基于學科競賽的電子信息類創新人才培養研究

劉 恒劉建成孫冬嬌劉洪清

1.南京信息工程大學電子與信息工程學院 江蘇南京 210044 2.南京信息工程大學教務處 江蘇南京 210044

學科競賽作為培養大學生應用與創新能力的重要手段，是鍛煉學生動手能力、培養創新能力等綜合素質的重要平臺[1]。學科競賽的開展，在促進學科建設和課程改革的同時，必將引導高校在教學改革中注重學生創新意識、創新能力、實踐能力、團隊精神的培養，提高學生分析問題以及解決實際問題的能力，勢必會吸引和鼓勵越來越多的學生踴躍參加課外科技實踐活動，從而為大批優秀人才脫穎而出創造條件[2,3]。

以培養學生實踐創新能力為目標，提升教育教學質量為宗旨，我們積極構建了以學科競賽與教育教學改革相結合的新型人才培養模式，以大學生電子設計競賽為主要抓手，重點突出學生的主體地位，提倡專業教師指導和自主學習相結合，注重培養學生的實踐能力和創新能力。讓學生在競賽過程中，開闊視野、取長補短、團結協作、互相學習，以學科競賽促進教學質量提高，以教學質量提高提升學生創新能力。以競賽指導促進青年教師的工程實踐能力提升，提高教師承接橫向課題能力，解決工程應用技術難題，促進社會經濟發展。

學科競賽是衡量高校辦學水平的一項重要評價手段，實踐證明其有力地促進了高等學校教學水平評估中有關教學指標的落實[4]。舉辦全國大學生電子設計競賽是為了促進高等教育電子信息類教學改革，提高電子技術相關課程的教學質量，衡量和評價各高校電子信息類專業教學水平，落實高校教學水平評估中有關電子信息類課程教學的各項指標[5]。近些年，高等教育各類評估中，學科競賽的結果被評估專家作為考查學生實踐能力和創新能力培養的重要因素[6,7]。

南京信息工程大學自2001年參加大學生電子設計競賽以來，截至2011年底，11年間獲得大學生電子設計競賽江蘇省一等獎總計10項，最好的成績是2007年的全國二等獎1項，每年的指導教師不固定，很多老師指導一年沒有獲得好成績就不再參與指導，學生普遍反映指導教師對競賽的指導有限。

圖1　近六年大學生電子設計競賽成績

自2013年引入以學科競賽促進創新人才培養的新模式以來，學校的大學生電子設計競賽成績也不斷創造新高。2013年獲得全國一等獎1項，全國二等獎1項，江蘇省一等獎2項，江蘇省二等獎11項，獲獎率100%，實現了我校在大學生電子設計競賽中全國一等獎“零”的突破；2014年17支參賽隊伍獲得江蘇省一等獎6項，二等獎8項；2015年21支參賽隊獲得全國一等獎3項，全國二等獎4項，江蘇省一等獎2項，二等獎11項；2016年23支參賽隊獲得江蘇省一等獎9項，省二等獎12項；2017年23支參賽隊獲得全國一等獎2項，全國二等獎3項，江蘇省一等獎4項，省二等獎10項，成績見表1。近六年，平均獲獎勵率為92.0%，遠高于平均48%的獲獎率；近三年，電子設計競賽的綜合獎項數穩居江蘇高校的前3名。

競賽工作取得的出色成績得到了大賽組委會和兄弟院校領導和教師的認可，2016年學校第一次承辦了江蘇省大學生電子設計競賽的測試工作，越來越多的校外師生注意到南京信息工程大學在學科競賽方面的綜合能力，許多參賽高校，如南京大學、南京農業大學、金陵科技學院、淮安職業技術學院等領導、教師到學校就競賽工作訪問交流，一致推崇我們的培養模式。

在良性循環的教學模式支撐下，越來越多的電子與信息學院以外的學生參加比賽獲獎，學生在課余時間也開始主動走出宿舍，積極走進實驗室，經常出現開放實驗室一機位難求，晚上開放結束，學生久久不離開的場景。大學四年，參加一期長望電子設計競賽班培訓和校內外電子設計競賽成了很多學生大學規劃的目標。在新的培養模式推動下，電信院50%的學生積極參加到省、校、院三級大學生創新創業計劃訓練項目中來，學生第一作者和教師合作完成的科研論文、專利授權、軟件著作權登記每近成倍增長。在學生中形成了你追我趕的良好學習氛圍，越來越多的學生培訓后參加“飛思卡爾”智能車、全國大學生機器人、全國虛擬儀器、全國大學生物聯網等比賽，屢獲佳績，作為基礎性工程實踐培訓，創新模式教學讓學生擁有了更多的專業自信，能快速融入各類學科競賽。培訓后讀研的學生得到了“985”“211”高校和科研院所的高度評價，就業的學生也不斷收到用人單位的好評反饋，許多國內外知名企業開始來學校預約招聘人才。

