德岛大学电气电子工学科本科生课程体系(上)

吴 静

(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191)

德岛大学地处日本四国地区的首府,是该地区最大的一所综合性大学,其教学与科研在日本公立大学中处于偏上水平。2010年8月至10月,笔者应邀对德岛大学工学部电气电子工学科进行了短期访问,调研了其本科生教学情况。本文主要介绍德岛大学电气电子工学科的基本情况、通识教育科目、特别教育科目、工学素养科目和工学基础科目等,以示其与国内电气工程学科课程体系的异同。

1 基本情况

日本高校的电气工程学科在名称上大都称为电气电子工学科,其教师配置、学科方向、课程体系与我国电气工程学科有很大不同。以德岛大学电气电子工学科为例,该学科共有教师30名,其中教授13名,准教授11名,讲师1名,助教4名,技术员1名;每年招收本科生100名,4年后约有50%的学生继续攻读硕士学位。该学科的四个专业方向是:电气能源、电气电子系统、智能电子回路、物性设备。

德岛大学电气电子工学科本科生课程体系包括通识教育科目和专门教育科目两类。专门教育科目又包括特别教育科目、工学教养科目、工学基础科目、专业基础科目、专业科目和实验科目等[1]。本科生毕业的条件是在通识教育科目中必修21学分,选择必修10学分,选修14学分;在专门教育科目中必修33学分,选择必修32学分以上,选修21学分以上。也就是说,毕业的总学分要求大于或等于131,其中通识教育学分为45,专门教育学分大于或等于86。(注:1学分相当于8节课,每节课 90分钟 。)

德岛大学电气电子工学科于2004年通过了日本技术者教育认定机构JABEE(Japan Accreditation Board for Engineering Education)的正式审核,其本科生毕业后均具备日本“修习技术者”的资格,可免除全国第一次统考。JABEE成立于1999年,然后于2005年成为华盛顿协定WA(Washington Accord)的正式会员。随着我国电气工程专业学位认证国际化的发展,了解国外与电气工程相关的学科的课程体系具有重要意义[2,3]。

2 通识教育科目群

德岛大学为本科生开设了通识教育科目群。该群包括4个子群:大学入门科目群,基础形成科目群,教养科目群和基础科目群。

2.1 大学入门科目群

大学入门科目群包括:“大学入门讲座”,必修课程,1学分,主要介绍电气电子工学的授课科目、学习方法和学习目的等;“高中大学接续科目”,针对高中时数学基础不好的学生开设“数学”、“自然科学入门”、“物理学”、“化学”和“生物学”等课程。

2.2 基础形成科目群

基础形成科目群包括外语类、信息科学类和健康综合练习。电气电子工学科的本科生要在“基础英语”(1学分)、“专项英语:听力”(1学分)、“交际英语”(2学分)、“德语入门”(1学分)、“德语初级”(1学分)、“德语 2”(1学分)、“法语入门”(1学分)、“汉语入门”(1学分)、“汉语初级”(1学分)和“日语(专为留学生开设)”等外语类课程中必修6学分,选择必修2学分。信息科学类中的“信息科学入门”为必修课程,1学分,主要介绍计算机使用基础。“健康综合练习”也为必修课程,2学分,主要介绍心理和身体健康知识。

2.3 教养科目群

教养科目群包括四类课程,涉及到历史与文化、人类与生命、生活与社会和自然与技术。电气电子工学科的本科生在各类课程中至少选择必修1门,所有课程中至少选修7门。为了便于和我国电气工程专业本科生的人文社会科学类课程进行比较,以下列出所有的教养科目。

1)历史与文化

历史与文化科目有:“日本古代史”、“20世纪前半期的中国”、“日本和国外文化介绍”、“探索世界遗产:地理与文化” 、“明治文学”、“德国传说与英雄事迹” 、“考古学概论”、“现代绘画”、“现代世界史”、“资本主义历史”、“中东经济入门:历史与文化基础” 、“德岛地理与文化” 、“美国历史”、“欧洲早期近代史”、“日本中世纪文学”、“东亚考古学概论”、“日本古代文学”、“日本中近世文学” 、“日本语音”、“中国文化:异人”(主要介绍中国古代的文化与意识),“西洋乐”、“艺术与技巧”、“世界近现代史”、“日本语的外来词”、“民族音乐入门”、“写真画像保存技术概论”和“绘画表现技巧与应用”等。

