伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)科學(xué)教育

伊利諾伊大學(xué)是伊利諾伊州最好的研究型公立大學(xué)，2006年在校學(xué)生數(shù)接近7萬，全職教學(xué)員工(Faculty and staff)超過2.3萬人。伊利諾伊大學(xué)由三個(gè)分校組成：芝加哥分校(UIC)、厄本那-香檳分校(UIUC)和春田分校(UIS)。每個(gè)分校既是獨(dú)立的研究機(jī)構(gòu)、有各自獨(dú)立的學(xué)校排名，又是伊利諾伊大學(xué)的組成部分，由一個(gè)校長(zhǎng)及校董事會(huì)進(jìn)行統(tǒng)一管理。伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校成立于1965年，位于美國(guó)第三大城市——芝加哥。目前該校已擁有15個(gè)學(xué)院，2.5萬多名在校學(xué)生，每年的研究經(jīng)費(fèi)超過2.9億美元。

計(jì)算機(jī)科學(xué)系的歷史

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系是該校工程學(xué)院下屬的六個(gè)研究機(jī)構(gòu)之一，經(jīng)歷了從僅是一個(gè)專業(yè)發(fā)展到一個(gè)獨(dú)立的系的歷史。1980年伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校在當(dāng)時(shí)的信息工程系(IE)開設(shè)了計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的教師只有7人。1982年信息工程系更名為電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系(EECS)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的不斷發(fā)展和豐富，到了2001年7月，電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)兩個(gè)部分分離開來，獨(dú)立的計(jì)算機(jī)科學(xué)系誕生了。如今計(jì)算機(jī)科學(xué)系已擁有31名教師(Faculty)，負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的本科和研究生培養(yǎng)。在這31名教師中，有7名獲得過國(guó)家科學(xué)基金(NSF)職業(yè)獎(jiǎng)，有4名是IEEE等專業(yè)協(xié)會(huì)的Fellow，有15名擁有期刊主編或者編委等頭銜，有3名獲得過教學(xué)杰出獎(jiǎng)。該系每年的研究經(jīng)費(fèi)在800萬美元以上。2006年在讀本科生大約有350多人，在讀碩士生160多人，在讀博士生有70多人。目前，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)在全美計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的排名位于50名左右。

計(jì)算機(jī)科學(xué)教育

1.本科課程設(shè)置

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系實(shí)施四年制本科教育。本科生在獲得學(xué)位前至少需要獲得128個(gè)學(xué)分。考慮到計(jì)算機(jī)科學(xué)內(nèi)容的豐富和多樣性，該系在針對(duì)本科生的培養(yǎng)方向上設(shè)立了三個(gè)專業(yè)分支：一般的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)、側(cè)重于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)硬件人才的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)和側(cè)重于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)軟件人才的軟件工程專業(yè)。一般的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)相當(dāng)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)和軟件工程專業(yè)的折中，沿襲了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的廣度，即兼顧計(jì)算機(jī)軟、硬件的學(xué)習(xí)，但是就具體硬件或者軟件而言，沒有其他兩個(gè)專業(yè)那樣的學(xué)習(xí)深度，其優(yōu)點(diǎn)是為學(xué)生今后的專業(yè)方向提供了比較靈活的選擇空間。

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系的本科課程大致可分為五類：基礎(chǔ)必修課程、專業(yè)選修課程、數(shù)學(xué)限選課程、實(shí)驗(yàn)/工程選修課程以及工程學(xué)院以外開設(shè)的課程。

（1）基礎(chǔ)必修課程包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)、算法、形式語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和編程。這些課程是學(xué)生在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域?qū)W習(xí)、研究、工作的基礎(chǔ)，因此，所有計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的本科學(xué)生，不論專業(yè)分支是什么都必須學(xué)習(xí)這些課程。

（2）專業(yè)選修課程是專業(yè)側(cè)重點(diǎn)的主要體現(xiàn)，不同專業(yè)分支的學(xué)生通過選修專業(yè)課程獲得專門領(lǐng)域的知識(shí)。例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)開設(shè)了電子學(xué)、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)等面向硬件的課程；軟件工程專業(yè)則開設(shè)了三門軟件工程課程-軟件工程I～I(xiàn)II詳細(xì)學(xué)習(xí)軟件開發(fā)方法、風(fēng)險(xiǎn)管理、軟件成本評(píng)估等內(nèi)容。

