第1章 電子設計競賽強化訓練

1.1 全國大學生電子設計競賽簡介

全國大學生電子設計競賽是由國家教育部倡導的四大學科競賽之一，源起于1993年， 1994年在北京、四川、陜西開始試點，1995年在9個省市賽區開展了第二屆競賽，以后每隔兩年舉辦一屆，至2009年已成功舉辦了九屆。競賽旨在培養和提高在校大學生創新能力、協作精神、理論聯系實際的學風、動手能力、工程實踐能力、針對實際問題進行電子設計制作的能力，通過電子設計競賽的輻射效應與課堂教育相結合的方式，推動信息與電子類學科面向21世紀課程體系和內容的改革。

1.1.1 全國大學生電子設計競賽組織形式、內容與要求

1．競賽組織形式

競賽遵循“政府主辦、專家主導、學員主體、社會參與”的十六字方針，采用全國統一命題、分賽區組織的方式。競賽時間是4天3晚，在每個單數年的9月初進行，3人1組，采用“半封閉、相對集中”的組織方式，競賽期間學員可以查閱有關文獻資料，組內學員集體商討設計思想，確定設計方案，分工負責、團結協作，以組為基本單位獨立完成競賽任務；但競賽期間不允許任何指導教師或其他人員進行任何形式的指導或引導，參賽隊員不得與組外任何人員討論商量。

2．競賽內容

大學生電子設計競賽既有理論計算、方案論證，又有實際制作、整機調試，具有與教學內容緊密結合、與課程內容及課程體系改革緊密結合、與培養學員“全面素質”的要求緊密結合、與理論聯系實際的學風建設緊密結合的特點。競賽內容包括：

（1）以電子電路（含模擬和數字電路）應用設計為主，涉及模-數混合電路、單片機、可編程器件、EDA軟件工具和PC（主要用于開發）的應用。題目具有實際意義和應用背景，并考慮到新技術、新器件應用趨勢，使一般參賽學員能在規定時間內完成基本要求，又能使優秀學員有發揮與創新的余地。

（2）著重考核學員綜合運用基礎知識進行理論設計的能力，考核學員的創新精神和獨立工作能力，考核學員的試驗綜合技能（制作、調試）。

3．競賽要求

全國大學生電子設計競賽既不是單純的理論設計競賽，也不僅僅是實驗競賽，而是在一個半封閉、相對集中的環境和限定時間內，由一個參賽組共同設計、制作完成一個有特定工程背景的作品。競賽既強調理論設計，更強調工程實現；既考核學員綜合運用基礎知識的能力，更注重考察學員的創新意識。要求競賽隊員掌握系統方案分析、單元電路設計、集成電路芯片選擇的基本設計方法，具備制作、裝配、調試與檢測等實際動手能力，能夠順利完成電子設計競賽作品的設計與制作。競賽結束時要求上交的作品包括：制作實物和設計報告。

1.1.2 全國大學生電子設計競賽參賽及獲獎情況介紹

全國大學生電子設計競賽是與教學改革實踐緊密結合的大型學科競賽之一，其規模和影響力不斷擴大。1994年首屆競賽有3個賽區、44所學校的660名學生參賽；1999年已有23個賽區、279所高校的4395名學生參賽；2003年第六屆競賽發展到24個賽區、426所學校的9117名學生參賽；2007年的第八屆競賽有來自29個省、直轄市和自治區的27個賽區， 790所高等學校，7422個代表隊共計20805名同學參賽。從2007年起，大學生電子設計競賽專設高職高專組。2009年第九屆競賽，31個省、市、自治區、特別行政區組成了28個獨立賽區，共有938所高校的8766個代表隊（26298名學生）實際參賽。參賽學校規模較上屆增長了18.2%，參賽學生人數較上屆增加了20.9%。大學生電子設計競賽已經成為各工科院校教學計劃中必不可少的教學環節，參賽和受訓學員接受了電子系統設計全流程的理論和實踐經驗，參賽獲獎學生更是成了用人單位、研究生導師優先爭取的對象。抽樣統計表明，參加賽前培訓學生數量平均超過參賽學生數量的一倍以上。兩年一屆的大學生電子設計競賽也已經成為名符其實的群眾性科技活動。

全國大學生電子設計競賽設立最高獎“索尼杯”及一等獎、二等獎。各賽區設同等檔次的獎勵。統計數據顯示，在歷屆全國大學生電子設計競賽中，桂林電子科技大學、華中科技大學、東南大學、國防科學技術大學分別摘得2001年、2003年、2005年和2007年競賽最高獎“索尼杯”，2009年電子科技大學（成都）獲得最高獎項“NEC電子杯”。15年來國內共142所普通本科高校的523支參賽隊獲得全國大學生電子設計競賽一等獎，獲獎前10名的院校見表1-1，這也基本反映了國內高校電子信息類專業教學實力。

