時間：2023-10-17 09:34:38
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本次大賽一個亮點就是眾多境外參賽隊參賽，不僅參賽隊伍數量超過往屆，參賽學校也都是各自國家和地區理工類的翹楚，這也說明我們舉辦的英特爾杯嵌入式系統專題競賽正逐漸成為世界關注的大學生嵌入式競賽，有助于進一步提高競賽的水平。本屆國外和中國香港地區具體參賽名單如下：
國外(每所大學1隊參賽)
?馬來西亞和新加坡
馬來西亞多媒體大學(MMU)
馬來西亞理科大學(university sainsMalaysia)
新加坡國立大學(National university ofSingapore)
?印度
Indian Institute of Technology Madras(2007年印度大學排名榜第一)
National Institute of Techn010gyKarnataka,Surathkal
C011ege of Engineering，AnrtaUniversity
Indiart Institute of Techn010gyKanpur(2007年印度大學排名榜第四)
?美國
馬薩諸塞洛厄爾大學(university ofMassachusetts Lowell)
中國香港(每所大學2隊參賽)
香港中文大學
香港科技大學
競賽作品巡展
項目名稱：隨鉆測井實時地質成像系統
北京交通大學計算機學院參賽隊
隨鉆測井是指鉆井的過程中實時地測量地層巖石物理參數，并將測量結果實時處理加工后由井下送到地面數據中心進行處理，形成軌道、地層評價進行鉆探工藝決策。
本系統能夠實時接收井下發回的數據，并進行高速數據處理，計算并顯示出各類實時參數，并且能夠繪制出鉆井的三維軌跡圖，通過觸摸屏的輸入方式，簡單方便地進行數據查看、分析；除此之外，系統還能夠從與遠程數據庫獲得鉆井軌跡設計圖，用于與實際軌跡圖進行比對，從而能夠方便、準確地幫助開采人員對鉆井軌道進行校正。
本系統充分利用開發板的資源，利用開發板便攜、具有高性能的雙核CPU并且工控級的水平能夠進行惡劣現場的數據采集，實時顯示。本系統由便攜主機、觸摸屏、無線網絡與遠端地質數據庫和必要的串行總線下的地質傳感器接收板所構成。系統構架結構示意圖如圖1。
項目名稱：搜尋機器人
北京交通大學電子信息工程學院參賽隊
在現實生活中，很多場合需要人們去完成一些搜尋任務，這些任務可以用機器人代替。該機器人能在人不方便進入的區域內完成搜尋目標和探測環境的任務。其具體功能如下：
?通過無線方式完成所有控制；
?在柵格化的全局地圖內進行自主路徑規劃。機器人在移動過程中利用視覺實時探知未知障礙物、測量障礙物和機器人的距離及角度并根據障礙物在全局地圖中的位置，采用有效的算法計算出最優路徑，以最快的速度安全地到達目的地；
?通過視覺在全局地圖內尋找目標并進行動態目標跟蹤；
?通過PID定點跟蹤算法，出色執行控制終端給定的任意路徑，
?通過機器人的發聲系統和語音識別系統實現簡單的人機交互；
?通過攝像頭采集的圖像信息可以實時監視機器人周圍的環境信息。
項目名稱：“TransCube‘基于Visual Hull算法的立體傳真機
北京航空航天大學 沈悅雯 朱瀝可 慕騰飛參賽隊
傳統傳真機在信息爆炸的時代已經漸漸無法滿足人們的對傳輸信息的更高需求。因此本項目提出概念化的319數字傳真機的設想。特點如下：
?目標對象可以是立體的絕大部分物體，不再局限于紙質材料；
?對若干物體照片中的對象提取來恢復立體模型；
?傳輸通道由PSTN、LAN、WIFI等多網絡復合組成。
在總結本次大賽的總體情況時，大賽組委會主任、中科院院士、工程院院士王越教授認為，本次大賽從最終提交作品和答辯過程來看，水平比上屆有明顯的提高。本次大賽的一個突出特色就是開發板的難度比以往都要大，采用的Intel Core 2 Duo核心產品技術相當先進，幾乎代表著當前市場應用技術的先進潮流，無疑讓學生能更貼近技術發展前沿，對創新的價值體現更突出。而絕大部分學生僅僅經過幾天的培訓，就能在這樣一個多核處理器基礎上完成一定的構思并且演示成功，證明這些學生有極強的自學能力和應用知識的能力。這從一個側面驗證了至少這些學生在其學校受到的教育水平是比較值得肯定的，也基本實現了我們的教育與時俱進的目標。
