电工电子课外科技创新能力培养与实践实施综述-海南大学

1、电工电子课外科技创新能力培养与实践实施综述一、项目特色 实践创新能力是当今社会发展对高校人才培养的一个重要要求， 创新型人才的培养亦是世界各国高等教育的目标。 根据波特的国家创 新体系理论，创新是我们这个时代国家和地区的核心竞争力。 我国国 家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010-202 年)中指出：人力资源 成为推动经济社会发展的战略性资源， 人才培养与储备成为各国在竞 争与合作中占据制高点的重要手段。 高等教育是知识创新、 传播和应 用的主要途径， 在建设创新型国家过程中， 高等学校应该也必须发挥 人才培养的重要作用，这是新时期社会对高等教育提出的要求。对于高校学生而言，实践创新能力是

2、大学生素质教育的重要方 面，对于构建学生的开拓创新思维、实践动手能力非常重要，是知识 型劳动生产者必备的条件之一。 当前，高校大学生正面临着前所未有 的机遇与挑战，工程实践性和思维创新性也不再是电气信息类等工科 专业的专属名词， 高校学子们迫切希望能够有更多的机会和条件发展 自我、完善自我， 实现自我价值的追求。这是新时期学生对高等教育 提出的要求。 因此，如何更好地满足社会整体和学生个体对新形势下 更高层次的教学需求， 如何更好地激发学生参与兴趣并挖掘学生创新 潜能，如何更好地提高学生的实践与创新能力， 这是高等学校必须认 真思考和研究的重要课题。为了提升机电工程学院本科学生的科研创新能力，

3、 包括项目组在 内的多位教师在近几年来一直致力于相关的工作， 学院、电气系在财 力、人力以及资源上均给予了大量的支持。本项目组依托“全国大学 生电子设计大赛”、“飞思卡尔'杯智能汽车竞赛”等全国性的学科 竞赛，引导相关专业学生参与实践活动， 培育了一个学生科技创新团 队，取得了一定的成绩。但是，相对于其他“ 211”高校而言，这方 面的工作还仅仅是刚刚起步，还有如下几个方面的问题亟需解决：（1）实践育人的范围有待扩宽。近年来，本项目组成员长期组 织学生开展课外科技创新设计活动，如机电工程学院电子制作竞赛， 组织并指导学生参加学科竞赛工作。 目前， 机电学院大多数学生都有 参与实践活动的

4、需求和积极性。但是，由于资金有限，相关活动往往 面对的是少量优秀的学生，指导范围需要进一步扩宽。（2）实践育人的规模有待增加。由于本项目组在近年来的引导 宣传和梯队建设， 全院学生对相关的学科竞赛具有较高的认同度， 参 与的热情也较为踊跃。但是，由于经费的限制，本项目组难以提供更 多的元器件、硬件开发板， 所以参赛的规模较小，一定程度上对学生 的积极性产生影响。（3）实践育人的档次有待提高。目前，学生在实践活动中所接触的硬件平台主要以S12和51系列单片机为主，开展的活动主要以 电子设计竞赛、科技小制作等为主，对于应用较高层次硬件平台（如 32位嵌入式系统、DSP芯片等）和较深理论知识的机器人

5、竞赛、 实际 科研项目等还较少涉及。 本项目将在开放专业实验室的基础上探索课 外科技创新实践育人的机制， 以便进一步落实教育部关于学生实践活动的精神本项目组认为对于电气信息类等工科专业必须结合教学的实际 情况来设置不同层次的实践内容，引导更多的学生参与实践创新活 动，培养更多具有较高实践创新能力的学生。为此，本项目组在总结 多年实践育人经验的基础上， 提出了“电工电子课外科技创新能力培 养与实践”实践育人项目课题，该项目立足于有机整合实践动手初步、 综合设计题目、学科竞赛专项、学生科研课题等多个部分，内容横跨 各个年级的学生， 营造创新人才培养氛围， 探索适合我院实际情况并 且切实可行的培养和

6、管理机制，项目的主要特色如下：（1）分层次的培养：本项目密切结合学生的专业学习，在建设 电工电子科技创新开放实验室的同时针对不同年级学生的具体条件 和实际需求，进行分层次培养， 所实施的内容既是学生课堂内容的提 升，又具有实际操作性。同时，面向各个年级学生开展工作，既可以 进一步激发低年级学生的参与热情，较早的对其创新性思维进行培 养，帮助学生建立参与实践活动的自发需求。（2）重实效的培养：本项目在引导学生参与实践活动时不再人 为设置课程基础的硬性限制， 淡化纵向的、不同年级层面的课程界限。 参与学生将按照“零散知识点的实践活动理论课程的系统学习 项目级的实践任务”这样的“做中学、学中做”的培

