肖春燕，趙婷婷

(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)

美國麻省理工學(xué)院(MIT)的電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科(EECS)下設(shè)電氣科學(xué)與工程、電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程三個專業(yè)，可授予學(xué)士學(xué)位，其中與我國的電氣工程專業(yè)相對應(yīng)的是電氣科學(xué)與工程專業(yè)。本文對MIT的EECS本科培養(yǎng)目標(biāo)和2013年秋季電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置進(jìn)行研究，以便為我國高等院校所借鑒。

1 EECS學(xué)科本科培養(yǎng)目標(biāo)

(1)工程氣質(zhì)，即運(yùn)用EECS的分析和計(jì)算方法，能對研究對象抽象出本質(zhì)結(jié)構(gòu)，探究其來龍去脈，并采用正確的模型和技術(shù)工具著手解決問題，這些問題不僅涉及工程領(lǐng)域，還包括管理、醫(yī)學(xué)、教育、法律以及藝術(shù)等領(lǐng)域。

(2)領(lǐng)導(dǎo)能力，讓學(xué)生畢業(yè)后能夠在職業(yè)生涯中充滿自信、誠信實(shí)踐，并憑借技術(shù)實(shí)力推動創(chuàng)新，通過溝通、協(xié)作激勵和指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)將想法轉(zhuǎn)化為成果，成為其所在領(lǐng)域和事業(yè)中的優(yōu)秀領(lǐng)導(dǎo)者。

(3)多才多藝，畢業(yè)生在本專業(yè)領(lǐng)域之外的其它領(lǐng)域和行業(yè)中，也能夠卓有成效地發(fā)揮其能力和表達(dá)見解。能夠涉獵各個行業(yè)和多種職業(yè)，做出自己的成績和創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。

(4)契約精神，畢業(yè)生能夠適應(yīng)社會環(huán)境，對社會關(guān)心、負(fù)責(zé)，遵從道德規(guī)范，終生學(xué)習(xí)，以使自己一直成為社會上有實(shí)力的成員。

2 電氣科學(xué)與工程專業(yè)課程設(shè)置

EECS的嚴(yán)苛要求和創(chuàng)新精神是世界公認(rèn)的，它擁有 MIT最大的本科培養(yǎng)體系［1，2］。下面介紹EECS的電氣科學(xué)與工程專業(yè)的本科課程設(shè)置。

2.1 課程設(shè)置

根據(jù)MIT網(wǎng)站公布的2013年秋季課程要求，電氣科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生至少要修滿32門課程才能獲得學(xué)士學(xué)位，所學(xué)課程分為校級基本要求(GIRs)課程和系級(即專業(yè))基本要求課程兩大類［3］。17門校級基本要求課程詳見表1;18門系級基本要求課程詳見表2，其中導(dǎo)論課和數(shù)學(xué)課中共3門課程與校級基本要求課程重復(fù)。與以往不同的是，所有課程均設(shè)置為12學(xué)分。

表1 MIT電氣科學(xué)與工程學(xué)科校級基本要求

表2 MIT電氣科學(xué)與工程學(xué)科系級基本要求

根據(jù)表1和表2，對電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置分析如下。

(1)校級基本要求(GIRs)課程。包括數(shù)學(xué)、物理、生物、化學(xué)和實(shí)驗(yàn)課共9門和人文、藝術(shù)和社會科學(xué)(簡稱HASS)課8門。具體是:①6門自然科學(xué):1門化學(xué)，1門生物，2門數(shù)學(xué)，2門物理。②1門實(shí)驗(yàn)選修:EECS導(dǎo)論I和II。EECS導(dǎo)論I以移動機(jī)器人為例，通過大量實(shí)驗(yàn)綜合介紹EECS，涉及工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題:系統(tǒng)測量和建模、傳感器和效應(yīng)器的誤差評估、任務(wù)說明、基于解析和計(jì)算模型的解決方案設(shè)計(jì)、性能測試方案、實(shí)施和評估以及模型和設(shè)計(jì)的完善;還有保障各種工程系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)行的問題，包括計(jì)算機(jī)程序、控制系統(tǒng)、概率推理、電路和傳感器的選擇等。EECS導(dǎo)論II以數(shù)字通信系統(tǒng)為載體介紹EECS的基本理念。課程包括三部分，即位、信號和包。該課程通過編程和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合，并能應(yīng)用于通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和分析。③2門科技限選課:微分方程和概率系統(tǒng)分析。④8門HASS課:基礎(chǔ)HASS課程3門;其中，專業(yè)課程3～4門;其他選修課程1～2門。

