基于通識(shí)教育的芝加哥大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)模式

受國(guó)家留學(xué)基金委的派遣，筆者曾于2005與2006年間在美國(guó)芝加哥大學(xué)/Argonne 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室做了為期一年的訪問學(xué)者。期間師從網(wǎng)格之父Ian Foster教授，進(jìn)行網(wǎng)格安全研究；同時(shí)對(duì)芝大計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行了調(diào)研，全程旁聽了兩門核心課程，還對(duì)其他四門課程進(jìn)行了部分旁聽，并參加了校園內(nèi)的多項(xiàng)學(xué)術(shù)活動(dòng)。本文結(jié)合筆者在芝大的親身經(jīng)歷和真實(shí)感受，介紹了在通識(shí)教育背景下芝大計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程體系、教學(xué)方法和芝大的校園文化。

1世界一流高等學(xué)府——芝加哥大學(xué)

芝加哥大學(xué)創(chuàng)建于1891年，由石油大王洛克菲勒〈John D. Rockefeller〉捐資創(chuàng)辦。學(xué)校坐落于美國(guó)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(shè)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(xué)校主要包括本科生學(xué)院、四個(gè)研究生部：生物科學(xué)部(Biological Sciences Division)、人文科學(xué)部(Humanities Division)、自然科學(xué)部(Physical Sciences Division)和社會(huì)科學(xué)部(Social Sciences Division)，還有神學(xué)院(Divinity School)、商學(xué)院(Graduate School of Business)、法學(xué)院(Law School)、普里茨克醫(yī)學(xué)院(Pritzker School of Medicine)等六所專業(yè)研究生院。Argonne實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)第一個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，隸屬于美國(guó)能源部，并由芝加哥大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)行管理。

雖然芝大的歷史遠(yuǎn)不如哈佛等一些東部著名大學(xué)悠長(zhǎng)，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(xué)理念，建構(gòu)了獨(dú)特而卓越的組織理念、研究理念和教學(xué)理念， 在科學(xué)研究與教學(xué)上都取得了非常突出的成績(jī)，建校后僅用了二十年時(shí)間就躋身世界一流大學(xué)行列。在首任校長(zhǎng)哈珀 (William R. Harper)的倡導(dǎo)下，芝加哥大學(xué)從創(chuàng)建時(shí)期開始就以研究型大學(xué)的姿態(tài)出現(xiàn)，始終注重科學(xué)研究，并取得了世人矚目的成績(jī)。1907年，芝大物理學(xué)家阿爾伯特·邁克爾遜(Albert A. Michelson)博士成為美國(guó)第一位諾貝爾獎(jiǎng)得主。1942年，芝大物理系教授費(fèi)米(Enrico Fermi)建成世界上第一座可控原子核核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)堆，將人類帶入原子能時(shí)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(gè)社會(huì)學(xué)系，在哲學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、美學(xué)、建筑學(xué)、文藝批評(píng)等領(lǐng)域都取得了世人矚目的成就，形成了“芝加哥學(xué)派”。曾在芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)、任教和訪問過的學(xué)者中，諾貝爾獎(jiǎng)得主就有81位，是美國(guó)大學(xué)中擁有諾貝爾獎(jiǎng)得主最多的大學(xué)，目前仍有7名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者在芝大任教。

在本科教育上，芝大構(gòu)建了全美最具影響力和創(chuàng)造力的通識(shí)教育理念。本科生在前兩年必須修完校方指定的所有通識(shí)(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(xué)法、跨學(xué)科的通識(shí)課程、對(duì)原始經(jīng)典及第一手文獻(xiàn)的研讀，仍然是芝加哥大學(xué)通識(shí)教育的特色。

2基于通識(shí)教育的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系

芝加哥大學(xué)計(jì)算機(jī)系屬于研究生部的自然科學(xué)部。計(jì)算機(jī)專業(yè)可以授予藝術(shù)學(xué)士(Bachelor of Arts， B.A.)和科學(xué)學(xué)士(Bachelor of Science， B.S.)學(xué)位。課程設(shè)置包括通識(shí)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(gè)特點(diǎn)：

2.1實(shí)施通識(shí)教育理念，注重學(xué)生基本素質(zhì)培養(yǎng)

