與國外部分高校電氣工程專業(yè)課程體系的比較

耿光飛， 楊建華， 唐　巍

(中國農業(yè)大學 信息與電氣工程學院, 北京 100083)

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與國外部分高校電氣工程專業(yè)課程體系的比較

耿光飛， 楊建華， 唐巍

(中國農業(yè)大學 信息與電氣工程學院, 北京 100083)

摘要:本文主要從電氣工程學科人才培養(yǎng)的角度，介紹了幾所國際知名高校電氣工程專業(yè)課程體系方面的情況，并與我校本科電氣工程專業(yè)課程體系進行比較，在此基礎上探討該專業(yè)教學改革的理念原則和具體建議。根據我校電氣工程學科的實際情況，既要向高水平的學校學習，又要保持自己的特色與優(yōu)勢，從而優(yōu)化電氣工程專業(yè)現有的課程培養(yǎng)體系。

關鍵詞：電氣工程；課程體系；國際比較

本文主要以我校電氣工程專業(yè)課程體系為參考點，對部分國際知名大學相關專業(yè)課程體系進行調查研究并與我校的進行對比，從而提出我校電氣工程專業(yè)課程體系的教改建議。

1我校電氣工程專業(yè)課程體系

我校電氣工程學科具有比較鮮明的農業(yè)特色，除了具有電機與電器、電力系統及其自動化兩個二級學科外，還有農業(yè)工程一級學科下的農業(yè)電氣化與自動化二級學科。在電力系統及其自動化學科中偏重于配電系統的研究，在農業(yè)電氣化與自動化學科中側重于農村電力能源的研究，如可再生能源發(fā)電與農村電網，還有電機、高電壓、電力拖動等在農業(yè)方面的應用。我校(08版)電氣工程專業(yè)課程體系包括以下幾個部分：

(1)通識教育課程共41.5學分，其中必修課7門，包括“思想道德修養(yǎng)與法律基礎”、“馬克思主義基本原理”、“中國近現代史綱要”、“毛澤東思想、鄧小平理論和三個代表重要思想概論”、“大學外語”(12學分)、“計算機基礎”和“C語言程序設計”。

選修課5門(略)。

(2)基礎教育課程61.5學分，其中必修課14門，“高等數學A”(上、下)、“概率論與數理統計”、“線性代數”、“復變函數與積分變換”與“大學物理A”(上、下)為自然科學基礎課程，“電路A”、“電路B”、“數字電子技術”、“模擬電子技術”、“電機學”、“自動控制原理”與“電力系統穩(wěn)態(tài)分析”為工程技術基礎課程。

選修課4門：“工程力學A”、“工程制圖”、“電磁場”與“單片機原理”為工程技術基礎課程。

(3)專業(yè)課程37.5學分，其中必修課3門：“電力系統暫態(tài)分析”、“繼電保護原理”和“發(fā)電廠工程”。

選修課17門：“電力電子技術”、“數據庫原理與應用”、“高電壓技術”、“專業(yè)英語”、“微機原理與接口技術”、“電力系統自動裝置”、“電力系統調度自動化”、“數字式繼電保護”、“電力系統規(guī)劃”、“電能質量分析與控制”、“電力市場”、“電力設備在線監(jiān)測”、“新能源發(fā)電技術”、“DSP原理與應用”、“架空線設計”、“接地技術”和“通信技術基礎”。

(4)實踐教學36學分(略)。

2部分國外高校電氣工程專業(yè)課程體系

2.1美國普渡大學[2]

普渡大學在工程與農業(yè)方面均具有世界領先的水平。其電氣與計算機工程系一年級課程完全相同，主要學習數學、物理、化學、計算機等入門知識，二年級仍有約70%的課程相同。三、四年級除了學習本專業(yè)課程外，還有相當數量的學分限定在兩專業(yè)交叉課程。

電氣工程學士學位最低要求修滿124學分，學分成績不低于2.0。選修課52學分，占總學分的41.6%，其中本專業(yè)選修課19學分，其他技術類3學分，非技術類課程18學分，任意選修課12學分。

第一學期課程16學分，包括“化學Ⅰ”、“寫作”、“工程類講座”、“計算機工具及其工程應用”、“解析幾何與微積分Ⅰ”。第二學期課程18學分，包括“化學Ⅱ”、“言語交際”、“編程訓練”、“解析幾何與微積分Ⅱ”、“”近代力學“”。