（3）數(shù)學(xué)限選課程根據(jù)專業(yè)分支不同而略微有所差異。每個(gè)專業(yè)分支設(shè)置了11～14門數(shù)學(xué)限選課程，提供給學(xué)生一定的選擇空間。線性代數(shù)是所有專業(yè)分支的必修課程，此外，高等數(shù)學(xué)、形式邏輯、數(shù)值分析、數(shù)論基礎(chǔ)、圖論和博弈論是三個(gè)專業(yè)分支共同的限選數(shù)學(xué)課程。

（4）實(shí)驗(yàn)/工程選修課程涉及生物科學(xué)、化學(xué)、地球與環(huán)境科學(xué)、物理學(xué)方面的理論內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)，學(xué)生至少需要選修兩門實(shí)驗(yàn)/工程選修課程。由于計(jì)算機(jī)科學(xué)已滲透到各個(gè)研究領(lǐng)域，單純的計(jì)算機(jī)應(yīng)用已越來越少，越來越多的是跨學(xué)科、幾個(gè)或者多個(gè)學(xué)科與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的應(yīng)用，開設(shè)實(shí)驗(yàn)/工程選修課程有著特殊的意義和重要性，有利于學(xué)生今后在從事跨學(xué)科、交叉學(xué)科的研究工作或者與其他學(xué)科合作時(shí)實(shí)現(xiàn)良好溝通、提高協(xié)作效率，因此面向計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)一些跨學(xué)科基礎(chǔ)課程這一培養(yǎng)思路對(duì)我國(guó)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程設(shè)置有一定借鑒價(jià)值。

（5）工程學(xué)院以外開設(shè)的課程包括高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)課程-微積分I～I(xiàn)II、英語(yǔ)寫作以及有關(guān)人類學(xué)、社會(huì)科學(xué)、藝術(shù)等方面的課程。這些課程和基礎(chǔ)必修課程一樣是所有學(xué)生必修學(xué)習(xí)的課程。微積分作為高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要基礎(chǔ)和工具。寫作與其他人文、藝術(shù)方面的課程似乎與計(jì)算機(jī)科學(xué)本身無直接關(guān)系，但是這些課程對(duì)于個(gè)人修養(yǎng)，個(gè)人與集體、社會(huì)的和諧共處均能起到潛移默化的重要作用。我國(guó)許多高校也開設(shè)了有關(guān)人文、藝術(shù)、寫作等方面的課程，但是這些課程往往作為選修課程而不是必修課程開設(shè)，學(xué)生因?yàn)檫@些課程既不是專業(yè)課程又不是必修課程而不夠重視，通常不選或者只是為了學(xué)分而選。由于缺乏這些方面的培養(yǎng)和訓(xùn)練，他們?cè)谛枰髡降臅姹磉_(dá)（例如寫簡(jiǎn)歷、撰寫畢業(yè)論文）時(shí)往往感覺力不從心，在邁出校園融入社會(huì)時(shí)常常感到手足無措。因此，除了計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)以外，我國(guó)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程設(shè)置中有必要選取一些這類課程作為必修課程，以強(qiáng)化學(xué)生的個(gè)人修養(yǎng)以及個(gè)人與社會(huì)的和諧關(guān)系。

2.課程分級(jí)

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系將開設(shè)的課程按照深淺程度分成5個(gè)等級(jí)，本科階段涉及1～4級(jí)的課程，研究生階段的課程為4～5級(jí)，即1～3級(jí)的課程面向本科生開設(shè)，4級(jí)課程為本科生和研究生的共選課程，5級(jí)課程一般僅面向研究生開設(shè)。在本科的四個(gè)學(xué)年中第一學(xué)年開設(shè)的課程為1級(jí)的入門課程，第二學(xué)年開設(shè)2級(jí)課程，一般在第二學(xué)年的第二學(xué)期加入第3級(jí)課程，第三學(xué)年的課程以3級(jí)課程為主，到了第四年開設(shè)第4級(jí)課程。對(duì)于研究生而言，4級(jí)課程為研究階段的基礎(chǔ)課程，5級(jí)課程為主要課程。

每門課程除了有明確的等級(jí)外，還明確規(guī)定了學(xué)生選修該門課程需要具備的前提條件（即選修資格）。例如課程CS474“面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言與環(huán)境”需要選修該門課程的學(xué)生已經(jīng)修過CS340“軟件設(shè)計(jì)”這門課程，而CS340又以CS202“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和離散數(shù)學(xué)II”為基礎(chǔ)。一些課程還對(duì)已修課程的成績(jī)提出明確要求，例如CS202需要學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過CS201“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和離散數(shù)學(xué)I”，并且成績(jī)要達(dá)到C以上（即考試成績(jī)至少需要達(dá)到70分）方才有資格繼續(xù)選修CS202。