7、养模式来提升 其实践创新能力。同时，本项目密切结合各级、各类学科竞赛，实施 内容具有权威性， 实施结果有明确的考核指标， 而且对学生今后的就 业、考研都可以提供量化参考。（3）突出个性化培养：本项目结合学生专业及个人兴趣，以学 生为主体，对学生因材施教，让学生因需受教。本项目组指导教师将 根据学生特点组建侧重点各不相同的科技创新团队， 提供不同的科技 创新和工程实践内容， 培养学生研究性学习的思维方法， 引导学生独 立自主地分析问题、解决问题。将素质教育渗透到专业教育之中，使 学生较早地参与项目管理、 科学研究和工程实践， 提高大学生的科学 素质、创新精神和实践能力。（4）注重团队精神的培养：

8、本项目建设的电工电子科技创新开 放实验室将为学生提供一个交流合作的平台， 不同年级、 班级甚至专 业的同学在该平台上组成不同方向的研究团队， 独立管理，共同探索， 协同创新， 避免了学生形成单打独斗的个人主义， 团队精神的培养有 助于学生毕业后更好的融入新的环境，取得新的成绩。二、典型案例本项目在实施过程中吸引了众多的学生参与其中， 这些学生中有 些是积极参与实践活动且已经具有一定动手设计能力的高年级同学， 有些是通过自学具有一定基础但是不知道该如何提升自己动手能力 的同学，还有大部分是具有迫切的需要但是没有基础、 基本没有参加 过实践动手活动的同学。 通过本项目的实施， 利用项目组提供的软硬

9、 件平台，绝大部分参与的同学都得到了锻炼， 实践动手能力有了一定 的提升，有一部分同学甚至成长为学院实践创新团队的核心骨干， 能 够带领团队进行小型科研项目的设计开发。 更为重要的是， 通过本项 目的组织的实践育人活动， 项目组成员乃至电气工程系各位教师均能 够明显感觉到相关专业班级参与实践活动氛围的积极性有了显著提 高，极大地带动了学生的学习热情。 以下是三位不同基础的学生的典 型案例，通过参与本项目的实践活动，他们的能力得到了快速提升。典型案例一： 09 电气一班汪礼超 汪礼超同学自入校以来一直努力学习，不断充实自己的专业知 识、提升自己的科研实践能力。在二年级时，汪礼超同学就被选拨进 入

10、项目组指导的科研创新团队， 具有较强的动手能力。 在本项目的实 施中，汪礼超同学积极配合项目组指导教师布置的各项任务， 不断带 领团队取得优异成绩。2011 年，汪礼超同学作为小组成员，在高年级同学的带领下参 加了第六届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车大赛、国家科技支撑 项目热带农业信息服务链关键技术研究与应用 、“瑞萨杯”全国大 学生电子设计竞赛、 海南省热带作物信息技术应用研究重点实验室开 放课题基金项目等一系列科研创新活动，具有了丰富的实践动手经 验，逐渐成长为机电工程学院学生实践创新活动的中坚力量。在本项目中，汪礼超同学作为骨干，成为创新小组的组长，负责 带领团队在一系列学科竞赛和科研

11、项目中进行攻关。他在 2012 年的 第七届全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛担任摄像头组的组长， 负责整个系统的方案设计， 硬件和软件平台搭建。 在相关资料较为缺 乏的前提下，通过阅读英文文献、动手实践以及刻苦攻关，独立完成 了基于32位ARM Cortex-M4内核的Kinetis K10平台开发，设计了摄 像头组的电路PCB指导编写了图像采集和控制算法。为了便于所有 参赛队伍更好地调试小车，该同学还设计了基于Labview的上位机以 及基于NRF24L01的无线传输方案，能在线对赛道图片进行观测和赛 车控制参数的调试。 这些都为本项目超额完成指标提供了必不可少的 支撑。9 月份以来，在

12、本项目负责人的指导下，汪礼超同学又申报并承 担了海南大学本科生创新课题 基于嵌入式系统的多功能信号参数测 试仪，带领团队成员共同研究ARM嵌入式芯片为控制核心的高性能 平台的开发和设计，研究电子元器件、中低频信号的参数检测技术。 10 月，该同学再次担任重要任务，带领团队参加海南省恩智浦杯电 子设计大赛， 协助项目组指导多位低年级同学开展设计， 最终带领团 队获得了海南省一等奖。汪礼超同学在参与本项目以后写下了如下的心得体会： “对于我 而言，能参加这么多的实践项目，学科竞赛，真的感觉很幸运。在这 里我要感谢学校和学院提供的各项实践条件， 感谢唐荣年老师、 胡文 锋老师、刘虹老师的悉心指导。学

