德島大學電氣電子工學科本科生課程體系(上)

吳 靜

(北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院,北京 100191)

德島大學地處日本四國地區的首府,是該地區最大的一所綜合性大學,其教學與科研在日本公立大學中處于偏上水平。2010年8月至10月,筆者應邀對德島大學工學部電氣電子工學科進行了短期訪問,調研了其本科生教學情況。本文主要介紹德島大學電氣電子工學科的基本情況、通識教育科目、特別教育科目、工學素養科目和工學基礎科目等,以示其與國內電氣工程學科課程體系的異同。

1 基本情況

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

德島大學電氣電子工學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、工學教養科目、工學基礎科目、專業基礎科目、專業科目和實驗科目等[1]。本科生畢業的條件是在通識教育科目中必修21學分,選擇必修10學分,選修14學分;在專門教育科目中必修33學分,選擇必修32學分以上,選修21學分以上。也就是說,畢業的總學分要求大于或等于131,其中通識教育學分為45,專門教育學分大于或等于86。(注:1學分相當于8節課,每節課 90分鐘 。)

德島大學電氣電子工學科于2004年通過了日本技術者教育認定機構JABEE(Japan Accreditation Board for Engineering Education)的正式審核,其本科生畢業后均具備日本“修習技術者”的資格,可免除全國第一次統考。JABEE成立于1999年,然后于2005年成為華盛頓協定WA(Washington Accord)的正式會員。隨著我國電氣工程專業學位認證國際化的發展,了解國外與電氣工程相關的學科的課程體系具有重要意義[2,3]。

2 通識教育科目群

德島大學為本科生開設了通識教育科目群。該群包括4個子群:大學入門科目群,基礎形成科目群,教養科目群和基礎科目群。

2.1 大學入門科目群

大學入門科目群包括:“大學入門講座”,必修課程,1學分,主要介紹電氣電子工學的授課科目、學習方法和學習目的等;“高中大學接續科目”,針對高中時數學基礎不好的學生開設“數學”、“自然科學入門”、“物理學”、“化學”和“生物學”等課程。

2.2 基礎形成科目群

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

2.3 教養科目群

教養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。電氣電子工學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本科生的人文社會科學類課程進行比較,以下列出所有的教養科目。

1)歷史與文化

歷史與文化科目有:“日本古代史”、“20世紀前半期的中國”、“日本和國外文化介紹”、“探索世界遺產:地理與文化” 、“明治文學”、“德國傳說與英雄事跡” 、“考古學概論”、“現代繪畫”、“現代世界史”、“資本主義歷史”、“中東經濟入門:歷史與文化基礎” 、“德島地理與文化” 、“美國歷史”、“歐洲早期近代史”、“日本中世紀文學”、“東亞考古學概論”、“日本古代文學”、“日本中近世文學” 、“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”、“藝術與技巧”、“世界近現代史”、“日本語的外來詞”、“民族音樂入門”、“寫真畫像保存技術概論”和“繪畫表現技巧與應用”等。

2)人類與生命

人類與生命科目有:“現代知識探索”(主要介紹人與自然的關系、哲學倫理等)、各種心理學課程(“心理學入門”、“心理學概論”、“心理學基礎”、“初學者心理學”、“自我心理分析”、“學習的心理學”、“自我發現的心理學”等)、“東方哲學”、“環境問題” 、“朗讀的教育理念” 、“罪與惡:舊約全書” 、“運動與心理健康”、“生物體的綜合機能”、“宗教與人類”、“生命倫理學”、“生命科學”、“鐵路人類學”(主要介紹鐵路歷史、日本近代鐵路、鐵路文學、鐵路資本主義等)、“古希臘哲學”、“生物與環境”、“動物生態學”、“生理學”、“古希臘哲學家”、“微生物學”和“科學技術與人類”等。