3.研究生培養(yǎng)

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系是該校重要的學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)，其研究方向涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)的許多領(lǐng)域，設(shè)立的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包括人工智能實(shí)驗(yàn)室、虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室、內(nèi)核及網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)室、數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒?yàn)室等等。此外，計(jì)算機(jī)系與生物工程系聯(lián)合設(shè)立了生物信息(Bioinformatics)專業(yè)，并且通過與該校醫(yī)學(xué)中心(Medical Center)合作，將計(jì)算機(jī)科學(xué)融入到生物和醫(yī)學(xué)研究中（伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的醫(yī)學(xué)中心是美國(guó)著名的醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)之一）。

計(jì)算機(jī)系的每一個(gè)研究生在第一學(xué)年由系里指定的一名臨時(shí)指導(dǎo)老師進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)期開始時(shí)學(xué)生需要與指導(dǎo)老師討論本學(xué)期選修的課程，并且在獲得指導(dǎo)老師允許后才可以上課，但是第一學(xué)年的指導(dǎo)老師不一定就是以后指導(dǎo)研究工作的導(dǎo)師。許多研究生在第一學(xué)年會(huì)申請(qǐng)一份TA(Teacher Assistant)的工作（工作包括幫助授課老師給學(xué)生進(jìn)行課后答疑、帶實(shí)驗(yàn)課、批改作業(yè)等等）來減輕家庭或者自己的經(jīng)濟(jì)壓力。對(duì)于研究生來說，尤其對(duì)于博士研究生來說，尋找到合適的RA(Research Assistant)才是整個(gè)研究生學(xué)習(xí)階段非常重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)橛辛薘A的工作不僅可以減輕經(jīng)濟(jì)壓力，而且RA階段的工作影響到自身的學(xué)術(shù)研究方向、研究深度以及取得研究成果的可能性。研究生與導(dǎo)師之間的選擇是一個(gè)雙向選擇的過程，學(xué)生選擇合適的導(dǎo)師，導(dǎo)師挑選適合的學(xué)生，這一點(diǎn)與我國(guó)的研究生培養(yǎng)制度類似，不同的是一般情況下，我國(guó)的研究生在入學(xué)時(shí)指導(dǎo)老師就已經(jīng)確定，然而對(duì)于伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系的研究生來說，他們需要在學(xué)習(xí)過程中尋找合適的導(dǎo)師，并且相比之下，我國(guó)的研究生與導(dǎo)師的關(guān)系更傾向于學(xué)生與老師的教育關(guān)系，而在該校研究生與導(dǎo)師的關(guān)系更傾向于雇員同老板的雇傭關(guān)系，學(xué)生的緊迫感比較強(qiáng)，擔(dān)心因?yàn)楸憩F(xiàn)不好不能繼續(xù)獲得導(dǎo)師給予的研究資助。

感受教與學(xué)

此次出訪伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系，讓我感受頗深的是它的教學(xué)模式。我在訪問期間選修了3門計(jì)算機(jī)專業(yè)課程（其中1門4級(jí)課程，2門5級(jí)課程），通過觀察和親身體驗(yàn)，總結(jié)出該系在教學(xué)模式上有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）授課與質(zhì)疑相結(jié)合。授課老師非常鼓勵(lì)學(xué)生在聽課時(shí)質(zhì)疑，學(xué)生可以在老師講課時(shí)隨時(shí)提問。老師們認(rèn)為學(xué)生能在課堂上質(zhì)疑是他們正在積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的最好體現(xiàn)；另外，質(zhì)疑-解疑的過程不僅可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，對(duì)老師自己也能起到相當(dāng)?shù)淖饔谩Ｒ恍┯懻摰膯栴}可能暫時(shí)還沒有明確的答案，但是探索問題答案的過程更加激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情。