本次大賽最終共有146支隊伍成功演示作品，其中包含8個境外參賽隊(其中印度4隊，馬來西亞2隊，美國和中國香港各1隊)，境外參賽隊數量在逐年增加。在比較中外選手特點之時，王越院士認為，從比賽的作品來看，中外學生的思維方法在逐漸靠近，不過國外選手在對問題的看法和思考方面比較突出，思維更開放、跳躍性更強，更善于表達自己。國內的學生則在動手能力上比較強，對知識的運用更為有優勢，作品成功率也比較高。由于這次參加比賽的國外選手都來自各自國家最好的理工院校之一，因此還是很能體現我國重點理工院校在本科生教育階段的水平處在世界領先水平的。
來自北航的張曉林教授認為，本次比賽通過作品的審核，能夠突出體現以下幾個特點：一是參賽學生對嵌入式概念的理解更加深化；二是對系統體系概念的理解和動手能力都有顯著的增強，比賽的開發板讓學生對系統并行處理和高速運用、線程調入等方面的理解更加深入；三是大部分學生能夠用Windows XP開發作品，難度相對低一些，比較可喜的是有些參賽隊采用Linux自己設計并且成功，可以說難度很大，充分證明了學生的開發能力，對學生能力的驗證比上屆更突出。與此同時，本次比賽的開發板可以說很具有市場開發價值，可能會成為引領未來嵌入式開發方向的產品，學生參加此次比賽學到的知識將對她們對嵌入式開發理念、先進技術的了解和體系結構的掌握有很大好處。參加本次競賽能讓學生掌握該領域的最新平臺技術，這將讓學生受益終生。
來自Intel公司的首席工程師AtulKwatra在談到本次比賽時高度評價了參賽學生的開發能力，他認為，基于這樣一款市場上最新的Core 2 Duo產品，本科生能夠開發到這種水平令他感到很滿意。特別的，并行處理軟件對于許多商業化軟件企業都是個不小的挑戰，而這次僅僅三個月的時間，一些學生就能開發出一定并行基礎的軟件，足以證明這些學生具備相當好的技術應用能力。同時，他希望能通過未來的比賽，獲得更多學生對Intel產品的反饋，指導Intel更好的開發新的產品。
上海交通大學教務處處長江志斌教授則從教育方面談了對本次大賽的看法，他認為Intel杯競賽是對學生教育的一種延伸，教育不僅僅是傳授知識，還要滿足學生的需求，推進學生的技術應用水平，學校培養未來的人才更需要轉向對學生創新能力的培養，這次比賽恰恰提供了這樣一個出色的平臺?？梢哉f，Intel杯不僅僅是競賽，更是對學生能力促進、啟發和再培養的一個難得的過程。
Intel公司的包益平先生在評價本次比賽時，重點介紹了Intel公司組織競賽的初衷，他認為，Intel公司希望能通過這樣的競賽形式，一方面推廣了Intel產品在學生中的認知范圍，更重要的是，通過這樣的一個過程，提供學生一個應用知識的平臺，Intel希望可以借這個平臺幫助中國的大學生更好地鍛煉創新能力，從而為中國的產業培養更多出色的人才，促進中國產業的壯大，盡到Intel在中國的社會責任。
在展望下屆比賽之時，王越院士充滿期待，Intel杯作為一次高水平的嵌入式邀請賽，正在逐漸的走向國際化，今年有8支境外隊伍參賽，未來希望能邀請更多的境外參賽隊加入，爭取能把Intel杯競賽辦成一個真正的中國舉辦，世界參與的高水平嵌入式大賽。
關鍵詞：模擬與數字電路；電子技術綜合實驗；實驗園地；虛擬儀器實驗
中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0151-03
一、背景
