中美大學計算機科學專業本科課程結構比較研究

衷宜+陸建峰+蔣卉

摘 要：文章以南京理工大學與美國加州州立大學（北嶺）為例，對中美兩國大學計算機科學專業本科課程結構進行對比分析，以期對優化計算機科學專業本科課程結構提供參考。

關鍵詞：美國教育；計算機科學；課程結構；本科

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）02-0063-03

在高等教育中，課程設置直接影響專業人才的培養質量，其重要性越來越受到人們的普遍重視。加強課程建設已經成為國家、地方和高校深化教學改革的重要舉措。在課程的建設中，不僅需要對具體科目或課程類型精心設計，還不能忽視對課程整體性和系統性的關照。作為整體而存在的學校課程，其課程結構的好壞影響課程整體功能能否形成、課程整體目標能否實現。由于筆者就職于南京理工大學（Nanjing University of Science & Technology，NUST）計算機科學與工程學院，又在美國加州州立大學（北嶺）（California State University， Northridge，CSUN）作為訪問學者對該大學計算機科學系的教育教學進行了調研，因此，本文將以NUST和CSUN為例，根據兩校最新的本科課程目錄、教學計劃和師生訪談[1-2]，對中美計算機科學專業本科課程結構進行對比研究，以期為進一步優化南京理工大學計算機科學專業本科課程結構、深化本科教育改革提供一些啟發和借鑒。

一、計算機科學專業本科教育概況

南京理工大學計算機科學專業是江蘇省品牌專業，其培養方針是以學科建設為龍頭，以隊伍建設為核心，

以人才培養為根本，以科技創新為動力，構建精英教育和大眾教育相結合，研究型和工程型培養相結合的教學培養體系，以使學生能掌握計算機軟件與硬件的理論和方法，具備基本實踐技能與方法，具有良好的科學素養。

南京理工大學計算機科學專業的培養計劃，要求學生主要學習計算機系統軟、硬件的基礎理論及計算機系統設計、研究、開發及綜合應用的知識，接受從事研究與應用計算機的基本訓練，了解計算機專用芯片設計技術，掌握計算機網絡技術并有應用的能力，有系統軟件、應用軟件的設計開發能力。

美國加州州立大學（北嶺）的計算機科學專業的培養中則關注于軟件的設計和構建而創造各領域現實問題的解決方案，例如機器人、網絡、圖形、軟件工程和安全。要求學生理解計算機科學與問題解決的原理，關心產業中計算實踐和新興技術，了解社會環境中的計算機技術的影響，并愿意繼續追求有價值的專業職業生涯，

終身學習。

兩個學校的課程設置、教學計劃都是緊緊圍繞著相應的教學目標而進行的。以下則會對兩校的課程從總體和各部分進行對比和分析。

二、計算機科學專業本科課程結構比較分析

本節將從總學分要求、計算機科學專業本科課程總體結構、計算機科學專業本科專業課程和非專業課程幾個角度對NUST和CSUN的計算機科學專業本科課程結構進行比較，并分析結構不同對學生培養的影響。

（一）總學分的要求

NUST當前的本科教學計劃要求本科生共完成180學分，CSUN則要求完成120 units的課程。由于兩個學校對于學分的計算方式完全不同，所以不可簡單地認為CSUN的本科課程總量比NUST要少。NUST的課堂授課的1學分=16學時=45×16分鐘=720分鐘。實踐類1學分=40學時=45×40分鐘=1800分鐘。CSUN的unit的計算根據lecture還是lab而不同。Lecture的3units表示一學期每周2節課，其中1節課1小時15分鐘，1學期大概為16周。Lab的1unit的時間要求與Lecture的3units相同。因此，CSUN的lecture的1unit=75×2×16/3分鐘=800分鐘，lab的1unit=75×2×16分鐘=2400分鐘。

從具體學習時間的角度重新計算：

NUST：180×720=129600分鐘

CSUN：120×800=96000分鐘

由于以上計算以lecture為例，因此應該說，CSUN和NUST的本科課程總量是相當的。

（二）課程的總體結構

教學大綱中規定的課程可分為專業必修、專業選

修、通識、數學、哲學、實驗科學和全校選修7大類，本節將分別對NUST和CSUN計算機科學學位課程按這7大類進行對比和分析。

從專業課程上看，NUST的核心課程（必修課）所占比例遠高于CSUN，而專業選修課則是CSUN更高。從通識基礎課程上看，CSUN的數學、哲學、科學、GE所占比例均高于NUST。

由此可以看出，中國大學教育中更注重于專業知識的培養，而美國大學教育更注重于基礎學科的培養。基礎課程的寬泛有利于促進學生視野的開闊和思維的拓展，利于為學生在未來學習和工作中給出更廣博的選擇空間。在美國訪問過程中，筆者也發現美國大學培養出來的學生有很大比例去從事非所學專業的職業，或者我們稱之為“所學非所用”。而中國大學生大部分都從事著與所學專業相同或相關的職業。這一點除了與社會大環境也有關系之外，也與大學教育過程中重基礎教育的體制有關。

