美国高校电子信息实验教学的考察与思考

朱昌平，赵超慧，杨 纯，邵尔晴，熊黎明

（1.河海大学 电子信息技术实验中心，江苏 常州 213022；2.湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090）

美国高等教育一直走在世界的前列，培养的学生工程实践能力、独立解决问题能力、领导能力都得到社会的认可，综合实力尤其突出。中国是发展中国家，高等教育也处在发展中，为了减小与美国等发达国家的差距，高校鼓励师生到发达国家或地区进行学习交流、实地考察和深入了解发达国家或地区的教学经验［1－6］。笔者借探亲之际于2011年12月在美国亲朋的协助下对斯蒂文斯理工学院等诸多所高校进行了访问和考察，重点关注美国高校的实验教学工作，尤其是电子信息技术的实验教学和管理情况，感受良多，受益匪浅。在实验教学方面，美国有不少地方值得中国高校借鉴和学习。通过对相关资料的收集、整理与研究，并与国内相关实验室做了比较，现整理成文，与关心实验室建设的同行们进行交流。

1 美国高校电子信息实验室教学情况

1.1 管理体制健全，执行严格

（1）运作灵活，规划详细。在美国，高校教学系、所成立后，便可独立地申请经费，组建自主管理的实验室。实验室在运作经费、设备及人员等方面的管理体制灵活健全。例如，在哈佛大学［7］和麻省理工学院，凡是对实践创新或学术研究有兴趣的学生，都可以向实验室提出申请，一旦获得指导教师的批准，即可参与实验室的相关研究。另外，在运作经费方面，美国高校的实验室通过积极地与当地企业建立联系，承担企业项目，在为实验室引进资金的同时，也给师生提供了更多自主发展的空间和创新实践的机会，还在一定程度上为技术的进步与发展做出了实质性的贡献。美国高校实验室的制度健全严格，条例简明扼要，各项规划详细清晰。例如，每项经费的支出、每台设备的定时“体检”、每个学生的培养方案、每个项目的定时考核，以及实验室的长远发展规划等都有详细的数据资料和明确的规划要求。

（2）主线明确，组织严密。美国高等教育始终围绕着一条主线，即“以学生为主体”，一切从学生的实际出发，一切为了学生的成长，一切由学生自主选择，自主负责。美国大学的学校网站上均明确给出了课程的教学内容、进程规划，以及课程考核标准。工科学生的设计实验一般要求最终提交具有一定难度的实物作品。学生的实践创新能力在自主发挥和严格考核的双重机制中得到锻炼和提高。正是在主线的明确指引下，美国高校的各项制度得以执行，实验室的运作良好，学生的综合素质得到提高。另外，美国高校的教学及实验室管理工作在高校所有事务中占据重要地位，管理体系健全，组织结构严密，有副校长分管，下设专门负责的管理机构。实验室的每项制度都有相关负责人，都制定有相关的奖励和惩罚措施。实验室的每个成员都有自己明确的分工，以保证整个实验教学管理工作有序进行，基本上不会出现人员的不足或冗余等情况。健全而严格的实验室管理给美国高校的实验教学提供了良好的机制保障。

1.2 实验方案多样，教学方法灵活

1.2.1 准备多种实验方案，为学生选择提供条件

教师在实验教学备课时，出于对学生个性化发展的考虑，会准备出多套不同的实验方案，每套方案的实验内容、题目难度及实验要求等均有所区别，学生可针对专业特点和个人兴趣来选择实验方案，使实验方案与个人水平及学习进度相适应。

在实验教学的过程中 ，美国高校的多数教师不会选择固定教材，而是围绕基础理论与学科进展，自行组织参考教材。上课时，教师会给学生发单页的实验讲义。该讲义多数情况下简明扼要、高度概括。这种教学形式为丰富和更新实验内容、实验方法、实验技术提供了便利。除了最基本的理论知识的验证性实验方案会有较小的变化外，相关的技术应用性实验都尽量地做到与时俱进，并结合世界科技的发展和教师个人的科研进展，实验内容和方法也在不断地进行调整和改进。

教学计划中安排的实验学时毕竟有限，学校十分鼓励学生利用课余时间参与到各种形式的科技活动中，比如与教师一同参与某个课题的试验和研究、到科研部门参与科研活动等。

1.2.2 以学生能力培养为目的，考核重心在过程

美国高校的实验教学方法极为灵活，目的在于培养学生的创新能力、自主学习能力和探究式学习能力。教学中教师注重讨论［2］，强调创新与实践。因此，学生可以自主进行各种实验尝试，并根据教师的要求，结合自己的实验过程，整理出较为完整的实验报告。这样，学生便能够最大化地理解实验内容，而学生的创新性思维和创新能力也将得到锻炼和提高。当学生通过互相讨论的方式，交流实验方案、分析实验过程、实验数据及实验心得时，教师一般不做发言，而是在认真听取和记录学生发言的过程中，适时地提出相应的建议，拓宽学生的思路。