作為指導教師，特別是年輕的指導教師，在新的教學模式下，學生工程實踐能力不斷提高，無形中，再學習提高的壓力增大。教師從被動學習轉換為主動學習，不斷走出去和企業交流工程需求，承擔的橫向課題越來越復雜，橫向科研到賬經費占比越來越大，為本科生和研究生的培養創造了良好的科研環境，促進了教師和學生的科研產出。同時，指導教師主動走出去，參加了各類實踐教學技能大賽，獲得了全國高等院校教師資格大賽電子技術應用與創新賽項全國一等獎、 全國二等獎，實踐技能得到參賽老師的高度評價。

1 創新性人才模式的實施

1.1 依托學科競賽需求　推進創新實驗室建設

依托大學生電子設計競賽培訓和比賽需要，學院規劃了6間實驗室專門為學科競賽和開放實驗室用。其中培訓授課實驗室為2間，每間固定45個工位，其中電子系統設計實驗室每個工位配置有數字存儲示波器、信號發生器、直流穩壓電源、數字萬用表、恒溫焊臺、電工工具等。公共配有掃頻儀、頻譜分析儀、PCB熱轉印機、鉆臺、熱風焊槍等，滿足比賽硬件設計和焊接組裝培訓使用。EDA仿真實驗室每個工位配有臺式電腦，預裝有PROTEUS，Protel，MATLAB，Office等軟件，能滿足原理圖繪制、電路仿真、PCB設計、數據處理、設計報告寫作和匯報PPT準備等需要。為了實現更科學化的管理和提高實驗室利用效率，周一至周五，需要提前預約時段上工位，工位電源通過學生一卡通控制，學生刷卡才可以利用儀器設備和耗材資源。另外4個實驗室專門為賽前分類集訓和比賽使用，相同實驗類型的學生方便知識技能交流和共享。

學校教務處和實驗設備處為競賽耗材提供經費支持，培訓和開放期間，低值耗材如電阻、電容、電感、芯片等采用學生不登記自領自用，專門高值芯片和模塊、設備采用登記借用方式使用。學生在培訓和開放期間不用擔心設計費用，只要老師認可設計方案，就可以利用實驗室耗材開展學習，極大激發了學生的學習熱情，學生沒有經費擔憂。

另外，學校會同教務處制定相關政策，提供指導教師競賽培訓和指導津貼、學科競賽獎金、學院實驗耗材經費配套。

1.2 完善獎懲制度　選拔固定指導教師隊伍

針對教師投入程度不足的問題采取了4項措施：

(1)篩選固定指導教師，明確團隊成員責任。指導教師從攤派式變為篩選固定指導教師組成指導團隊，以實驗中心專職教師為主，配有工程實踐經歷的專職教師。明確指導教師職責，解決了出工不出力的現象。

(2)明確指導方向。每名培訓老師都有所特長和側重，根據教師的經驗積累和科研方向確定其指導方向，劃分成儀器儀表、高頻寬帶放大器、控制類等類別，有針對性地準備器件、收集題目、分析方案、整理資料、推進過程，解決了指導能力不足的問題。

(3)建立值班制度。開放期間安排教師輪流值班，值班教師負責答疑和記錄進展，實驗員負責考勤，指導教師每周需提交總結，解決了訓練過程松散的問題。

(4)補償教師付出。通過發放指導津貼、值班津貼、學校學科競賽獎、學院配套獎勵、評優優先推薦等多種手段，解決指導教師待遇問題。通過4項措施的推行，指導教師的工作積極性明顯提升，主動提高指導能力。

針對學生積極性不高，教務處制定了學分兌換、評優加分、推免保研等針對學生的鼓勵參與制度。學生在政策的鼓勵下，積極性明顯提高，參賽隊伍人數明顯增多，計劃每期培訓150人，報名人數達到600～700多人，規劃參賽隊伍20支，結果總超出5～6支。

1.3 標準化學生選拔、培訓、指導流程

學校自2013年5月開始選拔愛好電子設計方面并學有余力的學生組建長望電子設計競賽班，培養大學生的創新能力、協作精神，加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際問題進行電子設計、制作的綜合能力，為優秀人才的脫穎而出創造條件。培訓時間為每年10月底至次年的5月。競賽組織培訓流程見表1。

表1　培訓及競賽組織流程

1.3.1 組班規模

每年選拔120名學生參加培訓，其中面向對象主要為大二學生，約占70%，大三學生約占20%， 大一學生約占10%。

競賽班學生實行動態淘汰增補機制，凡出現以下情況之一者，均退出實驗班。(1)本學期有兩門專業課程不及格；(2)實驗班學期綜合考評在良好以下者；(3)違紀受警告(包括警告)以上處分者；(4)由于其他原因不能在實驗班學習的。

1.3.2 學生指導

實驗指導是影響實踐教學的重要因素，由于新模式所涉及競賽實驗項目類型不同，內容各異，實驗指導形式也應相應地呈現多樣性和層次性。我們采用集體講解和技術專題講座及個別討論與指導相結合對學生進行實驗指導。強化了學生學習的主動性和教師指導的實效性。與此同時，教師也能及時了解不同學生的學習狀況和實踐程度，為考核成績評定提供準確的信息。

