电子与电气信息类专业人才培养改革成果的整合与深化

电子与电气信息类专业人才培养改革成果的整合与深化

一、项目的背景和思路

本项目是在教育部“21世纪教学内容和课程体系改革计划”的基础上，将多个和电子与电气信息类专业的教学有关的项目，如人才培养模式的改革、电工电子系列课程的改革、高等工程教育基础教育内涵和体系的改革、高等工程教育实验与实践体系的改革等，进行整合，取其精华，集其大成，并进行充分的实践，在实践中不断深化和完善，以形成一个整体性的、系统的、全面的改革成果。

项目的改革思路是:从研究新世纪和信息时代对人才的要求入手，分析比较国内外同类学科专业的人才培养方案和课程设置，着眼于集成、整合和深化，建立适合于电子与电气信息类专业的人才培养模式和相应的教学体系，进一步拓宽电子与电气信息类专业的共同基础；以信息技术为核心，进一步更新、整合后建立新的课程体系；加强专业平台课课程改革与基础课程改革之间、平台课课程之间以及理论课教学与实践课教学之间的整合；充实大规模集成电路（VLSI）设计内容，引入高层设计自动化理论和实践；完善教学方法，推进现代教育技术和双语教学及实验室开放，注重创新能力培养。

二、项目的研究与实践情况

本项目自1999年申报及立项后，就在原来工作的基础上及时开展了相应的新的研究和实践。从调查研究、收集相关资料到制订方案、撰写论文、编写教材、组织实践，然后在此基础上进一步完善。所提出的方案、编写的教材均已应用在教学活动中，也已体现在学校的人才培养方案中。

从项目的实践情况看，效果是良好的。编写的教材和制订的方案具有很好的适用性、先进性和有效性。全校每年有近1 500名电类专业学生受益。经过几年的实践，我校学生的理论水平、实践能力和创新精神均有较明显的提高，在2001年全国大学生电子设计竞赛和“挑战杯”全国大学生学术科技作品竞赛中均获得了优异成绩。

三、项目的主要成果简介

1.研究新世纪对人才的要求，明确了新世纪所需要的人才应是德、智、体、美全面发展，知识、能力、素质协调发展，科学和人文和谐发展的人。

2.研究了国外知名大学电子与电气信息类专业的课程设置与教学内容，如美国MIT、UIUC（伊利诺大学）、Drexel大学、德国亚琛工业大学等。

3.确定了我校电子与电气信息类专业的人才培养目标、人才培养模式和相应的教学模式。

我们确定的电子与电气信息类专业的人才培养目标为:以掌握人类文化的精髓和电子电气信息技术的基础为重点，兼顾学科某一方面的应用与发展前沿，培养德、智、体、美全面发展，知识、能力、素质协调发展，科学和人文和谐发展的人才。

我们确定的电子与电气信息类专业的人才培养模式为:建立在加强通识教育基础上的宽口径人才培养模式。所谓通识教育，就是不管一个学生学习何种专业，首先他应是一个现代社会的受过高等教育的合格公民，而培养现代社会的合格公民所需的教育就是通识教育。这种通识教育的要求具体体现在学校的校级要求课程上。MIT称之为General Institute Reguirements，GIRs。在我国，过去一般称为公共基础课。我们建议称为通识教育课程为宜。所谓宽口径专业，就是以一级学科的共同基础为专业基础课程重点的专业设置。我国原有的专业设置划分较细，多为二级学科，甚至有一些为三级学科，因而学生毕业后的就业面很窄。按照这样的专业设置，其专业基础也较窄，因此学生的知识面和适应面就较窄。我们认为，一个专业其口径的宽窄，主要是由其专业基础课程的宽窄决定的，而不是由其专业课程的多少决定的。如果一个专业的专业基础课程是按一级学科的共同基础确定的，这样的专业就是口径比较宽的专业。如果一个专业的专业基础课程是按二级学科甚至三级学科确定的，这样的专业就是口径比较窄的专业。我国教育部制订的普通高等学校本科专业目录共分为11个学科门类:哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学。然后每个学科门类下分若干个专业类，如工学门类下分为地矿类、材料类、机械类、仪器仪表类、能源动力类、电气信息类、土建类、水利类、测绘类、环境与安全类、化工与制药类、交通运输类、海洋工程类、轻工纺织食品类、航空航天类、武器类、工程力学类、生物工程类、农业工程类、林业工程类、公安技术类共21个一级学科。每个专业类下再设置若干个专业，如电气信息类下设置有电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术、电子科学与技术和生物医学工程7个专业。如果这7个专业在确定其专业基础课程时，是以其自身专业为着眼点，自上而下确定其专业基础和通识基础，那么这样的专业就是口径较窄的专业。如果是以电气信息类专业一级学科为着眼点，以其7个专业共同的基础为学科基础，那么这样的专业就是口径较宽的专业。