13、院专门为我们配备了实验室，提供 各方面支持，指导我们解决实验中遇到的各种难题。每隔一段时间， 我们就要向指导老师汇报情况， 一些自身解决不了的困难如方案的选 择、创新的角度等，都在指导老师的帮助下得到了很好的解决。老师 们还经常鼓励我们要敢于创新，不怕困难，勇于接受挑战。我的课余 时间都在实验室， 和一群有科研爱好的同学长时间的相处， 也和大家 形成了足够的默契，各项工作在团队协作的氛围下有条不紊的进行着。电路设计的高效实用， 程序设计的突破创新，信息检测的严谨务 实实践中的方方面面在大家集思广益的全力攻关下日趋完美。我学习到了很多课本上学习不到的知识， 也很好的将我在课本上学到的 专业知识很

14、好的运用到了实际中，让我深刻的学习并理解了单片机、 电路原理，自动控制等等专业学科。 实践最重要的是锻炼了我亲自动 手、自主学习、开拓创新、团队协作的能力，为我以后的人生打下了 坚实的基础” 。典型案例二： 11 电气一班姚振坤 姚振坤同学参与实践活动非常积极、 主动， 在大一阶段多次参加 动手实践活动，并能多次联系项目组希望能够得到更多的设计项目锻 炼机会。 2012 年，姚振坤同学开始作为小组成员，在高年级同学的 带领下参与了第六届全国大学生 “飞思卡尔” 杯智能汽车大赛的开发 设计工作，由于基础较差， 项目组设计一些小型的设计任务并给予了 专门的指导。其后，该同学积极参与 ARM 嵌入式

15、系统的学习研发， 独立设计开发了信号发生器的综合设计项目；在 2012 年海南省电子 设计竞赛中协助高年级同学共同承担了参赛题目的设计开发， 取得了 三等奖的好成绩。 虽然该同学的前期基础很薄弱， 但是他在完成布置 的设计任务时踏踏实实、认真严谨、勤奋刻苦。通过本项目的一系列 实践活动，该同学的自身能力提升很快，已经成为 11 级中实践创新 的骨干，能够协助高年级同学进行较深内容的设计开发工作。姚振坤同学在参与本项目以后写下了如下的心得体会： “这一年在实验室奋斗的日子里， 我参加了飞思卡尔大赛和海南省电子设计大 赛等多项实践育人活动。 在比赛中我增加了自己的经验， 学到了很多 书本上没有的东

16、西， 提高了实践能力和团队合作能力， 这使得我学习 理论知识时更加得心应手。比如，在参加海南省电子设计大赛时，我 们通过看数字电路基础这本书，用 DAC0832模数转换器搭了一个DA 转换的电路，但是在实际操作中出现了很多问题。第一，由于搭电路 时对面包板掌握不够好， 线路连接出现问题导致搭好电路以后无法使 用。这让我知道了， 在实验中一定要养成认真细心的好习惯才能避免 一些不必要的失误。在测试时，我观察到 DA芯片输出的电压总是负 极性，无法调整成为正的。 通过查阅书籍，我了解到这是由于芯片本 身的特性， 无法输出正极性的电压， 想要解决此问题只能在外部再加 一个反相放大电路。后来，我们发现

17、 1602 上显示的电压精度只能精 确到小数点后一位，无法解决。通过查资料，我了解到DAC0832是一个8位的DA转换芯片，这相当于把基准电压分为 256份，每一份 的精度就是 0.1V 电压，而它测量的精度正是受到这样的限制而无法 提高。通过参与唐荣年老师指导的多项实践动手活动， 我认识到了实 践与理论上的差距。 实践有助于加深那些被我们遗忘的知识， 并将我 们学过的别人的知识通过运用转化为自己的知识， 这样得到的知识才 不会被轻易忘记” 。典型案例三： 11 电气一班窦哲窦哲同学也是在大一时就报名参加项目组组织的实践动手活动 并快速成长起来的一个典型代表。 该同学入学后自学了 C语言，具有

18、 一点实践动手经验。 为了能够得到更多的锻炼， 他也多次联系项目组 希望能够参加PCB设计、学科竞赛、教师科研项目等实践活动中。2012 年，窦哲同学作为小组成员，在 09 电气的汪礼超等高年级同学带领 下参与了第六届全国大学生 “飞思卡尔” 杯智能汽车大赛的开发设计 工作。虽然基础比较薄弱，但是该同学非常投入，经常为了解决开发 任务而熬夜工作，进步十分明显。为了树立典型，鼓励更多的低年级 同学参与实践动手项目， 项目组最终也选派他作为参赛队员参加智能 车竞赛。其后，该同学积极参与 ARM 嵌入式系统的学习研发，独立 设计开发了基于嵌入式系统的信号发生器的综合设计项目， 并实现了 较好的参数指