在实验的过程中，教师一般不介绍仪器设备的使用方法，而是鼓励学生在不违反操作原则的前提下，大胆摸索、认真调试，正确地使用各种仪器和设备，以培养学生探究式学习的能力。

教师对学生实验考核的方法多样［5］，考核重心在过程。美国高校对实验教学的考核不拘泥于实验报告及实验的最终结果，更多地关注学生的实际能力，实验态度及创新性思维。多样化的考核方法，有效地减少敷衍投机现象的发生，消除了学生对考核不公正的顾虑，淡化了实验报告与实验结果在考核中的影响，使得学生将更多的精力投入到实验探索过程中，从而达到通过实验过程提高实践创新能力的目的。

1.3 师资力量显优势，重视教师的待遇和均衡配置

1.3.1 教师聘用和评估标准严格

美国高校的教师聘用标准较为严格。美国高校没有全国统一的教师聘用标准，但各个大学和院系都有比较严格的规定。一般来说，要进入美国大学任教，首要的条件是具有博士学位（艺术、警校除外）。除此以外，多数大学还附加其他条件，包括应聘者要有一定的研究工作经历，不能是本校应届毕业生等。如马里兰州大学化学系助理教授的基本条件是美国前五位大学毕业的博士，并有博士后研究经历，其次是在美国前五位的大学工作3～5年以上。贝勒大学教育学院助理教授必须有教育博士学位，并且有教育行政或普通学校工作经历。这种对应聘者的学历和研究或工作经历的要求，保证了新补充到大学的教师在进入高校任教之前就已经完成了较高的学历教育和较强的学术训练。

美国高校的教师评估标准较为严格。美国高校促进教师的研究、教学和服务水平不断提高，主要是通过评估来实现的。评估内容包括教学效果与水平评估、科研评估（包括论著、专利等）、行政服务及为地方经济服务评估。评估方式主要采取本人总结、学生问卷调查、同事和系主任评价等。评估是事关教师去留的大事，例如纽约大学教育学院每门课程都由学生评定，如果一位教师总是获得不良评分，学校就要责令他采取改进措施。如果评估界定教师教学科研水平不高、成果不多，则会被辞退或通过降低待遇和工作条件等办法迫使其自动辞职。这种评估制度的激励作用是将教学要求转化为教师内在的需要，并为美国高校的高效教学机制提供了保障。

1.3.2 有企业工作经历的教师居多

在师资力量方面显示出极强的优势。以美国斯蒂文斯理工学院为例，其学生人数不足1万，本科生2 234名，研究生3 700名，教职工438名，其中专任教师300余人，本科师生比为1∶7，研究生师生比为1∶12。该校的工科、理科和管理学科为优势学科，培养出了诺贝尔物理学奖获得者费瑞得·瑞恩、诺贝尔化学奖得主欧文·朗缪尔及现代管理学之父费雷德里克·泰勒等杰出人才。

美国高校教师均具有博士学位，有企业工作经历的教师居多。如美国斯蒂文斯理工学院电子系系主任Yu－Dong Yao博士，1988年获得博士学位后，曾在加拿大卡尔顿大学（Carleton University）做科研工作两年；1990年到1994年，在加拿大蒙特利尔的Spar Aerospace Ltd（晶石航空有限公司）参与对卫星通信的相关研究；1994年到2000年，在美国加利福尼亚洲圣迭戈的高通公司研究无线码分多址（CDMA）接入系统。在企业工作长达10年之后，2000年到斯蒂文斯理工学院任教。美国高校很看重教师的企业工作经历，因此像Yao博士这样有丰富企业经历的教师较多。

1.3.3 重视教师的待遇和均衡配置

美国的大学主要是私立的。但无论是私立还是公立，都非常重视教师的待遇。教师待遇的好坏直接影响着教师的工作热情、教师队伍的稳定性及教师职业的吸引力，因此，在美国，签约薪资制度是高等院校教师薪资制度的主要类型［8］。影响该制度的因素主要来自3个方面：首先，学衔是影响薪资的首要因素，其与薪酬的关系是客观的，即学衔越高，收入薪资就越高；其次，教师所在院校的类型在教师薪资中所占的比重也是非常大的；此外，科研与教学在教师的工作中的比重在教师薪金中起到了极为重要的影响。该制度的实行极大程度地调动了教师参与科研和教学的积极性。

美国在整体改善教师待遇的同时，还注重缩小不同地区之间教师待遇的差距，为那些任教于城市薄弱学校和少数民族学校的教师提供待遇上的优惠政策和特别补助，以鼓励和吸引优秀教师到这些学校服务，为师资均衡配置奠定物质基础。师资均衡配置并不意味着教师资源的完全平均化的分配，而是努力使师资供给与需求达到一种相对均衡的动态平衡状态。

