訪問美國德雷克塞爾大學計算機專業的見聞及啟示

吳 陳

1背景介紹

在江蘇省政府2003年度公派留學計劃“訪問學者”項目資助下,我于2006年3月～2007年2月對美國德雷克塞爾大學(Drexel University)進行了訪問研究。在美期間,我觀摩了信息科學與技術學院信息處理專業、軟件工程以及工程學院計算機科學與技術系計算機科學專業的軟件工程、數據結構、數據庫及數據庫管理系統、高級人工智能、數據挖掘、數字圖書等的教學,接觸了導師所申請到的美國國家自然科學基金課題和賓夕法尼亞(PA)州的研究基金課題(NSF Career Grant IIS 0448023;NSF CCF 0514679;Dept of Health Tobacco Settlement Formula Grant, PA, No.240205 and No.240196; Dept of Health Grant, PA, No.239667),參與了博士生的研究指導活動和每周的專題學術研討會,并撰寫了7篇研究論文(后來陸續在國際學報Kybernetes、國際學術會議上公開發表),取得了圓滿的訪問成果。

采用計算機科學技術、現代信息技術和新的數學理論和工具處理復雜的信息,從各類文本、數據、表格、圖像、視頻等浩瀚的數據海洋中挖掘規律,發現有用的潛在知識,指導人們進行科學分類、預測、決策,是多年來美國及國際計算機、信息科學和數學家一直在探索的研究領域。知識獲取、知識表示和智能化的人機交互,甚至實現計算機可視化信息處理,建立新穎的知識庫,從而獲得領域信息和知識分析結果,將有助于商業活動、生物信息處理、蛋白質結構分析、科技研究動態分析,有助于科學家在復雜的科研信息中開辟新的未知領域,提供快速獨立科學判斷的客觀依據,探討和預測學科知識的發展前沿,準確把握學科研究方向,從事科學創新和研究。

多年來,我一直在智能信息處理這一研究領域進行探索。這次聯系到美國德雷克塞爾大學信息科學技術學院Tony? H教授,在他的指導下進行數據挖掘、生物信息挖掘以及Rough Set Theory等方向的研究。

Tony?H教授現擔任國際學報《Data Mining and Bioinformatics》和《Granular Computing》等的主編和國際粒計算會議的程序委員會主席,他所研究的Rough Set Theory、Data mining、Bioinformatics和Data Management Systems等內容,是近年來在世界智能信息分析中最具特色和影響力的研究領域。從2000年至今,他在這一研究領域中發表的研究論文達60多篇,出版的研究專著為3部。在為期一年的時間里,我與Tony?H進行了很好的合作研究,采用新的研究方法,對前沿領域進行了有益的探索研究,并接受了Tony?H等教授們的研究思想、研究方法、教學思想和教學方法的熏陶,對相關課程的教學方法、教學手段、教學組織方式進行了深入的交流和探討。此外,我還以志愿者的身份參加了在美國舉辦的兩個大型的全球性國際會議:美國工業數學聯合會舉辦的2006年國際知識發現與數據挖掘會議(Knowledge Discovery and Data Mining- KDD, by SIAM, Maryland April,2006);國際知識發現和數據挖掘會議(International Knowledge Discovery and Data Mining (KDD), Philadelphia August, 2006)。

這次訪問研究使我開闊了眼界,接觸到很多當今信息科學研究領域中最先進的思想和方法。對Rough Set Theory、Data mining、Bioinformatics等前沿性探索和預測的科學研究也有了更深入的認識。同時,能夠有機會和這一研究領域的世界知名專家和教授進行面對面的學術交流與探討,參加各種類型的學術研討會,我覺得受益匪淺。我所感受的學術氛圍、學到的教學思想和教學方法是一筆寶貴的精神財富,我會將他們直接應用到自己的教學和科研中。下面就我在訪美期間印象深刻的幾件事談談體會,以期對我們的工作有所啟示。

