相關網站學習先進的硬件電路板設計規則。學會查詢需用到的芯片的使用方法，能看懂芯片手冊；學習SolidWorks軟件的使用方法，并利用SolidWorks平臺設計出機械框架。

3.實踐培訓

實踐環節主要包括機械組裝和電路板焊接。電路板焊接需要進行理論教學和現場試驗，學習PCB板的構造、焊錫點的特性以及焊錫的溫度曲線。學習利用焊臺和焊槍焊接電子元件；學習回流焊儀器的操作方法，利用焊錫的溫度曲線設置適當的焊接時間，保證焊點結實、不虛焊。機械組裝包括機械元件的拼裝和線路的走線。學會機械組裝的規律以及規定的方法，規范使用工具，養成良好的操作習慣。熟練學會一般的機械結合線路布局的設計方法，利用理論知識完成機械內的電路走線。會使用各種儀器設備查找故障并迅速排除。

三、綜合能力培養

在電子競賽中能取得比較好的成績的團隊都具有刻苦努力、創新創造、團結合作、理論扎實、身體過硬的綜合能力。

由于競賽培訓采取日常同學們利用業余時間到實驗室工作的方式進行，需要學生具有對電子學的熱情，自愿犧牲娛樂與休息時間進行科學研究。在遇到各種問題時，具備不折不饒的求索精神。如無人機的程序是開源的，但要看懂別人的程序設計則需要花費一段時間，只有在弄懂他人已有的設計基礎上，才能進行創造性的改造與更新。

在一個團隊里雖然有分工，但也要相互幫助與合作。以電源題為例，將其分成三塊分別由三人負責：主電路與驅動、輔助電源與檢測、控制，但全組人員都參與電路設計，使電路設計與程序設計能有機結合，讓對整體方案了解且參與所有過程的同學撰寫設計報告。在遇到困難時，需要團隊的精誠合作與集思廣益，而不是相互埋怨與指責。尤其是比賽時，參賽選手必須具備良好的心理素質，沉著冷靜、大膽心細，秉持把損失降到最小的原則去完成比賽，力爭取得好的成績。比賽要把握全局，有結果很重要，但不要一味追求指標而造成不可挽回的結果。

培訓的過程，實際上是一個從理論指導實踐，再從實踐上升到理論的螺旋式的升華過程。學生除了會利用百度、谷歌常用的搜索方法之外，還要學會從中國知網、萬方數據庫中查找中外資料、碩士論文、博士論文等。學生更要好好地利用圖書館中的藏書資源以及各種電子網站提供的芯片、應用筆記與數據手冊等。在大多數電子競賽前，一般會先告知比賽要用到的主要芯片，這些芯片相應的數據手冊和開發資料一般可以從生產廠家的網站上獲得[2]。

由于電子競賽實踐性很強，有時與理論還有一段的差距。因此，在比賽前，參賽團隊最好能夠進行幾次完整的電路設計，按照比賽的題目要求，在規定的時間內練習完成，并且粗略估計自己的得分。在實訓過程中能發現這些題目的通性，也可以積累一些經驗教訓，迅速排除比賽過程中容易出現的錯誤。同時找到適合自己團隊的模式，一些既定的模塊方案可以直接確認，減少比賽過程中在方案確定上產生的分歧，提高效率。

比賽既是能力戰，又是一場體力戰。大部分電子競賽實訓，都集中安排在暑假進行，這時氣溫高，在實驗室工作的時間又比較長，如果身體比較弱的話，就很容易中暑，所以平常學生要注意鍛煉，保持自己的精力，休息和飲食也很重要。其次就是心態了，這個自己要會調整并互相幫助。無論比賽能不能拿獎，都要保持一顆平常心，以最好的精神狀態參與，也要做好隨時可能會有意想不到的情況發生的心理準備。

事實證明：凡是參加電子競賽訓練的學生，無論是否獲獎，他們查找資料，學習新知識的能力，發現問題與解決問題的能力都有了較大的提高；在軟件調試、硬件制作與排除故障等方面尤為突出。獲獎的同學更是增強了自信心，能力和素質等得到了全面的提升，受到了保研高校與用人單位的歡迎，也給學弟、學妹們作出了表率，將成功的經驗與低年級學生分享，起到了榜樣和示范作用，帶動電子競賽走向良性循環！

四、教學改革

電子競賽對高校的電工電子的教學內容、教學方法與教學手段也提出了更高的要求。近幾年，中南大學首先在教材方面進行改革，實現創新與創造、引導與思考、理論與應用的有機結合，將教材編寫的重點放在重應用、重技能、重素質等方面，使學生對與生產過程緊密聯系在一起的電氣、電子工程技術有清晰的概念和明確的了解，并引起足夠的興趣與重視。重編了電工技術、模擬電子技術、電工學、電工電子實驗等系列教材[3]。

為了搞好電子競賽，中南大學對實驗內容、競賽場地也進行了改革與建設，每年由學校撥款及時更新補充一批高精度高水平的測試設備，保證學生競賽練習的順利進行。同時，也會將最先進的實驗設備和測試方法引入到實訓中。每年還申請了開放基金，通過節約及合理使用實驗室的實材費，留一部分資金專門用于創新實驗室元器件的購買，為電子競賽的正常運行提供可靠的資金保證。

中南大學現有創新實驗室四間，面積達400m2，專有設備共計300多臺，有一大批高精度的示波器、信號發生器、頻譜分析儀、高頻信號發生器、電子負載儀等電子設備供學生學習和研究使用。具有完整的一套制板儀，學生在該制板儀上可以完成PCB生產全過程，充分學習和了解電路板的制造過程；并且對于制作電路板樣板進行前試驗來說，可以節約成本。同時，電工電子實驗中心所有設備均實現資源共享。通過大型虛擬實驗仿真與預習平臺建設，為開放實驗、學科競賽與創新活動等提供電路仿真支持，平臺在自定義增加仿真模型之后，可以無限擴展；為學生提供大規模數字集成電路的設計方法、設計理念、設計流程及工具的培訓，為學生工程實踐能力、創新思維和創新能力的培養將發揮積極作用。

積極組織和培訓學生參加湖南省和全國大學生電子設計競賽，不僅促進了高等教育的改革與創新，激發了學生學習的主動性與積極性，而且也提高了參賽學生的創新意識、工程實踐能力和團隊協作精神，其綜合素質也得到了較大的升華！為進一步進行科學研究和適應社會工作打下了良好的基礎。與此同時，指導競賽教師也得到了較好的鍛煉，可以充分展現自己的才能，為培養現代化人才做出更大的貢獻！

參考文獻

[1]付艷清.依托全國大學生電子設計競賽促進實驗教學改革和創新能力的培養[J]，教育教學論壇，2011（1）：17-18.

[2]黃磊.大學生電子競賽的組織和培訓[J]，中國現代教育裝備，2011（13）：129-130.

[3]劉曼玲，姜霞.電工學（多學時）[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

作者簡介

劉曼玲（1960-），女，中南大學，副教授，碩士研究生導師，從事電工電子技術的研究與教學工作。