芝加哥大學(xué)的通識(shí)教育是每一個(gè)本科生包括計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)業(yè)中的必要組成部分。通識(shí)課程具體分為下列三類：第一類是人文科學(xué)與藝術(shù)，目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)習(xí)如何深入解析文學(xué)、哲學(xué)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(dá)它們，并且學(xué)習(xí)一種視覺藝術(shù)或表演藝術(shù)；第二類是自然科學(xué)，包括物理、化學(xué)、生物學(xué)、自然界進(jìn)化、計(jì)算機(jī)與數(shù)學(xué)等，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)多種形式的科學(xué)觀察、科學(xué)推理和自然規(guī)律的威力和局限性進(jìn)行分析比較；第三類是社會(huì)科學(xué)，旨在幫助學(xué)生理解社會(huì)科學(xué)的基本理論、基本概念和哲理，展示社會(huì)科學(xué)如何通過想象和系統(tǒng)分析來闡明社會(huì)科學(xué)的基本問題并探索社會(huì)生活的本質(zhì)。除了以上三類的通識(shí)教育課程，芝加哥大學(xué)對(duì)本科學(xué)生還有外語和體育方面的課程要求。

在通識(shí)教育中，學(xué)生通過對(duì)人文、社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)領(lǐng)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(shí)精華，陶冶心靈，建立分析式、帶有批判性質(zhì)的思維方式，并具有現(xiàn)代文明社會(huì)公民應(yīng)具備的良好寫作技巧。因此，通識(shí)教育提高了計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基本素質(zhì)與從事科學(xué)研究的基本素養(yǎng)，對(duì)高級(jí)計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)具有重要地位和作用。

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

2.2科學(xué)、系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系

芝大計(jì)算機(jī)系規(guī)模不是很大，研究上側(cè)重于計(jì)算機(jī)理論與軟件。專業(yè)課程分為5個(gè)部分，分別是：4門導(dǎo)論課，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論I、II，軟件基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論；2門程序語言和系統(tǒng)課程，包括程序設(shè)計(jì)語言、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)導(dǎo)論等課程；2門算法與理論課程，包括離散數(shù)學(xué)、算法理論、形式化理論或復(fù)雜理論導(dǎo)論等；2門專業(yè)方向課程，有三個(gè)專業(yè)方向即人工智能、高級(jí)系統(tǒng)、科學(xué)計(jì)算，學(xué)生可任選一個(gè)方向；3門選修課程，在本科或研究生的計(jì)算機(jī)課程中選修。

在計(jì)算機(jī)專業(yè)中，到底應(yīng)該開設(shè)哪些課程，課程之間的關(guān)系如何處理，本科生與研究生課程的銜接以及新技術(shù)的融合等問題，一直是國(guó)內(nèi)高校沒有很好解決的問題。分析芝大計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系，筆者認(rèn)為一個(gè)突出的特點(diǎn)是系統(tǒng)化。這體現(xiàn)在下面兩個(gè)方面：

一是，芝大在課程設(shè)置上，首先注重基礎(chǔ)理論。

安排了4門計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件、硬件相關(guān)的導(dǎo)論課。程序語言與算法理論是計(jì)算機(jī)軟件的基礎(chǔ)，課程體系中也很強(qiáng)調(diào)這方面的課程。因此，基于通識(shí)教育理念，芝大計(jì)算機(jī)課程體系首先是重視學(xué)科的基礎(chǔ)教育，遵循從基礎(chǔ)到應(yīng)用的規(guī)律設(shè)置課程。

二是，將一些關(guān)鍵的、體系復(fù)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(jié)合，融合最新技術(shù)，建立一體化的課程體系。

