大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽賽前培訓(xùn)的研究與探索

牛芳琳　牛英煜　于玲　王冬霞

摘要：大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽是目前大學(xué)生關(guān)注的比賽之一，如何提高學(xué)生比賽成績，是每個(gè)指導(dǎo)教師、參賽學(xué)生一直共同關(guān)注的重點(diǎn)。本文根據(jù)電子大賽期間，學(xué)生在完成電路時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)的問題，指出賽前培訓(xùn)的重要性，提出賽前需要通過對學(xué)生進(jìn)行理論培訓(xùn)，電路設(shè)計(jì)、電子器件認(rèn)識、電路焊接工藝，來提高學(xué)生設(shè)計(jì)電路、實(shí)現(xiàn)電路的能力，以使學(xué)生在比賽中獲得更好的成績。

關(guān)鍵詞：電子大賽；理論培養(yǎng)；焊接工藝

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1674-9324（2016）03-0094-02

一、導(dǎo)論

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競賽之一，是主要面向全國電子類學(xué)科大學(xué)生賽事，目的在于推動(dòng)教學(xué)改革、培養(yǎng)實(shí)用型人才，同時(shí)也有助于培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、提高學(xué)生電子設(shè)計(jì)制作的能力，為選拔人才也創(chuàng)造了條件。比賽自從開辦以來，一直備受全國高等院校和學(xué)生的重視，被認(rèn)為國內(nèi)“含金量”最高的比賽之一，比賽成績在某種程度上已經(jīng)成為標(biāo)志著學(xué)校教學(xué)水平的高低。而參加比賽獲獎(jiǎng)的學(xué)生在求職過程中，也經(jīng)常受到用人單位的青睞。全國大學(xué)生電子大賽是一種半開放的比賽，比賽時(shí)間為4天3夜。比賽期間[1]，同一個(gè)隊(duì)伍的隊(duì)員之間可以商討設(shè)計(jì)思想，確定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行分工協(xié)作，以隊(duì)為基本單位獨(dú)立完成比賽任務(wù)。指導(dǎo)教師不允許對參賽學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，參賽隊(duì)員也不可以與其他人員探討任何問題，隊(duì)員可以查詢相關(guān)資料設(shè)計(jì)電路并完成作品。比賽內(nèi)容涉及范圍比較廣，包含高頻、低頻電子線路設(shè)計(jì)、單片機(jī)等控制電路，幾乎包含了電子類專業(yè)所有的專業(yè)課程，沒有深厚的理論基礎(chǔ)和對電子元器件扎實(shí)的認(rèn)識，很難在短短的4天中完成比賽，賽前培訓(xùn)則成為完成比賽內(nèi)容提高比賽成績的關(guān)鍵。如何進(jìn)行賽前培訓(xùn)、提高比賽成績，已經(jīng)成為指導(dǎo)教師及參賽學(xué)生討論的重點(diǎn)問題。本文根據(jù)電子大賽和教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生的培訓(xùn)可以從幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，主要包括是理論培養(yǎng)、電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練、電子元器件認(rèn)識、焊接工藝練習(xí)等。

二、理論培養(yǎng)

良好的比賽成績與對電路理論知識的掌握情況是分不開[2，3]。首先需要熟練掌握基礎(chǔ)知識。電子設(shè)計(jì)大賽的電路設(shè)計(jì)與參加考試不同，對知識的認(rèn)知不能停留在僅僅會做習(xí)題的層面上，需要深刻理解教材中每一個(gè)電路設(shè)計(jì)的原理，如三極管、電阻、電容、電感等元器件在電路中發(fā)揮的作用，其數(shù)值變化對電路的影響等。例如，三極管的三個(gè)工作狀態(tài)飽和、截止、放大，如何設(shè)計(jì)參數(shù)，使其工作在不同的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)所需要的功能，這些都需要學(xué)生對電路知識有深刻的認(rèn)識才能夠設(shè)計(jì)出相關(guān)的電路。然而，電子大賽比賽時(shí)間一般為9月初，大四的學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路與電工基礎(chǔ)、模擬電子線路、單片機(jī)、高頻電子線路等課程等相關(guān)的電子技術(shù)專業(yè)課，從所學(xué)習(xí)的課程上可以看出，完全具有獨(dú)立完成電子大賽題目的電路設(shè)計(jì)的能力。但是由于時(shí)間的關(guān)系，大四的學(xué)生對以前所掌握的部分知識存在遺忘的現(xiàn)象，這些都需要學(xué)生利用業(yè)余或者假期時(shí)間重新復(fù)習(xí)以前學(xué)習(xí)過的相關(guān)知識，以便在比賽的時(shí)候能靈活運(yùn)用理論去設(shè)計(jì)電路。由于電子大賽與電子線路等課程相關(guān)的內(nèi)容比較多，單靠學(xué)生自己很難在業(yè)余時(shí)間復(fù)習(xí)學(xué)會相關(guān)的知識，并且，學(xué)生習(xí)慣于考試的方法學(xué)習(xí)，對于電路的設(shè)計(jì)，幾乎沒有任何經(jīng)驗(yàn)，很難把握住理論學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。為了提高學(xué)生的理論水平，學(xué)校應(yīng)該組織在電路設(shè)計(jì)上有經(jīng)驗(yàn)的教師，對參賽學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，以加深對理論知識的認(rèn)識與理解。