（三）專業課程結構的比較

在計算機科學本科專業課程結構的對比中，筆者將分別對NUST和CSUN的專業核心（必修課）和專業選修課進行比較。

1.專業必修課。NUST的計算機科學專業必修課無論門數還是學分數都遠比CSUN要多。在硬件方面，增加了電路、模擬電路、數字電路這些電子類課程，還設置了CSUN所沒有的網絡類課程。因此，NUST的計算機科學專業教育注意廣度，要求學生掌握電子、軟件、硬件、網絡各方面的基本理論和方法。

CSUN的專業必修中更側重于計算機硬件和軟件，尤其是軟件。在具體課程的設置中，CSUN更注重課程的深度。以“數據結構”課程為例，CSUN將“數據結構”課程分為“數據結構與程序設計”和“高級數據結構”2門課程，2門課程對數據結構知識點覆蓋極廣。而NUST的“數據結構”課程這只有一門，知識點只有CSUN“數據結構”內容的2/3不到。而CSUN的“數據結構”課程則覆蓋了NUST計算機學院ACM隊的教學內容，也就

意味著，CSUN計算機科學專業普通學生所學習的數據結構的深度與NUST的精英學生相同。

從以上分析中可以看出，NUST的專業必修課程廣而不精，而CSUN的專業必修課程精而不廣。在對高年級學生的專業學習情況訪談和調研中發現，CSUN學生的獨立構建系統和編寫程序的平均能力明顯高于NUST學生。這應該與軟件課程內容更深、要求更高有直接的關系。

2.專業選修課。在NUST，計算機科學專業選修課提供有10門，要求學生從中選修10學分。可選擇的課程有：“.NET編程技術”、“J2EE實用基礎”、“多媒體技術”、“分布式系統”、“計算機仿真”、“軟件測試技術”、“數字圖像處理”、“網格計算技術”、“網絡編程技術”、“移動自組織網絡”。CSUN則要求從“人工智能”、“信息系統”、“計算機圖形”、“多媒體”、“面向對象程序設計”、“計算機安全”、“嵌入式”、“人機交互”等20余門課中選修15 units。

應該說，CSUN可供選修課程更多，學生在對計算機軟、硬件領域基礎課程理論和方法深入掌握后，可以根據自己的喜好，選擇相關方向的課程。因此，CSUN學生在專業方向上的選擇尊重個人自愿，給予學生更大的選擇空間，有利于促進學生的個性發展和自主性的提高。

（四）非專業課程結構的比較

1.GE通識課。GE課程可以劃分為以下幾類。第一類是與社會制度密切相關的課程。這方面，NUST有政治課、思想品德課、軍事課、歷史課和法律課。CSUN則要求學生學習美國歷史與制度。這說明兩所大學雖然所處的政治環境不同，但都通過課程保證學生對其社會制度有基本的理解和忠誠。但該類課程雖然NUST和CSUN都具有，比例卻有所不同。該類課程NUST共21學分，占GE課程的53.85%；CSUN僅6學分，占GE課程的20%。因此，中國高校對于學生政治素養的要求高于美國。

第二類是人文課程。NUST和CSUN均把英語作為重要課程，要求學生掌握，以提高英語溝通技能（閱讀、寫作和口頭交流）。但是兩者之間也有一定差別。英語在中國屬于外語，且中國不屬于移民大國，因此在中國高校開設英語課程主要是為了提高學生的國際化交流能力。而作為中國第一語言的中文，并沒有開設相應的課程，這使得部分學生中文溝通能力反而較弱，尤其是中文寫作能力較差，經常在學術論文中出現錯別字、語句不通等現象。英語在美國屬于第一語言，雖然有大量非美國學生在美國高校就讀，但在美國高校開設英語課程則是為了進一步加強學生的溝通能力，屬于職業基本技能之一。除語言外，CSUN注重人文與藝術能力的培養，同時，由于美國是移民國家，多元文化大量交匯融合，因此該校還要求學生必須了解美國的多元文化。NUST在GE課程中沒有該類課程。人文課程NUST共10學分，占GE課程的25.64%，且均為語言類課程；CSUN共24學分，占80%，語言類課程與文化、藝術等人文類課程并存。

第三類是體育課程。NUST將體育課程作為鍛煉學生身體素質的途徑，符合中國對于學生“德智體”全面發展的需求，讓學生有強健的身體作為進一步學習的本錢。而CSUN則沒有相應課程。