(2)專業(yè)基本要求課程。除與GIRs重復(fù)的3門導(dǎo)論課和數(shù)學(xué)課外，專業(yè)課程還包括專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、專業(yè)實(shí)驗(yàn)課、高等本科課程、高等項(xiàng)目和任選課程共六部分。①專業(yè)基礎(chǔ)課3門:“電路與電子學(xué)”、“信號與系統(tǒng)”和“電磁能:從電機(jī)到激光”。②專業(yè)課:從“通信、控制與信號處理引論”，“微電子器件與電路”、“電磁學(xué)及其應(yīng)用”、“細(xì)胞生物物理學(xué)與神經(jīng)生理學(xué)”這4門課中選3門。③專業(yè)實(shí)驗(yàn)課從33門實(shí)驗(yàn)課中選1門。④高等本科課程(AUS)從37門本科高等課程或者12門研究生課程中選2門。⑤高等項(xiàng)目:包括高等本科技術(shù)1門和高等本科項(xiàng)目或者研究1門。⑥任選課程:任選課可以從學(xué)校開設(shè)的所有課程中選4門。

(3)除表1和表2所列課程之外，還要求選修4門交流課程(0學(xué)分)，包括2門HASS課程和2門專業(yè)交流課程。專業(yè)交流課程至少從以下課程中選1門:“細(xì)胞生物物理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)”、“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程”、“模擬電子實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論”、“數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論”、“微計(jì)算機(jī)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)”、“電力電子實(shí)驗(yàn)”、“機(jī)器人”:“科學(xué)和系統(tǒng) I”、“微/納米加工技術(shù)”、“現(xiàn)代光學(xué)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)”、“頻閃項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)”、“心理聲學(xué)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)”以及“倫理和法律”等。

2.2 課程設(shè)置特點(diǎn)分析

扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)，寬厚的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)氛圍，統(tǒng)一、堅(jiān)實(shí)的專業(yè)核心課程，涉及多學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)選修課程，以及貫穿四年的創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)，形成了MIT培養(yǎng)高素質(zhì)、全面發(fā)展、具有創(chuàng)新和領(lǐng)導(dǎo)能力人才的電氣科學(xué)與工程的課程體系特色。電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置特點(diǎn)如下。

1)重視基礎(chǔ)課程和人文課程

MIT電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置分為通識類、專業(yè)類和實(shí)踐類三個層次，其課程結(jié)構(gòu)如圖1所示。在電氣科學(xué)與工程專業(yè)課程設(shè)置中，科學(xué)基礎(chǔ)課和科技限選課這兩大類課程共占了總門數(shù)的一半，科學(xué)基礎(chǔ)課程包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等，而我國大學(xué)的電氣工程專業(yè)開設(shè)生物課程的學(xué)校卻寥寥無幾。由此可見，MIT非常重視培養(yǎng)學(xué)生的扎實(shí)基礎(chǔ)和人文素養(yǎng)。在專業(yè)課程設(shè)置上，形成了以“電路與電子學(xué)”、“信號與系統(tǒng)”和“應(yīng)用電磁學(xué)”為專業(yè)基礎(chǔ)，以“電磁學(xué)及其應(yīng)用”、“通信/控制/信號處理”、“微電子器件與電路”、“細(xì)胞生物物理學(xué)與神經(jīng)生理學(xué)”為專業(yè)課程的統(tǒng)一、堅(jiān)實(shí)的專業(yè)平臺。通過AUS、UAT和UAP等專業(yè)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)踐的完成，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

圖1 MIT電氣科學(xué)與工程專業(yè)課程結(jié)構(gòu)

2)加強(qiáng)交流課和實(shí)踐課的教學(xué)

電氣科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)注重學(xué)生交流和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為此開設(shè)了4門交流課。實(shí)踐課貫穿本科四年，一年級就開設(shè)了EECS導(dǎo)論課，并在不同年級段設(shè)置電氣科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)課程:AUS1和AUS2(Advanced Undergraduate Subjects 1，2)，UAT(Preparation for Undergraduate Advanced Project)和UAP(Undergraduate Advanced Project)。通過以上大量的動手實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作意識、溝通和交流能力以及自我學(xué)習(xí)能力。

