德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科本科生課程體系(上)

吳 靜

(北京航空航天大學(xué)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院,北京 100191)

德島大學(xué)地處日本四國地區(qū)的首府,是該地區(qū)最大的一所綜合性大學(xué),其教學(xué)與科研在日本公立大學(xué)中處于偏上水平。2010年8月至10月,筆者應(yīng)邀對德島大學(xué)工學(xué)部電氣電子工學(xué)科進(jìn)行了短期訪問,調(diào)研了其本科生教學(xué)情況。本文主要介紹德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科的基本情況、通識教育科目、特別教育科目、工學(xué)素養(yǎng)科目和工學(xué)基礎(chǔ)科目等,以示其與國內(nèi)電氣工程學(xué)科課程體系的異同。

1 基本情況

日本高校的電氣工程學(xué)科在名稱上大都稱為電氣電子工學(xué)科,其教師配置、學(xué)科方向、課程體系與我國電氣工程學(xué)科有很大不同。以德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科為例,該學(xué)科共有教師30名,其中教授13名,準(zhǔn)教授11名,講師1名,助教4名,技術(shù)員1名;每年招收本科生100名,4年后約有50%的學(xué)生繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位。該學(xué)科的四個專業(yè)方向是:電氣能源、電氣電子系統(tǒng)、智能電子回路、物性設(shè)備。

德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科本科生課程體系包括通識教育科目和專門教育科目兩類。專門教育科目又包括特別教育科目、工學(xué)教養(yǎng)科目、工學(xué)基礎(chǔ)科目、專業(yè)基礎(chǔ)科目、專業(yè)科目和實驗科目等[1]。本科生畢業(yè)的條件是在通識教育科目中必修21學(xué)分,選擇必修10學(xué)分,選修14學(xué)分;在專門教育科目中必修33學(xué)分,選擇必修32學(xué)分以上,選修21學(xué)分以上。也就是說,畢業(yè)的總學(xué)分要求大于或等于131,其中通識教育學(xué)分為45,專門教育學(xué)分大于或等于86。(注:1學(xué)分相當(dāng)于8節(jié)課,每節(jié)課 90分鐘 。)

德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科于2004年通過了日本技術(shù)者教育認(rèn)定機(jī)構(gòu)JABEE(Japan Accreditation Board for Engineering Education)的正式審核,其本科生畢業(yè)后均具備日本“修習(xí)技術(shù)者”的資格,可免除全國第一次統(tǒng)考。JABEE成立于1999年,然后于2005年成為華盛頓協(xié)定WA(Washington Accord)的正式會員。隨著我國電氣工程專業(yè)學(xué)位認(rèn)證國際化的發(fā)展,了解國外與電氣工程相關(guān)的學(xué)科的課程體系具有重要意義[2,3]。

2 通識教育科目群

德島大學(xué)為本科生開設(shè)了通識教育科目群。該群包括4個子群:大學(xué)入門科目群,基礎(chǔ)形成科目群,教養(yǎng)科目群和基礎(chǔ)科目群。

2.1 大學(xué)入門科目群

大學(xué)入門科目群包括:“大學(xué)入門講座”,必修課程,1學(xué)分,主要介紹電氣電子工學(xué)的授課科目、學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)目的等;“高中大學(xué)接續(xù)科目”,針對高中時數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的學(xué)生開設(shè)“數(shù)學(xué)”、“自然科學(xué)入門”、“物理學(xué)”、“化學(xué)”和“生物學(xué)”等課程。