2優秀的學習環境

2.1優美的校園環境

我所訪問的德雷克塞爾大學地處美國費城的市中心西部,緊鄰世界著名的賓法尼亞大學(世界上第一臺電子計算機ENIAC在這里誕生,現在這里還保留有部分元件的展覽)。雖然離市中心較近,校園也沒有圍墻與外界明顯隔開,由跨南北東西幾條街和大道的建筑組成,但校區及周邊環境寂靜優雅。校園中央有一座代表性的龍雕塑,路邊插的許多旗桿上掛著印有龍的圖案和Dragon字樣的杏黃校旗,幾只松鼠在校園內的樹上自由地跳躍活動,小道邊或樹下都設有長凳,供教職工或學生休息、討論。

教學樓、實驗樓、辦公樓、圖書館、體育館內中央空調處于恒溫狀態,非常適合工作學習。每棟樓的大廳或較寬的走道邊的墻壁上都貼有各種名言及名畫,營造著好的學習環境,渲染著極其重要的文化氛圍。大廳內布置有椅子和圓桌,在上課、實驗或面談之前,教師或學生可在此休息等待,這一點的確做到了以人為本,給我留下了十分深刻的印象。

體育館內各種體育設施齊全,如健身、跑步、球類等,全年對學生免費開放。游泳也只需支付少量的費用(3個月只需25美元),全天多時段使用。

9月迎接新生、校際間的籃球比賽等活動舉辦得井井有條,充滿生機。

2.2完備的信息化建設

首先,信息化建設表現在數字資源的建設上。圖書館大廳內設有很多計算機,學生可在此上網瀏覽,查閱資料。書架周邊靠墻處設有自習的桌椅,供有網絡插口,學生可鏈接自己的筆記本電腦。圖書館資料豐富,如果在本館找不到相關資料,也可請圖書管理員在館際間查找,將返回的電子文檔通過郵件發送到學生校園網內的電子郵箱中,十分方便。

校園無線網覆蓋了整個校園,教室周圍也預設了網線插口,在教室內上課或自習的學生均可免費無線或有線上網。在校的本、碩、博學生都有自己的校內學號,憑該學號可直接在自己的實驗室登陸校園網的電子圖書館,查到僅在校園網上提供的論文資料。學生還可從校園網中心服務器上下載以學校或機構名義購買的正版軟件,這一點國內很多高校還沒能做到。

其次,信息化建設也體現在師生信息素養的建設上。無論在信息意識、信息知識、信息能力,還是在信息道德上,師生們都顯現出十分成熟的高水平。良好的信息化數字資源建設為師生的教學科研提供了良好的保障,師生們利用簡單的搜索機制或便捷的館際服務就可查到需要的資源。雖然本校師生可從校園網上下載正版軟件,但每個人都遵守不宜外拷的基本原則,這也體現了良好的信息素養。

3教師教學與學生學習

3.1教師教學情況

美國高校一般一年分為4個學期,每個學期大約3個月。按照校方的要求,每個教師至少3個學期要有教學任務,而且必須在每個學期完成平均3門課程的教學,個別教師甚至在一個學期要承擔4門課程的教學任務。一門課的教學約32學時,這樣,每個教師每學期(一學期不到3個月)約完成72～96學時的教學工作量。除非有科研課題,可以用科研任務充抵教學工作量,否則,教學任務就是相當飽滿的。除了承擔教學工作外,每個教師還要承擔科研、指導碩士及博士生進行研究的工作。年輕教師除了要完成教學任務,還要進一步深造,提高自己的學位和水平。教師的教學情況由學生來評價,學生填寫調查表格,收齊后交由學院教學秘書統計,最后由學院將統計結果通報給教師本人,類似國內高校的學生評教。所以教師同樣很有壓力,他們對教學一絲不茍、敬業,并非普通人所想象的美國教師工資高、工作輕松。