以模擬與數字電路為基礎內容的電子技術實驗是高等學校理工科專業學生重要的必修專業基礎課，也是電子、計算機、自動化等工科專業的學生在大學教育階段所要經歷的一個重要的工程性實踐環節，在培養學生素質和能力方面占有十分重要的地位[1]。而電子技術綜合實驗課程作為一門綜合性的實踐課程，與理論課程并行開設，其實驗內容不再限制于某一門課程，而是把多門相關課程的知識相互滲透，有機融合。在一個實驗項目或設計課題中，可以融合模擬電子技術、數字電子技術、EDA技術、單片機原理等知識模塊，讓學生運用多種技術完成一個完整的電子系統的設計，使學生對電子系統的設計過程有深入的理解，同時培養工程實踐方面的基本素養。除了傳統實驗教學中的實驗項目，課題設計還可以采用電子設計競賽、科研項目、學生創新實踐等方式，在“開放”的狀態下進行，充分體現學生的主體性[2]。眾所周知，軟件學院的辦學宗旨是要基于“精英型軟件人才”的培養目標，一般的軟件學院通常擁有軟件工程和網絡工程兩個專業方向，而我院為了強化“精英型軟件人才”的培養目標，在本科二年級時又開設了嵌入式和物聯網兩個專業方向，這兩個專業方向的學習需要有更好的硬件基礎，這也是我院面向本科一個年級800人開設模擬與數字電路理論與實驗課程，并且實驗教學采取獨立設課的方式的重要原因。嵌入式與物聯網專業與電子技術等硬件課程的聯系要較為緊密一些，對于目前的模擬與數字電路教學，從事這兩個專業方向學習的學生往往會感到學得不夠多，不夠深入。許多有志于這兩個專業方向學習的學生，在做完基礎的模擬與數字電路實驗后希望，還能有機會到實驗室做一些額外的、提高性的實驗。而不從事這兩個專業方向學習的軟件工程和網絡工程專業的學生，往往體會不到學習電子技術等硬件課程的重要意義，簡單的認為在軟件學院學習，只要把“軟”的東西搞明白就可以了，不應在“硬”上浪費時間。因此，結合我院目前本科生的教學體系、培養目標以及開設的相關硬件課程如：51單片機接口與匯編、fpga設計、通信原理、計算機組成原理等與硬件電路密切相關的課程，構建“電子技術綜合實驗教學體系”就顯得有重大的意義，能夠使基礎的硬件教學與軟件學院的教學體系和培養目標建立起聯系，體現了硬件實驗教學相對于軟件專業方向學習的重要性和關聯性，實現軟硬兼顧。除此以外，目前在全國眾多的軟件學院中，另外，還沒有發現一所軟件學院提出構建“軟件學院電子技術綜合實驗教學體系”的教學改革活動。著名的大學如北京大學是將軟件與微電子學院放在一起合辦，盡管如此，北京大學也沒有面向軟件工程、網絡工程將近800人的、規模龐大的模擬與數字電路的實驗課程，因此，我院進行構建“軟件學院電子技術綜合實驗教學體系”的教學改革實踐就顯得特別有意義，能夠起到“示范性”的作用。
二、研究基礎
我院自2008年開始在本科生的教學體系中引入獨立的模擬與數字電路實驗課程以來，取得了許多積極的教學成果：（1）有力的輔助了模擬與數字電路理論課的教學，使抽象的理論課不再生澀難懂。（2）通過動手搭電路的實驗很好的煅練了學生的操作能力，通過實驗學生的實踐能力得以提高。（3）對我院其他專業方向的如計算機組成原理等理論與實驗課程的教學提供了有力的支持。（4）教學模式不斷改進，部分實驗，如儀器使用的教學方式完成了由傳統的“老師講，學生跟著做”到以學生為主體，旨在培養學生“自主學習和創新意識”的開放式教學。在數字實驗部分設立了“選做”實驗項目，面向能快速完成必做實驗部分的、有興趣做更多學習和嘗試的學生。（5）規范實驗教學的流程，引入了實驗報告冊，在報告冊中明確規定實驗的預習、操作、總結部分的要求。（6）在現有課程教學基礎上，結合我院嵌入式工程專業的培養目標，開設了一門提高性質的開放式電路設計實驗課程“嵌入式電路設計開發與應用實踐”。
但現在的實驗教學仍有許多不足之處：（1）實驗內容陳舊，所用元器件型號過時，需要更新。（2）實驗項目仍然偏少，不夠豐富，可供選擇的余地小，大大的限制了學生自主性的發揮，不利于創新型、研究型的學習。因此，驗證性、綜合性、設計性的實驗項目均應增加。（3）教學模式僵化，手段單一，仍以傳統的老師在課堂上按部就班的指導，學生跟著按實驗步驟進行操作驗證為主，學生沒有自由發揮、進行創新型學習的機會。實驗室目前仍沒有完全實現開放，而學生的專業學習任務較重，課程設置多，很難有整塊的時間和專門的機會通過更多的實驗訓練獲得提高。（4）實驗課程考核的方式單一，除了批閱實驗報告之外，成績評定主要以學生完成實驗的快慢為主，即主要考核學生的學習態度，認真預習的程度及實驗動手操作能力的高低。（5）尚未形成一個有效的綜合教學體系，使模擬與數字電路實驗課程能更好地融入我院的整體教學體系當中。