3)靈活寬松的選課原則

學(xué)生在滿足課程要求前提下有自主選擇課程的權(quán)利，可以在全校所開設(shè)的所有課程中根據(jù)自己的興趣愛好選擇自己喜歡的課程，從而打破了同一個專業(yè)的學(xué)生每學(xué)期所學(xué)課程完全一樣的傳統(tǒng)格局。例如，8門人文課程中，不同類別課程有3門，集中分配3-4門，任選1-2門，課程選擇較為靈活自由;高等本科課程要選2門，可以從37門本科課程和12門研究生課程中選擇;系實(shí)驗(yàn)課可以從33門實(shí)驗(yàn)課中任選一門;任選課可以在全校開設(shè)的所有課程中任選4門。

3 培養(yǎng)模式

1)通識教育貫穿整個本科階段

通識教育課程的重點(diǎn)是加強(qiáng)學(xué)生道德、科學(xué)和藝術(shù)方面的修養(yǎng)。要求學(xué)生完成8門HASS課程(約占校級要求課程的47%)的學(xué)習(xí)，內(nèi)容涵蓋了考古學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治學(xué)、藝術(shù)和建筑以及種族研究等方面。通過通識教育課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生成為一個涉獵廣泛且有自主學(xué)習(xí)能力的人。

2)跨學(xué)科課程不斷發(fā)展

MIT采取多種積極手段促進(jìn)學(xué)科間的交叉融合，目前一共有71個跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室，研究中心和研究項(xiàng)目。學(xué)院內(nèi)部和學(xué)院之間構(gòu)成了不同層次、不同形式的跨學(xué)科研究體系，電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置中就交叉了生物、化學(xué)、物理、電氣、電子、通信以及由此衍生出來的課程，例如細(xì)胞生物物理學(xué)與神經(jīng)生理學(xué)。

3)寬口徑和多模式

電氣科學(xué)與工程、電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程三個專業(yè)的課程相互交融，彼此結(jié)合，另外學(xué)校還開設(shè)了150門人文課程供學(xué)生們選擇，任選課也可以在學(xué)校開設(shè)的所有課程中選，選課范圍廣泛，而且每個學(xué)生選課的模式也是多種多樣的。

4)研究活動多樣化

研究活動主要包括HASS課程交流項(xiàng)目，項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備，實(shí)踐期三個階段:

(1)HASS課程交流項(xiàng)目，即在全校提供的HASS課程中選擇2門課進(jìn)行交流，讓學(xué)生參與到交流、表達(dá)活動中。

(2)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備，主要是給本科生開設(shè)了開放、廣闊、跨學(xué)科的課程，包含通識和專業(yè)兩大類。通識類融合了生物、化學(xué)、物理和數(shù)學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容;專業(yè)類包括專業(yè)介紹，專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，是學(xué)生打基礎(chǔ)的階段。

(3)實(shí)踐期，包括專業(yè)實(shí)驗(yàn)、高等課程和項(xiàng)目三大類，提供很多學(xué)術(shù)性和非學(xué)術(shù)型課題，讓學(xué)生熟悉并探索促進(jìn)當(dāng)今社會高科技進(jìn)步的關(guān)鍵課題［4］。

4 經(jīng)驗(yàn)與啟示

1)拓寬專業(yè)口徑，增加跨學(xué)科課程

MIT的電氣科學(xué)與工程專業(yè)口徑寬，所開設(shè)的專業(yè)課程涉及我國電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)，既體現(xiàn)了電氣工程的專業(yè)特色，又形成了多學(xué)科交叉的融合。此外，課程不僅涉及工程領(lǐng)域，校級要求課程還包括管理、醫(yī)學(xué)、教育、法律和藝術(shù)創(chuàng)作等領(lǐng)域。相比MIT，我國的電氣工程專業(yè)口徑窄且細(xì)，缺乏交叉學(xué)科的交流和滲透，特別是在電氣科學(xué)與工程與生物、化學(xué)等學(xué)科交叉方面，我國還存在很大的不足。因此，我們需要繼續(xù)拓寬專業(yè)口徑，賦予學(xué)生更大的選課自由，擴(kuò)展學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)能力。

