美国MIT电气科学与工程专业本科生培养

张晓瀛，马东堂，王德刚

(国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南 长沙 410073)

麻省理工学院(MIT)是世界享有盛名的理工科大学，其电气科学与工程专业在美国大学同类专业中排名第一。笔者通过参加本校与MIT教学比较研究项目获取了MIT相关专业建设资料，现将该相关专业的本科生培养特点归纳如下。

电气工程和计算机科学系EECS是MIT规模较大的系之一。EECS系本科生教育共设置了三个培养方向，包含:①Course 6-1:电气科学与工程EE;②Course 6-2:电气工程与计算机科学EECS;③Course 6-3:计算机科学CS。这三个方向均设有四年制理学的学士学位。其中EECS在本科生培养目标中强调系统地建立宽广的专业基础，再根据学生的兴趣爱好在其选择的领域中开展深入的专门研究。

1 EE专业选课要求

根据MIT EECS 2010-2011版的本科教育培养方案，电气科学与工程EE(Course 6-1)方向的学生要求学习学院的公共必修课程GIRs、交流课程以及EECS系要求的必修课程和限制选修课程[1]。

GIRs总课程数为17门。包含6门科学课程，8门人文科学、艺术和社会科学课程，2门科学技术限制选修课程和1门实验课程。此外，交流课程包含4门课程，主要用于训练学生的表达、写作和演讲能力。EECS系规定Course 6-1学生应必修和限修如下课程。

1)必修课程36学分。其中包括:EECS导论I(12学分)，EECS导论II(12学分)，本科生高级项目(12学分)。

EECS导论I主要内容包括:利用移动机器人为学生传授实验技能;设计实际工程产品的核心问题，系统建模与测量，基于分析与计算模型制定设计方案，评估传感器与实验器件误差等工程设计领域的重要问题。

EECS导论II的主要内容包括:探寻通信信号，系统与网络领域的问题，通过实验描述工程设计模块，选择合适的设计度量，选择信息的有效表示方法，评价复杂系统的复杂度，传输系统的时域频域模型，模拟和数字信号，编码、检测与纠错，信息传输率与信号功率之间的关系，带宽与噪声以及分组交换网络等[2]。

本科生的高级项目包含预备本科生高级项目6.UAT和本科生高级项目6.UAP两个部分，在本科生培养中，它相当于我国的本科毕业设计。6.UAT主要为UAP做准备，培养学生在不同工作环境下的交流技巧和口头表达能力，并最终确认课题和导师。6.UAP则主要开展研究，完成论文。

2)Course 6-1方向学生限制选修课程

(1)两门数学课程

Course 6-1方向学生必须在18.03“微分方程”和18.06“线性代数”中选择一门;必须学习6.041“概率系统分析”或者18.440“概率和随机变量”课程。每门课程都是12学分。

(2)三门基础课程

Course 6-1方向学生必须在电子工程基础课程列表中进行选择:6.002电路与电子学，6.003信号与系统 ，6.004计算结构和6.007电磁能量(从电机到激光器)中选择三门，这些课程都是12学分。

(3)三门主要课程

Course 6-1方向学生必须在电子工程课程列表中进行适当选择:6.011通信，控制与信号处理导论，6.012微电子器件和电路学分，6.013电磁学和应用和6.021J细胞生物物理学中选择三门，这些课程都是12学分。

(4)一门本系实验课程

MIT为本科生开设许多实验课程。Course 6-1方向的学生可在下面的实验课列表中选择其中一门，6.100电子工程与计算机科学实验，6.101模拟电子实验导论，6.102射频设计实验导论，6.111数字系统实验导论，6.115微机项目实验 ，6.123J生物器件项目实验，6.131电力电子学实验，6.141J机器人技术，科学和系统I，6.142J机器人技术，科学和系统II，6.152J微纳处理技术实验，6.161现代光学项目实验，6.163 Strobe项目实验，6.170软件工作室，6.172软件系统的性能工程实验，6.173多核系统实验，6.182心理声学项目实验 。

除了上述主要课程规定以外，学生还必须选择两门本系规定的高级本科生课程并修满48学分的非限制选修课程。

2 培养方式和特点

1)重视综合能力和人文素质培养

MIT重视发展文理兼修的通识教育，在夯实学生知识基础的同时强调提升学生的人文素养、沟通能力和领导才能。

培养通才的教育理念在MIT学院公共必修课程设置要求中得到完美体现。在GIRs规定的科学课程中包含一门化学课程，两门物理课程，两门微积分和一门生物学课程。MIT认为在科技深刻影响世界的时代，这些科学核心课程是学生成为高等教育公民和专业工程技术人员必备的重要知识背景[3]。

GIRs要求学生必须修满作八门人文、艺术和社会科学课程以及四门交流课程，这种在人文社科方面的要求在理工科大学课程设置中是较少见的。在人文科学课程要求方面，最新的MIT培养方案规定2011年秋季入学的新生必须选修一门人文科学课程。其他高年级本科生可以从四类人文课程中选课。

