美國印第安納大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的啟示

美國印第安納大學(xué)建立于1820年，共有8個分校，其中以布盧明頓分校最好，學(xué)術(shù)聲譽(yù)曾排名全美公立大學(xué)第31名，其都市環(huán)境曾被美國紐約雜志評為美國10個最佳大學(xué)城之一，也是美國最適宜居住的城市之一。筆者2005至2006年期間在印第安納大學(xué)布盧明頓分校的Community Grids Lab做了一年的訪問學(xué)者，該實(shí)驗(yàn)室是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系，但主要從事計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的機(jī)構(gòu)。訪問期間，除了參加實(shí)驗(yàn)室的科研項(xiàng)目研究之外，分別在兩個學(xué)期里選修了兩門課程，對美國的計(jì)算機(jī)項(xiàng)目研究和課程學(xué)習(xí)有一定的感觸，因此筆者以個人的觀點(diǎn)來分析和比較一下中美大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的特點(diǎn)。

一、教學(xué)

1. 本科教育

美國的計(jì)算機(jī)本科教育首先就是有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，無論學(xué)生注冊、選擇課程、挑選教授、提交作業(yè)、課程答疑等等均在網(wǎng)上完成。當(dāng)你注冊為學(xué)校的學(xué)生、教師或其他職員時(shí)，將會獲得一個學(xué)校的賬號，供你在網(wǎng)絡(luò)上登錄學(xué)校的網(wǎng)站，享受學(xué)校提供的服務(wù)。美國大學(xué)的計(jì)算機(jī)房全天開放供學(xué)生使用，甚至在學(xué)校的體育館、圖書館、醫(yī)院、書店等公共場所均有免費(fèi)使用的計(jì)算機(jī)和打印機(jī)，使你可以隨時(shí)方便地完成你的學(xué)習(xí)和工作，可以說，在這里，網(wǎng)絡(luò)無處不在。

因筆者在國內(nèi)講授計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程已有多年，為了能更清楚地了解中美課程教授的區(qū)別，所以在印第安納大學(xué)也專門完整選修了這門課程。首先帶給我的沖擊是，本門課程的教授并不像想象中的那樣。在我的認(rèn)識空間中，美國是世界上計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展最快的國家之一，其教授的課程內(nèi)容也應(yīng)該是最新最快的，而當(dāng)教授打開電子講義時(shí)，我發(fā)現(xiàn)其中很多內(nèi)容是1998年的講義。驚詫之余，我也對此進(jìn)行了很長時(shí)間的思考。

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)主要是解決“如何在現(xiàn)有的技術(shù)條件下設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的問題，也即著重介紹如何運(yùn)用各種先進(jìn)的技術(shù)將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個功能單元有效地組織起來，以最小的代價(jià)獲取最高的系統(tǒng)性能。基于這樣的思想，對本門課程的學(xué)習(xí)需有一些先修的前導(dǎo)課程和預(yù)備的知識點(diǎn)，也就是說，要有一定的技術(shù)儲備才能更好地掌握這門課程的精髓。

目前國內(nèi)的大學(xué)面對計(jì)算機(jī)科學(xué)這樣一門迅速發(fā)展的學(xué)科，希望最大限度地緊跟國際計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的最新理念和技術(shù)，并將最新的信息傳授給學(xué)生，而實(shí)際上會導(dǎo)致教師一味追求最新最快，而忽略了最基礎(chǔ)的知識，反而結(jié)果適得其反。

就計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)這門課程而言，其關(guān)鍵內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念、指令集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流水線技術(shù)、向量處理技術(shù)、并行處理技術(shù)、存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、多處理機(jī)技術(shù)等等，這些技術(shù)在整個計(jì)算機(jī)發(fā)展的過程中其指導(dǎo)思想并沒有發(fā)生根本的變化。例如流水線技術(shù)，自出現(xiàn)以來，就遵循時(shí)間并行的思想，實(shí)質(zhì)上是多條指令同時(shí)執(zhí)行各自的操作，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了超流水線等技術(shù)，只有打好了基礎(chǔ)，才可能舉一反三，使學(xué)生在了解了流水線基本原理的基礎(chǔ)上迅速掌握其他更新技術(shù)。因此，在課程講授上，應(yīng)緊密結(jié)合實(shí)際情況，克服脫離實(shí)際的現(xiàn)象，避免因迎合市場而盲目追求最新的理論。