1.1.3 大學生電子設計競賽的必要性

進入21世紀，大學生電子設計競賽已經成為國內影響力最大的學科競賽，也越來越成為相關高校檢驗教學改革、學生綜合素質的試金石，競賽證書也成了大學生就業的重要依據。各高校均將在競賽中獲得國家級獎勵作為其專業教學質量的證明。參賽院校實踐也證明，開展電子設計競賽活動，均不同程度地加強了課程建設和實驗室建設，改善了教學實驗環境，鍛煉提高了一大批指導教師，有些學校還以此開展了教學內容和教學方法的改革。電子設計競賽引起了一個良性循環鏈，在這個循環鏈中，競賽促進了建設，鍛煉了教師和學生，推動了教學改革，促進了教學質量的進一步提高，而這些良性的發展又促進了后一屆競賽的質量和水平的提高。

1．有力地促進了相關專業課程體系、教學內容和教學方法改革

電子設計競賽反映了電子技術的先進水平，引導高校在教學改革中，注重培養學生的工程實踐能力和創新設計能力，形式與內容基本符合面向21世紀人才培養的目標和需求。

據調研了解，第一屆競賽后，許多學校在課程體系上做了相應調整，普遍重視專業技術基礎課程的教學。第二屆競賽后，許多參賽學校開始全面整合實驗課程體系，實驗教學模式從“驗證單元電路”向“科學驗證、分析設計、綜合訓練相結合”方向轉變。第三屆競賽前后，很多學校普遍開設了電子系統設計類型的實驗課程，相應的國家級重點教材或21世紀教材陸續出現。第三屆競賽中，全國僅有3個參賽隊運用EDA與PLD技術。賽后，EDA技術逐漸在高校推廣，很多學校開設了EDA課程、建設了實驗室。第五屆競賽后推出的嵌入式系統設計專題賽使競賽開拓了新的人才培養技術領域。第六屆競賽前后，很多學校以電子系統綜合設計選修課形式，把原有的賽前培訓的那種小范圍、短期突擊行為逐漸轉化為日常教學規范內容，使更多的學生可以系統地接受實際技能的鍛煉。

全國大學生電子競賽使大學生們得以自主學習和實踐，其鍛煉的廣度和強度是其他日常實踐教學環節所無法比擬的。競賽的影響作用經十幾年來的積淀，無疑從某些方面觸動了原有的專業課程教學體系，尤其促進了實踐教學體系、內容、方式的改革以及實驗室建設工作。教學方法改革是與課程體系改革相輔相成的，通過“顯性教學”（專門的課程）和“隱性教學”（隱含在課程中的新知識）拓展基礎知識并加強基礎能力訓練，提高學員獲得信息的手段，了解科技發展的趨勢，促進學員的專業知識結構由單一型向復合型轉變，由知識型向知識能力型轉變。

2．以命題內容為引導，將熱點技術推向高校教學

近年來，經調整形成的競賽命題原則是：注重基礎知識與綜合能力、創新意識相結合，注重方案設計、理論計算與實際制作、科學測試相結合，注重電子技術基本內容與通信、自控、電力電子等專業內容相結合，注重傳統器件與新型器件應用相結合。從而保證了不同學校、不同專業的學生，只要學過電路類課程，都可以參賽并從中受益。競賽命題內容分為“基本”和“發揮”兩部分，既使多數同學能完成基本要求，又使優秀學生有發揮創新的余地。

全國競賽命題評審專家均來自電子信息類學科專業教學科研第一線，最了解國內相關學科專業教學的發展動態，為把握命題的科學性和操作性提供了保障。歷屆競賽命題包括綜合題、側重專業方向題、側重課程內容題、側重新器件應用題等類型，幾乎涵蓋了高校電子信息類專業本科高年級以前的技術基礎系列課程教學內容。

競賽命題在反映教學基本內容的同時，也特別注意在新技術、新器件、新儀器的應用方面起一定的導向作用。例如，1997年前的競賽內容以模擬與數字電路應用設計為主，可涉及單片機的應用，在競賽命題內容上增加了可編程邏輯器件的應用的要求；近年來的競賽內容已調整為模-數混合電路、單片機、可編程邏輯器件、EDA軟件工具的整體應用。這樣做的目的是，一要把握基本教學內容，二要隨著技術發展與時俱進，不斷推出有效的電路設計手段，以期為高等學校提供可借鑒的教學引導。一個時期以來，高校電路類課程教學中普遍存在著“重數字、輕模擬；重軟件、輕硬件；偏低頻、怕高頻”的現象，如某屆競賽上報全國評獎的355個作品中，只有約15%選擇的是純模擬硬件的兩道設計題目。為此，歷屆競賽都始終堅持每道命題都要不同程度地涉及模擬硬件設計制作內容，幾乎每屆競賽都有一道高頻模擬電路的命題。