我们确定的电子与电气信息类专业的教学模式为:理论教学、实践教学和科学研究三者并重。理论教学方面要注重整合课程、精选内容、改进教学方法、采用先进手段。实践教学方面要注重精心设计体系、落实每一环节、改善实践条件、加大改革力度。科学研究方面要逐步加大每门课程的理论教学和实践教学中的研究性要求，并注重和提高集中性的综合性教学环节的研究性要求，如综合性电子设计实践、创新实践、电子设计竞赛、毕业设计等。

4.确定了电子电气信息类专业新的课程体系。

这一新的课程体系由通识教育课程、学科基础课程和方向训练课程三个主要层次以及实践教学体系与任选课程两个支撑体系共同组成，如下所示。

通识教育课程主要由人文社会科学基础、数学、自然科学基础（物理、化学、生命科学、环境科学）、外语、计算机、体育和经济管理基础组成。其中人文社会科学基础目前按“两课”和文化素质教育课程两部分设置。对前者，加大了社会实践，加大了考试改革。对后者，设置了文史类、哲学社科类和经典导读类三大类课程，每类中约20门课程。学生必须在每类中选择一门修读，并要求学生完成文化素质教育实践1学分。这样，理工科学生的人文社会科学基础得到加强。下一步，将对“两课”和文化素质教育课程进行整合，以取得更好的效果。

学科基础课程由一级学科平台课、二级学科主干课和跨二级学科选课三部分组成。其中一级学科平台课是本项目建设的重点。经过大量的调查与认真的研究，我们确定了电子与电气信息类专业的学科基础由8门课程组成:①电路基础；②计算机结构与逻辑设计；③电子电路基础；④信号与系统；⑤电磁学理论与应用；⑥微机系统；⑦自动控制原理；⑧通信与网络基础。

这8门课程又分为两个层次:第一层次由前四门课组成，每门课4个学分，在二年级讲授；第二层次由后四门课组成，每门课3个学分，在三年级讲授。其相应的实验独立设课，单独考核，具体课程将在实践教学体系中介绍。二级学科主干课由各专业自行确定，大约共12学分。跨二级学科选课是要求学生必须选取其他电类专业的一门主干课（3学分），以扩展自己的学科面。

方向训练课程是各专业根据自身的具体情况和技术的发展确定若干个方向，设置若干门课程，让学生应用所学的通识教育课程和学科基础课程知识，再加上一些方向课程的知识，学会去解决某些工程问题，得到一些较为实际的工程训练。同时还要求学生必须跨方向选课，目的也在于扩展学生的知识面。

任选课程是为学生发展自己的兴趣爱好而提供的课程，既包括公共任选课，也包括专业任选课，还可以允许少数学有余力的学生选修研究生课程及辅修第二专业。

实践教学体系是为了培养学生的实践能力而系统设计的各种实践环节，包括实验、实习、课程设计、社会实践和毕业设计等。电子与电气信息类专业由数学实验、物理实验、化学实验（或生命科学实验）、金工实习、计算机综合训练、社会实践、文化素质教育实践、科研创新实践、独立设置的电类实践课程、课程设计、实习和毕业设计组成。其中独立设置的电类实践课程由五门组成:电工电子实践初步、电路与数字逻辑电路实践、电子线路实践、微机实践与综合电子设计实践。

综上所述，我们认为，这样的课程体系具有结构合理、整体优化的特点，经过几年的实践和改进，既具有一定的先进性，又具有切实可行的操作性。我校一位教授近年在MIT做访问学者，通过与该校电气与计算机科学系的交流和对比，认为我校的这一教学计划和思路与MIT相近，同时又体现了中国的国情。