在課下,教師必須將所授課程的內容介紹、大綱、演示文檔資料、習題等組織好,全部掛在校園網的個人主頁上,以便學生隨時瀏覽。備課、批改作業、設計實驗題目等各個環節,教師都要十分認真地對待,每周有一次約定學生到辦公室進行問題討論或答疑,保證教學任務圓滿完成。教師對實驗項目的設計循循善誘,既不是全盤托出,也不是僅給一個題目,讓學生冥思苦想地琢磨。除了將學生建立成團隊,教師還布置與課程相關的大量文獻和資料閱讀,并要求學生寫出讀書報告。對于課程結束或評定成績用的大作業,甚至要求每個學生制作成演示文稿,并加以匯報、討論。我看到一位叫愛德華(中譯名)的老師,他承擔了數據庫、軟件工程等多門課程的教學任務,每天都在辦公室工作到很晚,有時甚至在教學樓大廳的休閑式自習間伏案研究。

在課上,每門課程開始的第一節課,教師就將學生分組,形成一個一個團隊。在布置學習和研討課題后,教師要求學生先獨立思考,不明白的東西可在團隊內討論,有問題還可及時問老師。也就是說,每門課都在培養學生的團隊協作精神。教師在課堂上的演示文稿經過精心準備,圖文并茂,層次分明,令人賞心悅目,但他們也不完全拘泥于演示稿,也在黑(或白)板上演繹關鍵的內容,突出重點,使學生感到他們備課充分,對教學內容十分精通。

3.2學生學習情況

在美國讀書的學生,普遍感到課外閱讀任務較重。學生不光要學好課內的基本教學內容,還要閱讀文獻,查找與主題相關的資料,并加以整理、歸納、匯總。這培養了學生自主學習的意識,清除他們完全靠老師課堂講授的依賴心理。

課堂上,學生們會踴躍發言,認真記筆記,回答老師的提問,在老師的引導下完成課堂練習。下課后,學生到圖書館查閱資料或自習,也會在網上下載老師在主頁上布置的作業,按時完成后及時提交給老師批改。如在課程結束時,教師會給學生布置大作業,學生要在一定時間內當面交給老師,并接受面試提問,作為考查依據的一部分。在接到作業任務后,學生要認真對待,完成后連帶其他作業一起交給老師。老師根據學生的總體完成情況給出五級分制的成績。

我曾遇到一位碩士生,她就接到這樣一個大作業。老師給的任務是一個較大的程序,要求她調試運行通過。經過一周的調試,程序始終沒能運行成功。在快要到期時,她正好碰到我,聽說我是從事這方面教學工作的,就向我請教。我很想了解美國教師采用什么樣的教學方法,出什么樣的題目讓學生做,于是答應幫他。我仔細閱讀分析和反復測試網上下載的源代碼,終于找出了問題所在。原來老師在程序中故意預設了兩個問題,這是學生在學習此類程序設計語言時容易忽略或犯錯的問題,程序在編譯中并不報錯,但就是運行結果不正確,得不到期望的結果,學生找不到出錯的地方,感到很困惑。經過修改,程序很快調試運行通過,進一步優化和調整后,她交給了老師。老師看了她的程序運行結果,并問了她的體會,得到非常滿意的回答后,表示十分高興。

其實,這就是教師在主導學生去主動學習,自己找資料,自己研究問題,形象地講,就是“逼”學生好好學習。這樣可以解決學生遇到較難問題時無從下手的迷惑,循循善誘他們找到解決問題的方法,避免了“越俎代庖”。