3)生活與社會

生活與社會科目有:“消費者與物權法”、“經濟學入門”、“食品經濟”、“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”、“環境法”、“企業法”、“經濟與法”、“國際化與地區問題”、“國際政治學入門”、“工業與交通運輸”、“財政制度入門”、“社會學”、“信息與決策”、“現代社會與法律”、“人口經濟學”、“宏觀經濟學入門”、“拉丁美洲文化和社會”、“中東經濟入門”、“國際化的環境問題”、“當代日本經濟探討”、“社會科學統計學入門”、“志愿者實踐”、“都市的人間關系”、“魔術的解放與再魔術化”、“國際合作論”和“窮忙族與現代貧困”等。

4)自然與技術

自然與技術科目有:“相對論入門”、“量子論入門”、“現代物理學簡介”、“原子核與粒子科學前沿”、“基因組與基因技術”、“生物礦物”、“生物醫學”、“天然無機化合物”、“日本植物的多樣性”、“第四世紀自然環境”、“材料科學”、“地球科學”、“環境科學:人類與全球環境的和諧”、“統計學:科學研究的基礎”、“主動學習與科學”、“化學技術”、“交互系統設計”、“基因與疾病”、“遺傳與進化”、“合成醫學:有機化學的引入”、“數理科學的世界”、“宇宙物理學入門”、“化學與社會”、“自然資源與環境”、“德島農林漁業及技術研究”、“生物資源與化學”、“海洋生物”、“防災的地球科學”和“災害防備”等。

2.4 基礎科目群

基礎科目群包括:“微分積分學”(4學分)、“線性代數學”(4學分)和“基礎物理學—力學概論”(2學分),均為必修課程。

德島大學通識教育的理念與國內高校的“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、經濟、歷史、文化、社會和外語的人文社會科學類課程,以及覆蓋數學、物理、化學和生物學的自然科學基礎課程,目的在于擴展本科生的知識面,加強基礎教育,提高綜合素質。相比而言,德島大學的通識教育課程分類更細致、種類更豐富、覆蓋面更廣,學生的選擇更加靈活。

3 特別教育科目

德島大學電氣電子工學科本科生的特別教育與我國的實踐教學(通常包括電子專題實踐、計算機實踐、綜合論文訓練和生產實習等)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本科生的畢業設計相同的是,德島大學電氣電子工學科的本科生也要經歷畢業研究這一環節。其目標是通過科研活動,讓學生了解作為一名工程師的社會責任和職業道德;提高學生查閱文獻的能力;培養學生主動、繼續學習的素養;鍛煉學生發表研究成果和撰寫論文的能力等。畢業研究與畢業設計相比,前者更加突出本科生在這一環節中的研究意識。畢業研究開始于每年的4月份,結束于來年的2月份,時間為整學年,而我國高校的畢業設計大都為半學年(大四下學期)。整學年的時間可使本科生充分了解到從事科學研究的一般過程:科研選題、科研調研(資料收集)、理論或實驗研究和科研成果展示鑒定等,為他們進入研究生階段的學習打下基礎。我國高校的畢業設計大都是指導教師直接為學生指定題目,德島大學畢業研究的指導教師更傾向于為學生指定一個方向,而具體的題目則需要學生自己確定。另外,德島大學電氣電子工學科要求三年級的本科生要參加畢業生的畢業論文發表會,以便了解各研究室的情況,更好地開展畢業研究。