第三學期課程15學分，包括“電氣與計算機工程研討會”、“線性電路分析Ⅰ”、“電子測量技術”、“多元微積分”、“電磁學”、“通識教育選修課”。第四學期課程17學分，包括“線性電路分析Ⅱ”、“電子儀器與設計實驗”、“電子電路分析與設計概論”、“數字系統設計”、“常微分方程”和“通識教育選修課”。

第五學期課程16學分，包括“信號與系統”、“線性代數”或“高等數學”、“電氣與計算機系選修課”、“工程科學選修課”、“通識教育選修課”。第六學期課程16學分，包括“概率論在電氣與計算機工程中的應用”、“電磁場”、“電氣與計算機系選修課”、“互補選修課”、“通識教育選修課”。

第七學期課程14學分，包括“電氣與計算機工程研討會”、“電氣與計算機系選修課”、“互補選修課”、“通識教育選修課”。第八學期課程12學分，包括“電氣工程畢業(yè)設計”、“電氣與計算機系選修課”、“互補選修課”、“通識教育選修課”。

2.2美國佐治亞理工學院[3]

佐治亞理工學院的電氣工程專業(yè)在電氣與計算機工程系，本科階段主要專業(yè)課程如下。

必修課9門：“信號處理概論”、“計算機工程概論”、“數字設計實驗”、“電路分析”、“電磁學”、“計算機系統原理”、“微電子電路”、“微電子電路實驗”、“電測儀表與電路實驗”。

拓展課11門：“模擬電子”、“計算機結構與操作系統”、“超大規(guī)模集成電路與高級數字設計”、“電磁學的應用”、“能量轉換”、“現代電力系統”、“隨機信號”、“計算機通信”、“用于計算機與通信工程的半導體器件”、“系統與控制概論”、“工程行業(yè)軟件”。專業(yè)設計：“工程實踐與職業(yè)精神”、“畢業(yè)設計”。專業(yè)方向課5門：“電力系統分析與控制”、“電力系統工程”、“電能質量”、“電力電子”、“電機分析”。從以上課程可以看出，該校電氣工程專業(yè)確實具有寬口徑的特點，其內容覆蓋面也比較寬。

2.3美國德州農工大學

德州農工大學電氣工程專業(yè)本科課程的一個主要特點是：第1年的2個學期均開設“工程數學”；第2年兩個學期分別學習“工程數學”與“微分方程”；第3年學習“信號與系統”等課程的同時，繼續(xù)學習應用數學；第4年主要是實驗、設計和選修課。

獲得學士學位必備條件：

(1)學生必須在一個專業(yè)方向上至少選修3門以上課程。

(2)學生必須從不屬于(1)中的兩個專業(yè)方向上選修4門課程。

(3)其余選修課可以從學院課程列表中選擇。

2.4英國曼徹斯特大學

曼徹斯特大學的電氣與電子工程專業(yè)主要專業(yè)課程：“電力系統分析與保護”、“高效清潔發(fā)電”、“智能電網”、“可再生能源利用”、“電力電子”、“復雜控制系統”、“通信”和“嵌入式計算機系統”。

第一年11門必修公共課程：“微控制器工程”、“材料學”、“測量與分析軟件”、“電路分析”、“數字系統設計Ⅰ”、“電子電路設計Ⅰ”、“能量傳遞與轉換”、“電磁場”、“微機工程Ⅰ”、“Java 程序設計”、“工程數學Ⅰ和Ⅱ”。

第二年11門必修課程：“數字系統設計Ⅱ”、“電子電路設計Ⅱ”、“工程數學Ⅲ”、“微機工程Ⅱ”、“信號與系統”、“模擬與數字通信”、“控制系統Ⅰ”、“嵌入式系統”、“機械傳動與電力電子”、“傳輸線與光纖”、“發(fā)電與輸電”。

第三年17門課程，其中必修課：“工程分析”、“跨學科可持續(xù)發(fā)展”、“行業(yè)工具與技術”、“個人實踐創(chuàng)新項目”(類似國內的課程設計，但又不局限于某門課程，有一定綜合性)。

選修課：“并行系統”、“數據網絡”、“數字移動通信”、“領導力訓練”、“機電一體分析與設計”、“電力電子Ⅱ”、“電力系統分析”、“傳感器與儀器”、“計算機系統結構”、“控制系統Ⅱ”(狀態(tài)空間與數字控制)、“數字信號處理”、“電力驅動系統”、“電力系統”(發(fā)電廠與繼電保護)。