5.加强整合。

（1）与基础课程教学改革的整合。在数学类课程中，将几何部分从高等数学中分出，与线性代数整合，开设“几何与代数”。将复变函数的主要内容整合到高等数学中，使实分析与复分析有机结合，相互呼应，相互渗透。突出数学的基本思想和基本方法，选取与电类专业有关的例题与习题，增强学生应用数学知识解决实际问题的意识和能力，增加了Matlab数学软件的介绍和利用Matlab进行数学实验的内容。所编教材已由东南大学出版社出版，并将在实践的基础上进一步完善。在物理课程中，将半导体物理基础纳入《大学物理》的近代物理部分，作为量子知识的应用篇讲授，既能让学生更深入地了解微电子技术的理论渊源，又可以使电子电路课程直接从器件讲起，达到加强联系、减少学时、内容更为紧凑的目的。同时采用现代教育技术制作课件，以提高教学效率和效果。

（2）电类平台课课程之间的整合。对电路、数字电路和模拟电路三门课程进行整合，已完成数字电路和模拟电路之间的整合，将数字电路中逻辑设计部分和计算机结构的内容整合在一起，成为“计算机结构与逻辑设计”课程，而将其电路方面的内容和模拟电路整合在一起成为“电子电路基础”。现正在进一步将“电路”和“电子电路”两门课程进行整合，使其更具有系统性和整体性。对“信号与系统”、“自动控制原理”和“数字信号处理”三门课程进行了系统的梳理，减少了重复，增加了有机的和统一的联系。对计算机软件技术类课程进行了梳理，逐步减少了“计算机文化基础”的教学学时，加大了综合编程的训练；确定了JAVA和C＋＋两类面向对象的程序设计课程。在硬件技术方面，重新组织编写了新的《微机系统》教材，将微机原理与操作系统整合，以MPU对操作系统的支持为主干，辅以微机硬件和操作系统的相关知识，包括进程和线程、虚拟存储器、流水线、超标量和超级流水线等先进技术，能较好地解决微机芯片迅速更新换代带来的教学困难。

（3）理论教学和实践教学之间的整合。一方面仍继续加强实践；另一方面，也强调实践课程与理论课程之间的分工与配合以及实践课自身的整合。实践课程的每一项改革均由从事理论教学的教师和从事实践教学的教师共同讨论制订方案、实践和加以改进完善，双方配合得非常协调，效果也很好。特别强调了综合性实验的地位，既有每门实验课程自身的“综合性实验”，更有综合多门课程的“综合电子设计与实践”，以培养学生综合运用多门课程知识解决实际问题的能力。

6.充实大规模集成电路（VLSI）设计内容，引入高层电子设计自动化的理论和实践。共编写了一本教材——《VLSI设计基础》（电子工业出版社，2002年10月）和两本讲义——《VLSI设计技术基础》和《VLSI设计》。这些教材有的主要内容在底层，有的强调VLSI设计从上到下的各个层次，属于系统级，可适用于不同背景的学生。并进行了毕业设计的实践。实践证明，本科生在高年级掌握高层EDA的理论和实践是可行的。今后将逐步予以推广，推广关键在于要有相应的实验条件和足够的经费。我校依托“211工程”项目和“863计划”建设的、由王志功教授主持的射频与光电集成电路研究所，因而拥有比较齐全的软硬件设备和比较齐备的专业研究队伍，并与国内外多所工艺制造单位建立了科研合作关系。自1999年3月以来，相继设计出砷化镓、磷化铟和CMOS三种工艺的30多个集成电路版图，并投入了工艺制作，其中部分电路达到了世界先进水平，特别是0.25微米CMOS工艺的1∶4分接器，速率达到10Gb/s，目前在世界处于领先地位。这些条件和成果为VLSI设计教学提供了有力的支持。

7.改善教学方法，推进现代教育技术和双语教学及实验室开放，注重创新能力的培养。

（1）在“计算机结构与逻辑设计”、“电子电路基础”和“数字信号处理”等课程中进行了以实践为主、理论教学为辅和以自学为主、教师讲授为辅的教学改革试点，并进行了考试方法的改革，注重能力的考核和平时的考核。总体看，学生的动手能力和自学能力得到了提高，详见黄正瑾老师的改革实践总结。