2)人类与生命

人类与生命科目有:“现代知识探索”(主要介绍人与自然的关系、哲学伦理等)、各种心理学课程(“心理学入门”、“心理学概论”、“心理学基础”、“初学者心理学”、“自我心理分析”、“学习的心理学”、“自我发现的心理学”等)、“东方哲学”、“环境问题” 、“朗读的教育理念” 、“罪与恶:旧约全书” 、“运动与心理健康”、“生物体的综合机能”、“宗教与人类”、“生命伦理学”、“生命科学”、“铁路人类学”(主要介绍铁路历史、日本近代铁路、铁路文学、铁路资本主义等)、“古希腊哲学”、“生物与环境”、“动物生态学”、“生理学”、“古希腊哲学家”、“微生物学”和“科学技术与人类”等。

3)生活与社会

生活与社会科目有:“消费者与物权法”、“经济学入门”、“食品经济”、“家庭法”、“人力资源管理”、“地图与日常生活”、“政治与媒体”、“宪法与人权”、“环境法”、“企业法”、“经济与法”、“国际化与地区问题”、“国际政治学入门”、“工业与交通运输”、“财政制度入门”、“社会学”、“信息与决策”、“现代社会与法律”、“人口经济学”、“宏观经济学入门”、“拉丁美洲文化和社会”、“中东经济入门”、“国际化的环境问题”、“当代日本经济探讨”、“社会科学统计学入门”、“志愿者实践”、“都市的人间关系”、“魔术的解放与再魔术化”、“国际合作论”和“穷忙族与现代贫困”等。

4)自然与技术

自然与技术科目有:“相对论入门”、“量子论入门”、“现代物理学简介”、“原子核与粒子科学前沿”、“基因组与基因技术”、“生物矿物”、“生物医学”、“天然无机化合物”、“日本植物的多样性”、“第四世纪自然环境”、“材料科学”、“地球科学”、“环境科学:人类与全球环境的和谐”、“统计学:科学研究的基础”、“主动学习与科学”、“化学技术”、“交互系统设计”、“基因与疾病”、“遗传与进化”、“合成医学:有机化学的引入”、“数理科学的世界”、“宇宙物理学入门”、“化学与社会”、“自然资源与环境”、“德岛农林渔业及技术研究”、“生物资源与化学”、“海洋生物”、“防灾的地球科学”和“灾害防备”等。

2.4 基础科目群

基础科目群包括:“微分积分学”(4学分)、“线性代数学”(4学分)和“基础物理学—力学概论”(2学分),均为必修课程。

德岛大学通识教育的理念与国内高校的“通才教育”、“普通教育”和“一般教育”的理念并无太大差异。我国高校也要求本科生选修覆盖政治、经济、历史、文化、社会和外语的人文社会科学类课程,以及覆盖数学、物理、化学和生物学的自然科学基础课程,目的在于扩展本科生的知识面,加强基础教育,提高综合素质。相比而言,德岛大学的通识教育课程分类更细致、种类更丰富、覆盖面更广,学生的选择更加灵活。

3 特别教育科目

德岛大学电气电子工学科本科生的特别教育与我国的实践教学(通常包括电子专题实践、计算机实践、综合论文训练和生产实习等)相似,具体科目如表1所示。本科生在选择必修课程中至少选择2门。

表1 特别教育科目

与我国电气工程专业本科生的毕业设计相同的是,德岛大学电气电子工学科的本科生也要经历毕业研究这一环节。其目标是通过科研活动,让学生了解作为一名工程师的社会责任和职业道德;提高学生查阅文献的能力;培养学生主动、继续学习的素养;锻炼学生发表研究成果和撰写论文的能力等。毕业研究与毕业设计相比,前者更加突出本科生在这一环节中的研究意识。毕业研究开始于每年的4月份,结束于来年的2月份,时间为整学年,而我国高校的毕业设计大都为半学年(大四下学期)。整学年的时间可使本科生充分了解到从事科学研究的一般过程:科研选题、科研调研(资料收集)、理论或实验研究和科研成果展示鉴定等,为他们进入研究生阶段的学习打下基础。我国高校的毕业设计大都是指导教师直接为学生指定题目,德岛大学毕业研究的指导教师更倾向于为学生指定一个方向,而具体的题目则需要学生自己确定。另外,德岛大学电气电子工学科要求三年级的本科生要参加毕业生的毕业论文发表会,以便了解各研究室的情况,更好地开展毕业研究。