19、标；在 2012 年海南省电子设计竞赛中协助高年级同学 共同承担了参赛题目的设计开发， 取得了一等奖的好成绩。 通过本项 目的一系列实践活动，该同学已经成为 11 级中实践创新的骨干，能 够协助高年级同学进行较深内容的设计开发工作。窦哲同学在参与本项目以后写下了如下的心得体会： “最初参加 飞思卡尔智能车大赛时，指导老师和师兄给我布置了一些简单的任 务，我争取按时保质的完成，那个时候感觉自己在慢慢成长，虽然需 要学的东西像山一样压向我， 但是开始逐渐体会到了实践动手的乐趣 与神奇。到参赛现场以后，看到有的车跟飞一样，心里受到了很大的 触动，觉得学无止境，开始思考我们很多欠缺的地方，只有更努力才

20、 能取得好成绩。参与实践创新活动以来，我学到了很多，也思考了很多。我的感悟是：第一，参与实践活动，不要过分考虑自己的基础， 不要考虑年级的高低， 不要总想着等自己学完了所需的专业课再开始 动手实践。其实，只要用心，在老师和师兄的指导下，现学现用完全 可以实现自己综合素质的提升。 第二，提高动手能力是一个长期的过 程，要持续利用的参加学校和学院提供的各种机会， 平时的积累对于 能力的快速提升非常重要， 没事的时候就分析分析小程序， 多看看一 些芯片、电路和技术报告是不错的选择。最后，希望以后学校和学院 能继续提供这样的机会，这些实践活动对我们很重要” 。三、经验总结经过 7 个月的努力，本项目已

21、经圆满完成了所有计划的实践育人 内容，参与对象包含了多个年级、多个专业的学生，参与活动的人数 约为 450 人次，达到了预期所设定的项目目标， 现就任务书中所列各 项分别阐述：（1）使学院大多数对电工电子感兴趣的学生能够参与一项或多 项实践活动，项目实施完毕之后能够保持 1520 个规模相对固定的科 研创新团队开展常态性的实践活动。目前，学院已经初步形成了 18 个相对固定的学生团队，已经完成预期目标。今后，将对这些团队做 进一步的能力提升，争取打造 10 支左右的精品团队。（2）通过学生的实践动手能力训练，使机电工程学院下半年即 将举办的电子设计竞赛在规模和参赛作品上有较大提升。 学院出于多

22、 方考虑没有组织今年的院级电子设计竞赛， 但是项目组利用课程综合设计的机会，引导学生进行高水平的设计开发。目前，作品已经进入 最后的评审阶段，作品的整体设计质量较往年有明显提升。（3）参加第七届“飞思卡尔”杯全国智能汽车竞赛、海南省电 子设计竞赛的规模和奖项有进一步的突破。第七届“飞思卡尔”杯全 国智能汽车竞赛获二等奖 2 项，三等奖 3项，较往年有较大突破； 海 南省电子设计竞赛获一等奖 1 项，二等奖 2 项，三等奖 3 项，较往年 获奖数有增加。（4）有 12 项学生科技创新作品代表海南大学机电工程学院参 加 2013 年度全国大学生“挑战杯” 。目前，学生创新团队已经确定 1 个方向的

23、设计思路，已经完成了硬件测试， 正在开发和测试软件平台， 预计 3月中旬完成系统的整体测试， 并准备参加全国大学生 “挑战杯” 竞赛。项目在完成预期目标的同时，实现了如下的效果：第一，在课题 实施过程中， 强调知识的实效性和新颖性， 注重培养学生的实践创新 能力，使部分学生的综合素质有了较大的提升；第二，通过项目实施 较快地形成了若干支相对稳定、 素质良好、 具有较强实践能力和创新 意识的大学生实践创新团队；第三，通过课题的实施，形成引导绝大 多部分学生强化工程实践能力的环境氛围， 项目组进而形成了实践创 新人才培养模式的初步机制， 在后续的实践活动指导中将使更多的学 生受益。回顾整个项目的实施过程， 项目组得出如下一些经验。 这些经验 将在项目组今后的实践育人中得到进一步的落实和完善（1）在落实实践育人培养目标时，要认真领会学校加强本科生 实践创新能力培养的