在美國的大學(xué)，幾乎每一門課程都有它的主頁和教授的個人主頁鏈接，所有的作業(yè)和project都會通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，教授也可以通過網(wǎng)站和電子郵件解答學(xué)生的問題，這些工作在網(wǎng)絡(luò)上解決已經(jīng)成為最為方便和快捷的方式。

在計(jì)算機(jī)的課程中，課堂講授只是其中的一部分，在實(shí)驗(yàn)室完成的項(xiàng)目和作業(yè)占很大的比例。以計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)為例，課堂講授每周兩次，每次兩個學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)室每周兩次，每次兩個學(xué)時(shí)。平時(shí)的作業(yè)和project很多，這也是與國內(nèi)不太相同之處。國內(nèi)比較重視最后的考試，因此可能出現(xiàn)的情況就是學(xué)生平時(shí)很輕松，甚至可以不上課，只靠期末的緊急突擊就可取得好成績，但是知識的掌握卻不扎實(shí)。印第安納大學(xué)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課程的學(xué)生成績由4部分組成：Homeworks/Paper占15%，Labs占30%，Midterm占20%，F(xiàn)inal占35%。它將學(xué)生最終取得的成績分散在整個學(xué)期內(nèi)，并且在學(xué)習(xí)的過程中除了理解課堂講授的知識之外，還會從各個角度擴(kuò)展學(xué)生的知識面。教授會給學(xué)生布置團(tuán)隊(duì)作業(yè)，由3-4名學(xué)生自由組合成一個團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)中每個人的力量，完成團(tuán)隊(duì)作業(yè)后要交paper（論文），并由團(tuán)隊(duì)中每個人在課堂上為所有學(xué)生演講自己負(fù)責(zé)部分的研究成果，每名成員的演講時(shí)間很短，但是可以保證給每名學(xué)生上講臺的機(jī)會。在演講過程中，教授和其他學(xué)生可以隨時(shí)打斷話題，提出自己的問題或觀點(diǎn)，只要是與演講內(nèi)容有關(guān)的問題都可以發(fā)問。在此過程中，可以考查學(xué)生的查閱資料、完成作業(yè)的能力，培養(yǎng)學(xué)生分工合作和學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作能力，并且給學(xué)生充分的空間提出創(chuàng)新思想，還可以鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，從各個角度都可以很大程度地提高學(xué)生對本門課的理解和吸收。

2．研究生教育

美國的研究生教育與中國有著很大的不同。首先，美國的計(jì)算機(jī)研究生無論是TA（Teach Assistant），還是RA（Research Assistant）都有學(xué)校或教授提供的獎學(xué)金，并足以經(jīng)濟(jì)獨(dú)立，這就使學(xué)生可以沒有后顧之憂地全面投入學(xué)習(xí)和科研。在國內(nèi)的高校中，基本上沒有嚴(yán)格的淘汰制，即使答辯沒有通過也有延期答辯的機(jī)會，所以基本都可以獲得學(xué)位。美國大學(xué)對碩士生和博士生的學(xué)位評定卻非常嚴(yán)格，淘汰率也很高，要進(jìn)行層層篩選。

美國大學(xué)的研究生培養(yǎng)非常重視課程學(xué)習(xí)，而且課程的設(shè)置范圍很廣。以印第安納大學(xué)的計(jì)算機(jī)系為例，每個博士生需要修滿90個學(xué)分，一般一個課程3學(xué)分，但是有很多課程不需要上課，一般有50個學(xué)分是需要上課的。注冊以后導(dǎo)師會指定幾門與研究方向有關(guān)的課程，其他的由學(xué)生自行選擇，最后由導(dǎo)師批準(zhǔn)。

每門課程的編號都有特殊的意義，例如，初始字母中A代表非專業(yè)，B代表本科和研究生的其他課程，C代表本科生專業(yè)課程，P代表編程課程，Y代表自學(xué)等等；課程編號中的第一個數(shù)字分為幾種，1-4代表本科生課程，5-6代表研究生課程，7代表研究生的研究和自學(xué)課程；中間的數(shù)字含義是0-1代表基礎(chǔ)和算法，2代表程序設(shè)計(jì)語言，3-4代表硬件和軟件系統(tǒng)，5-8代表應(yīng)用，9代表特殊主題。在計(jì)算機(jī)系的主頁上會有詳細(xì)的課程列表和介紹，包括必修和先修課程，以及教授的主頁，方便學(xué)生查閱。