1.4 设备场地开放，实用高效

1.4.1 设备场地开放，注重实用

美国大多数高校的实验室在设备和场地的选择方面比较开放，注重实用性。美国最大的高能物理研究实验室，即美国费米国家加速器实验室，选择美国中部伊利诺伊州芝加哥市以西48.3km（30英里）处韦斯顿的巴达维亚作为实验室的建设地点。费米实验室所占275 2公顷（6 800英亩）的场地原为农田，原有的一些谷仓至今仍在使用，有的用作实验中心场地，有的用作仓库，有的用作社交场所。来自美国和世界各地的高校和实验室约2 500个科研用户在费米实验室开展它们的研究。几十年来费米实验室获得了多项研究成果，并带动了相关技术的发展。开放的设备场地，为实验教学研究提供充足的保障，场地和设备的充分利用，节约了实验成本和资源。

美国高校对实验设备的管理也较为开放，仪器设备和元器件包括耗材，放置在实验室的固定位置，且均有标志，方便学生做实验时根据自己的方案随时取用，而实验完成后，学生则自觉地把所用器材放回原处。开放式的场地选择和科学合理的设备管理办法有效地促进美国高校实验教学质量的提高。

1.4.2 多种资源并用，力求高效

美国高校合理利用各种实验资源，确保实验教学高效进行［9］。电子信息方面的一些实验单靠实验室的设备和场地，往往难以完成，且多数情况下，实验效果易受实验设备的影响。因此，实验的设备和场地在多数情况下需要依据实验的具体内容进行配备和选择。

美国高校在教学过程中鼓励并引导学生走出实验室，利用更为适宜的实验设备和场地，高质量地完成实验。纽约大学交互式通信工程实验室的学生为36.6 m（120英尺）高解析度的屏幕设计交换式视频。该屏幕位于建筑师Frank Gehry设计的纽约Inter Active Corp大楼里，通常用于展示艺术和广告。一名学生利用蜂拥至鲜花的动画，将复杂的股市数据形象化。再比如，斯坦福大学的线性加速器中心国家加速器实验室在引导学生学习使用X射线捕获分子的三维图像课程实践中，鼓励本科生加入到诺贝尔奖获奖科学家的工作中来，将电子送到世界上最长的线性加速器中，以接近10.8亿公里的时速产生超强的X射线，用这些X射线创建单个分子的三维图像。

美国高校还特别重视与企业的合作，企业研发的最新仪器设备、测试技术常被引进实验教学之中，企业也经常赠送一些新的仪器设备、芯片、资料给高校，并举办一些讲座和培训等，这样学生就能及时接触和掌握新仪器、新技术和新方法。

1.5 培养特色明显，自立自强

1.5.1 强调全面发展和个性化培养

美国教育一直强调个人的学习和发展［7］，主要实行“通才教育”，并极力主张“个性化”教学，旨在发掘学生的潜在兴趣，开发学生的内在潜能，调动学生学习的主动性和积极性、提高学生解决问题的独立性和创造性。

美国的高等工程院校在重视理论教育的同时，还极为注重学生工程实践能力的培养，主要采取科研式和学校联合教学式的培养模式，目的在于使学生有机会将理论知识应用到开发和实践过程中，从而全面地锻炼学生综合能力，以培养出合格优秀的工程师。这些工程师不仅具备工程科学及数学的扎实基础，并对相关的社会背景和前沿技术有所涉猎和理解。

很多高校尤其重视学生独立学习与思考习惯的养成教育、交流与合作的训练，为适应工程及其他行业的职业，也为适应时代的发展并且实现服务社会打好基础。

1.5.2 学生在假期到企业实习极普遍

假期里，美国大学生很少待在家中.受美国价值观的影响，美国学生十八岁后就有自觉独立支付个人的学费等费用的意识，绝大多数学生会充分利用假期到企业短期工作，赚取一定的学费及日常的部分或全部开销。同时，也能将学校学到的知识运用到企业实践中，理论与实践结合，更能提高个人的专业技能和从业能力。

美国大学生在假期进入企业实习也有出于升学或就业方面的考虑。对于有意攻读博士学位的学生来说，实习经历就显得格外的重要，这与大多数博导看重有实习或工作经验的学生是分不开的。

近年来，美国大学生的就业市场形势较为严峻，而美国公司雇人一贯倾向于有工作经验者，因此，当有工作经验者在失业后寻求新的工作时，新毕业的学生很难与他们竞争。为了能够获得更多的就业机会，大学生在上学期间，通常会先申请不领报酬的实习岗位，这样，不但积累了工作经验，也是为了在实习中了解自己的不足，返校后抓紧补课，使自己适应社会需求。

