基于計算機導論課程淺析中美計算機科學教育模式方法

1、中山大學信息科學與技術學院計算機科學系 廣州 510275 2、中山大學軟件學院 廣州 510275

【摘要】通過分析中國和美國高等教育中，計算機科學導論課程教學的相同與不同的特點、以及教學模式方法，對比中美兩國高校計算機科學相關課程的教學模式，包括教學目的和要求、教學內容和時間安排、輔助教學方法和工具、以及課程的考核方法與要求等；闡述了各自的特點和優勢；著重分析了實驗課程教學對于提高整體教學質量的重要意義，并且設計了導論課程實驗教學體系；最后，提出了高校計算機科學教育中課程建設的一些基本原則。

【關鍵詞】計算機科學導論，教學模式和方法，計算機科學教育課程建設原則

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097（2007）07—0051—05

一、引言

作為計算機科學相關專業本科學生的第一門專業課程[1，2]，《計算機科學導論》無論在國內和國外，都是大學計算機科學教育體系中重要課程之一，例如，美國計算機學會（ACM）及國際電子電氣工程師學會（IEEE）發布的“計算學科2001教程（Computing Curricula 2001）、中國計算機學會和全國高等學校計算機教育研究會發布的《中國計算機科學與技術學科教程 2002》，等等。該課程概要介紹計算機系統、程序設計語言、軟件工程等專業的入門知識、與信息技術有關的社會人文等知識，使學習者對計算機科學相關專業有比較深入的了解，樹立專業學習的責任感和自信心，同時為今后的學習打下基礎。

美國是計算機科學技術發展較快、應用范圍較廣、信息化程度較高的國家之一，計算機科學界的諾貝爾獎――圖靈獎的絕大多數獲獎者都是美國人；計算機科學和信息技術里絕大多數的理論、算法、協議來自美國；美國的IT總產值占全球的一半以上，全球95％以上的公用軟件由美國制造，例如Windows，MS Office，Oracle。。。。。。美國有Microsoft（微軟）、IBM、Intel、HP（惠普）、Dell、Oracle等全世界最強的IT企業；美國人在信息領域享受特權，例如，美國的WWW域名網址可以缺省國名、美國在互聯網上的每臺電腦幾乎都可以有一個自己的IP，而中國，一個大學可能只有幾十個、甚至僅僅十幾個IP地址。中華民族以智慧和勤奮著稱，在美國的哈佛、斯坦福、麻省理工等頂級大學里，有大量的華裔學子；微軟、Intel、IBM等著名企業也相繼在中國建立研發中心，因為這些跨國企業認為中國有很多天才，所以除在美國本土以外，在中國建立他們唯一的海外研發中心。然而遺憾的是，無論從理論研究、還是實際應用，從無形的知識產權、到有形的計算機軟件和硬件產品，從經濟效益、到社會效益，美國在信息技術領域仍然遠遠的領先于中國。

解決問題的根本之處在于從事IT的人！高校的計算機科學系是培育IT英才的搖籃，中國從古至今尊重教育，尤其近十年，中國政府以科技興國為國策，不僅為各級高等院校的迅速發展創造環境和條件、提供政策保障，同時各級政府還投入了大量的資金，以振興和發展教育。每年，中央、省、市各級的自然科學基金、科技攻關項目、重點項目、重大項目的立項名單里信息技術領域的項目占了很大的比重；走遍全世界，中國高校計算機科學系的硬件水平堪稱位于世界前列，我們的PC（個人電腦）、服務器、以及外設等方面設備的數量和檔次可以與美國、歐洲和日本的最著名的大學媲美。中國培養世界一流IT人才的硬件必要條件已經具備，擺在每位教師面前的嚴峻課題是：明確教學宗旨、制訂正確合理的教學計劃。本文基于計算機科學導論課程，對比分析中美兩國高校計算機科學系授課的模式，總結中國的成功經驗，學習、借鑒美國的先進之處，對培養出高素質、富有創造力、立志報效國家的IT人材具有一定的意義，也對計算機科學系其它課程建設有一定的借鑒意義。