（2）非常重視學(xué)生課后的學(xué)習(xí)，因?yàn)檎n堂上的學(xué)習(xí)時(shí)間對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握一門專業(yè)課程來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通常伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系的每一次課的課堂時(shí)間只有75分鐘。對(duì)于每周授課兩次的一門課程，一學(xué)期的授課時(shí)間大約在15周左右。老師在課堂上的精講只是學(xué)生學(xué)習(xí)新內(nèi)容的開始，每一次上課結(jié)束后學(xué)生往往需要用2～3倍，甚至更多的時(shí)間完成老師布置的閱讀作業(yè)。一門課程可能沒有指定的教科書，但是文章和參考書是學(xué)習(xí)每門課程必不可少的學(xué)習(xí)資料。老師通過學(xué)生對(duì)問題的解答、所寫的文章，或者在課堂上的演講(Presentation)來檢查每次作業(yè)的完成情況。對(duì)于每一門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生都必須付出相當(dāng)?shù)呐Γ瑖?guó)內(nèi)學(xué)生的考前突擊戰(zhàn)在這里行不通。

（3）學(xué)術(shù)性與實(shí)踐性相結(jié)合。在我所選修的三門課程里，每門課程除了有相當(dāng)數(shù)量的閱讀作業(yè)外，還有需要編程實(shí)現(xiàn)的課程項(xiàng)目(Projects)。課程項(xiàng)目的數(shù)量因課程不同而不同，通常為1～3個(gè)，并且每個(gè)項(xiàng)目都必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交。例如課程CS491“構(gòu)建安全的系統(tǒng)”要求學(xué)生在Linux系統(tǒng)下編程，完成對(duì)一個(gè)給定系統(tǒng)的緩沖區(qū)溢出攻擊、實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有包過濾功能的簡(jiǎn)單的入侵檢測(cè)系統(tǒng)等三個(gè)課程項(xiàng)目。學(xué)生在這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的訓(xùn)練后具有了較強(qiáng)的動(dòng)手能力和實(shí)際解決問題的能力。

（4）注重思維表達(dá)（包括口頭與書面表達(dá)）方面的訓(xùn)練。良好的思維表達(dá)能力被認(rèn)為是專業(yè)人才應(yīng)該具備的素養(yǎng)之一，因此伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系非常重視對(duì)學(xué)生口頭和書面表達(dá)能力的訓(xùn)練。這種訓(xùn)練不是僅限于要求學(xué)生修一門英語(yǔ)寫作課。前面已經(jīng)提到該系的每門課程都配有相當(dāng)數(shù)量的閱讀作業(yè)和課程項(xiàng)目，伴隨這些閱讀和編程，學(xué)生需要完成若干文章和課堂講演(Presentation)。在當(dāng)今信息共享的社會(huì)里，良好的思維表達(dá)有利于有效地交流信息。學(xué)生經(jīng)過這方面的訓(xùn)練后在撰寫學(xué)術(shù)文章或者在國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)議上作演講時(shí)往往表現(xiàn)得更加得心應(yīng)手、從容不迫。

（5）討論與獨(dú)立學(xué)習(xí)相輔。老師非常鼓勵(lì)學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)中展開討論，例如該系在每學(xué)期中的周五下午會(huì)安排一些教授和研究生們開展討論會(huì)。討論與獨(dú)立學(xué)習(xí)相結(jié)合是學(xué)生們主要的學(xué)習(xí)方式。

（6）教師工作的專一性。該系的每門課程都配有一名TA，負(fù)責(zé)幫助授課老師給學(xué)生進(jìn)行課后答疑、帶實(shí)驗(yàn)課、批改和講評(píng)作業(yè)等等。每個(gè)老師有專門的辦公時(shí)間(Office Hour)，在此時(shí)間內(nèi)學(xué)生可以找到老師討論問題，除此之外的其他時(shí)間，老師則用來專注于教學(xué)研究或者學(xué)術(shù)研究。

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)算機(jī)系的計(jì)算機(jī)教育雖然不能反映美國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育的全部，但也是美國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育的一個(gè)縮影，比如它的教學(xué)模式就是美國(guó)眾多高校計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)采取的教學(xué)模式。與之相比，我國(guó)高校的計(jì)算機(jī)教育有許多方面值得向美國(guó)高校的計(jì)算機(jī)教育學(xué)習(xí)和借鑒。另一方面，由于我國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育有著自己的實(shí)際情況，比如在校學(xué)生人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于美國(guó)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的在校學(xué)生人數(shù)，學(xué)生人數(shù)多在無形中給教學(xué)和管理都提出更高要求，帶來更多困難和壓力，所以，如何合理、有效地學(xué)習(xí)和借鑒美國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育的先進(jìn)性，還需要我們不斷地探索。