国家工科基础课程电工电子教学基地的建设

国家工科基础课程电工电子教学基地的建设

陈　怡　吴镇扬　胡仁杰　孟　桥　吴乃陵

东南大学素以电类学科见长。电类学科不仅学科水平高，而且本科教学特色鲜明，毕业生在社会上享有良好的声誉。东南大学电类学科的成绩，是几代人长期努力的结果。1923年国立东南大学正式设置电机工程系，下分电力、电信两组。从20世纪30年代的顾毓琇、陈章等中国老一辈电机、电信科学家，到五六十年代的吴大榕、钱钟韩、管致中，到今天的尤肖虎、洪伟、王志功、戴先中、田玉平等，一代代学人自强不息，薪火相传，与时俱进。在这条发展不止的前进道路上，留下了无数师生的汗水，也留下了一个个闪光的脚印。今天，以国家工科基础课程电工电子教学基地的建设为标志，东南大学电类学科的教学改革又跨上了一个新的台阶。

建设国家工科基础课程教学基地是国家所采取的一项旨在提高教学质量的重要举措。1996年全国共批准设立45个工科基础课程教学基地，其中电工电子8个。自1996年申报国家电工电子基础课程教学基地以来，东南大学在原有工作的基础上，精心组织，全力以赴，持续不断地进行了基地的建设与改革。经过8年的努力，基地建设已见明显成效，创出了特色。东南大学的电工电子基地建设将国外一流大学的调查研究、教育思想的学习、人才培养方案的制订、系列课程的改革、实验中心等硬件环境的建设和教师队伍的建设作为一个系统工程，结合教育部“面向21世纪教学内容和课程体系改革工程”牵头项目和“新世纪教育教学改革工程”等重大教学改革项目，认真研究和实践，取得了一系列成果，包括建成了东南大学电气电子信息类基础课程教学平台；编写出版了系列教材；建设了一批优秀课程；投入1400万元建成了校电工电子实验中心、计算机硬件应用实验中心、EDA实验室等一批高水平实验室，在教学上发挥了重要作用，已成为学生课外创新实践的基地；加强国际交流，稳步推进双语教学；建成了一支高水平的教师队伍。东南大学取得的成绩，在国内产生了积极反响，因而被推举为全国电工电子教学基地的牵头单位。基地培训了一批分布在全国各地的教师，有300余所高校到东南大学参观学习，从而带动了许多学校的课程建设和实验室建设，推动了国内同类基地的建设，在全国起到了很好的示范辐射作用。基地在教育部组织的2000年中期检查和2004年验收评估中，均取得了排名全国同类基地第一的优秀成绩。

一、基地建设的指导思想、途径与目标

基地建设的指导思想是：以教育思想的学习和教育观念的转变为先导，借鉴国外一流大学的经验，不断深化教育改革，全面推进素质教育；以高等工程教育和信息科学发展的趋势为依据，以国际大环境为背景，加快高等工程教育的信息化、国际化进程，改革基础课程的教学内容和课程体系；以学科发展带动教学改革，以科学研究促进教学工作，不断提高师资水平；以硬件建设为基础，改善教学条件；以软件建设为重点，提高教学管理水平。

东南大学电气、电子、信息学科类各专业分布在无线电工程系、电子工程系、自动控制系、计算机科学与工程系、生物科学与医学工程系、电气工程系以及仪器科学与工程系等七个系。基地建设伊始，便确定了学校建设基地的指导思想，成立了由时任校长陈笃信教授为组长的基地建设与改革领导小组，在小组的统一规划下，协调学校相关部门，充分利用七个系的优势，共同建设基地。由于指导思想明确，规划科学，领导得力，人力财力相对集中以及良好的运行机制和政策环境，从而保证了基地建设的顺利进行。

基地建设的途径和目标是：通过教学改革、课程建设、教材建设、实验室建设和教师队伍建设，培养高素质创新人才，使之成为教学改革的探索基地、精品课程的建设基地、创新人才的培养基地、教学成果的培育基地和先进经验的辐射基地。