第四年19門課程，其中必修課：“分組畢業(yè)設計”、“行業(yè)先進技術”。選修課：“天線與射頻系統”、“數字圖像處理”、“有機電子學”、“電力系統分析”、“電氣系統分析與建?！?、“過程控制及其自動化”、“無線通信與移動網絡”、“感知與轉換”、“納米處理技術”、“電力系統經濟運行”、“電機設計”、“微波系統工程”、“X射線成像技術及其應用”、“納米電子器件”、“電力系統繼電保護”、“高等電力電子學”、“智能控制與機器人”。

3課程體系比較與建議

3.1我校與國外高校課程體系的比較

我校電氣工程專業(yè)本科課程與上述國外高校相比具有如下的特點：

(1)通識課中思想政治類課程學分達到12，占通識課的百分比為29%。國外必修課中沒有外語、政治類課程，體育課一般為選修。

(2)專業(yè)基礎課程中以強電類為主，弱電類課程偏少，且必修課程中未含“信號與系統”、“電力電子技術”等一些國外高校普遍重視的課程。

(3)專業(yè)課中絕大多數為選修課。必修課3門，選修課17門。有相當數量的課程從名稱與內容來看專業(yè)性較強，內容覆蓋面與培養(yǎng)口徑較窄。

(4)實驗環(huán)節(jié)大多與理論課相對應，獨立性與綜合性的實驗課偏少，實驗室條件需大力改善。

3.2值得思考的教學理念與原則

(1)加強通識教育和基礎課程學習—我校本科生一年級不分專業(yè)，全面實行通識教育，進入二年級或一年級結束時才在課程設置上細分到各系各專業(yè)。通過一到二年左右的通識和基礎課程學習使學生打下寬廣厚實的基礎，有利于學生綜合素質的提高。這一做法應該繼續(xù)堅持。

(2)應進一步拓寬專業(yè)面和培養(yǎng)口徑—現代電氣工程學科與通信、電子、計算機等多個學科交叉融合[6]，拓寬專業(yè)課程內容有助于增強學生的適應能力。尤其在本校實驗班中繼續(xù)堅持寬口徑人才培養(yǎng)方向，并加強新興技術在課程中的滲透，可促進拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

(3)電氣工程本科課程結構需要優(yōu)化—強化學科基礎和實踐環(huán)節(jié)，解決好“點與面”、“寬與專”的關系，實現培養(yǎng)電氣工程創(chuàng)新人才的目標。提供課堂教學以外多種類型的特殊培養(yǎng)計劃，如擴大本科生研究計劃URP(Undergraduate Research Program)在學生中的參與范圍，讓部分學生較早參與教師的科研工作，或自己提出研究課題并獲得教師的建議指導。實習環(huán)節(jié)可安排學生到一些知名企業(yè)公司實習，以幫助學生將課堂學習的原理知識與工程實踐結合起來。還有組織和擴展一些研究計劃、研討小組、系列講座等，對激發(fā)學生學習興趣、提高解決實際問題的能力、培養(yǎng)探索創(chuàng)新精神等是非常有意義的。

(4)帶動相關學科發(fā)展—以我校已經形成的配電、農電方面優(yōu)勢為特色，帶動可再生能源發(fā)電、智能電網、電力電子等新興學科方向的發(fā)展。已有的優(yōu)勢學科在本科與研究生課程體系中體現還不夠明顯，應適當增加此類課程，并加強學院內多學科的交叉、融合。比如，提升擴大選修課程的知識層次和選修課程的內容范圍，以利于拓寬學生的視野、培養(yǎng)高素質復合型人才。

3.3課程設置的建議

基于以上分析與比較，我院形成的教改思路是：以現有課程體系為起點，即在現有教學體系與教師隊伍的條件下，根據我校的目標定位進行漸進性教學改革。為此提出通過修改課程設置、教學大綱與教學團隊的重新組合來實現課程體系結構的優(yōu)化的建議。

(1)為加強基礎課程的學習，逐步將“高等數學A(上、下)”、“線性代數”、“復變函數與積分變換”、“概率論與數理統計”等課程有機組合成循序漸進的工程數學或應用數學系列課程。

