基于通識教育的芝加哥大學計算機專業(yè)培養(yǎng)模式

受國家留學基金委的派遣，筆者曾于2005與2006年間在美國芝加哥大學/Argonne 國家實驗室做了為期一年的訪問學者。期間師從網(wǎng)格之父Ian Foster教授，進行網(wǎng)格安全研究；同時對芝大計算機專業(yè)的教學進行了調研，全程旁聽了兩門核心課程，還對其他四門課程進行了部分旁聽，并參加了校園內的多項學術活動。本文結合筆者在芝大的親身經(jīng)歷和真實感受，介紹了在通識教育背景下芝大計算機專業(yè)的課程體系、教學方法和芝大的校園文化。

1世界一流高等學府——芝加哥大學

芝加哥大學創(chuàng)建于1891年，由石油大王洛克菲勒〈John D. Rockefeller〉捐資創(chuàng)辦。學校坐落于美國著名的工業(yè)城市芝加哥南部的Hyde Park，在密執(zhí)根湖畔，距市中心七英里，占地211英畝。校園不設立圍墻，是完全開放的。本科生一般在五千人左右，研究生在一萬名左右，教師(Faculty)兩千多名。學校主要包括本科生學院、四個研究生部：生物科學部(Biological Sciences Division)、人文科學部(Humanities Division)、自然科學部(Physical Sciences Division)和社會科學部(Social Sciences Division)，還有神學院(Divinity School)、商學院(Graduate School of Business)、法學院(Law School)、普里茨克醫(yī)學院(Pritzker School of Medicine)等六所專業(yè)研究生院。Argonne實驗室是美國第一個國家實驗室，隸屬于美國能源部，并由芝加哥大學負責運行管理。

雖然芝大的歷史遠不如哈佛等一些東部著名大學悠長，但芝大以開放的精神，兼收并蓄地包容了洪堡與紐曼兩種大學理念，建構了獨特而卓越的組織理念、研究理念和教學理念， 在科學研究與教學上都取得了非常突出的成績，建校后僅用了二十年時間就躋身世界一流大學行列。在首任校長哈珀 (William R. Harper)的倡導下，芝加哥大學從創(chuàng)建時期開始就以研究型大學的姿態(tài)出現(xiàn)，始終注重科學研究，并取得了世人矚目的成績。1907年，芝大物理學家阿爾伯特·邁克爾遜(Albert A. Michelson)博士成為美國第一位諾貝爾獎得主。1942年，芝大物理系教授費米(Enrico Fermi)建成世界上第一座可控原子核核裂變鏈式反應堆，將人類帶入原子能時代。該校在1943年率先創(chuàng)辦了全球最早的行政MBA課程，1892年建立了世界上第一個社會學系，在哲學、社會學、經(jīng)濟學、美學、建筑學、文藝批評等領域都取得了世人矚目的成就，形成了“芝加哥學派”。曾在芝加哥大學學習、任教和訪問過的學者中，諾貝爾獎得主就有81位，是美國大學中擁有諾貝爾獎得主最多的大學，目前仍有7名諾貝爾獎獲得者在芝大任教。

在本科教育上，芝大構建了全美最具影響力和創(chuàng)造力的通識教育理念。本科生在前兩年必須修完校方指定的所有通識(General education)課程，后兩年可以依自己的興趣專攻特定的專業(yè)課程。直到今天，討論式的教學法、跨學科的通識課程、對原始經(jīng)典及第一手文獻的研讀，仍然是芝加哥大學通識教育的特色。

2基于通識教育的計算機專業(yè)課程體系

芝加哥大學計算機系屬于研究生部的自然科學部。計算機專業(yè)可以授予藝術學士(Bachelor of Arts， B.A.)和科學學士(Bachelor of Science， B.S.)學位。課程設置包括通識教育課程15門，專業(yè)主修課程和選修課程共14門，B.A.還要增加3門選修課程。課程體系有如下兩個特點：

2.1實施通識教育理念，注重學生基本素質培養(yǎng)