二、基地建设的内容

1.课程体系改革

当代社会正在从工业经济时代向知识经济时代迈进。知识经济是以知识的传播、创新、应用作为支撑的经济发展模式。这一特征在电气、电子、信息产业表现尤为突出：知识更新快，产品更新周期短。从而要求教育方式要由过去的主要传授知识转变为注重能力，特别是创新能力的培养和综合素质的提高。高等教育的国际化趋势明显加快，在教学内容、培养计划等方面应注意借鉴国外的先进经验。考虑到上述因素，我校在广泛研究国外一流大学经验的基础上，于1997年就提出了在加强通识教育基础上的宽口径人才培养模式；在教学安排上注重文理渗透、理工经管结合和学科交叉；在总学时安排上逐步减少课内学时，加强实践教学；加强国际合作，注意引进好的原版教材。

在认真研究和实践的基础上，我校电气、电子、信息类专业所在的七个系已统一了相关课程的基本要求，构成了共享的大电类学科基础课程平台。这一平台由十门学科基础课程和五门实践类课程组成。

十门学科基础课程为：

①面向对象程序设计（6学分）；　　②电路基础（4学分）；

③电子电路基础（4学分）；　　　　④信号与线性系统（4学分）；

⑤计算机结构与逻辑设计（4学分）；⑥电磁场与波（3学分）；

⑦微机系统与接口（3学分）；　　　⑧自动控制原理（3学分）；

⑨通信和网络基础（3学分）；　　　⑩数字信号处理（3学分）。

五门实践类课程为：

①电工电子实践初步（30学时）； 　②电路与数字逻辑设计实践（48学时）；

③电子线路实践（32学时）；　　 　④计算机硬件应用实践（48学时）；

⑤综合课程设计（64学时）。

在上述课程的基础上，再加上通识教育平台课程、专业主干课程、跨学科限定选修课以及方向训练与任选课程，便构成了电类各专业的课程体系，充分体现了在加强通识教育基础上的宽口径人才培养的指导思想。

2.教学内容改革

自20世纪下半叶以来，由于半导体、大规模集成电路、自动控制、通信、计算机和网络的发展，人类已进入了信息时代。这个时代的基本知识与基本技能，以及要设计的对象都发生了巨大变化。为适应上述情况，基地在基础课程的教学内容上作了较大幅度的整合与更新。主要课程的教学内容改革包括：

（1）面向对象程序设计。由面向过程的程序设计转向以面向对象的程序设计；突出算法，使学生掌握处理复杂问题的自顶向下的设计方法，提高程序设计的能力。内容包括算法的设计与分析、程序设计（Java或C＋＋）、数据结构、软件工程等部分。

（2）电子电路基础。内容突破了原有高低频、强弱电的界限，强调课程的基础性，着眼于电气、电子、信息类专业具有共性特点的基础功能电路；突破了原有模拟、数字电路的界限，强调两者在电路层次上的统一性。在具体作法上，将器件物理、逻辑设计等内容分别划入物理和计算机结构与逻辑设计课程。将门电路、单稳及多谐振荡电路、整形、定时器电路等原属数字电路课程的内容和信号处理电路、运算电路、放大及振荡电路、功率电路等原属模拟电路课程的内容整合到电子电路课程，使课程内容的归类及课程体系的划分更合理，也使课程内容的交叉重叠减至最低。

（3）计算机结构与逻辑设计。将原数字电子技术课程和计算机组成原理课程的部分内容整合在一起。在学完逻辑设计基本知识后，以计算机组成框图为线索，通过介绍计算机硬件学习数字逻辑电路的应用和设计。还包括可编程逻辑器件和VHDL硬件描述语言内容。

（4）信号与线性系统。在教学内容设置上，针对各个不同的专业特点对这门课程进行了重新整合，既保证系统的完整性，又保持各专业的特点。教材覆盖面宽，但在教学要求上不强求一律。例如，对计算机专业，适当减少了模拟系统分析的内容，加强了离散系统分析的介绍，以满足计算机专业后续课程的需要；对自动化专业，加强了系统稳定性分析和状态方程等内容，以满足后续自动控制理论学习的需要；对通信专业则要求与后续课程数字信号处理更好地整合，减少不必要的重复。