三、電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練

普通高等學(xué)校課程體系建設(shè)上[4]，受到高等學(xué)校師資、投入等各方面的影響，電子類的教學(xué)還是以理論授課為主，同時(shí)開放對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生對電路的認(rèn)識還停留在實(shí)驗(yàn)上，很少能夠形成電路設(shè)計(jì)的概念。面對一個(gè)電路設(shè)計(jì)，不知道如何從何處入，這就需要從簡單的電路設(shè)計(jì)入手，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)電路的能力。如何貫穿所學(xué)電路知識設(shè)計(jì)電路，是參賽的關(guān)鍵。電子大賽的電路設(shè)計(jì)是絕對不是靠一門課程可以設(shè)計(jì)出理想的電路完成比賽任務(wù)的，它是需要依靠多門課程知識內(nèi)容的集中體現(xiàn)。電子大賽的電路設(shè)計(jì)通常需要由多個(gè)小單元電路組成。如遇到顯示溫度、采集信號等內(nèi)容則需要使用單片機(jī)等器件來實(shí)現(xiàn)、如果采集的信號幅度過小則需要對其進(jìn)行放大達(dá)到下一級電路的輸入要求。因此將電路知識融合貫穿起來才能完成整個(gè)電路的設(shè)計(jì)。總所周知，無論多么復(fù)雜的電路，都是由簡單的單元電路組合起來，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電路功能，因此，根據(jù)學(xué)生所掌握的本科知識，先給出若干單元電路題目進(jìn)行設(shè)計(jì)，如加法器、振蕩器、乘法器等電路設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)存在一些電路仿真軟件，如EWB、Proteus等，學(xué)生可以依據(jù)這些軟件將自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證自己的設(shè)想是否正確。采用這些軟件實(shí)現(xiàn)電路仿真，不僅可以使學(xué)生的設(shè)計(jì)電路時(shí)候的一些想法得到實(shí)現(xiàn)，也可以降低成本，同時(shí)學(xué)生也可以很容易修改參數(shù)，觀察每個(gè)單個(gè)電子元件在電路中發(fā)揮的作用，這在實(shí)物電路中是很難實(shí)現(xiàn)的。

四、電子元器件的認(rèn)識與焊接工藝

電路設(shè)計(jì)采用仿真軟件實(shí)現(xiàn)，可以對學(xué)生起到一個(gè)鍛煉作用，但是這些仿真電路畢竟與實(shí)際電路的設(shè)計(jì)畢竟存在一定的距離，我們必須把仿真電路轉(zhuǎn)換成實(shí)物電路，才能提高學(xué)生對真正電路的認(rèn)識。對于很少接觸實(shí)際應(yīng)用的本科生來說，首先培養(yǎng)學(xué)生對電子元器件的認(rèn)識，如電阻、電容、電感等型號、阻值、電容數(shù)值等的認(rèn)識，如何分清三極管、二極管的管腳；認(rèn)識常用的運(yùn)放芯片，比如OP07等，對于比較不熟悉的芯片，學(xué)會如何查找芯片的參數(shù)，芯片輸入的電壓范圍等，以便用于在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候可以依據(jù)參數(shù)，選擇性能比較合適的芯片用于電路中。其次，電路焊接問題一直是困擾學(xué)生電路成功參賽的主要原因，經(jīng)過了2～3天的電路設(shè)計(jì)及仿真實(shí)現(xiàn)，學(xué)生基本上完成電路設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)作品的時(shí)候，學(xué)生焊接完的電路板，經(jīng)常會出現(xiàn)電路不能正常工作、或者輸出信號與設(shè)計(jì)初衷不一樣的情況，甚至無任何信號輸出，電路的焊接往往是出現(xiàn)問題的主要原因，虛焊、焊點(diǎn)過大、電子元器件被燒壞等問題都嚴(yán)重影響電路正常工作，即使比賽結(jié)束前可以正常工作的電路，到了比賽現(xiàn)場測試的時(shí)候，也經(jīng)常會出現(xiàn)電路無法正常工作，或者是電子元器件被燒的情況。當(dāng)然電路無法正常工作的原因有很多，焊接技術(shù)不過關(guān)是常見的原因，由此，需要加強(qiáng)對學(xué)生平時(shí)對焊接工藝的訓(xùn)練，提高作品成功由于焊接問題導(dǎo)致的比賽失敗。另外，熟練的掌握示波器、萬用表、直流穩(wěn)壓電源、信號源等基本儀器也是需要對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)的重要環(huán)節(jié)。比賽賽場通常不是在本校進(jìn)行，而常用的儀器種類有分為很多種，國內(nèi)的儀器面板也幾乎都是專業(yè)英文標(biāo)識，在緊張的比賽環(huán)境中，順利操作這些儀器儀表進(jìn)行測量也不是很容易的事情，因此需要訓(xùn)練學(xué)生熟練掌握常用儀器的使用方法，掌握儀器面板每一個(gè)按鈕的英文含義，熟練掌握儀器的操作和按鈕含義以后，即使遇到不熟悉的儀器，也可以很快學(xué)會使用方法。

