云南大学信息学院专业课教学改革

专业课教学改革与电子类竞赛相结合推进大学生创新能力培养的实践探索

柏正尧　何乐生　余　江　王威廉

（云南大学信息学院　昆明　650091）

摘要：大学生创新能力培养是高等学校教育教学的核心目标。本文针对电子类专业大学生创新能力培养的要求，提出把专业课教学改革同组织大学生参加电子类竞赛相结合，进行大学生创新能力培养模式的实践探索，促进大学生实践创新能力的提高。通过多年的实践探索，本文作者在电子类大学生创新能力培养方面取得了积极的教学效果。

关键词：创新能力培养　专业课教学　电子竞赛　电子类专业

一、引言

近年来，在学校教务处的大力支持下，云南大学信息学院对本科生专业课教学进行了一系列改革，并获得云南大学教学改革立项建设。本项目组教师主要负责数字信号处理、数字图像处理、单片机及应用、DSP原理及应用等课程的教学工作，对这些课程从教学内容、教材选择、教学方法、多媒体应用、实验教学等方面进行改革，教学效果优良。

为了探索大学生创新能力培养模式，项目组教师在搞好专业课教学改革的基础上，研究了全国范围内各类电子设计竞赛，在学校经费有限的情况下，在教务处和信息学院的大力支持下，自2003年以来，我们组织、选拔、培养了一批大学生参加各类电子设计竞赛，经过指导教师和学生的共同努力，取得了较好的成绩。更重要的是，通过参加电子设计竞赛活动，大学生的自主学习能力、实践动手能力、创新能力得到了较大提高，同时还培养了学生的团体意识和合作精神，促进大学生就业竞争力的提高。

二、专业课教学改革为大学生创新能力培养奠定了扎实的基础

自2002年以来，信息学院信息与电子科学系先后开展了专业课教学改革的研究与实践。本项目组教师承担了数字信号处理、数字图像处理、单片机及应用和DSP原理及应用等课程的教学工作，主持和承担了相关教学改革建设项目。

数字信号处理是信息学院电子类本科生最重要的专业课之一，获云南大学首批双语课建设立项和主干课建设立项。项目组的几位教师承担了教学改革任务，授课对象包括2000级及其以后各年级本科生，取得了良好的教学效果。数字信号处理双语课建设成果主要包括：（1）采用了国外原版数字信号处理教材。本课程选用美国著名的数字信号处理研究和教学专家Mitra教授编著的教材“数字信号处理——基于计算机的方法”，先后选用了第二版和第三版教材，实验课也采用了与之配套的实验指导书。该教材的特点是内容丰富，条理清晰，深入浅出，结合MATLAB软件介绍数字信号处理的方法，做到了理论分析与计算实验的有机统一。（2）采用多媒体与板书相结合的教学方法。本课程采用统一制作的幻灯片进行教学，以向学生提供更多的课程内容信息，板书则主要用于讲解相关理论分析、公式的推导过程。幻灯片和板书均用英文书写，授课语言为英语和汉语，以英语为主。（3）作业和考试均要求学生用英语答题。老师在讲解例题和习题时，有意识地给学生示范用英语答题的常用语和方法。（4）实验课采用目前国际上最流行的数值计算软件MATLAB作为实验平台，该平台能够为学生提供从数字信号的产生到处理、输出的一系列计算，实验结果便于可视化。（5）数字信号处理为本科生学习其他课程奠定了良好的基础。

数字图像处理是信息学院电子信息科学与技术专业本科生的专业必修课，2005年获云南大学第二批双语课建设立项。项目组已承担了电子信息科学与技术专业2002级、2003级和2004级的数字图像处理教学任务，教学效果好，受到学生的好评。数字图像处理双语课程改革建设的主要成果包括：（1）采用国际著名的原版英文教材。该课程选用在图像处理教学和研究领域著名的美国田纳西大学教授Gonzalez编著的教材“数字图像处理（第二版）”。（2）采用多媒体与板书相结合的教学方法。（3）学生在做作业和考试时均用英语答题。（4）在没有专门实验课时的情况下，教学中安排了一定数量的课堂演示实验，另外专门安排10个学时用于学生做实验，要求完成至少5个图像处理实验。课堂演示和实验均在MATLAB软件平台上完成。（5）图像处理方法和技术应用受到学生的欢迎，不少本科生在做毕业设计和参加电子类竞赛时选择了与图像处理相关的课题。

信息学院信息与电子科学系从2002年开始开设新的“单片机及应用”课程。新的单片机及应用课程对内容进行了大胆的改革尝试，放弃目前国内大部分高校仍然使用的MCS51系列单片机，改为重点讲授当前流行的哈佛结构单片机PIC系列。课程重点也从介绍Intel总线结构和复杂指令集转为介绍SoC、哈佛总线结构以及相应的RISC技术。这一改变顺应了目前单片机技术的发展方向，具有实用性和先进性。在2007年9月举行的第八届全国大学生电子设计竞赛中，该课程改革的优势得到了体现。我校选修过该课程的学生充分发挥PIC16单片机具有丰富片上外设SoC技术的优势。评选委员会的专家认为我校学生的作品：人机界面友好，单片机系统可靠性高。从比赛结果可以看出单片机及应用课程的改革是成功的。