三、研究思路
基于以上的原因及分析，應結合目前我院的教學體系及專業培養方向，以現有的模擬與數字電路實驗教學為基礎，以“開放式”教學為主要依托，構建“電子技術綜合實驗教學體系”，以求根本解決我院目前模擬與數字電路實驗教學中存在的各種問題。
1.建設電子技術綜合實驗園地[3]。建設電子技術綜合實驗園地是本研究課題要實現的基礎目標，是構建我院電子技術綜合實驗教學體系的基礎。
實驗園地中的實驗項目如圖1所示分為以下幾大組成部分：①實驗基本技能訓練園地，實驗基本技能訓練園地主要包括：如何進行實驗預習，如查找資料，對實驗進行理論分析；實驗操作中的FAQ；實驗總結報告的書寫要求；電路設計仿真軟件的入門；嵌入式C、匯編語言的集成開發環境的使用；VHDL、Verilog等硬件設計語言及ISE開發編譯環境的使用；EDA技術基礎如電路板的原理圖、PCB板圖的設計；電路焊接的基本技能培訓等。將實驗基本技能訓練部分的資源放置于我院的ftp課程網站或學院網站上，根據具體實驗的要求或學生自已的需求下載使用。②專用儀器設備園地，在專用儀器設備園地中，可獲得示波器、萬用表、函數信號發生器、直流穩壓電源、電子技術實驗箱、實驗操作面板等儀器設備的使用說明書，操作實例，操作課件等。③基礎模擬與數字電子技術實驗園地，按照基礎模擬與數字電子技術通用的理論教學，實驗園地可分為四大模塊[4]：模塊A：常用電子元器件，包括電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應管等，模塊A是模擬與數字電子技術的共同基礎。模塊B：模擬電路模塊，包括基本放大器、差動放大器、功率放大器、運算放大器、反饋放大器、信號發生器、直流穩壓電源等，該模塊是模擬電子技術的主要內容，著重讓學生掌握模擬電路的基本概念、基本原理和基本分析方法。模塊C：數字邏輯和數字電路模塊，主要包括邏輯代數基礎、邏輯門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖產生與整形、大規模集成電路（半導體存儲器、A/D和D/A等）。模塊C是數字電子技術的主要內容，旨在讓學生掌握數電的基本知識及常用數字集成電路，學會邏輯分析和邏輯設計的方法。模塊D：可編程邏輯器件模塊，目前常用的可編程邏輯器件包括EPROM、GAL、FPGA、E2PROM，模塊D是數字電路領域發展較快的一項技術，通過與EDA技術的結合，使通過軟件編程的方法實現硬件設計成為可能。④演示實驗教學園地，將演示實驗教學園地分為三大模塊：模塊A：實物演示實驗教學，實物演示實驗教學是從實驗結果入手的教學方法，有助于從總體設計方面建立深入的宏觀印象，趣味性的結果還有助于激發學生的實驗學習創造的興趣，使學生在充分理解了現有實現方法的基礎上，積極探求不同的實驗思路和解決方案?！皩嵨铩奔瓤梢园▽嶒灲處煘槟稠棇嶒炈O計的專用演示電路實驗板，也可以包括學生創新實踐過程中的設計產品，當然也可以是實驗電路搭接后結果的視頻演示。演示實驗教學系統也可以通過多媒體PPT課件，WORD或PDF文檔、視頻的形式集中于我院的FTP課程網站或學院網站上，根據具體實驗的要求或學生自已的需求下載使用。模塊B：虛擬儀器實驗，建設基于Labview的3D電子技術虛擬實驗室?？梢詽M足學生進行常用儀器設備的熟悉與使用，驗證性實驗的虛擬仿真等。如圖2所示為實驗中心自主開發的“三維虛擬實驗室”軟件系統，目前該系統正在研制。