（5）自动控制原理。改变了传统的经典控制和现代控制的划分方法，按照控制理论的三个任务：系统建模、系统分析和系统综合校正，统一编排内容。还引入了系统辨识和MATLAB软件仿真内容。

（6）电磁场与波。引进了MIT孔金瓯教授的原版教材，并聘请他为优秀学生和青年教师开课。同时，组织年轻教师编写新的《电磁场理论与应用》教材，重点突出应用和新的软件平台的使用。

（7）信息通信网络概论。目的是让电类学生对信息、通信与网络有一个整体概念。内容包括传输的基础技术、传输系统、交换技术、终端系统、通信协议、信息通信网络实例等。该课程也是双语教学课程之一，自2000年以来一直采用原版教材授课。

3.教学方法手段改革

强调启发式教学。发挥学生的主观能动作用，让学生自己学习，自己总结，提倡独立思考，教师在课堂上只起引导作用。具体做法有：

（1）进行自学试点。对每个教学专题，老师预先布置自学纲要，提出该专题的学习要点、阅读思路、学习方法和思考题，然后在课堂上提问和总结，并进行一些小测验，再根据测验的情况，进行必要的补充。

（2）进行以实验为主的教学试点。实验课时间多于理论课时间。教师在课堂上只讲提纲和难点，并对将要完成的实验的目的、内容、关键问题加以布置，许多概念通过实验去理解、充实、巩固、深化。对其中的设计性实验重视多种方案的分析和讨论，实验内容不圈死，学生可多做，还可自行拟定实验题，并将其作为评定实验成绩的依据之一。

（3）考试采用多种方法进行，包括开卷、半开卷、操作、口试、撰写论文等，避免死记硬背。考题中增设与实验有关的题目并有一部分结合实际的应用题和综合题。笔试成绩通常只占60％，其余部分由平时成绩和实验成绩组成。

电工电子基础课程均已采用现代教育技术，全部完成了电子教案的建设，面向对象程序设计、信号与线性系统、电子电路基础等理论课程以及电工电子实践初步、电路与数字逻辑设计实践、电子线路实践等实践课程已完成网络课程建设，其余课程的网络课件正在建设中。

4.教材建设

为加强教材建设和借鉴国外经验，学校在1997年就拨专款购买国外教材，并从基地和学校教改经费中拨出30多万元重点支持教材的编写。目前已出版教材23本。一批教材获得国家和省级奖：1999年《信号与线性系统（第三版）》获教育部科技进步二等奖，2000年《在系统编程技术及其应用（第二版）》获教育部科技进步二等奖，2000年《数字信号处理的原理与实现（第一版）》获江苏省优秀教学成果二等奖，2002年《电子线路（第四版）》获教育部全国普通高等学校优秀教材一等奖。《面向对象程序设计教程》、《计算机结构与逻辑设计》和《电子线路（第四版）》三种四本教材入选教育部21世纪课程教材。《电子电路基础》、《自动控制原理》、《通信电子电路》、《VLSI设计基础》四本为电子工业出版社21世纪课程教材。《信号与线性系统》、《数字信号处理》和《C＋＋程序设计》三种共五本教材列入十五国家教材规划。

除了积极编写教材外，基地还注意采用先进的原版教材，1998年以来共采用原版教材十本。

5.课程建设

在教学改革和教材建设的基础上，一批课程的建设取得了显著成效：“数字信号处理”、“信号与线性系统”、“电工电子实践课程”、“微机系统与接口”四门课程被评为国家精品课程，“信号与信息处理”和“电工电子系列实践”被评为省优秀课程群，“信号与线性系统”、“电工电子实践课程”、“微机系统与接口”、“计算机结构与逻辑设计”和“计算机科学基础”等被评为省一类优秀课程。与此同时，我校电类专业的专业建设也取得了显著成效，在江苏省首批品牌专业评选中有6个专业被评为品牌专业建设点。

三、实验室建设和实践教学改革

过去我校各电类系都有基础实验室，存在分散、重复和效益低下的缺点，教学基地的建设彻底改变了这种状态。现在所有电类基础课程的实验教学全部由校电工电子实验中心承担。该中心面向全校，每年为4000多名学生服务。