1.4 授課內容改革　自編教材和講義　自制教學儀器

指導教師團隊根據競賽技能需要，確定授課內容改革，講授內容基于專業基礎課程又復雜于基礎課程。授課內容主要圍繞單片機和CPLD的原理及應用、電子線路設計及PCB實踐、電子設計競賽常用模塊應用、文獻查閱和報告寫作等。授課內容及課時見表2。

表2　授課內容及學時

針對授課內容，指導教師完成了2部指導教材和課程講義的編寫工作，教材是多年指導培訓的經驗總結，讓學生擁有好的知識基礎和技能儲備。

指導教師隊伍有針對性地自制了大量的教學儀器，包括430單片機統+CPLD最小系統、DDS模塊、多路輸出直流穩壓電源、寬帶放大器模塊等，針對競賽常用模塊，開發了數以萬行的嵌入式代碼。學生在比賽時，知識儲備足夠，只需要確定方案，將硬件模塊像搭建積木一樣連接好，確定主函數結構，調用已經寫好的底層函數就可以。自制的教學儀器在高等學校自制儀器比賽中獲得多項獎勵。

1.5 教學與科研相互融合促進

隨著社會和科技的發展，學生電子競技水平越來越高，比賽的題目也越來越偏向科研應用[8,9]。寬帶放大器設計要求從早期的帶寬40 MHz發展到100 MHz，200 MHz，甚至更高頻，實驗室配置的數字存儲示波器普遍為70 MHz，根本無法滿足實驗要求，而科研實驗室，很多測量儀器為微波應用，頻帶達到1 GHz，滿足測量要求。學生根本沒有接觸到高頻示波器，雖然完成了題目設計，但難以測量。將綜合性實驗引入教學培訓當中，倡導“探索性的學”和“研究性的教”的教學方法，一方面鍛煉大學生的動手能力和科研能力，另一方面對于教師的研究工作是一種有力的促進，使教學和科研得到很好的融合，促進學生培養質量的提高，同時可以發揮學生的想象力，拓展、拓寬視野，讓科研和教學工作相互促進，共同完成服務社會的職能。

1.6 開門交流　共享共贏

利用全國和江蘇省大學生電子設計競賽指導教師經驗交流會和同行參觀、調研、互訪等多種途徑，學習外校先進的競賽組織和培訓經驗[10]。針對訪問學校的優勢項目，積極尋求技術分享，同時，積累的軟硬件資源也分享給來訪單位同行，讓他們在使用中多提寶貴意見，改善我們的技術儲備。近年來，我們在開門交流共享共贏中取得了不少成果，競賽的選題由原來的2～3題擴展到現在的5～6題，教師指導的知識技能面更廣，大大提高了競賽獲獎率。

2 嘗試解決的教學問題

2.1 學生創新能力的不足　專業知識學習主動性不夠

在新教學模式推出前，學生局限于公共基礎實驗室的工程實踐訓練。由于學校電子類專業學生人數多，實驗室開設的實踐課程量大，很少有時間開放給學生自主學習和競賽培訓，學生在課余時間大多選擇待在宿舍，脫離了實踐環境，專業知識學習主動性不夠，學生在各方面表現的創新能力不足，很多學生連基本的單片機最小系統都不掌握，更談不上利用高端處理器完成復雜工程任務，學生專業自信不夠，學生缺乏有效的指導，學什么，怎么學，實踐培訓體系不健全。

2.2 教學內容與工程實踐聯系的不緊密

開設的很多專業必修課程，例如單片機原理及應用屬于側重實踐的課程，課程內容更多的介紹MCS-51單片機使用手冊，很多教學內容并不需要強制學生記憶，只需使用時查詢就可以。很少有教師結合工程實踐來講授單片機原理及應用，僅按照教材將手冊介紹完，學生聽課枯燥乏味，教學效果不理想，學生實踐基礎差，難以完成各類綜合型的學科競賽。

2.3 科研和教學實踐的發展不協調

在加大內涵建設和開門引智的雙重措施下，學院的科研發展不斷攀上新高度，科研平臺逐漸完善，科研產出量不斷增大。在學校政策的引導下，科研發展勢頭良好。在教學方面，很多教師不重視，特別是年輕的教師，科研考核壓力大，不得不投入更多的時間在科研上，教學的投入不夠，從而導致教學成果產出少。

3 結語

通過5年的努力，我校電子信息類專業學生的創新能力大大提升。學生參加電子類學科競賽，共獲得國家級一等獎7項、國家級二等獎13項、國家級三等獎14項、江蘇省一等獎70項、江蘇省二等獎95項；在論文發表方面，學生第一作者分別在《重慶郵電大學學報·自然科學版》"International Journal of Digital Content Technology and its Applications"《電子技術應用》和《傳感器與微系統》等核心期刊發表論文40余篇；學生獲得的專利及軟件著作權近百件，其中發明專利15項，主持完成省部級以上大學生創新訓練項目35項。