在芝大，課程的編號(hào)分為10000系列、20000系列、30000及以上系列。10000系列的課程是通識(shí)教育、導(dǎo)論和入門課程，20000系列是只面向本科生的中等層次、高級(jí)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(gè)理論或技術(shù)，常常在多個(gè)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(shù)的介紹；20000系列“常規(guī)、系統(tǒng)”，即對(duì)課程的核心理論與方法進(jìn)行深入、系統(tǒng)的分析與論述；30000系列“深、新”，即對(duì)課程深層理論和最新研究進(jìn)展進(jìn)行研讀。30000系列的研究生課程中，除了部分對(duì)20000系列的深化課程，還增加了面向特定研究領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域最新研究分析的課程。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系是從整個(gè)計(jì)算機(jī)學(xué)科的角度進(jìn)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(guó)內(nèi)承擔(dān)數(shù)據(jù)庫(kù)課程的教學(xué)任務(wù)，所以在芝大重點(diǎn)旁聽了“CS23500：數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)論”課程，并與任課教師進(jìn)行了交流。這門課程的上課時(shí)間為每周兩次課，共10周，授課學(xué)時(shí)相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的30學(xué)時(shí)。在學(xué)時(shí)上比國(guó)內(nèi)同類課程少(我們一般在40學(xué)時(shí)以上)；在內(nèi)容上增加了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)部分，如觸發(fā)器、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等，還大量增加了新技術(shù)，如數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與XML等——但對(duì)于數(shù)據(jù)依賴的公理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等都不涉及。筆者在與畢業(yè)于斯坦福大學(xué)的任課教師Nestorov教授交流課程內(nèi)容安排時(shí)，他介紹說，數(shù)據(jù)庫(kù)課程內(nèi)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(jí)課程。入門課程主要講授基本理論，面向數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開發(fā)以及最新的數(shù)據(jù)管理方法，課程面向應(yīng)用，涉及面廣，只面向本科生。高級(jí)課程是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)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(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理與技術(shù)等，面向本科生和研究生。

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

3開放式——以學(xué)生為主體的課程教學(xué)方式

芝大一直采取小班授課方式，授課班級(jí)一般不超過20人。我所旁聽的兩門課程——本科生數(shù)據(jù)庫(kù)課程和Ian Foster教授的研究生/本科生的網(wǎng)絡(luò)課程，選修人數(shù)都在十五、六人。上課地點(diǎn)是能容納七、八十人的大教室，學(xué)生座位都是沙發(fā)式的大的軟座椅。教師在第一堂課會(huì)把要求學(xué)生提問題、給反饋?zhàn)鳛閷?duì)學(xué)生的基本要求。教師講課時(shí)不時(shí)地發(fā)問，引發(fā)課堂討論；學(xué)生可以隨時(shí)舉手提問，教師會(huì)根據(jù)問題耐心解答，并引導(dǎo)其他同學(xué)參與討論。學(xué)生們很喜歡參加討論，發(fā)表自己的觀點(diǎn)，有時(shí)甚至在課堂上進(jìn)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(nèi)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(diào)整方法時(shí)，首先有兩個(gè)學(xué)生發(fā)表了自己的看法，接著一名旁聽課程的芝大計(jì)算機(jī)系教師也談了自己的理解，卻遭到了參與討論的一個(gè)學(xué)生的反駁，隨后這名學(xué)生和這位老師展開了爭(zhēng)論。從這次課堂討論中，我體會(huì)到學(xué)生在課堂上不是被動(dòng)聽講，而是積極主動(dòng)地以批判式的思維方式接受新的知識(shí)。在他們的意識(shí)里，老師和學(xué)生在科學(xué)面前是平等的，因此課程教學(xué)始終在一種開放、自由的氣氛中進(jìn)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(nèi)容，學(xué)生還要自學(xué)部分與課堂內(nèi)容相關(guān)的章節(jié)并閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)。在我所旁聽的本科生數(shù)據(jù)庫(kù)課程和研究生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，教師在課程開始時(shí)就公布教學(xué)日歷，上面列出了教學(xué)進(jìn)度并給出每次課對(duì)應(yīng)的自學(xué)內(nèi)容。隨著課程的進(jìn)行，研究生課程還會(huì)指定一些課外閱讀文獻(xiàn)。學(xué)生要想把課程學(xué)好，必須在閱讀方面投入較大的精力。在芝大的中國(guó)留學(xué)生反映，這里學(xué)習(xí)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(xué)方式一方面可以使有限的課時(shí)涵蓋豐富的內(nèi)容，另一方面也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)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(shí)間。這些作業(yè)包括筆頭作業(yè)，也包括大量在計(jì)算機(jī)上調(diào)試的作業(yè)。對(duì)于每個(gè)學(xué)生的每次作業(yè)，助教都認(rèn)真評(píng)閱。上課時(shí)，教師把作業(yè)中反映的主要問題講解一下，并詢問學(xué)生是否存在問題。教師通過對(duì)課后作業(yè)的認(rèn)真檢查，不僅得到教學(xué)效果的反饋，也加強(qiáng)了師生溝通，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到督促作用。另外，芝大教學(xué)中的課堂監(jiān)督也比較嚴(yán)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(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)成績(jī)?cè)诳傇u(píng)成績(jī)中占一定比例。