为适应信息技术的发展和电子系统日益复杂的趋势，不仅课堂教学内容需要更新，设计手段也要现代化，培养学生实践动手能力的概念也要革新。过去那种以人工设计、焊接、安装、利用示波器等测试仪器进行调试为主的实践动手能力的培养已不能适应现代电子系统实践的要求。复杂的电子系统要在EDA平台上进行设计、仿真、下载、流片，再在实际环境下测试。为此，我校早在1997年就建成了两个不同层次的EDA实验室，其中第一层次面向二年级学生，第二层次面向高年级学生，让他们掌握从使用VHDL语言进行设计，到isPLD编程下载测试的完整设计过程。此外，还利用Microwind/DSCH软件进行模拟和数字电路的版图设计，通过宽带放大器，振荡器，A/D、D/A变换，反相器，计数器及其它数字电路的版图设计和仿真，最终形成CIF格式和GDSII格式文件，使学生了解集成电路芯片设计的全过程。

根据实践教学的综合性、多样性、层次性，基地设计了新的实践教学体系。我校的电工电子实践教学体系和实验教学改革具有以下特点：

（1）由电工电子教学基地统一开设五门实践课，即“电工电子实践初步”、“电路与数字逻辑设计实践”、“电子线路实践”，“计算机硬件应用实践”和“综合课程设计”。上述课程均为独立设课的必修课，是新的实践教学体系的主体。各门实践课之间相互衔接，逐层深入，与相应的理论课程紧密结合，互相补充，同时又保持实践课程自身的特色和独立性。每门实践课程的内容均包括三个层次：基本部分、拓宽部分和提高部分，实验类型由过去的以验证型为主改革为以设计型、综合型为主。

（2）在计算机教学中安排了综合程序训练、计算机硬件应用设计等要求。综合程序设计训练是在学习计算机基础课程之后，向每位学生提供一本面向对象程序设计实践教程和一个小型软件开发题目，要求学生在自学的基础上做好软件开发的需求分析、软件设计和编程工作，课程结束时交出一份文档齐全的软件开发作业，使学生初步具备开发应用软件的能力。计算机硬件实验中心则为学生提供了一个面向工程实际与工业现场接近的环境，加强了学生硬件应用能力的培养。

（3）“综合课程设计”对实验系列课程的内容进行了系统集成与综合训练，以达到培养学生进行复杂系统设计与实现能力的要求。在取材上力求做到先进、新颖、实用和联系实际，反映电子信息时代对学生知识结构和能力的要求。在内容上力争做到多样性。该课程在培养基本能力的前提下，实施因材施教，发展个性，培养创新意识和创新能力，得到了学生的广泛好评。

（4）推进开放式实验教学。学生凭校园卡刷卡，系统自动安排学生的实验位置，并开启该组实验设备的电源。实验结束，学生再刷卡，系统记录实验时间同时关闭电源。这样，学生可根据自己的具体情况决定实验时间，灵活掌握自己的实验进程，得到了学生的欢迎。

（5）教学基地与创新基地相结合，使教学基地成为培养学生创新能力的重要场所。电工电子实验中心特别开设了选修课，结合电子设计竞赛和课外创新活动培养学生的创造能力。中心专门腾出场地，作为开放实验室供学生开展创新实践。学校每年拨款60万在全校开展创新活动。

四、师资队伍建设

学校在建设基地的同时，采取有效措施建设了一支高水平教师队伍。学校要求教师在搞好科研的同时，必须承担教学工作，特别是基础课程的教学工作。为了保证教学质量，学校制定了青年教师首次开课培训和授课竞赛制度，有效地提高了青年教师的教学水平。对实验中心专门设立了教授、副教授岗位。从1997年起，学校每年均给予基础课程和实验中心流动助教或定向培养研究生名额，给基地注入了新生力量。后来许多学校均学习了我校这一做法。为提高教师水平，组织了知名专家为教师讲课；对于承担双语教学的教师，学校举办了多期外语培训班。基地还利用华英文教基金和教育部名额派遣优秀的具有博士学位的青年教师出国进修，目前已有5名基地教师学成回国。学校长年开展了教学督导及网上评教活动，基地教师的教学得到了督导组和学生的充分肯定。

