以工程實踐為導向的電科創(chuàng)新實驗室建設

尹亮 邵曉紅 郎海濤 祁欣 侯志靈

摘要：本文基于電子科學與技術專業(yè)“寬口徑、厚基礎、突出工程實踐能力”的人才培養(yǎng)理念，以培養(yǎng)工程實踐能力為導向的人才培養(yǎng)體系，將項目研究與專業(yè)人才培養(yǎng)結合起來。基于電子科學與技術同化學工程、化學和生物工程等強勢學科交叉，開展一系列與社會需求相適應的各類實踐項目，如具有專業(yè)特色的機器人、物聯網、無人機、單片機、傳感器等項目。該項目的實施將鍛煉學生的知識應用能力及綜合能力，拓寬本專業(yè)人才培養(yǎng)理念，賦予電科專業(yè)人才培養(yǎng)新的內涵。

關鍵詞：電子科學與技術；學科交叉；無人機；機器人

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0264-02

一、引言

《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確了強化工程實踐是工科專業(yè)學生培養(yǎng)的重要內容，工科類本科專業(yè)需要培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務。北京化工大學電子科學與技術專業(yè)以理論課程為依托，開展了一系列的與社會需求相適應的各類實踐項目，如具有專業(yè)特色的機器人、物聯網、無人機、單片機、傳感器等項目。通過實踐類課程的學習，以提高電科學生將課堂理論知識與動手實踐相結合的能力和綜合運用知識的能力，為學生畢業(yè)后更快適應在工廠和技術部門工作提供了必要的前期訓練，同時培養(yǎng)了學生的認真學習的態(tài)度和務實的作風。

二、前期基礎

1.理論基礎：電子科學與技術專業(yè)課程有電路與電子技術理論與應用系列課程、計算機基礎技術系列課程、半導體物理、半導體器件、集成電路版圖設計等，這些都為電科學生實踐類項目的完成打下良好的理論基礎。

2.實踐基礎：經過系里多位老師的共同努力，目前我們已經形成了具有一定實踐經驗的教師隊伍，如負責應用軟件實踐的戰(zhàn)可濤、郎海濤、王本立，負責生產實習的侯志靈、馮志芳、尹亮，負責綜合課程設計的侯志靈、倫秀君、尹亮等。

三、優(yōu)勢及特色

1.依托國家工科物理教學基地和北京市實驗教學示范中心，發(fā)揮物理學和電子科學的優(yōu)勢，確定了具有寬厚物理基礎的物理電子科學類創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標。

2.通過Project研究帶動實踐教學，有效提升了學生的動手能力和創(chuàng)造力，多項學生作品在全國競賽中的成績取得了歷史性突破，極大地提高了學生的競爭力和社會認可度，為國家培養(yǎng)了大批具有創(chuàng)新能力的專業(yè)人才和創(chuàng)業(yè)人才。

四、目標及定位

1.通過不同層次實踐類課程的學習，讓學生了解目前電子產品的新動態(tài)，系統(tǒng)掌握電子產品完成所需的設計過程。

2.實踐項目內容較廣泛，涉及知識面較寬，培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力；實踐項目理論聯系實際，注重動手實踐，鍛煉學生自主探究的能力；實踐項目緊密圍繞科技發(fā)展前沿，拓展學生思路，開闊學生視野；項目完成需要小組成員共同完成，增強學生集體意識，鍛煉學生團隊協(xié)作的能力。

3.電子科學與技術專業(yè)學生通過科技實踐項目的鍛煉，促進對專業(yè)相關理論課程的學習。在工程實踐中遇到實際問題，學生會自主在課堂上，在書本上或者其他渠道學習相關理論知識，變被動學習為主動學習。