二、計算機導論課程的教學意義和教學難點

計算機科學導論，也稱為“計算機文化”，是高校計算機科學與技術相關專業大學新生的第一門專業基礎課程，它系統地講解計算機科學的基本特性、計算機的基本知識、計算機硬件和軟件的核心內容及其發展趨勢、計算機科學和信息技術領域當前的熱點問題，也概要的闡述學習計算機科學的主要方法、學科研究及應用的數學方法和系統科學方法，導論課程也肩負培養學生的專業思想和興趣的任務，是后續課程的一個重要鋪墊。

無論在我國高校還是在美國的大學，導論課程都是計算機科學系新生的必修課程，對于那些剛剛走出中學校門、踏入大學的大一新生，它是第一門專業課程，其意義體現在：

使學生了解計算機科學與技術的歷史和發展現狀，重要的產品、著名企業、曾作出突出貢獻的人、以及當前的熱點課題和研究方向；

使學生學習和掌握計算機科學領域一些最基本、最重要和最常用的概念和原理；

讓學生了解當前計算機應用領域的一般技術方案；

讓學生初步體會在計算機科學領域進行科學研究的方法和步驟。

讓學生形成遵守計算機領域的法律和道德規范的習慣；

培養學生從事計算機科學與技術工作的濃厚興趣。

“良好的開端是成功的一半”，但也有“萬事開頭難”。在我國，導論課程主要的教學困難和問題體現在：

中國的大學學生來自全國各地，各地的教育水平和教學內容不統一、差距較大，所以大一學生的計算機水平參差不齊，教學內容和進度難以滿足所有學生的需求；

導論課程的特點是：內容相對淺顯、但是涉及廣泛，所以，學生在學習過程中并不因為課程的簡單而覺得容易掌握，反而，由于課程內容非常廣泛，幾乎涵蓋了計算機和信息技術領域的所有理論、技術和研究課題，客觀上又不允許對每個科學問題和技術方法作深入、系統、詳細的講解，使學生在課堂上覺得聽懂了、掌握了，可是，仔細想，又似懂非懂，很難建立系統、完整的科學體系，掌握的知識很不扎實。

本文將通過對比中國和美國大學該課程的教學模式，分析各自的特點和優勢，探索學生從課程教學中獲得最大進步和收獲的途徑。

三、中美高校計算機科學導論課程教學的不同模式

（一）教學目的和要求各有側重，中國的內容多而深，美國的內容比較具體

中國高校，導論課程的教學目的兼顧了廣度和深度，要求學生掌握計算機基本概念和基礎知識、理解計算科學的內容和方法、對計算機科學的門類體系有一個全面的認識；而在美國，教學內容要么側重于廣度、要么側重于深度，比較重視學生實驗動手能力的培養。

中國的計算機導論課程幾乎概述了所有重要的計算概念，涉及所有計算機術語、軟件、工具、甚至算法。從教材的選用就可體現兩國不同的教學宗旨，中國高校大多選用英文影印版的“信息技術與應用導論”，目前已經是第七版，內容廣泛、全面、且較深入、相對較難。在美國，名為“計算機科學導論”的課程，有些大學采用“Office 2003”作為教材，直接介紹MS Office使用方法，要求熟練掌握Office 2003軟件包使用方法，有些大學的教學內容則是Java編程入門，另外介紹一些計算機基本概念；美國的另一個名稱為“計算機文化”的課程，介紹計算機科學和信息技術的概念，但是，相對中國的課程，無論從深度和廣度都略遜一籌。

中國模式的教學比較有利于那些有一定計算機基礎的學生，使他們能夠在理論水平上有一個全面的提升，如果能夠完成學習計劃，則學生在計算機科學理論方面將取得很大的進步。然而，對于那些從未接觸計算機的學生，要完成所有的課程內容，就顯得有些吃力，“囫圇吞棗、似是而非”，不僅不能實現打基礎的目的，而且容易使這些學生在起步階段就失去了對從事計算機科學領域工作的興趣和信心，這顯然是失敗的教學。美國的教學模式著眼于對計算機一無所知的學生，教授的都是最基本的常用軟件的使用方法，但對于有一定基礎的學生等于浪費時間、在課堂上也時常感到無聊。