目前基地教师队伍中有长江学者2人、博士生导师9人、教授31人、副教授（含高工）55人，江苏省劳动模范1人、省教学名师1人、获宝钢教学优秀奖12人。基地教师承担了一大批重要科研课题：国家重大项目3项、国家自然科学基金项目9项、973项目1项、省级项目近50项、横向项目近100项，几年来在重要期刊上发表了科研论文300多篇、教学论文100多篇，年人均科研经费超过10万元。

由于基地的建成和教学改革的深入，学生的创新能力得到了明显提高，我校学生在各项竞赛中均取得了优秀成绩。如在全国大学生电子设计竞赛中我校2001年获3项全国一等奖和1项二等奖，2003年获4项一等奖和2项二等奖，名列全国高校前茅；在全国第七届“挑战杯”上我校名列第一，捧得“挑战杯”，其中无线电系学生戴戈获得特等奖。学生普遍反映，通过电工电子类基础课程的学习，提高了他们对专业学习的兴趣，为后续课程的学习打下了坚实的基础。

五、基地建设的特色和示范辐射作用

1.主要经验和特色

（1）学校高度重视。明确提出是学校建基地，要动员全校的力量，而不能仅仅靠某个院系来建设，因此及时成立了以时任校长为组长，有关专家和部门负责人为副组长，有关骨干和系主任为成员的基地建设与改革领导小组。学校的经费到位，政策落实，从而保证了基地建设的速度和质量。

（2）将教学改革项目与教学基地建设密切结合，将理论教学改革和实践教学改革密切结合，协调统筹进行。基地作为牵头单位承担了教育部“面向21世纪教学内容和课程体系改革项目”——“电气电子类专业人才培养模式的研究与实践”及“新世纪教育教学改革重点项目”——“电子与电气信息类专业人才培养改革成果的整合与深化”（项目编号1281B028211）等一批重大教改项目，有力地促进了基地的高水平建设。

（3）与学科建设密切结合。基地依托的学科中有6个国家重点学科、2个国家重点实验室、1个教育部重点实验室、1个国家工程中心。一些学科带头人、长江学者，如王志功教授、田玉平教授、戴先中教授，都亲自参加基地的实验室建设和教材编写。

（4）加强国际交流。除选派年轻教师出国进修和邀请国际著名教授前来讲学授课外，还与德国ULM大学等签订了联合培养本科生协议。

（5）教学实验基地与创新基地相结合。积极组织学校及全国电子设计竞赛活动，使教学基地成为培养学生实践能力和创新能力的重要场所。

2.示范和辐射作用

1998年4月教育部在我校召开了全国工科基础课程教学基地现场会，我校教学基地的建设得到了广泛好评。会后又有300多所学校来我校参观学习，有力地推动了全国同类基地的建设。我校多次在全国性会议上作重点发言，并应邀去兄弟院校作介绍，2000年在秦皇岛主办了全国电子电气专业教师培训班，均产生了很大影响。

1996年以来，不少学校创建了“电子信息工程”、“通信工程”以及“电子科学技术”类专业。基地直接参与了一些学校的教学计划制定、实验室规划以及师资培训工作。

从1998年以来，我校EDA实验室共举办EDA培训班10多次，基地举办了面向21世纪新教材培训班，参加培训的教师和工程技术人员达数百人，对全国EDA技术的普及与提高起到了有效的推动作用。计算机硬件应用实验中心还为兄弟院校复制了60套实验设备，提供了全套实验资料。

由于我校电工电子教学基地产生的影响，清华大学出版社专门向我校约稿，编写了《电子信息学科基础教程》，在全国电子信息教指委会议上产生了积极反响，得到了教指委的充分肯定，并成为制定电气电子信息类专业基础课程教学基本要求的重要参考材料。

综上，东南大学国家工科基础课程电工电子教学基地经过8年的集中建设，取得了显著的成效，已经成为教学改革的探索基地、精品课程的建设基地、创新人才的培养基地、教学成果的培育基地和先进经验的辐射基地。但任重道远，我们还将继续努力！