柏正尧老师在已为信息学院2004级、2005级、2006级研究生开设“DSP与微控制器”课程的基础上，开始为2006级电子信息科学与技术专业本科生讲授“DSP原理及应用”，该课程主要介绍数字信号处理芯片（DSPs）的结构、基本原理、硬件接口和软件编程方法，重点讲解美国德州仪器公司（TI）TMS320C54x系列DSP芯片的结构、接口及编程方法。通过该课程的学习，学生能够掌握用硬件实时实现数字信号处理的方法。

三、电子类竞赛有力促进了大学生创新能力的培养

1．组织学生参加DSP大奖赛，努力培养学生实践创新能力

德州仪器（TI）DSP大奖赛是由美国德州仪器（TI）公司主办、中国高校轮流协办的一个全国性高校大学生电子创新设计竞赛。这项全国性的竞赛得到了教育部的支持，DSP大奖赛旨在帮助国内教育部推广高校教育改革，促进高校学生利用先进的DSP技术进行设计的创新能力，该大奖赛进一步培养了学生间合作以及理论与实际相结合的精神。大赛每两年举办一次，逢单年初赛、双年决赛，该项竞赛是全国大学生电子类竞赛的重要赛事之一。自2003年开始到2007年已举办了3届，吸引了包括清华大学、北京大学、上海交通大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学等数百所高校近千支参赛队的数千名大学生、硕士生、博士生参赛。这项竞赛，要求每支参赛队应用“数字信号处理器”（即DSP）这一当今电子信息的核心芯片，完成一个有科学价值的、有实际应用前景的、有创新性的电子系统。这是一个高水平的电子创新竞赛，它从一个侧面反映了各高校教学、科研的水平和学生的创新能力。因此自开办以来很受国内各高校的重视，一些著名高校均投入相当的人力、物力、财力，例如上海交通大学为这类竞赛的拨款达几百万元，北京工业大学专门建立了“学生创新实验室”，经费支持力度也在几百万元，清华大学、北京大学每年均派出强有力的参赛队。这不仅是参赛队之间的较量，也是各高校之间的较量，对锻炼学生的实际动手能力、培养创新能力和意识很有帮助。

我校自首届（2003年）就组队参加竞赛，首届未能进入决赛，第二届（2005年）有一个队（本科生和研究生组成）进入决赛，并获得了创新奖。在2007年德州仪器（TI）DSP大奖赛中，全国共有包括清华大学、北京大学、上海交通大学等在内的百所高校、近千支参赛队报名参加。经过初赛，云南大学信息学院有1个队（本科生）进入2008年4月在成都电子科技大学进行的决赛，参赛题目为：“基于微波波谱及DSP技术的无创血糖检测仪研发”，该项技术有望为血糖的检测带来革命性的变化。

2．ADI创新设计竞赛取得较好成绩

ADI中国大学生创新设计竞赛是由美国模拟器件公司（ADI）主办、中国高校轮流协办的一个全国性高校大学生电子创新设计竞赛。这项全国性的竞赛得到了教育部的支持，ADI中国大学生创新设计大赛旨在帮助国内教育部推广高校教育改革，培育创新型人才，促进和锻炼高校学生利用先进的电子技术、DSP技术进行设计和创新。该大奖赛进一步培养了学生间合作以及理论与实际相结合的精神。大赛每年举办一次，该项竞赛是全国大学生电子类竞赛的重要赛事之一，自2006年开始到2007年已举办了2届，今年将举办第3届。吸引了包括清华大学、北京大学、上海交通大学、中国科技大学等数百所高校几百支参赛队的数千名大学生、硕士生、博士生参赛。这项竞赛，要求每支参赛队采用ADI公司先进的IC器件，包括DSP、单片机、模拟器件等，设计完成一个有科学价值的、有实际应用前景的、有创新性的电子系统。这是一个高水平的电子创新竞赛，对锻炼学生的实际动手能力、培养创新能力和意识很有帮助。参赛的高校均投入了相当的人力、物力及财力大力支持。

我校自2006年首届参赛以来，每年都参与该项赛事，2006年组队1个，进入决赛，获优胜奖；2007年组织2个队参赛，全部进入决赛，并分获全国“高级组”一等奖和全国“专业组”二等奖。今年已组队继续参赛。

3．全国大学生电子设计竞赛创佳绩

全国大学生电子设计竞赛是由教育部、信息产业部、团中央主办，日本索尼公司等协办的一项旨在促进高校培养学生创新设计能力、电子设计能力的一项竞赛，该大奖赛进一步培养了学生间合作以及理论与实际相结合的精神。大赛两年举办一次，该项竞赛是全国大学生电子类竞赛的重要赛事之一，从20世纪90年代初开始到2007年已举办了8届，吸引了包括清华大学、北京大学、上海交通大学、中国科技大学等数百所高校几百支参赛队的数千名大学生、硕士生、博士生参赛。这项竞赛，要求每支参赛队运用ADI公司的先进的IC器件，包括DSP、单片机、模拟器件等，设计完成一个有科学价值的、有实际应用前景的、有创新性的电子系统。这是一个高水平的电子创新竞赛，它从一个侧面反映了各高校教学、科研的水平和学生的创新能力。因此自开办以来很受国内各高校的重视，均投入相当的人力、物力、财力大力支持。