2.2 基礎(chǔ)形成科目群

基礎(chǔ)形成科目群包括外語類、信息科學(xué)類和健康綜合練習(xí)。電氣電子工學(xué)科的本科生要在“基礎(chǔ)英語”(1學(xué)分)、“專項英語:聽力”(1學(xué)分)、“交際英語”(2學(xué)分)、“德語入門”(1學(xué)分)、“德語初級”(1學(xué)分)、“德語 2”(1學(xué)分)、“法語入門”(1學(xué)分)、“漢語入門”(1學(xué)分)、“漢語初級”(1學(xué)分)和“日語(專為留學(xué)生開設(shè))”等外語類課程中必修6學(xué)分,選擇必修2學(xué)分。信息科學(xué)類中的“信息科學(xué)入門”為必修課程,1學(xué)分,主要介紹計算機(jī)使用基礎(chǔ)?！敖】稻C合練習(xí)”也為必修課程,2學(xué)分,主要介紹心理和身體健康知識。

2.3 教養(yǎng)科目群

教養(yǎng)科目群包括四類課程,涉及到歷史與文化、人類與生命、生活與社會和自然與技術(shù)。電氣電子工學(xué)科的本科生在各類課程中至少選擇必修1門,所有課程中至少選修7門。為了便于和我國電氣工程專業(yè)本科生的人文社會科學(xué)類課程進(jìn)行比較,以下列出所有的教養(yǎng)科目。

1)歷史與文化

歷史與文化科目有:“日本古代史”、“20世紀(jì)前半期的中國”、“日本和國外文化介紹”、“探索世界遺產(chǎn):地理與文化” 、“明治文學(xué)”、“德國傳說與英雄事跡” 、“考古學(xué)概論”、“現(xiàn)代繪畫”、“現(xiàn)代世界史”、“資本主義歷史”、“中東經(jīng)濟(jì)入門:歷史與文化基礎(chǔ)” 、“德島地理與文化” 、“美國歷史”、“歐洲早期近代史”、“日本中世紀(jì)文學(xué)”、“東亞考古學(xué)概論”、“日本古代文學(xué)”、“日本中近世文學(xué)” 、“日本語音”、“中國文化:異人”(主要介紹中國古代的文化與意識),“西洋樂”、“藝術(shù)與技巧”、“世界近現(xiàn)代史”、“日本語的外來詞”、“民族音樂入門”、“寫真畫像保存技術(shù)概論”和“繪畫表現(xiàn)技巧與應(yīng)用”等。

2)人類與生命

人類與生命科目有:“現(xiàn)代知識探索”(主要介紹人與自然的關(guān)系、哲學(xué)倫理等)、各種心理學(xué)課程(“心理學(xué)入門”、“心理學(xué)概論”、“心理學(xué)基礎(chǔ)”、“初學(xué)者心理學(xué)”、“自我心理分析”、“學(xué)習(xí)的心理學(xué)”、“自我發(fā)現(xiàn)的心理學(xué)”等)、“東方哲學(xué)”、“環(huán)境問題” 、“朗讀的教育理念” 、“罪與惡:舊約全書” 、“運(yùn)動與心理健康”、“生物體的綜合機(jī)能”、“宗教與人類”、“生命倫理學(xué)”、“生命科學(xué)”、“鐵路人類學(xué)”(主要介紹鐵路歷史、日本近代鐵路、鐵路文學(xué)、鐵路資本主義等)、“古希臘哲學(xué)”、“生物與環(huán)境”、“動物生態(tài)學(xué)”、“生理學(xué)”、“古希臘哲學(xué)家”、“微生物學(xué)”和“科學(xué)技術(shù)與人類”等。

3)生活與社會

生活與社會科目有:“消費(fèi)者與物權(quán)法”、“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”、“食品經(jīng)濟(jì)”、“家庭法”、“人力資源管理”、“地圖與日常生活”、“政治與媒體”、“憲法與人權(quán)”、“環(huán)境法”、“企業(yè)法”、“經(jīng)濟(jì)與法”、“國際化與地區(qū)問題”、“國際政治學(xué)入門”、“工業(yè)與交通運(yùn)輸”、“財政制度入門”、“社會學(xué)”、“信息與決策”、“現(xiàn)代社會與法律”、“人口經(jīng)濟(jì)學(xué)”、“宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”、“拉丁美洲文化和社會”、“中東經(jīng)濟(jì)入門”、“國際化的環(huán)境問題”、“當(dāng)代日本經(jīng)濟(jì)探討”、“社會科學(xué)統(tǒng)計學(xué)入門”、“志愿者實踐”、“都市的人間關(guān)系”、“魔術(shù)的解放與再魔術(shù)化”、“國際合作論”和“窮忙族與現(xiàn)代貧困”等。