綜上所述，芝大是以學(xué)生為主體的課程教學(xué)模式。教師通過激發(fā)課堂討論、安排自學(xué)、課外閱讀、作業(yè)、課堂測(cè)驗(yàn)等形式調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性；而學(xué)生在多重形式的督促下，能夠較大限度地發(fā)揮能動(dòng)性，不僅實(shí)實(shí)在在地學(xué)到知識(shí)，也提高了自己的學(xué)習(xí)能力。與此相比，國(guó)內(nèi)本科生和研究生課程多以課堂教學(xué)為主，教師成為課程教學(xué)中的主要角色。這不僅導(dǎo)致課時(shí)緊張，也沒有充分激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)性，所以很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。

4濃厚的學(xué)術(shù)交流氛圍與校園資源

芝大非常注重學(xué)術(shù)交流，幾乎每天都有各種講座(Seminar)。為了吸引教師與學(xué)生參加，都免費(fèi)提供甜點(diǎn)和飲料。計(jì)算機(jī)系的講座每周都有，報(bào)告者大都由本系教師邀請(qǐng)。在春季，學(xué)校會(huì)將新教師聘任與學(xué)術(shù)報(bào)告結(jié)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(qǐng)到芝大工作。組織者會(huì)在報(bào)告后請(qǐng)聽眾填一份對(duì)報(bào)告者的評(píng)價(jià)表格，以供校方參考。

芝大的學(xué)術(shù)報(bào)告還常在教授的研究室進(jìn)行。Ian Foster教授有七、八個(gè)研究生，學(xué)生們會(huì)在每周指定時(shí)間聚集在一起，由一位同學(xué)做本研究領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展報(bào)告，教授即使非常繁忙，也會(huì)擠出時(shí)間參加。導(dǎo)師對(duì)博士生的指導(dǎo)也是靠定期的個(gè)別交流進(jìn)行。導(dǎo)師鼓勵(lì)學(xué)生有自己的新想法，對(duì)學(xué)生提出建議，但不會(huì)安排具體的研究工作。

芝大計(jì)算機(jī)系的學(xué)生組織還有一種很特別的交流方式——每學(xué)期提供一、兩次免費(fèi)的Pizza 晚餐。學(xué)生們?cè)谥付ǖ慕淌遗抨?duì)領(lǐng)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(xué)習(xí)和工作感覺很方便。首先是學(xué)校網(wǎng)絡(luò)建得很完善，管理也很好。新入學(xué)的學(xué)生或新來的工作人員在報(bào)到注冊(cè)時(shí)都會(huì)得到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID，使用這個(gè)ID就可以在校園任何地方免費(fèi)無線上網(wǎng)。芝大的學(xué)校網(wǎng)站也成為人們交互溝通的最普通場(chǎng)所，學(xué)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(xué)日歷、課件、閱讀材料、作業(yè)、臨時(shí)通知。芝大有六座圖書館，分別面向不同的學(xué)科領(lǐng)域——計(jì)算機(jī)系也有自己的一個(gè)小型圖書館。學(xué)校最大的Joseph Regenstein 圖書館環(huán)境幽雅，有帶隔斷的自習(xí)座位，座位下都有網(wǎng)線接口，也可無線上網(wǎng)。

5小結(jié)

短短一年芝加哥大學(xué)的學(xué)習(xí)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(nèi)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(guó)著名建筑家Frank Lloyd Wright 設(shè)計(jì)的Robie House被譽(yù)為現(xiàn)代建筑史上的里程碑，成為芝加哥城市地標(biāo)之一。整個(gè)校園雖然看上去素雅平凡，但細(xì)細(xì)觀察卻回味無窮，使人感受到芝大不張揚(yáng)外表下的深厚底蘊(yùn)和蓬勃發(fā)展的無限生機(jī)。建設(shè)國(guó)際一流大學(xué)是我國(guó)高等教育一貫追求的目標(biāo)，或許我們能從芝大日常教學(xué)與管理活動(dòng)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴中得到一些啟示。

參考文獻(xiàn)

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