4 碩士生和博士生的培養過程

在碩、博研究生的指導過程中,如何對學生加以良好的指導,始終是困擾國內外導師們的問題,至今仍無絕對規范。

從導師與學生一見面,指導工作就已開始。導師一般提供很多必要的幫助,如幫助開設相互聯系的校園郵箱,確定聯系方式和時間,根據學生的知識結構制定研究方向等。作為一項基本約定,指導教師每周要有一個下午與學生見面,由學生匯報學習和研究情況,導師當面給出指導意見。導師有時還會幫助學生查找并提供最相關的研究論文或資料,必要時將研究論文的電子稿發送給學生,甚至將論文復印件放在學生的信箱中——這絕對有別于國內有的指導老師因兼職過多或擔任其他職務,指導缺乏或持久不到位現象。這種指導方式加強了導師與學生的交流,也便于將學生引導到相關研究領域的最前沿,而導師也始終站在研究的最高點。而通過不斷的交流和指導,學生能很快系統地了解相關領域的研究進展,較早找到問題的抓手,有興趣地開展有意義的研究,往往容易產生創新型成果,包括理論和應用性實驗成果等,并能發表論文。

當學生或導師認識到某個研究點的價值所在時,就會著力加以深入研究。如導師要求學生認真閱讀研究后再來參加討論,甚至有時要求學生將討論內容制成演示文檔講解,這樣他們對重要的概念和研究結果的掌握就會更加透徹,文獻跟蹤程度和研究思路水平就會得到提升。這種有意識的訓練大大強于“散放式”的指導方式。

5良好的學術氛圍

學科建設和課程教學離不開學術研究。在德雷克塞爾大學,給人留下深刻印象的就是每個教授(正教授、副教授和助理教授)都將自己的研究方向和最新論文或成果以一幅畫的形式貼在工作室的外墻上,上面有個人簡介、主要方法和結果說明。這樣就打出了自己的招牌,便于他人了解自己。此外,每個教授甚至普通教師都在校園網上建有自己的主頁,對自己的教學科研工作進行介紹,并將研究論文、著作等目錄列在其中,便于與他人交流或溝通。教師也經常根據教學內容聯系國際國內的專家做學術報告,始終用新知識武裝學生的頭腦。

重視營造活躍的學術氛圍,并使學術交流制度化、經常化,是我在美做訪問學者期間感受最深的一點。每個系或學院基本上每周都舉辦1～2次學術研討會,主講者有來自世界各地的專家教授,也有某個研究領域資深的校內教師。每次學術研討會的時間大都定在中午12:30,12:00就開始提供免費的午餐。這樣既充分利用了時間,又解決了聽報告者的午飯問題,也通過免費午餐吸引了不少聽眾,特別是一些來自第三世界國家的“窮”留學生們。通過網上邀請,大多數感興趣的學生甚至老師都會來參加研討會,在這里了解一些最新的研究進展和報告人的研究思路,并能與主講人交流自己的研究體會,視野隨之開闊,思想也隨之富有。有時,一些大的跨國公司或政府部門(如安全部門)的技術專家也被邀請來做專題報告,這樣學術交流的氛圍就比較活躍,研究工作也不會是一潭死水。

6結語

在美國德雷克塞爾大學訪問進修一年,我目睹了該大學在環境建設、教學科研等方面的好的做法,開闊了視野。回國后,我給我的學生們講解我的所見所聞,也給他們留下了深刻印象。這次進修不僅使我在業務上得到進一步修煉,也獲得了不少“精神財富”,如下所示:

(1) 抓實抓好教學工作的每個環節,是高校教師的永恒主題。任何一個環節,如教學方法、教學手段、實驗項目設計、主導學生學習、提出學習要求、組織討論答疑、批改作業等方面的提高,都會大大提高教學質量和教學效率,取得事半功倍的效果。

(2) 指導學生方向和過程并重,確保處于研究前沿。指導學生,特別是碩、博士生的導師,不僅在一開始就要幫助學生確定研究方向,而且要定期開展學習檢查和交流活動,必要時還要為學生提供前沿性的研究論文或資料,以便將他們早日引導到國際國內的前沿陣地,保持在高新水平上從事研究工作,取得創新性的研究成果。

(3) 創造活躍的學術氛圍和良好的學習環境,是高校各級領導及教師的基本責任。只有將教師和學生置于始終向前的滾滾波濤中,教學和研究才會具有不可估量的創造力,才會在科學的道路上獲得可持續發展。

參考文獻:

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