芝加哥大學的通識教育是每一個本科生包括計算機專業(yè)學生學業(yè)中的必要組成部分。通識課程具體分為下列三類：第一類是人文科學與藝術，目標是使學生學習如何深入解析文學、哲學和歷史類的著作以及如何以易理解的有說服力的方式表達它們，并且學習一種視覺藝術或表演藝術；第二類是自然科學，包括物理、化學、生物學、自然界進化、計算機與數(shù)學等，引導學生對多種形式的科學觀察、科學推理和自然規(guī)律的威力和局限性進行分析比較；第三類是社會科學，旨在幫助學生理解社會科學的基本理論、基本概念和哲理，展示社會科學如何通過想象和系統(tǒng)分析來闡明社會科學的基本問題并探索社會生活的本質。除了以上三類的通識教育課程，芝加哥大學對本科學生還有外語和體育方面的課程要求。

在通識教育中，學生通過對人文、社會科學和自然科學領域經(jīng)典著作、基本理論與論著的研讀，汲取人類歷代文明所積累的知識精華，陶冶心靈，建立分析式、帶有批判性質的思維方式，并具有現(xiàn)代文明社會公民應具備的良好寫作技巧。因此，通識教育提高了計算機專業(yè)學生的基本素質與從事科學研究的基本素養(yǎng)，對高級計算機人才的培養(yǎng)具有重要地位和作用。

我國高校計算機專業(yè)學生也在大一安排跨學科的基礎課學習，但一般比較注重數(shù)學、物理等學科，所涉及學科的廣度和深度都無法與芝大的通識教育相比。我國歷史悠久，文化底蘊深厚，然而豐富的文化與智力遺產(chǎn)并沒有在學生中得到充分的繼承。如果能夠參照通識教育的理念，使學生在人文與社會科學方面增加一定量的系統(tǒng)學習，將對提高學生的基本素養(yǎng)大有裨益。

2.2科學、系統(tǒng)的計算機專業(yè)課程體系

芝大計算機系規(guī)模不是很大，研究上側重于計算機理論與軟件。專業(yè)課程分為5個部分，分別是：4門導論課，包括計算機科學導論I、II，軟件基礎和計算機系統(tǒng)導論；2門程序語言和系統(tǒng)課程，包括程序設計語言、計算機體系結構、計算機語言實現(xiàn)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)導論、計算機圖形學導論等課程；2門算法與理論課程，包括離散數(shù)學、算法理論、形式化理論或復雜理論導論等；2門專業(yè)方向課程，有三個專業(yè)方向即人工智能、高級系統(tǒng)、科學計算，學生可任選一個方向；3門選修課程，在本科或研究生的計算機課程中選修。

在計算機專業(yè)中，到底應該開設哪些課程，課程之間的關系如何處理，本科生與研究生課程的銜接以及新技術的融合等問題，一直是國內高校沒有很好解決的問題。分析芝大計算機專業(yè)課程體系，筆者認為一個突出的特點是系統(tǒng)化。這體現(xiàn)在下面兩個方面：

一是，芝大在課程設置上，首先注重基礎理論。

安排了4門計算機科學與軟件、硬件相關的導論課。程序語言與算法理論是計算機軟件的基礎，課程體系中也很強調這方面的課程。因此，基于通識教育理念，芝大計算機課程體系首先是重視學科的基礎教育，遵循從基礎到應用的規(guī)律設置課程。

二是，將一些關鍵的、體系復雜的課程分成由淺入深的多門課程，并以此將本科生課程和研究生課程結合，融合最新技術，建立一體化的課程體系。

在芝大，課程的編號分為10000系列、20000系列、30000及以上系列。10000系列的課程是通識教育、導論和入門課程，20000系列是只面向本科生的中等層次、高級或更高層次的課程，30000以上系列是研究生課程，某些課程允許本科生選修。圍繞同一個理論或技術，常常在多個序列中開出課程，但每門課程都有比較明確的定位：10000系列“淺、博”，即注重基本概念，而且涉及面廣，常常包含最新技術的介紹；20000系列“常規(guī)、系統(tǒng)”，即對課程的核心理論與方法進行深入、系統(tǒng)的分析與論述；30000系列“深、新”，即對課程深層理論和最新研究進展進行研讀。30000系列的研究生課程中，除了部分對20000系列的深化課程，還增加了面向特定研究領域和相關領域最新研究分析的課程。因此，計算機專業(yè)課程體系是從整個計算機學科的角度進行系統(tǒng)規(guī)劃，每門課程的定位明確，課程之間的聯(lián)系清晰合理。