所以，針對本課程的特點，建議在學期的開始作一下調查，詢問學生“你為什么學本課程”“你希望從此課程中想學到什么？”在制訂教學計劃時適當參考學生的建議、多設計幾套方案，盡量讓每位學生取得最大的進步。

（二）輔助教學方法和工具差別很大，美國教學教輔工具完善并且功能全面，中國教學缺乏教輔工具

中國高校，目前普遍的情況是授課教師自己設計、制作教學輔助工具；美國高校計算機科學導論課程的輔助教學工具大部分非教師自己制作，采用比較專業、成熟的軟件產品。

美國的教材出版商一般除提供書本教材外，通常還有幾張輔助教學光盤，其中有完整的課后練習和輔導資料，內容由淺入深，非常豐富，其中部分內容需要提交給教師，另一部分有參考答案，供學生自己檢查。書本與輔助教學光盤緊密結合、相輔相成，學生通過作練習鞏固和加深課堂上學到的理論知識；通過模擬實驗，體會實際操作的技術方法；而且，學生可以根據自己的水平選擇適合自己的練習，甚至考試都可以在這些教輔工具幫助下完成。由于這些輔助教學工具由專業公司制作，種類較多、齊全、覆蓋面廣，長期的積累和專業制作，質量得到了保證，可以實現不斷的改進和升級，但是如果個別高校有非同尋常的需求，則此種方式難以滿足或實現。

中國高校的情況恰恰相反，目前市場上配有中文課件的教材不多，既便有，也只是簡單的課件，輔助教學工具主要由授課教師自己制作，以PPT、WORD或多媒體的形式。這種方式的輔助教學工具制作效率相對低一些，難以覆蓋所有教學內容、也不可能提供完整的電子輔導資料，通常情況下，制作一節課的課件的時間是實際授課時間的3倍，當然制作好的課件，在相當一段時間內可以重復使用。這種方式的優點是可以讓授課教師結合自己的體會、有的放矢、因材施教。

我們認為，將上述兩種方式有機的結合是一個更好的方案，例如，高校、或幾所高校聯合，制作導論課程的輔助教學工具，包括課件、課后練習題、應用技術的模擬實驗環境、實際案例分析等，發揮教師集體的力量和才智，經過若干年的積累、完善和充實，這樣的教輔工具既可以保證知識點的覆蓋面，又具有鮮明的個性特點。

（三）教學內容與課時安排相似之處很多，美國教學更加注重實驗

無論中國還是美國，計算機科學導論課程都被安排在大學本科新生入學的第一學期，中國比較重視理論，美國偏重實驗。

如表1 所示，在中國，此課程的學時一般為64學時，3學分，其中理論課62學時，3學時/周；實驗課12學時，1學時/周；在美國，此門課程也是3學分，5學時/周，其中理論課2學時、實驗課3學時，總共大約也是60多學時。

從授課的時間安排可以看出一些重大的差別，美國高校比較偏重實驗的訓練、而中國比較偏重理論的教學。美國高校的立足點是：新生入學，對計算機一無所知，導論課程需要講解最基本的概念、工具和方法，例如，Excel，一般要講授15－17學時，考核時要求學生會熟練使用Office2003的WORD、EXCEL、PowerPoint、FrontPage；中國高校則希望為學生打好堅實的理論基礎，立足于培養計算機科學領域的精英，不側重任何應用工具和軟件，認為類似Office2003這樣的工具軟件學生早就掌握、或可以自學完成，Office2003全部內容授課時間不大于6學時。中國高校，理論課和實驗課一般由不同的教師承擔，計算機科學導論課程也一樣，而美國，導論課程的教師既上理論課程又上實驗課程，這樣，實驗課程與理論課程銜接和配合的更好一些。

我們的經驗表明，中國高校中，適當調整理論課與實驗課課時的比例，增加一些實驗課的時間，可能對大多數學生更加合適一些。計算機科學以實驗為基礎，實驗可以加深對概念的理解，學生通過實驗，驗證科學理論、檢驗自己的學習效果，同時，實驗中的成果還能激發他們的學習熱情、啟發心智；對于少數有良好的計算機基礎的優秀學生，可給他們提供一些參考資料，提出更高一些的實驗要求。