“电气电子工学轮讲”是与“毕业研究”相关联的课程,由毕业研究的指导教师安排所带的本科生利用英语进行演讲,以提高学生的专业英语水平。

“技术者与科学者的伦理”主要是通过具体案例介绍科学道德、著作权、高校与研究所的研究者的道德规范、研究成果的商业化、知识产权、商业道德与法律等。

“英语会话”的主要内容是电气电子工学专业英语的听、说、读。

“电气电子工学特别讲义”主要介绍电气电子工学专业先进的技术动向;毕业生的成功经验、失败经验和工作经历;技术人员的责任和道德。

“项目演习”属于动手实践课程,即机器人制作比赛。

“实习”与我国的生产实习课程类似。

4 工学教养科目

德岛大学电气电子工学科本科生的工学教养与通识教育不同,其目标是培养工科生的一般文化和品德修养。工学教养科目如表2所示,均为选修课程,学生可以根据个人兴趣任选。

表2 工学教养科目

“设计制图”主要介绍电机设计、变压器设计、机械制图基础知识、电气符号和有限元方法等;“无线电设备管理与法规”主要介绍无线电台的开设、运营和管理等。“电力设施的管理与法规”主要介绍电力工业相关法规、电气设备的技术标准和规格,以及电力设施的管理方法等,我国高校也会为学生开设相似的课程,或者在一些专业课程中介绍与电力工业相关的知识。

5 工学基础科目

德岛大学电气电子工学科本科生的工学基础科目如表3所示。学生在选择课程时至少选修5门必修课。

表3 工学基础科目

“微分方程式”、“复变函数’、“矢量分析”和“概率统计”等数学基础课程的教学内容和教学目标与我国相同。然而,我国大多数电气工程专业的高校并未为本科生开设“数值分析”和“固态物理”;也鲜有高校专门开设“理论力学”、“量子力学”和“热力学与统计力学”,有的高校(例如清华大学)将这些课程的部分内容放入“大学物理”中介绍,有的高校甚至不涉及与这些课程相关的教学内容。为了便于比较,以下列出上述课程的教学内容。

“数值分析”的授课内容有:计算机常识、浮点数、舍入误差及其影响、浮点运算、线性方程组的解法(直接法、迭代法、特征值法)、条件数、非线性方程组的解法(二分法、牛顿法)、求解特征值的Householder法、求解特征向量的QR法和幂法、求解数值积分的梯形法和辛普森法、求解微分方程的欧拉法和龙格库塔法等。而在我国大部分高校都是在研究生阶段开设这门课程。

“理论力学”的授课内容有:质点系统的物理量、刚体平衡、刚体转动惯量、刚体的运动、虚位移原理、达朗贝尔原理、变分法、哈密顿原理、拉格朗日方程和广义坐标下的拉格朗日方程等。

“量子力学”的授课内容有:量子力学基础(物理量与算子、状态与波动函数、期望值和薛定谔方程等)、自由粒子、谐振子、三维薛定谔方程、角动量量子化和氢原子等。

“热力学和统计力学”的授课内容有:热力学第一定律、第二定律、玻尔兹曼熵、经典统计力学方法、微正则系宗方法、经典统计力学在理想气体、晶格比热和磁性中的应用、正则系宗方法、经典统计力学在非理想气体中的应用、巨正则系宗方法、量子统计力学(玻色分布与费米分布)、理想费米气体(电子比热)和理想波色气体等。

“固态物理”的授课内容有:晶体的基础知识、X射线衍射、典型的晶体结构、固体结构、晶格振动、比热理论、自由电子论、能带理论、电导、霍尔效应、电介质和固体的磁性等。

通过调研可知,日本东京大学、京都大学和立命馆大学等高校也为其电气电子工学科的本科生专门开设了“量子力学”和“固态物理”等课程。我国高校也为电气工程学科的本科生开设了一些工程技术基础课程。

以清华大学为例,其工程技术基础课程涵盖电路原理、电磁场、电子技术、自动控制和信号与系统、工程力学、计算机硬件和软件、通讯技术与网络应用、单片微机嵌入式系统和数字信号处理等[4]。工学基础课程和工程技术基础课程有一些差异。

6 结语

本文介绍了德岛大学电气电子工学科的基本情况、通识教育科目、特别教育科目和工学素养科目。可见,在通识教育方面,德岛大学开设了种类更丰富、覆盖面更宽的课程,使学生对不同的学科都有所了解,从而兼备人文素养与科学素养;德岛大学特别教育中的毕业研究与国内的毕业设计在时间和指导思想上有所不同;德岛大学专门开设了工学教养科目,以提高学生在电气电子工学方面的文化素养和科学修养;德岛大学工学基础科目的广度和深度值得国内高校参考。

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

[2] 董旭梅,陈怡.MIT电气工程和计算机科学系本科课程体系评价.[J]南京:电气电子教学学报,2004(4):4-9

[3] 王娟娟.国内外电气工程专业课程设置的特点及比较研究.[J]武汉:武汉理工高教研究,2007(3):94-95

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