（2）大力推进现代教育技术。现已有“大学物理”、“信息与系统”、“面向对象程序设计”、“电子电路基础”等一批课程建设了网络课程，一批课程建设了CAI课件，大部分教师均采用了电子教案。已有4门实验课程制作了多媒体课件，在实验教学中发挥了很好的作用。并且这些课件在2002年江苏省高校多媒体课件竞赛中均获得了奖励。其中，“大学物理”网络课程获一等奖，“电工电子实践初步”和“物理实验”网络课程获二等奖，“电子线路实践”网络课程获三等奖。

（3）推动双语教学。目前，我校在电子与电气信息类专业的主干课程中有两门采用原版教材，实行双语教学。一门是“信息通信网络概论”课程，采用的教材为美国伯克利加州大学Jean Walrand所著“Communication Networks”（McGraw－Hill），该教材已由机械工业出版社出版。另一门是“计算结构”课程，采用的教材为美国MIT William Stallings所著“Computer Architecture and Organization”，该教材已由清华大学出版社出版。近期，美国MIT的Jin Au Kong（孔金瓯）教授将到我校为部分优秀本科生讲授“电磁场与波”课程。其教材“Electromagnetic Wave Theory”已由高等教育出版社出版。另有无线电、电子工程、生物医学和仪器科学等系共采用了十余本原版教材。同时即将开设“信号与系统”双语课程。

（4）加强实验室建设和开放。近几年来，结合国家电工电子基础课程教学基地的建设，我校已投入近1 000万元建成了以电工电子实验中心为主的实验基地，并且大力推进了实验教学的改革，从实验内容到实验方法乃至实验管理均有创新，制作的4门实验课程:“物理实验”、“电工电子实践初步”、“电路与逻辑设计实践”和“电子线路实践”的课件，在实践中发挥了很好的作用。特别是加强了实验室的开放，从早上9:00到晚上9:00，实行全天候开放，由学生根据自己的情况灵活掌握实验进程。由于有了一系列的配套与管理措施，如刷卡进实验室由计算机管理、指导等，开放实验取得了很好的效果，受到了同学们的欢迎。电工电子实验中心还开辟了供部分学生自由进行实验的场所——创新实验室，每年举行课程设计竞赛，以更好地鼓励学生发展自己的兴趣，培养自己的创新能力。

（5）加强学生的创新能力培养。由于几年来教育思想的学习和讨论（我校在1998年即推出了《东南大学素质教育实施纲要》），素质教育的思想已逐渐深入到每一位教师和学生的脑海中。其中，实践能力和创新精神的培养得到了高度的重视。通过一系列的教学改革举措，学生的创新意识、创新精神和创新能力得到了明显的提高。我校电子与电气信息类专业学生在很多方面都取得了很好的成绩，展示了很好的精神风貌。如2001年在全国大学生电子设计竞赛中，我校共取得3项国家一等奖、1项国家二等奖和一批省级奖，成绩居全国高校前列。在2001年的“挑战杯”中国大学生课外学术科技作品大赛中，当时在无线电工程系三年级就读的戴戈同学获得了本科组的一等奖，为我校当年捧得“挑战杯”作出了重要贡献。在2003年的国际数学建模竞赛中我校获一项金奖（特等奖），其中有2名队员为电类专业学生。其他如国际、全国数模一等奖的获奖者就更多了。

四、项目研究与实践的自我评价

我们认为，本项目的研究集成了一大批潜心研究并锐意改革的教师的教学经验，无论是在教育思想、教学改革方案，还是在教材建设、实验室建设和人才培养实践上都取得了一批实实在在的成果，已达到项目申报书中提出的目标。本项目具有非常强的实践性，提出的教学改革方案经论证后即刻在教学中实施，编写的教材和课件完成后即刻投入实际使用，并在实践中及时改进和完善。实践表明，项目的效果十分明显，项目的研究具有先进性，在校内外产生了很好的反响，多次在全国性会议上介绍，也有一大批院校到我校观摩学习。

五、项目的推广价值及进一步研究实践的思路

我们认为，本项目的研究成果具有良好的推广和借鉴价值，可供全国各类理工科院校的电子与电气信息类专业在教学改革中参考。编写的教材和课件也可供各院校选用。

下一步，我们将进一步对人才培养模式和课程体系进行优化，对课程进一步整合，编写新的高水平教材，进一步加强现代教育技术的研究和应用，进一步加强学生创新能力的培养。

任重道远，我们将继续努力。