國內很多高校將導論課程設為雙語教學的示范課程（講課以中文為主，教材、作業和考核以英文為主），很多教育專家和教育工作者都曾經著書立說，分析雙語教學的得與失。的確，在計算機科學與技術專業的專業課中，計算機科學導論可能是最適合作為雙語教學的課程之一了，因為該課程內容大多數是介紹性的，邏輯推理和數值計算不多，還有一些圖片能幫助學生理解概念和產品。目前，中國高校教師的素質提高很快，尤其是重點大學的教師，絕大多數具有博士學位、并且有相當一部分教師有國外學習和工作的經歷，所以，授課環節基本不存在困難，問題大多發生在學生接受的環節，很多新生英語的聽、說、閱讀能力都很有限，甚至教材中平均每句話里有3－4個生詞，有些學生“望詞興嘆”、有些學生只好再買一本中文教材，80％以上的學生都感覺異常辛苦、心里壓力也比較大。所以，在教學過程中，必須注意觀察學生的表現，鼓勵學生主動反饋自己的想法，及時發現問題，及時地調整教學方案。

（四）考核方法與要求中美兩國高等教育非常相似

中國高校計算機科學導論的考核包括：平時作業＋實驗考核＋期末考核，所占比例約為15/25/60，學期結束前的理論考試，即期末筆試非常關鍵，占總成績的60％；美國高校的考核也同樣是：平時作業＋實驗考核＋期末考核，但是比例卻大致為20/60/20，其理論考核只占很小的一部分，約為總成績的20％。

考試對學生就是學習的指揮棒。在美國的高校，學生如果想在導論課程上取得好成績，則需要花費大量時間，練習和實現WORD和EXCEL等軟件的每一個功能。在中國高校，學生必然將其學習的主要時間和重點放在理論方面，不太重視實驗課，個別甚至出現在實驗課上瀏覽網絡和玩游戲的情況，例如WORD里面的“樣式和格式”、EXCEL里面數據庫功能地使用方法等等，有些學生甚至直到大學畢業還不了解、也不會使用，而這些技術恰恰是最常用的。

“貪多嚼不爛”，教學成果和教學效率不能以教師講授多少內容來計算，而應該以學生接受多少知識來衡量，如果大部分學生在第一學期都不能真正掌握計算機科學的眾多理論和基本概念，不妨刪減一些、僅介紹最重要和最基本的，數量控制在學生可以接受的程度；適當讓學生多動手，至少可以讓學生真正掌握一些能受用終身的技術工具。

大學新生階段是一個科學工作者開始學習和建立科學研究的正確的思想及習慣的關鍵時期，“教書育人”不是一句空話，它化作理念、方法和行為嵌入在每個教學環節之中，每時每刻都在學生的心里產生影響，從而作用于其行為。假如學生不去真正理解和掌握課程中介紹的科學概念和方法，而采用“死記硬背、生搬照抄”來應付考試，則不利于讓學生建立踏實、嚴緊、誠實、守信的科學態度，甚至可能讓學生養成為了追求分數而尋求捷徑的習慣；一旦形成習慣后，在其將來，很可能為了其它更大的目的，不惜采用更加錯誤的方式和手段，例如抄襲或剽竊，這是教育的最大悲哀！所以，考核方法要立足于鼓勵勤奮、踏實、認真學習的學生，立足于培養學生正確的價值觀和科學觀。

（五） 適合中國高校導論課程的實驗教學總體目標

種種情況表明，實驗教學對與計算機導論課程非常重要，歸納出計算機導論實驗教學總體目標如下：

建設與理論課相輔相成、具有較強的實踐性的實驗教學課程規范和體系；

通過實驗課程的系統訓練，使學生能總體上對計算機科學研究的一些內容有感性的認識；

培養學生從事計算機科學領域工作和學習的興趣；

使學生可以辨識各種計算機領域相關硬件設備；

使學生可以熟練使用一些常用軟件，尤其是MS OFFICE中WORD和EXCEL中諸多功能；

使學生能初步了解計算機現狀與發展趨勢，逐漸形成適合自己的學習方法，為后續學習打下良好的基礎；

在實驗課程教學中，實現基于學生基礎和能力的“個性化”教學。

具體內容應該包括：在學習和研究國內、國外目前計算機導論實驗教學的思想和方法基礎上，總結“導論”實驗教學的總體目標和要求；設計多個實驗教學題目和具體的實驗目的、實驗內容、實驗方法、實驗要求以及考核方