在選課過程中，還可以選擇其他系和專業(yè)的課程，都不受限制，這樣可以為學(xué)生提供掌握交叉學(xué)科的機(jī)會，甚至可以打破一級學(xué)科的限制進(jìn)行選課，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生適應(yīng)能力和研究能力相對較強(qiáng)，尤其是對計(jì)算機(jī)學(xué)科而言，在很大程度上將成為一門工具，在與其他學(xué)科交叉后將發(fā)揮更大的威力。例如，計(jì)算機(jī)學(xué)科在與生物、化學(xué)、物理等學(xué)科結(jié)合起來后會有更大的發(fā)展空間，也有利于學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展。

在美國的大學(xué)里，申請博士研究生需要通過qualify（資格審查），計(jì)算機(jī)系的學(xué)生通常要通過3～5門考試，每門課程有兩次機(jī)會，如果兩次都不能通過，就沒有資格申請博士學(xué)位，只能轉(zhuǎn)成master（碩士）了。通過qualify以后要進(jìn)行proposal（開題）和final defense（答辯），全部通過才可以獲得博士學(xué)位，每一個步驟的審查都非常嚴(yán)格。通常情況下，從入學(xué)到獲得博士學(xué)位至少需要5年時(shí)間，有的甚至需要7年以上，取決于研究課題的進(jìn)展。整個博士研究期間，都由導(dǎo)師負(fù)責(zé)，指導(dǎo)研究方向，分配研究任務(wù)，關(guān)注課題進(jìn)展情況，參加學(xué)術(shù)會議，從而提高學(xué)術(shù)水平和擴(kuò)大知識面。

在中國，博士生也通常要5年或5年以上，也有3年或4年可以獲得博士學(xué)位的，不過沒有資格審查這一關(guān)，因?yàn)橹袊话阆氆@得博士學(xué)位首先要取得碩士學(xué)位，除非少數(shù)碩博連讀的學(xué)生，這一點(diǎn)有很大的不同。美國的碩士學(xué)位相對來說比國內(nèi)要容易一些，一年或一年半修完課程即可獲得學(xué)位，不用參加課題研究，因此美國的教授通常認(rèn)為中國的碩士學(xué)位要比美國的碩士學(xué)位含金量高一些，而博士的水平要比美國差一些。

二、科研

筆者所在的實(shí)驗(yàn)室是專門做科研的，不兼顧教學(xué)任務(wù)，相對來說課題任務(wù)多，成果也多。大多數(shù)項(xiàng)目都是與其他學(xué)科的結(jié)合。例如，筆者在作訪問學(xué)者期間就參加了一個與化學(xué)系合作的科研項(xiàng)目，使用現(xiàn)代網(wǎng)格技術(shù)將分布的化學(xué)工具、模擬、文檔和相關(guān)的生物資源的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行集成。這樣的項(xiàng)目必須需要計(jì)算機(jī)系和化學(xué)系共同完成，因此計(jì)算機(jī)系與其他系的合作顯得尤其重要。

博士生需要有論文發(fā)表，就需要投入大量的精力進(jìn)行科學(xué)研究，而一個良好的科研環(huán)境非常重要。在美國，實(shí)驗(yàn)室會為你提供你所需要的軟硬件設(shè)備，只要你擁有學(xué)校的賬號，就可以免費(fèi)到學(xué)校的網(wǎng)站下載需要的常用軟件，教授也會提供你科研所必備的正版軟件。實(shí)驗(yàn)室會為你提供一個純粹的學(xué)術(shù)環(huán)境，為你的論文成果提供完善的條件和空間。

三、總結(jié)

綜上所述，美國和中國的計(jì)算機(jī)教育存在一些不同之處。美國的大學(xué)會最大程度地提供給學(xué)生一個探索性的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)和引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的過程來指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中會采用構(gòu)造式的教育模式，發(fā)揮學(xué)生的潛力，提出新思想、新概念，給學(xué)生一個充分自由的發(fā)展空間。這種構(gòu)造式教學(xué)法可以鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的問題創(chuàng)造自己的學(xué)習(xí)產(chǎn)品，使學(xué)生有計(jì)劃、有組織地研究課題并找到解決問題的方法，為學(xué)生提供大量的合作機(jī)會來達(dá)到更高的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

當(dāng)然，我們國家有自己的國情，不能盲目跟從西方技術(shù)。中國應(yīng)在充分了解本國國情的基礎(chǔ)上尋找適應(yīng)東方文化結(jié)構(gòu)的教學(xué)方法，積極引導(dǎo)學(xué)生有效學(xué)習(xí)和充分思考，創(chuàng)造一個更完善的教育制度，培養(yǎng)出具有創(chuàng)造力的新一代人才。