電子設計競賽水平提升思考

摘 要 作為旨在培養大學生創新精神和實踐動手能力的全國大學生電子設計競賽，正在成為高校工科專業推進教育教學工作、改革課程教學、推進課程思政的有力抓手以及大學生成長成才的有效途徑。文章探討了高校組織大學生參加電子設計競賽并獲得佳績的三個重要因素，認為建立旨在培育大學生創新精神和實踐動手能力的培養體系是基礎，構建合理有效的大學生科研組織體系和教賽融合是保障，強化賽事組織工作并在參賽中選擇最優解決方案和團隊密切協作是關鍵。

關鍵詞 電子設計競賽；研創組織體系；創新能力

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " "DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.6.018

Some Thoughts on Improving the Level of Electronic Design Competition

WU Zhichao， ZHANG Xiangli

（School of Mechanical and Electronic Information， China University of Geosciences （Wuhan）， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract As a national college students 'electronic design competition aimed at cultivating college students' innovative spirit and practical ability， it is becoming an effective way for engineering majors to promote education and teaching， reform curriculum teaching， promote curriculum ideological and political development， and an effective way for college students to grow up. This paper discusses the university organization of college students to participate in electronic design competition and the three important factors， think established to cultivate college students' innovative spirit and practical ability training system is the foundation， build reasonable and effective college students scientific research organization system and teaching fusion is guarantee， strengthen the event organization work and choose the optimal solution and team close collaboration is the key.

Keywords electronic design competition; research and innovation organization system; innovation ability

作為旨在培養大學生創新精神和實踐動手能力的全國大學生電子設計競賽，越來越受到高校師生的廣泛關注和重視。以賽促教，以賽促學，以賽促改，正在成為許多高校推進教育教學工作和探索人才培養模式的重要舉措，正在成為許多高校改革課程教學、推進課程思政的有力抓手，以及大學生自立自強、自主探索、成長成才的有效途徑。

筆者作為指導教師指導大學生團隊參加了2023年全國大學生電子設計競賽，獲得湖北賽區“TI杯”，并在山東濟南國測當中獲得國家一等獎，在另一項大賽集創賽中也斬獲國家二等獎。團隊內的三名學生憑借優異的學習成績和出色的綜合能力分別保研至中國科技大學、華中科技大學、中南大學。2023年10月，在中國地質大學（武漢）舉行的全國大學生電子設計競賽湖北賽區“TI杯”頒獎大會上，筆者與來自湖北省內58所高校的300余名師生進行了經驗交流。回顧這次電子設計競賽，若把“TI杯”比作成功的果實，那么，其中的收獲離不開三個方面的重要因素：建立科學的培養體系是基礎，構建完善的組織體系是保障，選擇最優解決方案、團隊協作是關鍵。

1 "構建科學合理的培養體系

第一，科學構建本科人才培養方案。培養方案深入貫徹全國教育大會和新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，依照“工程教育認證標準”和“新工科六卓越一拔尖”要求，明確“專業培養與素質教育相結合，知識傳授與能力培養相結合”的指導思想，將“價值塑造、知識傳授、能力培養”融為一體，培養“品德高尚、基礎厚實、專業精深、知行合一”的創新型應用型工程人才。在課程體系設計上，大一大二夯實專業基礎，大三大四著重培養解決電子信息工程領域復雜工程問題的能力。同時，特別強調將學科前沿與實踐融入課程體系，將大三選修課分為三個方向，即嵌入式系統與通信信號處理、人工智能與機器人、光電子與網絡技術，讓學生根據自身的興趣特點，選擇最適合自己的發展方向，以培養其分析電子信息工程問題以獲得有效結論的能力。

第二，根據本專業培養目標，整合實驗內容，創建逐層遞進式實驗教學體系。包括實驗教學在內的實踐教學的主要目的在于培養學生理論聯系實際、運用所學的理論知識結合現代技術解決實際問題的能力，訓練實踐操作能力，培養學生的創新意識和創新能力[1]。我們將實驗教學體系劃分為四個逐步遞進的層次，分別對應大一到大四四個培養階段。從最基本的工程能力和工程素質，到對本專業動手能力的訓練，接著是工程應用能力的訓練，最后是對接企業實際需求，對本專業領域的內容進行綜合訓練和學習。通過以上逐層遞進式培養，為學生今后從事相關工作打下堅實的基礎。