式，并且將設計的實驗教學規劃（多個具體實驗）在實際的教學中進行嘗試和運用。

四、高校計算機科學教學的原則

對比兩國高校此導論課程的教學目的和要求、教學內容和時間安排、輔助教學方法和工具、以及課程的考核方法與要求等方面，從中得到啟發，分析歸納出高校本科計算機科學課程建設的原則。

（一）因材施教

為了保證教學質量、保證學生獲得最大的收獲，應該因材施教。課程的教學目的和教學計劃要立足于學生，不能基于某本教材或某個考核標準、也不能為了滿足某個主觀的目標、更不應該出于一些實驗的目的。教師應適當站在學生的角度，及學生所及、想學生所想，為學生“量體裁衣”設計最適合他們的教學計劃。

（二）激發興趣

培養學生對計算機科學的情趣和熱愛、以及從事計算機科學領域工作的信心和熱情比教授具體的理論和技術重要得多。一個人，當他從事的工作是他熱愛的行業，他會感到由衷的快樂和幸福，疲倦和辛苦都不足以成為他前進的阻力，他將有克服重重困難的勇氣和力量，他也會在其中迸發出靈感和創造力。“郁郁寡歡、被動學習的苦刑僧”不會迸發智慧的火花、難有創新和突破，計算機科學領域是如此的充滿魅力，這里是展示中華民族聰明智慧的最好舞臺，我們應該讓我們的學生快樂的學習和進步，引導他們向著自己的理想一步一步的接近。

（三）把握基礎

教授學生從事計算機科學工作的一些基本方法和技能比泛泛介紹大量概念重要得多。例如，導論是計算機專業課程的鋪墊，其中的所有概念和方法都會在大學本科后面的三年半中由專門的課程介紹；而且，沒有一門科學理論和技術方法是一成不變的，尤其是信息技術，紛繁復雜，發展和進步非常快，客觀上，大學階段、尤其是本科生階段，學生不可能掌握全部知識；所以，傳授學生從事計算機科學工作的一些一般規律和最基本的方法才是可以讓學生受用終生的最重要工具。俗語“師父領進門，修行在個人”，我們不應該培養“填鴨”式、“循規蹈矩”的學生，應該培養喜歡獨立思考、善于自主創新的科技英才。

（四）理論與實踐并重

課程的教學內容和時間安排應該理論與實踐并重。既要保證大多數學生能掌握基本的知識，又要保證有一定基礎的學生能有更進一步的提高，有難度，所以在課程的講解過程中，需要更多的細心和耐心，觀察和了解學生的專業背景和基礎，有步驟、分層次的制訂教學計劃，配和相應的實驗課，應該理論與實踐并重，這樣才能使學生更好地領會和懂得相關的理論知識、并在實驗中進一步去體會與領悟。

參考文獻

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[2]Jack.美名校計算機科學本科教育現狀[EB/OL]，http://abroad.163.com/06/0219/10/

Analysis on Educational Methods and Patterns both in Chinese American University Computer Science Education Based on the Comparison Discussion of Computer Literature Course

Yi Yang1Chang Huiyou2 Luo Yan1

1. Computer Science Department， Sen Yet-Sen University， GuangZhou 510275

2. Software School， Sen Yet-Sen University， GuangZhou 510275

Abstract: With the help of some analyzing on the characters， and education pattern in the process of Computer Literature both in Chinese and American universities education， some comparative conclusions are presented， which including of the education objective， course requirements， main contents， teaching schedule， teaching-aid methods and tools， and the examination approaches. The advantages and different specialties views in above tow countries high level computer science education are addressed. Meanwhile， some important effects and significance from experiment courses for improving the teaching and learning qualities have also been demonstrated， and the architecture in the building of experimental course of Computer Literature are also been put forward. Finally， some fundamental rules of high level computer science for course construction are developed.

Keywords: Computer Literature， Teaching Pattern and Methods， Fundamental Rules for Course Construction