(2)根據學校已有的工程基礎類課程，確定“工程應用數學”、“電路”、“電子技術”、“電機學”、“電力電子技術”、“自動控制”、“微機原理與應用”、“工程電磁場與波”、“信號分析與處理”等為專業(yè)基礎核心課程，在實現寬口徑培養(yǎng)的基礎上，保證專業(yè)知識的完整性及實用性。

(3)將“電力系統穩(wěn)態(tài)分析”、“電力系統暫態(tài)分析”、“發(fā)電廠電氣系統”、“高電壓技術”、“繼電保護與自動裝置”、“電力技術經濟基礎”(原來的“電力市場”)、“電力信息技術”等作為主要專業(yè)課程。

(4)適當合并、增加、拓寬部分專業(yè)課程，部分課程通過修改教學大綱反映學科發(fā)展趨勢，并增加一些專業(yè)軟件方面的教學內容。比如，①“電力系統規(guī)劃”與“架空線設計”可以合并；②“數字式繼電保護”、“接地技術”、“電力系統微機保護”等可以合并；③“電力系統自動裝置”與“電力系統調度自動化”可合并為“電力系統自動化”。

在專業(yè)基礎課中，將“電力電子技術”由選修改為必修。增加“供配電技術”、“電氣工程行業(yè)應用軟件”、“新能源發(fā)電技術”(包括風力發(fā)電、光伏發(fā)電和沼氣發(fā)電等)、“電氣測量技術”等本校特色選修課。

在專業(yè)選修課中，增加一些關于農電方面的課程，可以進一步體現我校的特色和優(yōu)勢。

(5)進一步增加類似URP的研究性教學項目，并加強覆蓋面與支持力度，提高學生解決實際問題的能力和動手實驗的技能。

(6)開設追蹤科技、產業(yè)發(fā)展趨勢和企業(yè)需求的多門選修課程，滿足不同層次學生的需求，實現因材施教；部分免試推薦為研究生的學生可以在大四選修部分研究生課程；為高年級學生開設新技術講座課程，介紹學科研究熱點和發(fā)展趨勢，使學生了解學科發(fā)展的最新動態(tài)。

上述的課程設置建議既強化了學科基礎，又較好地解決了專門化和寬口徑的矛盾。

3.4教學工作的建議

(1)充分利用學期末與年終的工作總結會，認真比較分析課程培養(yǎng)體系，就電氣專業(yè)課程設置的合理性進行討論，形成逐步完善的共識。

(2)建設教學團隊，優(yōu)化教師組合，以適應課程體系發(fā)展完善的需要。要求每位教師能上2門以上課程，每門課程都有兩位主講教師互為備用。

參考文獻：

[1]邱捷,胡增存.國外著名大學電氣信息類專業(yè)教育剖析[J].武漢:高等工程教育研究,2004,(6):76-79.

[2]https://engineering.purdue.edu/Engr/Academics/Undergraduate/PlansOfStudy/schools/ece/bsee/fall-2015/Electrical%20Engineering%20-%20Fall%202015.pdf

[3]http://www.ece.gatech.edu/academics/undergrad/EE_Degree_Requirements_2015-2016.pdf

[4]http://engineering.tamu.edu/electrical/academics/courses/descriptions

[5]http://www.eee.manchester.ac.uk/study/undergraduate/choosing-course/courses/eee/electrical-and-electronic-engineering-4-years-meng/

[6]張娟,郭煒煜,水志國.國外電氣工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式及對我國的啟示[J].武漢:理工高教研究,2008,27(3):70-72.

Comparison and Reflection on International Electrical Engineering Curriculum Systems

GENG Guang-fei, YANG Jian-hua, TANG Wei

(CollegeofInformationandElectricalEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：From the perspective of personnel training in electrical engineering discipline, the curriculum systems of electrical engineering in several internationally renowned universities are briefed and compared with the undergraduate curriculum system of our university in this article. Then the concept of principles and specific recommendations of the professional teaching reform are discussed. The existing courses in electrical engineering training system should be optimized according to its actual situation in our university. Meanwhile, its own characteristics and advantages should be maintained while learning from other high level schools.

Keywords:electrical engineering; curriculum system; international comparisons

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0686(2016)01-0053-04

中圖分類號：G420

收稿日期:2015-07-07;修回日期:2015-08- 25

第一作者：耿光飛(1970-)，男，博士，副教授，主要從事電力系統無功優(yōu)化、規(guī)劃與可靠性等方面的教學和研究，E-mail:guangfei@cau.edu.cn