4)自然與技術(shù)

自然與技術(shù)科目有:“相對論入門”、“量子論入門”、“現(xiàn)代物理學(xué)簡介”、“原子核與粒子科學(xué)前沿”、“基因組與基因技術(shù)”、“生物礦物”、“生物醫(yī)學(xué)”、“天然無機(jī)化合物”、“日本植物的多樣性”、“第四世紀(jì)自然環(huán)境”、“材料科學(xué)”、“地球科學(xué)”、“環(huán)境科學(xué):人類與全球環(huán)境的和諧”、“統(tǒng)計學(xué):科學(xué)研究的基礎(chǔ)”、“主動學(xué)習(xí)與科學(xué)”、“化學(xué)技術(shù)”、“交互系統(tǒng)設(shè)計”、“基因與疾病”、“遺傳與進(jìn)化”、“合成醫(yī)學(xué):有機(jī)化學(xué)的引入”、“數(shù)理科學(xué)的世界”、“宇宙物理學(xué)入門”、“化學(xué)與社會”、“自然資源與環(huán)境”、“德島農(nóng)林漁業(yè)及技術(shù)研究”、“生物資源與化學(xué)”、“海洋生物”、“防災(zāi)的地球科學(xué)”和“災(zāi)害防備”等。

2.4 基礎(chǔ)科目群

基礎(chǔ)科目群包括:“微分積分學(xué)”(4學(xué)分)、“線性代數(shù)學(xué)”(4學(xué)分)和“基礎(chǔ)物理學(xué)—力學(xué)概論”(2學(xué)分),均為必修課程。

德島大學(xué)通識教育的理念與國內(nèi)高校的“通才教育”、“普通教育”和“一般教育”的理念并無太大差異。我國高校也要求本科生選修覆蓋政治、經(jīng)濟(jì)、歷史、文化、社會和外語的人文社會科學(xué)類課程,以及覆蓋數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物學(xué)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程,目的在于擴(kuò)展本科生的知識面,加強(qiáng)基礎(chǔ)教育,提高綜合素質(zhì)。相比而言,德島大學(xué)的通識教育課程分類更細(xì)致、種類更豐富、覆蓋面更廣,學(xué)生的選擇更加靈活。

3 特別教育科目

德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科本科生的特別教育與我國的實踐教學(xué)(通常包括電子專題實踐、計算機(jī)實踐、綜合論文訓(xùn)練和生產(chǎn)實習(xí)等)相似,具體科目如表1所示。本科生在選擇必修課程中至少選擇2門。

表1 特別教育科目

與我國電氣工程專業(yè)本科生的畢業(yè)設(shè)計相同的是,德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科的本科生也要經(jīng)歷畢業(yè)研究這一環(huán)節(jié)。其目標(biāo)是通過科研活動,讓學(xué)生了解作為一名工程師的社會責(zé)任和職業(yè)道德;提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力;培養(yǎng)學(xué)生主動、繼續(xù)學(xué)習(xí)的素養(yǎng);鍛煉學(xué)生發(fā)表研究成果和撰寫論文的能力等。畢業(yè)研究與畢業(yè)設(shè)計相比,前者更加突出本科生在這一環(huán)節(jié)中的研究意識。畢業(yè)研究開始于每年的4月份,結(jié)束于來年的2月份,時間為整學(xué)年,而我國高校的畢業(yè)設(shè)計大都為半學(xué)年(大四下學(xué)期)。整學(xué)年的時間可使本科生充分了解到從事科學(xué)研究的一般過程:科研選題、科研調(diào)研(資料收集)、理論或?qū)嶒炑芯亢涂蒲谐晒故捐b定等,為他們進(jìn)入研究生階段的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。我國高校的畢業(yè)設(shè)計大都是指導(dǎo)教師直接為學(xué)生指定題目,德島大學(xué)畢業(yè)研究的指導(dǎo)教師更傾向于為學(xué)生指定一個方向,而具體的題目則需要學(xué)生自己確定。另外,德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科要求三年級的本科生要參加畢業(yè)生的畢業(yè)論文發(fā)表會,以便了解各研究室的情況,更好地開展畢業(yè)研究。

