德國大學計算機教育的幾點感觸

受亞歷山大×馮×洪堡(Alexander von Humboldt，1769-1859)基金會資助，筆者兩次在德國從事訪問研究，有幸對德國的高等教育，尤其是大學計算機教育，進行零距離的觀察，并留下深刻印象。德國的計算機教育很普及，特色鮮明。為便于讀者對德國大學計算機教育有更深入的了解，首先回顧一下德國教育的發展歷程和高等教育的一些現狀；然后，談談自己對德國大學計算機教育的幾點感觸；最后通過例子看看德國大學如何實現教學與科研的統一。

1德國教育

德意志民族一向非常重視教育。十八世紀，普魯士國王腓特烈大帝(Friedrich Wilhelm I，1688-1740)頒布學校教育法令，強制推行全世界最早的、免費的初級教育制度，確認公民接受教育的權利和義務。幾十年后，洪堡(Wilhelm von Humboldt，1767-1835)對德國教育實行全面的改革，建立起一套完整的教育制度，確立教育的三個“自然階段”，即“初等教育、中等教育和高等教育”。直到今天，洪堡的三階段教育主張還被廣泛采用。在德國，教育被視為國家之根本。有一次在內閣會議上，威廉三世國王(Friedrich Wilhelm III， 1770-1840)就對大臣們說：“正是因為貧窮，所以要辦教育，我從未聽說一個國家是因為辦教育而辦窮了，辦亡國的。教育不僅不會使國家貧窮，恰恰相反，教育是擺脫貧窮和落后的最好手段”。所以，即使在歷史上非常困難的時期，政府也十分重視發展教育，保證教育方面有足夠的投入。

教育具有雙重功能，一方面是提高國民的素質，為國家培養了人才，為經濟發展注入了活力；另一方面它是現有社會結構的穩定因素。在國家的教育體系里，高等教育是主要成分，發揮關鍵、重要的作用，為經濟建設直接培養高素質的應用型專業人員，以及高水平的科學研究人才。在某種程度上，高等教育體現一個國家的競爭力。在歐美的發達國家，高等教育已從精英教育向大眾化教育發展。德國的高等教育有很悠久的歷史，最古老的海德堡大學成立于1368年。十九世紀，按照“洪堡教育理念”成立的德國大學更是以其教學與科研統一及學術自由等特點被奉為歐美各國高等教育發展的楷模。洪堡主張把大學辦成哲學、科學和學術研究的中心。毫無疑問，作為老牌的經濟大國，德國的高等教育也是非常發達，學科門類完善。但不像美、英等國有所謂的一流或名牌大學，德國大學的水平大體均衡，不同的是一所大學在某一學科或者專業有公認的聲譽。比如，在計算機領域，亞琛工業大學、卡爾斯魯厄大學、慕尼黑工業大學和錫根大學等具有很高的知名度。德國現有各類大學一百多所(不考慮其他的高等專科大學)，在校學生約兩百萬。學生有多種途徑取得大學入學資格，基本上能夠根據興趣選擇不同的專業。一般地，經過五年的學習，才能被授予德國的Diplom學位，相當于一些國家的碩士學位。但是，由于在德國大學里沒有學習年限，且不需交納學費，相當一部分學生在學校逗留時間超過六年。這種情況導致了至今未停歇的、轟轟烈烈的一系列教育改革大討論。且為了與國際接軌，德國一些大學開始授予學生“學士”和“碩士”學位文憑。

2計算機教育

德國是制造出世界上第一臺計算機的國家，德國人Konard Zuse(1910-1995)被認為是現代計算機的發明者。他在1936年建造出第一臺可以編寫程式的計算機Z1和后來更高級的Z3和Z4。然而，盡管是世界上計算機研制起步最早的國家，受二戰后盟國政策的影響，計算機技術在德國屬于受限制發展的范圍。到了上個世紀六十年代后，德國計算機應用和技術的發展才開始，相關的計算機教育和學科建設才起步和推動。今天，德國的計算機和信息技術在工業、媒體和生活等各個領域已經相當普及。