2)增大實(shí)踐課程的比重

MIT的課程設(shè)置不僅重視專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，還大大增加了實(shí)踐類課程的比例，并貫穿于整個本科教育，給學(xué)生提供了一個全面廣闊的視野，使學(xué)生了解如何解決問題并專注于建模和問題的抽象，為以后在各行業(yè)的成功做準(zhǔn)備。而在我國，專業(yè)基礎(chǔ)課和實(shí)踐類課程的門數(shù)比重相對過大，課堂授課與實(shí)踐的課時比重也相對過大，學(xué)生實(shí)踐和自主學(xué)習(xí)的時間偏少，尤其是學(xué)生通常到三、四年級才開始專業(yè)實(shí)踐，不利于學(xué)生自學(xué)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3)建立合理的專業(yè)課程體系平臺

MIT的電氣工程的專業(yè)課程門數(shù)雖少，但涉及電氣工程、生物、通信、控制與信號處理、電動力學(xué)與能量控制、計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)等多個領(lǐng)域［5］。與MIT相比，我國的電氣工程的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的門數(shù)多，但所涉及的領(lǐng)域相對單一，專業(yè)課程多圍繞"四電"(即電路、電磁場、電力電子技術(shù)、電機(jī)學(xué))而開設(shè)。在課程內(nèi)容設(shè)置上，通常MIT的一門專業(yè)課在我國被細(xì)分成多門課單獨(dú)講授。例如，MIT的“電路與電子學(xué)”課程內(nèi)容包括我國的“電路”、“數(shù)字電路”、“模擬電路”等多門課程內(nèi)容。開設(shè)的課程“電磁能:從電機(jī)到激光”，主要講授電氣和機(jī)電系統(tǒng)在宏觀和微觀領(lǐng)域的能量轉(zhuǎn)換和功率流動，包括電動機(jī)和發(fā)電機(jī)、電路元件、量子軌道結(jié)構(gòu)和工具、光和粒子在太陽能電池、顯示器和激光等物質(zhì)中的相互作用等內(nèi)容，這一門課不僅涉及電氣工程學(xué)科內(nèi)容而且還涉及我國的電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科和信息學(xué)科等多學(xué)科交叉內(nèi)容。此外，MIT的課程基本由授課、實(shí)驗(yàn)、自學(xué)三部分組成，授課、實(shí)驗(yàn)、自學(xué)的比例一般為4:1:7。MIT課程經(jīng)過整合后，使得授課課時數(shù)大大減少，這既避免了細(xì)分課程后授課內(nèi)容部分重復(fù)，而且給學(xué)生留出了大量的實(shí)踐和自學(xué)時間，利于學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力以及自學(xué)能力的培養(yǎng)，這方面值得我國高校借鑒。

4)加大選修課程比例

從MIT電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置可以看出，在校級基本要求中HASS課程選修課有8門，在系級學(xué)科要求中任選課為4門，占比很大，而且限選課程也給學(xué)生提供了很大的選擇空間，有時一門課程可從幾十門甚至上百門課程中選擇。而我國高校的本科課程設(shè)置，目前普遍存在必修課比重相對過大、選修課比重過小的現(xiàn)象，這不利于拓寬學(xué)生知識面，也不利于學(xué)科交叉。所以改革課程設(shè)置，加大任選課的比重是我國高校當(dāng)前面臨的重要的任務(wù)。

5 結(jié)語

本科教育在高等教育中處于基礎(chǔ)地位，MIT電氣科學(xué)與工程專業(yè)的課程設(shè)置強(qiáng)化基礎(chǔ)，注重文理課程的綜合化，大量增加任選課比重，發(fā)展跨學(xué)科課程，重視實(shí)踐課程等做法很值得我們研究和借鑒。我國高等院校電氣工程的課程體系、教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)模式需要進(jìn)一步改革，這將對建成具有國際競爭力的電氣工程專業(yè)起到促進(jìn)作用。

［1］高秋香.麻省理工學(xué)院本科培養(yǎng)方案述評［J］.北京:世界教育信息，No.10，2007:46-50.

［2］張曉瀛，馬東堂，王德剛.美國MIT電氣科學(xué)與工程專業(yè)本科生培養(yǎng)［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.34，No.4，2012:8-10.

［3］http://www.eecs.mit.edu/docs/ug/Checklist.pdf

［4］熊華軍，梁晶.麻省理工學(xué)院本科生研究機(jī)會計(jì)劃的經(jīng)驗(yàn)與啟示［J］.重慶:重慶高教研究，Vol.1，No.2，2013:99-103.

［5］董旭梅，陳怡.MIT電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系本科課程體系評介［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.26，No.4，2004:4-9.