“電氣電子工學(xué)輪講”是與“畢業(yè)研究”相關(guān)聯(lián)的課程,由畢業(yè)研究的指導(dǎo)教師安排所帶的本科生利用英語進(jìn)行演講,以提高學(xué)生的專業(yè)英語水平。

“技術(shù)者與科學(xué)者的倫理”主要是通過具體案例介紹科學(xué)道德、著作權(quán)、高校與研究所的研究者的道德規(guī)范、研究成果的商業(yè)化、知識產(chǎn)權(quán)、商業(yè)道德與法律等。

“英語會話”的主要內(nèi)容是電氣電子工學(xué)專業(yè)英語的聽、說、讀。

“電氣電子工學(xué)特別講義”主要介紹電氣電子工學(xué)專業(yè)先進(jìn)的技術(shù)動向;畢業(yè)生的成功經(jīng)驗、失敗經(jīng)驗和工作經(jīng)歷;技術(shù)人員的責(zé)任和道德。

“項目演習(xí)”屬于動手實踐課程,即機(jī)器人制作比賽。

“實習(xí)”與我國的生產(chǎn)實習(xí)課程類似。

4 工學(xué)教養(yǎng)科目

德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科本科生的工學(xué)教養(yǎng)與通識教育不同,其目標(biāo)是培養(yǎng)工科生的一般文化和品德修養(yǎng)。工學(xué)教養(yǎng)科目如表2所示,均為選修課程,學(xué)生可以根據(jù)個人興趣任選。

表2 工學(xué)教養(yǎng)科目

“設(shè)計制圖”主要介紹電機(jī)設(shè)計、變壓器設(shè)計、機(jī)械制圖基礎(chǔ)知識、電氣符號和有限元方法等;“無線電設(shè)備管理與法規(guī)”主要介紹無線電臺的開設(shè)、運(yùn)營和管理等?！半娏υO(shè)施的管理與法規(guī)”主要介紹電力工業(yè)相關(guān)法規(guī)、電氣設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格,以及電力設(shè)施的管理方法等,我國高校也會為學(xué)生開設(shè)相似的課程,或者在一些專業(yè)課程中介紹與電力工業(yè)相關(guān)的知識。

5 工學(xué)基礎(chǔ)科目

德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科本科生的工學(xué)基礎(chǔ)科目如表3所示。學(xué)生在選擇課程時至少選修5門必修課。

表3 工學(xué)基礎(chǔ)科目

“微分方程式”、“復(fù)變函數(shù)’、“矢量分析”和“概率統(tǒng)計”等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)與我國相同。然而,我國大多數(shù)電氣工程專業(yè)的高校并未為本科生開設(shè)“數(shù)值分析”和“固態(tài)物理”;也鮮有高校專門開設(shè)“理論力學(xué)”、“量子力學(xué)”和“熱力學(xué)與統(tǒng)計力學(xué)”,有的高校(例如清華大學(xué))將這些課程的部分內(nèi)容放入“大學(xué)物理”中介紹,有的高校甚至不涉及與這些課程相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。為了便于比較,以下列出上述課程的教學(xué)內(nèi)容。

“數(shù)值分析”的授課內(nèi)容有:計算機(jī)常識、浮點數(shù)、舍入誤差及其影響、浮點運(yùn)算、線性方程組的解法(直接法、迭代法、特征值法)、條件數(shù)、非線性方程組的解法(二分法、牛頓法)、求解特征值的Householder法、求解特征向量的QR法和冪法、求解數(shù)值積分的梯形法和辛普森法、求解微分方程的歐拉法和龍格庫塔法等。而在我國大部分高校都是在研究生階段開設(shè)這門課程。