計算機普及和就業市場的旺盛需求推動計算機學科縱向和橫向地朝各個領域快速擴張和發展。德國的情形也是一樣，跟隨各個行業信息化的浪潮，計算機的影響席卷科學、社會和經濟的所有部門。每個人都以某種形式來學習計算機的相關知識，計算機教育得到長足的發展。尤其在大學里，可以找到所有與計算機有關的課程和專業，可以授予計算機科學學士、碩士和博士學位。面對目前供不應求的情況，計算機畢業生炙手可熱，大部分愿意早點時間進入就業市場，有些人在工作幾年后再回來深造并完成博士論文研究。德國大學的計算機課程與電子電氣課程在一個系里，不是彼此獨立設置，這點給我深刻的印象。在德語里，Informatik其實是個來自法語的單詞，表示計算機科學的涵義，與電氣Electrotechnik或電子Electronik結合，意味著這一學科與工程的緊密關系。這點與德國人那種實踐主義的精神很吻合，但并不就是說德國大學的計算機課程只注重工程方面的應用。

德國大學計算機專業設置與其他國家大體相同，有計算機科學、計算機工程、信息系統、信息技術和軟件工程。也有像人工智能、多媒體、圖形學、機器人和生物醫學二級專業門類。計算機專業在德國能夠吸引高質量的學生，大學能為他們提供最好的學習條件。在開始學習階段，學的是學科和專業基礎相關的課程，比如數學課程。到了后半段學習時間，學生才會深入接觸專業課程。這些專業課程的選擇通常與將來合作的教授的研究興趣有很大關系，另外，學生的Diplom論文工作也與教授的研究項目有關。在德國的大學里，一個教授即是一個研究所，一個研究所一般也就一個研究方向，很少有超過兩個教授以上的研究所。假使有兩個教授的研究所，也是工作在同一個課題方向。德國大學的學生很容易接近教授的工作，這點跟我國的情況有很大的不同。

3教學和科研統一

德國的高等教育重視能力的培養，重視思維方法的訓練，重視實踐過程，甚至直截了當地將目光投向實際技能的教育。從課程設置、專業學習和Diplom論文工作，都能反映出這一點。特別是在學習的第二個階段，學生非常有針對性、系統地學習專業課程，為將來工作和科研打下基礎。德國大學的教授不會照本宣科地傳授教材上的經典理論，事實上他們也不使用特定的教材，更多的是講授根據個人對專業和科學的理解準備的素材，有些就是自己的專門研究成果。這樣，教授可以基于最新的資料，在較高的層次上傳授學生將來從事研究和工作所需要的專門知識和技能。這點不光在計算機學科，其他的學科也是這樣。這種教學與科研的結合非一般的通識教育，在德國已有相當長的傳統。我國大學的計算機教育情況有些不同。雖然學生在后半個階段也是專業課程學習，老師們教的較多的是教材上的知識。而且在這個關鍵的專業學習階段，學生接觸實際的機會較少。

筆者在德國錫根大學實時學習系統研究所(Echtzeit Lernsysteme - EZLS)學習和工作過，以為該所在教學與科研統一方面做的非常成功，有許多值得思考和學習之處。EZLS的正式大學員工只有一個教授、一個訪問學者、一個工程師、一個秘書和四個博士研究生，其余是不定數量的Diplom學生。教授每年張貼一次廣告，招收對研究有興趣的、三年級以后的學生。經過全面考核，每次錄用十個左右。這些學生在項目里的分工不同，一般以三個或四個為一組。以AMOR項目為例，每年有兩組學生加入，算上固定的科研人員，可以看出項目有一支強壯的、可持續的隊伍。AMOR是一臺室外移動機器人，學生的分組是依據它的研究內容進行，目前有計算機操作系統和數據通訊組、慣性傳感系統組、視覺信息處理組和導航方案組。因為在前一階段學習了基礎課程，學生加入項目組后學習的是深入的專業知識和技能，比如嵌入系統、計算機接口與通訊、數字信號處理、計算機視覺、移動機器人和人工智能，等。這些專業課程，可以是本所教授開的課，也可以是外所教授開的課。可以看出來，這種專業學習是面向項目研究的。也正是在這個學習階段，學生獲得許多手工實踐的機會，研究所也提供學生實現想法和思路的最好條件，比方說，設計、加工和檢測進行信號采集與處理的印刷板電路，利用AMOR平臺進行新算法測試和驗證，等。這類實踐，對運用所學基礎理論、提高專業知識和技能以及培養科研創新能力有重大的意義。AMOR能在今年歐洲移動機器人大賽(C-ELROB)的激烈對抗中獲得自動巡航賽道的冠軍，可以說是教學與科研統一結下的一個碩果。教學與科研統一在德國大學計算機教育基本有一定的模式，不同專業方向與上面的例子大同小異。