促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的幾點(diǎn)思考

郭文平，吳高標(biāo)，陳金飚，胡永良，應(yīng)國(guó)良

（臺(tái)州學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息工程學(xué)院，浙江 臨海317000）

0 引 言

自世界上第一臺(tái)電腦ENIAC誕生至今，計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。從20世紀(jì)60年代起，美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)聯(lián)合其他專業(yè)學(xué)會(huì)陸續(xù)發(fā)布了Computing Curricula。Computing Curricula代表了國(guó)際計(jì)算機(jī)教育的先進(jìn)理念，研究Computing Curricula，對(duì)于科學(xué)設(shè)置計(jì)算機(jī)專業(yè)課程、提高計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量很有益處。

1 Computing Curricula的演化

美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì) （Association for Computing Machinery，ACM）于1968年和1978 年發(fā)布了計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science, CS）教程Curriculum 68和Curriculum 78，并于1972年發(fā)布了信息系統(tǒng)（Information Systems）教程IS1972。1985年，信息技術(shù)職業(yè)學(xué)會(huì)（Association for Information Technology Professionals, AITP）發(fā)布了IS1985。

1991年，ACM和國(guó)際電氣與電子工程協(xié)會(huì)計(jì)算機(jī)分會(huì)（Computer Society of the Institute for Electrical and Electronic Engineers, IEEECS）設(shè)立聯(lián)合工作組發(fā)布了著名的Computing Curricula1991（CC1991）。1997年，信息系統(tǒng)學(xué)會(huì)（Association for Information Systems, AIS）聯(lián)合ACM和AITP發(fā)布了IS1997。

2001年，ACM和 IEEE-CS在 CC1991的基礎(chǔ)上，把計(jì)算機(jī)課程劃分為計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science，CS）、計(jì)算機(jī)工程（Computer Engineering，CE）、軟件工程（Software Engineering，SE）和信息系統(tǒng)（Information System，IS）4個(gè)方向，最終形成了Computing Curricula 2001（CC2001）。作為對(duì)CC2001模型的響應(yīng)，ACM、AIS和AITP合作發(fā)布了IS2002，IEEE-CS和ACM合作發(fā)布了SE2004和CE2004。

隨著分報(bào)告的逐步完成，2005年ACM、AIS和IEEE-CS聯(lián)合工作組召集各個(gè)方向的專家代表一起撰寫了計(jì)算機(jī)教程總體報(bào)告Computing Curricula 2005（CC2005），將它們聯(lián)系到一起。CC2005之后，各個(gè)方向的課程規(guī)范發(fā)布進(jìn)程加快，ACM和IEEE-CS發(fā)布了IT2008、CS2008和CS2013，ACM和AIS發(fā)布了MSIS2006和IS2010，IEEE-CS和ACM發(fā)布了GSwE2009和SE2014，ACM和IEEE-CS發(fā)布了CE2016。

為方便中國(guó)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的院系和教師及時(shí)了解、學(xué)習(xí)國(guó)外計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科培養(yǎng)方案與課程設(shè)置的最新成果，ACM翻譯出版了CS2013中文版（計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系規(guī)劃2013[1]）和CE2016中文版（計(jì)算機(jī)工程課程體系指南2016[2]）。截至2017年5月，整個(gè)Computing Curricula結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Computing Curricula結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，整個(gè)Computing Curricula的核心還是計(jì)算機(jī)科學(xué)，因此本文重點(diǎn)分析計(jì)算機(jī)科學(xué)教程的發(fā)展及其變化。

2 計(jì)算機(jī)科學(xué)教程的發(fā)展及其變化

2.1 計(jì)算機(jī)科學(xué)教程的發(fā)展

從Curriculm 68到CS2013，計(jì)算機(jī)科學(xué)教程共有7個(gè)版本，其中CC2005是總體報(bào)告，CS2008是對(duì)CC2001的中期評(píng)估版本。2000年之前，基本按每10年更新，2000年之后，基本按每5年更新，這和計(jì)算機(jī)科學(xué)日新月異的變化以及在各個(gè)方向上的快速擴(kuò)充相適應(yīng)。