第三，改革教育教學方式方法，實施創新能力融合培養。鼓勵和支持教師開展創新創業教育，針對不同課程采取有針對性的教學方法，在教學大綱和教案中巧妙融入課程思政元素[2]，基礎課著重科學精神、學術倫理道德培育，專業課著重深度提煉專業知識體系中蘊含的思想價值，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的素質與能力。同時，強化課程教學第一課堂（包括電路設計、嵌入式開發等實踐課程）與社會實踐（包括校企聯合舉辦的電信杯比賽）、學科競賽（包括工程機器人大賽、電子設計競賽、智能車大賽集創賽等）等第二課堂相結合，形成課上與課下、專業與實踐的協同效應，實現跨學科交叉融合、教學與科研實踐融合、創新創業教育與專業教育融合的“三融合”人才培養模式，不斷加強大學生創新思維和方法的訓練、創新意識和實踐能力培育，切實增強大學生的創新精神和創新能力。

2 "建立有效的學生科研組織體系

一是注重學生梯隊培養，建立大學生研創組織。在大學生中有目的地培養一大批專業能力較強的學生骨干，發揮學生骨干的專業導向作用，逐漸形成傳幫帶的優良傳統。定期開展新生零基礎實訓、優秀畢業生返校交流、專利與軟著輔導、賽前培訓和經驗分享。新生在這個過程中能夠迅速成長起來，站在前人臂膀上，少走許多彎路。與此同時，創設學生研創組織，有組織地開展研創活動[3]。比如2013年創立的電子信息工程研創會，2016年創辦的機器人創客協會，這些組織覆蓋電子信息、通信工程、自動化、機械工程等多個專業，服務學生均超過4千人。學校在實驗場地非常緊缺的情況下建立了開放實驗室，無條件地向參加各類科技和創新活動的學生開放。通過培養學生梯隊和創設研創組織，不僅營造了校園專業實踐和學術創新的氛圍，而且培養了一大批優秀的學術好苗子，為參加各類競賽提供了優質的人員儲備。

二是加強指導教師隊伍建設，教賽融合。基礎課程主講教師應積極參與各項學科競賽的指導工作，融合實踐環節，突出創新性、挑戰性。最近幾年，機電學院電子信息系的學生在各項主流的學科競賽中收獲了豐碩的成果，而且最近三年成果的增長速度持續加快。專業基礎課教師應積極指導學科競賽，一方面以教促賽，確保指導教師的業務能力過硬，指導有力，指導有方，另一方面以賽促教，把競賽元素融入課程教學，大大提高整個教學團隊的教學質量。筆者所在的“電工與電子技術”教學團隊的同事們長期積極參加電子設計競賽的指導工作，教賽融合，循序漸進，把該門課程成功打造成了國家級一流本科課程，其成功經驗受到湖北省主流媒體的專題報道。

三是明確教師班主任的科創職責，發揮班主任的考前指導功能。在班主任工作職責中明確要求：推動班級科技創新，營造良好科創氛圍，指導學生積極開展各類科技創新活動，指導幫助學生組建團隊參加各類科創競賽，教育引導學生恪守學術道德和規范。筆者在擔任班主任的過程中，與每位同學進行了一對一談話，經常強調學科實踐的重要性，鼓勵學生學有所用，充分利用學院和學校的優質資源開展各類實踐活動。雖然同學們來自天南地北，基礎有差異，性格有差異，但是大家愿意相互合作，勇于挑戰突破自我，全員投身競賽的積極性高漲。除了電子競賽取得佳績之外，班級還在其他賽事中獲得優異成績。

3 "強化賽事組織工作

一是為賽事活動提供有力支持和服務[4]。2023年的電賽組織和指導工作，由電子信息工程系兩位主任帶領，一位具有長期指導經驗的老師具體安排各項事務。這是有史以來準備得最充分、最細致的一屆電子設計競賽。以大二大三的學生為主，全院共有46支隊伍、138名學生報名參賽，占專業總人數的60%。在四天三夜里，實驗室燈火通明、熱火朝天，每位參與的學生都能感受到競賽的獨特魅力，緊張、充實，有壓力、有成長。參加指導的老師除了提供場地、器件資源、必要的技術指導外，還積極幫助學生解決后勤保障問題，讓學生可以全身心投入緊張的攻堅競賽活動中。據不完全統計，2023年年電賽前后總的經費支出超過了20萬元。

二是針對選題選擇最佳方案。筆者指導團隊的選題是關于運動目標追蹤，包括紅色光斑位置控制系統和綠色光斑指示追蹤系統。在電賽官網上有詳細的題目解析，像考點、涉及知識等，這里不過多展開，重點談方案選擇。