信息学院于2006年10月决定参加2007年9月举行的第八届全国大学生电子设计竞赛。由于这是云南大学首次参加全国大学生电子设计竞赛，信息学院师生在赛前进行了精心的筹备和准备工作：2006年9月底开始准备仪器、场地和必须的元器件；10月开始在洋浦校区开设全国大学生电子设计竞赛的辅导课程；2007年5月开始进入集训阶段，对于有获奖希望的约20名学生进行了集训；8月以后根据历年出题的特点和权威人士对2007年试题的预测，进行了有针对性的冲刺性训练。

2006年10月开始的竞赛辅导是针对所有报名学生的普遍性辅导，训练的主要目标是促进学生将课堂上学到的电子技术理论知识进一步消化吸收，将理论知识转化为动手能力。这个阶段参加培训的学生一度达到50人左右，每周上两次辅导课，每次4个学时。培训方法采取教师讲解和学生自己动手相结合的方法。第一、二节课教师根据竞赛题目有针对性的帮助学生复习理论知识，第三、四节课学生动手将这些内容变成实际电路。这个阶段起到了提高学生动手能力和选拔优秀人才的作用。

2007年5月开始的集训阶段是针对有希望获奖的月20名学生进行的提高训练。主要方法是将每个组的3名学生根据各自的爱好和特长，分成模拟电路方向、数字电路方向和EDA技术方向等三个主要培训方向，对不同爱好方向的学生进行有针对性的训练。同时将提高训练难度，采用历年真题作为训练对象。这个阶段每周上四次辅导课，每次4个学时，内容主要是教师和学生对方法进行讨论以及教师对学生方案的点评。这个阶段我们克服了许多困难，在连续2个月的暑假中集训学生基本没有离开学校，教师也一直坚守岗位。

2007年8月初我院辅导教师参加了命题小组在北戴河召开的一个赛前通风会，大赛命题小组组长对本次竞赛的试题进行了分析和梳理，使我院辅导教师对本届试题有了一定的理解。因此从8月开始进入了最后的冲刺阶段，各个小组根据自己专业所长选择了主攻题目方向，对这个方向的试题和知识进行了最后的练习和总结。

2007年9月3日至9月7日我校学生在洋浦校区参加了第八届全国大学生电子设计竞赛。我校共有6个队参赛，其中有4个队获奖，获奖面为66.7%，名列全省第一，其中一等奖1个，二等奖1个，三等奖2个。这次参赛是云南大学首次组队参加，取得了可喜的成绩。

四、电子类专业大学生创新能力培养模式的优异性

1．以大学生创新能力培养为目标进行专业课教学改革

围绕大学生创新能力培养这个目标，信电系对专业课从教材选择、内容安排、教学方法等方面进行大胆创新改革，选用国外优秀原版英文教材，开展双语教学，改进实验教学，摈弃陈旧过时的内容，讲授反映电子信息技术发展趋势的新内容。这些改革推动了大学生自主获取知识和实践创新能力的提高。

2．电子类竞赛为培养大学生理论与实际相结合的能力提供了新途径

实验课教学有助于大学生实践动手能力的提高，但由于实验课学时的限制，大部分实验内容都是验证性的，综合实验比较少。电子类竞赛为大学生提供了更多的实践机会。在教师的指导下，大学生可以自主学习、研究、设计、实现有关的电子信息处理系统，实践创新能力得到全方位的培养。

3．电子类竞赛是大学生参与教师科研课题的新方式

学校鼓励大学生积极参与教师的科研课题，部分大学生在毕业设计中一定程度上可以参与导师科研课题，电子类竞赛课题选择大多与指导教师的科研课题有关，导师能够进行针对性指导，学生能够进行较长时间深入学习研究，是大学生参与导师科研课题的重要新方式。

五、结束语

在教务处和信息学院的大力支持下，经过项目组教师的共同努力，专业课教学改革工作取得了一定的成绩，并对本科生实践创新能力培养模式进行了实践探索。我们将继续坚持专业课教学改革的方向，组织、选拔更多的学生参加各类电子竞赛，为培养大学生创新能力而努力。

六、致谢

本文得到云南大学第一批、第二批双语课程建设项目和云南大学中青年骨干教师培养计划项目经费支持。

参考文献

[1] Mitra S K. 数字信号处理—基于计算机的方法，第三版. 北京：清华大学出版社，2006.

[2] Gonzalez R C，Woods R E. 数字图像处理，第二版. 北京：电子工业出版社，2005.

[3] 李学海. PIC单片机原理. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 邹彦. DSP原理及应用. 北京：电子工业出版社，2005.