由于筆者在國內承擔數(shù)據(jù)庫課程的教學任務，所以在芝大重點旁聽了“CS23500：數(shù)據(jù)庫導論”課程，并與任課教師進行了交流。這門課程的上課時間為每周兩次課，共10周，授課學時相當于國內的30學時。在學時上比國內同類課程少(我們一般在40學時以上)；在內容上增加了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應用技術部分，如觸發(fā)器、數(shù)據(jù)庫連接等，還大量增加了新技術，如數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘、面向對象數(shù)據(jù)模型、半結構化數(shù)據(jù)與XML等——但對于數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)等都不涉及。筆者在與畢業(yè)于斯坦福大學的任課教師Nestorov教授交流課程內容安排時，他介紹說，數(shù)據(jù)庫課程內容很多，芝大和斯坦福都將其分為兩門課程：入門課程和高級課程。入門課程主要講授基本理論，面向數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)以及最新的數(shù)據(jù)管理方法，課程面向應用，涉及面廣，只面向本科生。高級課程是數(shù)據(jù)庫技術理論的深入分析，包括數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)原理與技術等，面向本科生和研究生。

芝大的這種課程體系不僅符合學生由簡單到復雜的認知規(guī)律，有利于學生循序漸進地牢固掌握課程知識，還將本科教育與研究生教育有機融合，在課程上把計算機的最新發(fā)展及時反映出來。同時也增加了學生課程選擇的靈活性，有利于因材施教，支持學生的個性化發(fā)展。

3開放式——以學生為主體的課程教學方式

芝大一直采取小班授課方式，授課班級一般不超過20人。我所旁聽的兩門課程——本科生數(shù)據(jù)庫課程和Ian Foster教授的研究生/本科生的網(wǎng)絡課程，選修人數(shù)都在十五、六人。上課地點是能容納七、八十人的大教室，學生座位都是沙發(fā)式的大的軟座椅。教師在第一堂課會把要求學生提問題、給反饋作為對學生的基本要求。教師講課時不時地發(fā)問，引發(fā)課堂討論；學生可以隨時舉手提問，教師會根據(jù)問題耐心解答，并引導其他同學參與討論。學生們很喜歡參加討論，發(fā)表自己的觀點，有時甚至在課堂上進行辯論。

在Ian Foster教授課上經(jīng)歷的一次課堂討論，給我留下了深刻的印象。這節(jié)課的主要內容是傳輸層TCP協(xié)議的擁塞控制。在討論擁塞控制窗口大小的調整方法時，首先有兩個學生發(fā)表了自己的看法，接著一名旁聽課程的芝大計算機系教師也談了自己的理解，卻遭到了參與討論的一個學生的反駁，隨后這名學生和這位老師展開了爭論。從這次課堂討論中，我體會到學生在課堂上不是被動聽講，而是積極主動地以批判式的思維方式接受新的知識。在他們的意識里，老師和學生在科學面前是平等的，因此課程教學始終在一種開放、自由的氣氛中進行。

在芝大，無論研究生還是本科生課程，教師課堂講授的只是課程的部分內容，學生還要自學部分與課堂內容相關的章節(jié)并閱讀大量相關文獻。在我所旁聽的本科生數(shù)據(jù)庫課程和研究生計算機網(wǎng)絡課程中，教師在課程開始時就公布教學日歷，上面列出了教學進度并給出每次課對應的自學內容。隨著課程的進行，研究生課程還會指定一些課外閱讀文獻。學生要想把課程學好，必須在閱讀方面投入較大的精力。在芝大的中國留學生反映，這里學習一門課程壓力很大，有的課程不天天挑燈苦讀是很難通過的。這種教學方式一方面可以使有限的課時涵蓋豐富的內容，另一方面也調動了學生的主動性。