2 中美高校电子信息实验教学情况的思考

美国高等教育实践教学的成功之处以及发达国家的先进经验早已引起中国教育主管部门和高校的高度重视，国家结合自身高校教学特点和实际情况，积极探索更加适合我国高校教学发展的新思路。比如，通过实验教学示范中心建设等措施，推进高等学校实验室建设和实验教学改革，进一步提高人才培养质量。

2.1 管理制度逐渐健全，执行情况稳步变好

中国高校可倡导让学生成为实验的主体，提供更多的实验机会和更高的基础平台，进一步加大实验教学的力度。

目前，中国高校实验室向学生开放的力度不断加大，相关的制度也越来越完善。作者所在实验中心有关本科生进入实验室的考核制度正逐步完善，并朝着多元化、综合化、全面化的方向发展［10］。专业限制正日趋淡化，实验室不仅吸收特定专业的学生，而且也为不同专业间学生的相互交流合作提供便利。实验室的门槛设置正在合理化、人性化。实验室不仅招收硕士生参加相应的科研项目，也招收从大四到大一各年级本科生，通过共同完成科研项目实现梯队式传帮带功效［11］。

2.2 实验教学受到重视，好的方法常有报道

中国高校的实验教学受到高度重视。高校教师可以改变传统的单向传输式教学，根据课程性质和特点，有针对性地采取适当的实验教学方式，开展实验教学。

高效合理的实验教学方法也得到广泛关注。《实验技术与管理》和《实验室研究与探索》两本国家级核心期刊已成为全国高校主管教学的校长、教务处长、实验室与设备处、学院院长的必订刊物，他们不仅是两种杂志的读者，许多人还带领老师积极投稿，将自己的经验与体会撰文与全国同行共享，两本杂志上每一期均有实验教学与管理先进经验的介绍，许多教学经验不仅与发达国家的教学理念一致，更重要的是适合我国国情，因此，受到广泛地下载引用。

2.3 师资队伍逐渐加强，企业经历引起重视

由于文化大革命的影响，中国高校的师资出现了断层，无博士学历的教师所占的比例较大。近30年来，国家非常重视教师的培养，派送教师到国内外各地区进行教学经验的学习与交流，使得教师的博士比例和学术水平都得到了大幅提升。此外，教育部还通过“卓越计划”等质量工程项目，使得教师参与企业合作研究、企业挂职锻炼的积极性大增，我国高等师资队伍的学术与技术水平整体提升速度喜人。

我国高校还应重视教师队伍的科学组建，严格把关教师培训机制，完善教师评价体系，进一步增强我国的师资力量。

2.4 设备场地逐渐开放，投资效益受到关注

我国人口众多，资源紧缺，各高校从科学管理上求效益。如作者实验室中心面积与设备有限，通过“时分复用法”使有限的资源在面向学生开放中发挥着良好的作用。学生以实验室为家，实践创新能力在自主的实践过程中得到提升［12］。近年来，国家对实践教学的投入年年增加，通过实验教学示范中心、卓越计划、创新训练计划、特色专业、专业综合改革等一系列质量工程项目和科技平台的建设投入，使实验场地与设备逐步改善。国家在投入中非常重视投资效益，通过任务书、年度运行调查、中期检查、结项验收等手段，确保实验投资受益于全体学生，人才培养质量得到提升。

2.5 团队学习与校企联合培养，学生健康成长

美国学生在自立意识和企业自主实践等方面的特色明显，在吸收美国教育模式的优点的基础上，我们有所取舍，形成自身的发展特色。中国学生在团队学习和校企联合培养等方面的特色近年来也逐渐显现，如作者实验室近十年来坚持实行“实践创新梯队导师制”，用培养研究生的模式管理本科生，通过按年级组建基本技术学习团队、按项目组建不同年级构成的课题组［13］、有老中青教师参加的毕业设计指导团队［14－15］、校企联合培养团队等模式，学生的学习兴趣、专业技能、交流能力、合作意识得到了良好的锻炼，学生在团队学习与校企联合培养中，健康愉快地成长。

3 结束语

在美国的高等工程教育中，实验教学占据了极其重要的地位，美国学生的自主意识和独立工作能力很有特色，国际一流的科研氛围和学校、企业及社会多方联动的联合教学模式为提高学生的实践创新能力发挥了良好的作用。通过对美国的实验教学的考察，分析和学习，我国教育主管部门非常清醒地认识到与美国的差距，正逐渐形成富有特色，适合国情的实验教学模式。如：通过“卓越计划”等措施引导高校重视理论研究与科研实践和工程开发方面的有机结合，使学生在校期间了解企业、熟悉创新产品的过程、具备承担企业创新产品研发的基本能力，我国高校电子信息实验教学与美国的差距正在逐步缩小中。

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