第四類是工程基本素養課程。由于NUST是以理工為主的高校，工程制圖課程也納入GE課程中，用于培養學生作為創造性思維基礎的空間想象力及構思能力。

2.數學。NUST與CSUN計算機科學專業對于數學的要求基本一致，“高等數學”、“線性代數”和“應用統計”均為必修課程。CSUN則在此基礎上，增加了“組合算法”課程。C“組合算法”課程介紹各種計算機算法，相應內容與NUST的專業主干課“算法”類似。

3.科學實驗。CSUN的科學實驗為學生提供了更大的選擇空間。允許學生從物理、生物、化學或地質中選擇一個方向的系列課程及其實驗課程。而NUST只提供了物理及實驗課程。

4.形式邏輯。CSUN的計算機科學專業學生必修“形式邏輯”課程。該課程由概念、判斷、推理（必然性推理和非必然性推理）等若干部分組成， 形式邏輯是一門工具性學科。課程主要講述思維的邏輯形式及其規律，給人們提供認識事物、表述論證思想時經常運用的邏輯形式和邏輯規律，以達到正確認識和嚴密論證的要求。學習形式邏輯的主要意義在于，通過對形式邏輯基本知識的學習和應用，有助于訓練和提高人們的思維能力。具體地說，學習形式邏輯，能夠給學生探求新知識提供必要的邏輯工具；有助于準確地、嚴密地表述和論證思想；掌握邏輯工具，有利于反駁謬誤、揭露詭辯；還有利于學習、理解和掌握其他各門科學知識。而NUST的計算機科學專業課程中有數理邏輯課程，但數理邏輯課程僅涉及形式邏輯中必然性推理這一小塊，完全不能取代形式邏輯課程對于批判性能力培養的作用。

5.公共自選課。公共自選課這是在全校各學科各專業提供的公選課中選擇。CSUN的公選課要求并不高，只有2—4units，而NUST的公選課學分要求較多，為14學分。在GE課程中，NUST的人文類課程較少，可以在公選課中得到補充。

三、課程時序要求比較

為了保證進入計算機科學專業培養的質量，CSUN將培養過程劃分為Pre-major Program和Major Program階段。學生必須首先完成計算機科學的前期專業培養，包含7個低級課程，有數學、計算機科學和培養基本技能的全校常規課。只有7門課程全部達到C或以上，且課程整體2.0平均積點后，學生才能申請進入計算機科學專業培養。許多課程都有先修課程prerequisite。只有通過先修課程，才能進入到該課程的學習中。學生在選擇課程中只要能夠按pre-major program到major program，從先行課程（prerequisite）到課程的順序進行即可，而在這些階段內部的課程選擇時間則由學生自主進行。基本所有課程在每個學期都開設，即一學年上下兩個學期都開設，這使得學生完全可以根據自己的能力決定每個學期的課程數量，調節自己拿到學位的時間。

NUST的培養計劃中，基本嚴格給出了4年培養過程中每個學期所學的課程，即，嚴格給出了課程的時序。但是，如果學生前期課程不及格，并不會影響他選擇后續課程。這種安排，這種培養方案，不能很好地保證專業培養的質量，使得有的學生在專業基礎水平不足的情況下，就進入專業高級內容的學習中，而無法真正跟上課程。雖然NUST的培養計劃中同樣也允許學生3—5年攻讀學位時間，可以自己調節。但是由于每門課程一個學年只在固定的時間開設，例如春季、夏季或秋季。也就是說，學生針對一門課，在一年中只有一次選擇機會。這使得學有余力的學生也很難跨年度的高一級選擇課程，而不及格的學生又必須等上一年才有重新學習該課程的機會。

通過對NUST和CSUN計算機科學專業的課程設置對比和兩校學生最終能力的分析，對于NUST計算機相關專業的課程設置有以下建議。

1.為了提高學生交流能力，除了需要加強學生的英文閱讀、寫作和口語等國際交流能力外，最好能夠設置一定量的中文寫作和溝通課程。雖然學生從小就有語文課程，但是科技論文和報告的寫作能力、團隊交流能力、演說能力并不能在以前的語文課程中獲得，大部分學生的這些能力還有待提高。而這些能力作為職業的基本能力，將直接影響到學生的未來職業生涯。

2.在計算機專業課程方面，為了進一步提高學生的系統分析、設計和實現的能力，應該進一步加強軟件類課程的深度，讓學生有著扎實的軟件基礎。

3.為了讓學生能夠一步一個腳印，踏踏實實地學

習，應設置必要的前續課程。當基礎課程不能通過，即沒有扎實掌握的基礎上，不能進入后續課程的學習，由此保證學習質量。

參考文獻：

[1]本科專業介紹[EB/OL].[2016-04-01].http：//cs.njust. edu.cn/29/b0/c1743a10672/page.htm.

[2]Bachelor of Science Degree in Computer Science [EB/OL].[2016-04-01].http：//www.csun.edu/engin- eering-computer-science/computer-science/bache- lor-science-degree-computer-science.