“理論力學(xué)”的授課內(nèi)容有:質(zhì)點系統(tǒng)的物理量、剛體平衡、剛體轉(zhuǎn)動慣量、剛體的運(yùn)動、虛位移原理、達(dá)朗貝爾原理、變分法、哈密頓原理、拉格朗日方程和廣義坐標(biāo)下的拉格朗日方程等。

“量子力學(xué)”的授課內(nèi)容有:量子力學(xué)基礎(chǔ)(物理量與算子、狀態(tài)與波動函數(shù)、期望值和薛定諤方程等)、自由粒子、諧振子、三維薛定諤方程、角動量量子化和氫原子等。

“熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)”的授課內(nèi)容有:熱力學(xué)第一定律、第二定律、玻爾茲曼熵、經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)方法、微正則系宗方法、經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)在理想氣體、晶格比熱和磁性中的應(yīng)用、正則系宗方法、經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)在非理想氣體中的應(yīng)用、巨正則系宗方法、量子統(tǒng)計力學(xué)(玻色分布與費(fèi)米分布)、理想費(fèi)米氣體(電子比熱)和理想波色氣體等。

“固態(tài)物理”的授課內(nèi)容有:晶體的基礎(chǔ)知識、X射線衍射、典型的晶體結(jié)構(gòu)、固體結(jié)構(gòu)、晶格振動、比熱理論、自由電子論、能帶理論、電導(dǎo)、霍爾效應(yīng)、電介質(zhì)和固體的磁性等。

通過調(diào)研可知,日本東京大學(xué)、京都大學(xué)和立命館大學(xué)等高校也為其電氣電子工學(xué)科的本科生專門開設(shè)了“量子力學(xué)”和“固態(tài)物理”等課程。我國高校也為電氣工程學(xué)科的本科生開設(shè)了一些工程技術(shù)基礎(chǔ)課程。

以清華大學(xué)為例,其工程技術(shù)基礎(chǔ)課程涵蓋電路原理、電磁場、電子技術(shù)、自動控制和信號與系統(tǒng)、工程力學(xué)、計算機(jī)硬件和軟件、通訊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、單片微機(jī)嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號處理等[4]。工學(xué)基礎(chǔ)課程和工程技術(shù)基礎(chǔ)課程有一些差異。

6 結(jié)語

本文介紹了德島大學(xué)電氣電子工學(xué)科的基本情況、通識教育科目、特別教育科目和工學(xué)素養(yǎng)科目。可見,在通識教育方面,德島大學(xué)開設(shè)了種類更豐富、覆蓋面更寬的課程,使學(xué)生對不同的學(xué)科都有所了解,從而兼?zhèn)淙宋乃仞B(yǎng)與科學(xué)素養(yǎng);德島大學(xué)特別教育中的畢業(yè)研究與國內(nèi)的畢業(yè)設(shè)計在時間和指導(dǎo)思想上有所不同;德島大學(xué)專門開設(shè)了工學(xué)教養(yǎng)科目,以提高學(xué)生在電氣電子工學(xué)方面的文化素養(yǎng)和科學(xué)修養(yǎng);德島大學(xué)工學(xué)基礎(chǔ)科目的廣度和深度值得國內(nèi)高校參考。

[1] http://cms.db.tokushima-u.ac.jp/syllabus/

[2] 董旭梅,陳怡.MIT電氣工程和計算機(jī)科學(xué)系本科課程體系評價.[J]南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2004(4):4-9

[3] 王娟娟.國內(nèi)外電氣工程專業(yè)課程設(shè)置的特點及比較研究.[J]武漢:武漢理工高教研究,2007(3):94-95

[4] http://www.eea.tsinghua.edu.cn/china/info.do？columnId=344