芝大課程的作業(yè)量也比較大。幾乎每次課都有作業(yè)，每次作業(yè)都規(guī)定提交時間。這些作業(yè)包括筆頭作業(yè)，也包括大量在計算機上調試的作業(yè)。對于每個學生的每次作業(yè)，助教都認真評閱。上課時，教師把作業(yè)中反映的主要問題講解一下，并詢問學生是否存在問題。教師通過對課后作業(yè)的認真檢查，不僅得到教學效果的反饋，也加強了師生溝通，對學生的學習起到督促作用。另外，芝大教學中的課堂監(jiān)督也比較嚴格，本科生課程大都安排期中考試。我所旁聽的研究生課程每周都有隨堂測驗，測驗成績在總評成績中占一定比例。

綜上所述，芝大是以學生為主體的課程教學模式。教師通過激發(fā)課堂討論、安排自學、課外閱讀、作業(yè)、課堂測驗等形式調動學生的學習主動性；而學生在多重形式的督促下，能夠較大限度地發(fā)揮能動性，不僅實實在在地學到知識，也提高了自己的學習能力。與此相比，國內本科生和研究生課程多以課堂教學為主，教師成為課程教學中的主要角色。這不僅導致課時緊張，也沒有充分激發(fā)學生自主學習性，所以很難達到理想的教學效果。

4濃厚的學術交流氛圍與校園資源

芝大非常注重學術交流，幾乎每天都有各種講座(Seminar)。為了吸引教師與學生參加，都免費提供甜點和飲料。計算機系的講座每周都有，報告者大都由本系教師邀請。在春季，學校會將新教師聘任與學術報告結合起來。筆者在芝大曾多次參加即將畢業(yè)于MIT、斯坦福等名校的博士主講的講座，他們很多是申請到芝大工作。組織者會在報告后請聽眾填一份對報告者的評價表格，以供校方參考。

芝大的學術報告還常在教授的研究室進行。Ian Foster教授有七、八個研究生，學生們會在每周指定時間聚集在一起，由一位同學做本研究領域最新的研究進展報告，教授即使非常繁忙，也會擠出時間參加。導師對博士生的指導也是靠定期的個別交流進行。導師鼓勵學生有自己的新想法，對學生提出建議，但不會安排具體的研究工作。

芝大計算機系的學生組織還有一種很特別的交流方式——每學期提供一、兩次免費的Pizza 晚餐。學生們在指定的教室排隊領取兩塊Pizza，一罐飲料，然后大家圍坐在教室里或教室外的走廊中席地而坐，侃侃而談。

在芝大學習和工作感覺很方便。首先是學校網(wǎng)絡建得很完善，管理也很好。新入學的學生或新來的工作人員在報到注冊時都會得到一個網(wǎng)絡ID，使用這個ID就可以在校園任何地方免費無線上網(wǎng)。芝大的學校網(wǎng)站也成為人們交互溝通的最普通場所，學校的新聞以及各種講座信息都在網(wǎng)上發(fā)布。課程也都有課程網(wǎng)站，教師在網(wǎng)站上發(fā)布教學日歷、課件、閱讀材料、作業(yè)、臨時通知。芝大有六座圖書館，分別面向不同的學科領域——計算機系也有自己的一個小型圖書館。學校最大的Joseph Regenstein 圖書館環(huán)境幽雅，有帶隔斷的自習座位，座位下都有網(wǎng)線接口，也可無線上網(wǎng)。

5小結

短短一年芝加哥大學的學習生活給筆者留下了深刻的印象。芝大校園中現(xiàn)代化的建筑并不多見，很多建筑都有少則幾十年、多則一百多年的歷史，外觀古樸典雅，內部整潔、舒適。無論是古老建筑還是現(xiàn)代建筑，每一處都很有特色。校園里由美國著名建筑家Frank Lloyd Wright 設計的Robie House被譽為現(xiàn)代建筑史上的里程碑，成為芝加哥城市地標之一。整個校園雖然看上去素雅平凡，但細細觀察卻回味無窮，使人感受到芝大不張揚外表下的深厚底蘊和蓬勃發(fā)展的無限生機。建設國際一流大學是我國高等教育一貫追求的目標，或許我們能從芝大日常教學與管理活動的點點滴滴中得到一些啟示。

參考文獻

[1] http://www.uchicago.edu/about/history.shtml

[2] Degree Requirements， The department of computer science， http://www.cs.uchicago.edu/

[3] Course Programs of Study， The college of the University of Chicago， http://collegecatalog.uchicago.edu/