GIRs中专门设置交流课程用于培养学生的写作和交流能力。交流课程分成两类:一类是人文、艺术和社会科学领域的交流课程CI-H，另一类为专业领域的交流课程CI-M。MIT培养方案规定，学生在第二学年必须通过至少两门CI课程，第三学年必须至少通过四门CI课程中的三门，第四学年必须修完四门CI课程，其中包含两门CI-H，两门CI-M。

2)重视基础课程教学

MIT非常重视专业基础课程的教学。专业基础课多由知名教授主讲，以保证高水平的教学质量。本科生授课将大课讲授，复述课及小课辅导相结合，不断强化知识传授，促进学生消化吸收。

以2011年“信号与系统”课程为例，该课程教学团队由一名教授担任主讲，两名副教授担任课程讲师，配置两名教学助理TA。平均每周5学时上课，7学时学生预复习以及完成作业。TA在课程教学中不承担授课任务，但是MIT对TA有如下明确严格的职责要求:①充当上课教师的助理，阅卷答疑，给出考试和习题的解答;准备课堂材料和道具，收发课程材料;②对学生进行课程辅导和答疑;③和学生交流，听取意见;④参加教学会议;⑤对学生的在校学习和职业选择给出建议;⑥确保学生的安全，关心学生健康等。

为了解学生的学习效果，确保教学质量，“信号与系统”课程制定了严格的考核机制。课程包含12次课外作业和4次测试。教学计划中规定了学生每次课外作业的上交时间。提交作业一周以后，教师将公布习题解答，作业情况结合其他课堂表现一起以15%的比例计入最后成绩。在4次课程测试中，3次期中测试分别按照10%，15%和20%计入总分，最后的期终测试占40%。

3)加强实验室建设

GIRs中可选的实验课横跨理科，工科和人文等领域，课程设置多达50门。对于Course 6-1方向的学生来说，可选的本系实验课程有16门之多。除了专门的实验课以外，很多专业基础课程也有实验要求。例如:Course 6-1方向的学生的必修课程EECS导论I和EECS导论II都包含相当份量的实验要求，实验学分占到课程学分的一半。EECS导论I的实验是让学生自己动手组装和用Python语言编程操控机器人;EECS导论II的实验是在Matlab环境中利用辅助的FPGA板块让学生完成各种信号的无线电发射、接收、分析和处理过程[4]。

MIT每个学年中除了以正规课堂授课为主的春季学期和秋季学期以外，还包含夏季学期和学生自主活动学期IAP，为学生参加各种实验实践提供平台和机会。IAP时间共4周。该期间许多实验课程和活动向学生开放，部分课程可以获得学分。课程6.091“电工实验操作技巧入门实践”就开设在自主活动学期，该课程适用于所有想对电路有所了解的新生。其目的是使学生通过讲座和实验环节掌握电子仪器仪表的具体操作和使用。在实验中，学生将学习使用信号发生器、数字万用电表、示波器、逻辑分析仪和电源等基本的常用器材，掌握这些电子仪器的使用和维护以及电路的搭接。本课程在IAP的4周中共安排5次讲座，每次1.5小时。对应开展5次实验，每次4小时。

3 思考与启示

通过分析MIT电子工程与科学专业本科生培养的特色和优势，我们能得到一些启示。从我国大学的实际情况出发，笔者提出以下两点建议。

1)拓宽学生专业基础，增强适应能力

本科生教育在高等教育体系中处于基础地位，MIT赋予学生相当大的选课自由，将学分制落到实处。电气科学与工程专业的本科生在学习本专业基础知识的同时有机会接受人文、艺术、生物、化学等多领域的知识和培训，为他们以后的发展奠定了坚实的基础。相较而言，我国高校的本科生选课较为固定，学生一旦选择了某个专业，其所学习的课程往往被固定成约定俗成的对口课程。这种一个专业一张课表的培养方式，虽然能在短期内教给学生更多的本学科专业知识，但却容易造成学生跨学科知识缺失。

2)进一步提高实验开放性

MIT开设的实验课程种类繁多，既有象“电工实验操作技巧入门实践”这样面向新生的基础性实验，又有象EECS导论II课程中所开设的利用FPGA设计收发信机的综合性实验。MIT实验室开放性强，很多专业的实验面向全校学生开放。相较而言，国内大学开设的实验课往往因为学生数量较多，实验条件受限等原因无法为各种专业基础的学生提供全方位的实验训练条件，在实验室的开放性上也难以满足学生要求。

[1]MIT Bulletin 2010 －2011 Course Catalog.[EB/OL]http:∥web.mit.edu//catalog

[2]MIT office of the registrar.[EB/OL]http://student.mit.edu/catalog/search-cgi?search=6.01＆style=verbatim.

[3]何振海，杨桂梅.MIT本科教育特色及其启示[J].北京:比较教育研究，2003，7(158):19-22

[4]俎云霄，于歆杰，郑君里.本科课程设置新计划解读及思考－以MIT的EECS系为例[J]，兰州:高等理科教育，2010，6(94):40-43