五、建設規(guī)劃

1.具體方案。以物理中力、熱、聲、光、電等物理原理為基礎，以電子科學與技術為核心，涉及物理、電子、生物、化學等相關知識內容的交叉，開展與大化工背景密切相關且具有專業(yè)特色的多類題目。①物理原理應用項目。“測力機器人的設計與實現”，“基于半導體制冷原理的遙控空調的設計與實現”，“聲音時域-頻域轉換分析視覺演示系統(tǒng)”，“基于光強傳感器的校園自控窗簾的設計與實現”，“磁場中單電子洛倫茲力演示系統(tǒng)”。②電子技術應用項目。“圖像識別、自避障、自尋跡四旋翼無人機的設計與實現”，“家庭醫(yī)療救助機器人”，“基于物聯網、大數據的智能交通系統(tǒng)”，“基于安卓系統(tǒng)的‘低頭族防撞系統(tǒng)”，“基于單片機，超聲波，L298N的自平衡小車的設計”。③大化工背景應用項目。“化學危險品區(qū)域毒害物質監(jiān)測陸地與空中機器人組”，“農情監(jiān)測物聯網機器人工作組”，“太陽能新能源汽車行進中動態(tài)充電系統(tǒng)”，“基于ZigBee物聯網的智能煙霧傳感、報警、排煙系統(tǒng)”，“仿生機器人的設計與實現”。

2.階段性計劃。第一階段，大學二年級，組建3人為一組的興趣小組，設置較為初級的實踐類項目，如簡單的單片機程序編程控制、硬件電路搭建、傳感器應用等，使學生初步掌握電子設計的方法和流程。第二階段，大學三年級，結合目前社會不同行業(yè)的需求，開展有一定廣度和深度的實踐類項目，使學生通過訓練，能夠綜合運用所學知識，快速完成設計、組裝、調試等過程，能制作具有一定功能的各類電子產品。第三階段，大學四年級，結合社會熱點行業(yè)需求，開設比較前沿、系統(tǒng)的實踐類Project項目。

六、預期成果

1.機器人類題目。①基于物聯網化學危險品區(qū)域毒害物質監(jiān)測陸地與空中機器人組，針對化學危險品存儲區(qū)域開發(fā)機器人與四旋翼飛機工作組，通過物聯網、互聯網將機器人與飛機自組網并協(xié)同工作，對化學危險品區(qū)域有毒有害物質進行監(jiān)測、報警、處置。②農情監(jiān)測物聯網機器人工作組，實現對農業(yè)農情監(jiān)測、農殘檢測、土壤化肥殘留檢測。③家庭安防、保姆機器人，實現對老人在居室內情況的遠程監(jiān)視，便于監(jiān)護人時時掌握老人情況。

2.物聯網類題目。①新能源汽車行進中動態(tài)充電，針對新能源汽車續(xù)航里程短，充電不便等問題，設計新能源汽車行進中動態(tài)充電系統(tǒng)。②基于物聯網、大數據的智能交通系統(tǒng)、針對大城市交通路口“闖綠燈”造成擁堵現象，（“闖綠燈”《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》第五十三條規(guī)定：‘機動車遇前方交叉路口交通阻塞時，應當依次停在路口以外等候，不得進入路口。如果出現類似情況將可能被處以罰款100元、記2分的處罰。“闖綠燈”又可以稱為“沖綠燈”，所謂沖綠燈，指的是如果當信號燈變綠時，前方路口發(fā)生交通阻塞，應當在路口之外等候，否則被視為沖綠燈。）在監(jiān)測到綠燈方向擁堵的信號后，通過物聯網技術，發(fā)出綠燈不能通行的指令；通過車載物聯網，控制在交通路口一定區(qū)域內汽車無法通行，從而避免闖綠燈造成擁堵。③基于ZigBee物聯網的智能煙霧傳感、報警、排煙系統(tǒng)，設計基于ZigBee物聯網的智能煙霧傳感、報警、排煙系統(tǒng)。

參考文獻：

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[2]楊彥鑫，阮解瓊，黃兆波，等.基于ZigBee 的智能農業(yè)灌溉系統(tǒng)研究[J].農業(yè)與技術，2017.