五、賽前模擬練習(xí)

實(shí)戰(zhàn)模擬訓(xùn)練是賽前不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于電子大賽需要面向電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生參賽，因此，每年電子大賽的題目大致包括幾個(gè)方面：電源、放大器相關(guān)的內(nèi)容、通信、控制等幾個(gè)大方面的設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師可以依據(jù)自己所帶學(xué)生的專業(yè)方向設(shè)計(jì)一些相關(guān)題目進(jìn)行模擬訓(xùn)練。經(jīng)過理論、電路設(shè)計(jì)等方面系統(tǒng)的培訓(xùn)，參賽學(xué)生已經(jīng)基本掌握了電路設(shè)計(jì)的相關(guān)知識。在這種情況下，參賽學(xué)生也需要參與幾次模擬訓(xùn)練以達(dá)到組員之間相互配合的目的。每組參賽隊(duì)員為3人，比賽中也通常涉及基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)設(shè)計(jì)、電路焊接、最后完成比賽報(bào)告。合理的分工合作能夠數(shù)順利完成電路設(shè)計(jì)，如果在比賽配合出現(xiàn)問題，則有可能導(dǎo)致在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法完成比賽，指導(dǎo)教師可依據(jù)學(xué)生掌握知識的情況，對學(xué)生進(jìn)行分工。如將基礎(chǔ)知識掌握比較全面的學(xué)生作為組長，負(fù)責(zé)電路整體設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程比較好學(xué)生的負(fù)責(zé)單片機(jī)控制、文筆比較好的同學(xué)負(fù)責(zé)論文報(bào)告的寫作。這種賽前實(shí)戰(zhàn)模擬訓(xùn)練還有一個(gè)重要的目的，學(xué)會排查問題電路。在電路的設(shè)計(jì)和焊接過程中，會出現(xiàn)各種問題，一般來說，即使是指導(dǎo)教師在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題也是很困難的事情，這些問題出現(xiàn)在賽場上，只能依靠學(xué)生自己解決問題，對于對電路的初學(xué)者來說，這種問題也是經(jīng)常發(fā)生，焊接的電路也很難一次成功，學(xué)會排查電路故障時(shí)參賽學(xué)生必須掌握的基本內(nèi)容。針對存在問題的電路，當(dāng)某一部分電路出現(xiàn)問題的時(shí)候，首先需要要做的是需要是檢查電路設(shè)計(jì)的是否正確，確信電路設(shè)計(jì)正確后，再依照電路圖檢查電路連線問題，如果都沒有問題，則需要依照電路從前往后每一個(gè)焊點(diǎn)都需要采用萬用表或者示波器測量電壓或者波形。這也需要對電路的原理極為熟悉，清楚了解電路中每一處的電壓的大小、每一處電壓波形形狀等相關(guān)參數(shù)，以判斷電路出現(xiàn)的問題所在。

六、結(jié)論

本文僅僅是從以上幾個(gè)方面來討論如何在賽前對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，以提高學(xué)生參加比賽的成績。但是，畢竟比賽各種意外都會發(fā)生，在短時(shí)間內(nèi)完成電路的設(shè)計(jì)、購買元器件、完成電路作品，即使參加培訓(xùn)的學(xué)生也會由于經(jīng)驗(yàn)不足，參數(shù)設(shè)計(jì)等問題等會有很多意外發(fā)生，影響比賽成績。加強(qiáng)平時(shí)對學(xué)生的訓(xùn)練、增加電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是靠平時(shí)一點(diǎn)一滴積累起來的，只有打下深厚扎實(shí)的基礎(chǔ)，才能在比賽中取得良好的成績。

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