通過對實物如儀器設備、電子元件等的虛擬，使學生對電子技術實驗形成全方位的了解，為深入實驗做準備，虛擬實驗還可以減少針對儀器設備、電子器件的誤操作，降低設備器件的損耗，延長使用壽命，減少維修維護的工作量。虛擬實驗的教學可以不受時間、空間的限制，學生可以在實驗室開放的時間到實驗室來做實驗，也可以在公共機房安裝有該軟件系統的PC機上完成實驗任務，甚至可以在宿舍、網吧、圖書館等有網絡環境的地方通過網絡進行實驗教學，真正實現實驗教學的“開放式”。模塊C：電路仿真實驗，許多EDA軟件就具有電路仿真功能，針對簡單的驗證性實驗，電路仿真往往顯得特別有效，如RC電路的實驗，實現過程非常簡單。如果在進入實驗室之前就能利用EDA軟件針對不同電阻R和電容C進行電路仿真，根據仿真的結果確定所需要的電阻、電容，就可以大大節省查找器件的時間，降低了在實驗室中找不到該器件的風險，提高的實驗學習的效率，有助于開放教學過程中更高效的使用實驗室。相比于實物演示教學和虛擬實驗教學，電路仿真更顯得專業化。⑤提高性實驗園地，提高性實驗園地的建設是構建“電子技術綜合實驗教學體系”的關鍵，是使電子技術綜合實驗教學能與軟件學院的教學體系和培養目標建立聯系的重要環節，體現硬件實驗教學相對于軟件專業方向學習的重要性和關聯性，實現軟硬兼顧。結合我院本科生教學體系及專業培養方向的實際，以及我院目前開設的51單片機接口與匯編、fpga設計、通信原理、計算機組成原理等與硬件電路密切相關的課程，提高性實驗教學園地包括三大模塊：模塊A：單片機硬件實驗，實驗方式為，設計電路原理圖進行電路仿真（可選）編寫C、匯編程序編譯成HEX文件用編程器寫入MCU實驗箱上搭接電路實現功能制作PCB板（可選）。單片機硬件實驗可以實現基礎的模擬與數字電路、單片機原理及應用、EDA電路設計技術及軟件編程與測試等多門專業課程的綜合。模塊B：FPGA硬件實驗，實驗方式為，設計電路原理圖進行電路仿真（可選）編寫VHDL、Verilog語言程序編譯生成bit文件燒寫到可編程器件內搭接電路實現數字邏輯設計或系統功能。FPGA硬件實驗可以實現基礎的模擬與數字電路（尤其是數字邏輯）、計算機組成原理及體系結構、EDA電路設計技術及軟件編程與測試等多門專業課程的綜合。模塊C：通信原理硬件實驗，通信原理理論課程是我院網絡工程系開設的一門專業課，為了深入這門課程，必須具備堅實的模擬（包括低頻、高頻電子線路）和數字電子技術基礎。目前，我院尚無完善的硬件實驗課程與之匹配，因此可在提高性實驗園地中加入這一模塊。通信原理硬件實驗可以實現基礎的模擬與數字電路（尤其是高頻電子線路與數字邏輯）、網絡技術及軟件編程與測試等多門專業課程的綜合。
四、結論
由以上分析得出如圖3所示的“軟件學院電子技術綜合實驗教學體系”的基本構思。
實驗教師應是電子技術綜合實驗園地的建設者，在利用園地中的各種實驗項目及資源做好基礎及提高性實驗教學的基礎上，承擔實驗園地中實驗方案與任務書的設計工作，在實驗項目開發的過程中，針對不同水平的學生，逐漸形成驗證性，綜合性，設計性實驗教學的層次。做為電子技術綜合實驗園地的使用者的學生，在傳統的課堂教學與“開放式”教學相結合的基礎上，逐漸與實驗教師建立新型的教與學的關系，如：學生自已選擇現有的實驗項目，盡可能的獨立完成實驗，實驗教師僅起到輔助指導的作用；教師根據學生的水平，將現有的多個驗證性實驗綜合，形成實驗方案，引導學生獨立完成；學生獨立設計實驗方案，尋求實驗教師的建議及幫助，盡可能的完全獨立自主的完成電路設計及實驗驗證。實驗園地的建設會為基礎、提高性實驗教學提供更多的實驗素材，有助于豐富實驗教學內容。教學中產生的問題有助于豐富實驗園地中的實驗項目的建設，使教師、學生在進行實踐教學的過程中有更多的選擇，有助于擴展學生的知識面，提高實驗教師的教學水平?？傊?，三者之間的良性互動將創造一個良好的教學實踐環境，切實提高實驗教學水平和教學質量。
鳴謝：本文受到2013年大連理工大學教學改革項目“立足精英型軟件人才培養目標的電子技術綜合實驗教學體系的構建”項目資助。
參考文獻：
[1]侯加林.全面實施電子技術實驗改革提高學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2009，28（1）.
[2]姜寧.高校電子技術綜合實驗開放式教學研究[D].陜西：延安大學，2011.