“電氣電子工學輪講”是與“畢業研究”相關聯的課程,由畢業研究的指導教師安排所帶的本科生利用英語進行演講,以提高學生的專業英語水平。

“技術者與科學者的倫理”主要是通過具體案例介紹科學道德、著作權、高校與研究所的研究者的道德規范、研究成果的商業化、知識產權、商業道德與法律等。

“英語會話”的主要內容是電氣電子工學專業英語的聽、說、讀。

“電氣電子工學特別講義”主要介紹電氣電子工學專業先進的技術動向;畢業生的成功經驗、失敗經驗和工作經歷;技術人員的責任和道德。

“項目演習”屬于動手實踐課程,即機器人制作比賽。

“實習”與我國的生產實習課程類似。

4 工學教養科目

德島大學電氣電子工學科本科生的工學教養與通識教育不同,其目標是培養工科生的一般文化和品德修養。工學教養科目如表2所示,均為選修課程,學生可以根據個人興趣任選。

表2 工學教養科目

“設計制圖”主要介紹電機設計、變壓器設計、機械制圖基礎知識、電氣符號和有限元方法等;“無線電設備管理與法規”主要介紹無線電臺的開設、運營和管理等。“電力設施的管理與法規”主要介紹電力工業相關法規、電氣設備的技術標準和規格,以及電力設施的管理方法等,我國高校也會為學生開設相似的課程,或者在一些專業課程中介紹與電力工業相關的知識。

5 工學基礎科目

德島大學電氣電子工學科本科生的工學基礎科目如表3所示。學生在選擇課程時至少選修5門必修課。

表3 工學基礎科目

“微分方程式”、“復變函數’、“矢量分析”和“概率統計”等數學基礎課程的教學內容和教學目標與我國相同。然而,我國大多數電氣工程專業的高校并未為本科生開設“數值分析”和“固態物理”;也鮮有高校專門開設“理論力學”、“量子力學”和“熱力學與統計力學”,有的高校(例如清華大學)將這些課程的部分內容放入“大學物理”中介紹,有的高校甚至不涉及與這些課程相關的教學內容。為了便于比較,以下列出上述課程的教學內容。

“數值分析”的授課內容有:計算機常識、浮點數、舍入誤差及其影響、浮點運算、線性方程組的解法(直接法、迭代法、特征值法)、條件數、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這門課程。

“理論力學”的授課內容有:質點系統的物理量、剛體平衡、剛體轉動慣量、剛體的運動、虛位移原理、達朗貝爾原理、變分法、哈密頓原理、拉格朗日方程和廣義坐標下的拉格朗日方程等。

“量子力學”的授課內容有:量子力學基礎(物理量與算子、狀態與波動函數、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。

“熱力學和統計力學”的授課內容有:熱力學第一定律、第二定律、玻爾茲曼熵、經典統計力學方法、微正則系宗方法、經典統計力學在理想氣體、晶格比熱和磁性中的應用、正則系宗方法、經典統計力學在非理想氣體中的應用、巨正則系宗方法、量子統計力學(玻色分布與費米分布)、理想費米氣體(電子比熱)和理想波色氣體等。

“固態物理”的授課內容有:晶體的基礎知識、X射線衍射、典型的晶體結構、固體結構、晶格振動、比熱理論、自由電子論、能帶理論、電導、霍爾效應、電介質和固體的磁性等。

通過調研可知,日本東京大學、京都大學和立命館大學等高校也為其電氣電子工學科的本科生專門開設了“量子力學”和“固態物理”等課程。我國高校也為電氣工程學科的本科生開設了一些工程技術基礎課程。

以清華大學為例,其工程技術基礎課程涵蓋電路原理、電磁場、電子技術、自動控制和信號與系統、工程力學、計算機硬件和軟件、通訊技術與網絡應用、單片微機嵌入式系統和數字信號處理等[4]。工學基礎課程和工程技術基礎課程有一些差異。

6 結語

本文介紹了德島大學電氣電子工學科的基本情況、通識教育科目、特別教育科目和工學素養科目。可見,在通識教育方面,德島大學開設了種類更豐富、覆蓋面更寬的課程,使學生對不同的學科都有所了解,從而兼備人文素養與科學素養;德島大學特別教育中的畢業研究與國內的畢業設計在時間和指導思想上有所不同;德島大學專門開設了工學教養科目,以提高學生在電氣電子工學方面的文化素養和科學修養;德島大學工學基礎科目的廣度和深度值得國內高校參考。

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

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

[3] 王娟娟.國內外電氣工程專業課程設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