首先是芯片選型。團隊毫不猶豫地選擇TI MCU作為主控，因為相比于電賽常用的STM32等芯片，TI芯片有更加豐富的硬件資源，同時可用性也是最好的。雖然付出的成本相對高一點，但是換取可靠性和時間完全值當。另外很重要的一點是團隊成員具有特別扎實的自主設計核心板與拓展底板PCB的能力。芯片用TI的，而開發板自己做，分立式設計可以快速迭代并更換燒壞器件。這是項目任務成功完成的前提。

其次是團隊的系統使用智能串口屏輸入指令，OLED屏用于調試，OpenMv用于識別矩形框以及激光源坐標，根據得到的坐標傳入單片機主控進行處理，以脈沖形式下發給控制板控制步進電機云臺運動，利用PID算法進行追蹤控制以及閉環控制完成任務，并使LED以及蜂鳴器完成聲光提示。在視覺方案選擇中，考慮到K210攝像頭分辨率較低，樹莓派開發又相對復雜，最終選用Open mv，它既滿足實際需求，又可直接調節攝像頭曝光時間、白平衡等參數，開發簡單。

關于云臺電機的選擇，考慮到舵機的步進角無法滿足該系統的精確度要求，最終選擇步進電機制作云臺，并使用FOC矢量控制技術彌補步進電機丟步的缺點，利用脈沖記錄間接獲取位置信息。在這個過程中也遇到一個非常現實的問題，網上的貨源在比賽那幾天被一掃而空。于是團隊采用4D打印技術現場打印并利用已有的舵機云臺改裝。

最后是電源，采用外置分離式電源板，航模電池供電保證大電流輸出，DC降壓電路采用Mini560模塊，利用接插件連接，方便更換。

在整個過程中，筆者發現團隊三名成員經過三年的訓練，已經具有相當扎實的基本功，完全跳出了應試思維、固化思維，而且具有良好的團隊合作意識。在電賽方案的選擇中沒有絕對的對與錯，只有最合適的，需要對成本、效率、便捷、安全、可靠等因素進行通盤考慮，做出取舍。在這方面，團隊成員充分體現出創新思維和全局思維。另外，這三名學生并不像有些隊伍那樣各有所長，A學生只擅長電路，B學生只負責算法，C學生只了解視覺，他們每個人的每項技能都學得很扎實，都可以做到獨當一面。假如有人突發狀況，也不至于影響項目整體推進，這就大大降低了實施風險，最終精誠合作順利完成設計方案并取得佳績也就水到渠成了。

4 "結語

以培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才為主要目標的“新工科”建設正在高等教育戰線深入開展，電子設計競賽等大學生課外實踐活動必將成為電子信息類人才培養和成長的有效途徑而受到更加廣泛的關注。實踐證明，組織大學生積極參加電子設計競賽活動，能夠使大學生在競賽中得到真槍真刀的鍛煉，獲取真知和能力，培養造就一大批具有堅定追求、自主創新工匠精神的拔尖創新人才。但要提高競技水平和取得佳績，還需要建立健全長效機制[5]，充分調動各方面的積極性，學校、院系、指導教師和團隊成員各方面要持續不斷地協同努力，學校要結合競賽做好培養方案等頂層設計，為學生打下堅實的根基，院系層面要做好組織訓練和服務保障，使學生輕裝上陣、沉著應賽，指導教師要與學生打成一片、久久為功，參賽學生要大膽創新、團結協作。

參考文獻

[1] 宮鶴，倪凌云，郭穎，等.以電子競賽促進專業實踐教學的思考[J].產業與科技論壇，2023（11）：191-192.

[2] 寧宇，張昂.新工科專業實踐類課程中融入思政元素的探索——以“電子競賽培養與實踐”課程為例[J].濟南職業學院學報，2021（6）：82-86.

[3] 李梅，許家紫，張梅.開展大學生電子設計競賽提升學生實踐創新水平促進本科教學改革[J].電腦知識與技術，2019（19）：173-175.

[4] 郭云林.重視電子競賽，推進教學改革——談參加全國大學生電子設計競賽的體會[J].電氣電子教學學報，2003（1）：63-66.

[5] 孫中皋，趙靜，王玉新.大學生電子競賽實踐活動長效運行機制研究[J].中國現代教育裝備，2017（1）：59-61.