隔年一次的全國競賽所強調的是基于教學基本內容的各層面的廣泛參與，也希望能夠不失時機地將電子信息發展的熱點技術介紹到高校，并以此為契機培養鍛煉出一批專業技術人才，以體現集中資源因材施教的原則。2002年，創辦了全國大學生電子設計競賽——嵌入式系統專題競賽。嵌入式競賽采用“開放式”組織方式，要求參賽隊自主命題與設計，三個月內獨立完成一個采用嵌入式技術、具備特定功能的現代應用系統。組織該項競賽的目的是希望為高校電子信息專業的教學內容和課程體系改革、實驗室建設提供新的動力，促進校際之間在嵌入式系統科研與教學上的交流。2004年，該項專題賽組成南、北兩個賽區，包括4支境外隊在內的50余所高校的106個隊參賽，從而在隔年一次大賽的“基礎層面”上又構建了非競賽年的競賽“提高層面”。

3．緊密結合教學，進一步提高競賽的人才培養效益

第一，電子設計競賽能培養學生團結協作、鍥而不舍的精神。電子設計競賽要求3人組隊參賽，集體計算成績。這就要求組內互相信任、互相配合、分工合作。在順境時要相互提醒、保持冷靜，逆境時要相互鼓勵、共渡難關，出現問題時不能互相埋怨。另外，比賽只有短短的4天時間，很多作品都是在一次又一次的失敗中，經過多次調試、查找故障并予以排除后才完成的。只有具有鍥而不舍的精神，才能在遇到困難時決不放棄；只有吃苦耐勞、忘我奮斗，才能取得最后的成功。

第二，電子設計競賽能提高學生分析問題、解決問題的能力。在比賽中，學員要使自己的設計成功，就不僅要正確選擇、使用元器件，制作電路板，還要能熟練地使用各種相關測試儀器，檢測并排除各種故障，順利完成系統調試。

第三，電子設計競賽能培養學生的創新精神。2005年，溫家寶總理在國家科學技術獎勵大會上，明確提出了“努力將我國建設成為具有國際影響力的創新型國家”的歷史性命題。伴隨著信息技術的迅猛發展，需要更多的具有創新精神的創新型人才。電子設計競賽給予了學生一種挑戰、一種機會，促使學生深入思考、勇于開拓、不斷進取，這正是培養學生創新精神的好途徑。

第四，電子設計競賽能拓寬學生的知識面。電子設計競賽涉及內容廣，且有一定的難度，這些知識只靠課堂上的學習是遠遠不夠的。在培訓中，學生必須自覺地閱讀大量的課外書籍，由于目的性強，學習效率高，在較短的時間里就能學到很多新知識，并能促進課堂所學知識的消化吸收。更為可喜的是，通過參加大學生電子設計競賽培訓，使學生產生了濃厚的學習興趣，在賽后還能根據自己的不足，自覺地學習專業知識。

4．競賽與科研相結合，建設實踐經驗豐富的師資隊伍

大學生電子設計競賽要求學生又快又好地制作出一個近似于實用的小型電子系統，完成的工作包括：選題，收集資料，設計方案論證，硬件、軟件設計，電路仿真，元器件選擇，實際制作，排除故障，指標測試，結果分析以及論文寫作的設計制作全部工作。在現場測試時，還需要演示結果、測試指標，回答專家提出的各種問題。這其中的任何一個環節出現問題都會影響競賽成績甚至導致整個設計失敗。從整個比賽過程看，只是對學生的考核，但從另一個側面看，實際上又是對學校教學質量的全面考核。電子設計競賽對專業教學提出了更高的要求，促使教師必須在課程體系、教學內容與教學方法上進行改革，從而推動教學質量的全面提高。競賽不僅使優秀學生脫穎而出，也使得指導教師受益匪淺。

首先，電子設計競賽能促使教師教學觀念的轉變。學生綜合運用所學知識進行設計的能力欠缺，創新能力及動手能力較差，是教學過程中存在問題的集中體現。電子設計競賽為教學指明了具體方向，教師必須轉變“重理論、輕實踐”的教學觀念，重視實踐教學，做到理論與實踐教學緊密相結合，并提高自己的實踐能力。

其次，電子設計競賽能促進教師科研能力的提高。電子設計競賽命題范圍廣，涉及電子技術（模擬電路、數字電路）、高頻電路、通信原理、單片機技術、可編程器件等多門課程，并鼓勵新器件、新技術的應用，這對賽前輔導教員提出了更高的要求，要求教師必須具有更寬的知識面和更豐富的實踐經驗，才能完成指導工作，促使教師去不斷學習、更新知識。

教師參加大學生電子設計競賽，在指導學生的過程中，相互學習，共同提高，知識和經驗的相互滲透、結合使得指導教師的業務素質提高得很快，并認識到在教學中貫穿綜合考慮解決問題的思想對學生能力培養的重要性。這無疑使得教師能夠在日常的教學和科研中發揮更重要的作用，對提高教師的整體水平、推動師資隊伍建設大有裨益。