2.2 課程知識(shí)體系的組織

Curriculm 68和Curriculm 78對(duì)知識(shí)體系的組織是以課程為導(dǎo)向的。從CC1991開始用知識(shí)領(lǐng)域來(lái)組織教程，目的是要適應(yīng)最新的技術(shù)發(fā)展并具有廣泛的適用性，一個(gè)知識(shí)領(lǐng)域由多個(gè)知識(shí)單元組成，一個(gè)知識(shí)單元由多個(gè)知識(shí)點(diǎn)組成。

CC2001工作組更新了CC1991的知識(shí)領(lǐng)域，從9個(gè)擴(kuò)大到14個(gè)，同時(shí)意識(shí)到學(xué)生要掌握所有的知識(shí)點(diǎn)是不可能的，因此把每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)又劃分為核心和選修，既保證了知識(shí)的深度，同時(shí)兼顧了廣度。

由于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域知識(shí)的不斷增長(zhǎng)并趨于多樣化，CS2013重新思考了計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本要素，進(jìn)而對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系做了重新定義，用層次化的形式對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行布局，每一知識(shí)單元形成核心一級(jí)、核心二級(jí)和選修3個(gè)層次。所有的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系都應(yīng)該包含核心一級(jí)內(nèi)的內(nèi)容，但可以靈活選擇核心二級(jí)內(nèi)的知識(shí)點(diǎn)。

整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)教程的知識(shí)體系組織演化過(guò)程如圖2所示。

圖2 計(jì)算機(jī)科學(xué)教程知識(shí)體系組織演化過(guò)程

2.3 知識(shí)體系核心學(xué)時(shí)數(shù)比較

知識(shí)體系核心學(xué)時(shí)數(shù)（Lecture time, 指的是授課時(shí)間，不包括與講課相關(guān)的其他任務(wù)的時(shí)間）的設(shè)計(jì)一向具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。工作組需要很強(qiáng)的平衡技巧才能顧及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域知識(shí)增長(zhǎng)對(duì)內(nèi)容的擴(kuò)展要求，從而建立起切實(shí)可行的本科課程體系。4個(gè)版本的核心學(xué)時(shí)數(shù)比較見表1。

CS2013的核心一級(jí)學(xué)時(shí)數(shù)加上核心二級(jí)的學(xué)時(shí)數(shù)略高于前幾個(gè)版本課程規(guī)范的核心學(xué)時(shí)數(shù)，但CS2013層次化的結(jié)構(gòu)為院系從核心二級(jí)選擇知識(shí)點(diǎn)（至少包含80%）明顯提供了靈活性。

表1 核心學(xué)時(shí)數(shù)比較

2.4 教學(xué)目標(biāo)的轉(zhuǎn)變

從Curriculm68到CS2013，教學(xué)目標(biāo)經(jīng)歷了從以教師為中心到以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變，見表2。

2.5 課程樣本

CC2001工作組為了不同的教育機(jī)構(gòu)能更好地使用教程，采用“定制課程”的方法來(lái)引導(dǎo)，將其定義的所有知識(shí)領(lǐng)域設(shè)計(jì)到6個(gè)課程體系模板和47門示范課中，但通過(guò)對(duì)CC2001和CS2008的使用情況調(diào)研來(lái)看，這樣的定制課程在各大教育機(jī)構(gòu)實(shí)踐中沒有起到太大的作用。

CS2013采用了一個(gè)不同的方法：收集已經(jīng)取得成功的課程及課程體系，用它們來(lái)描繪各相關(guān)知識(shí)單元是怎樣貫穿在實(shí)際教學(xué)中的。CS2013提供了不同大學(xué)和學(xué)院的課程案例84門，這些課程從不同側(cè)面體現(xiàn)了知識(shí)領(lǐng)域中各個(gè)知識(shí)單元組合成課程的不同方式：一門課程可能包含有多個(gè)知識(shí)領(lǐng)域中的知識(shí)單元，涵蓋某個(gè)知識(shí)領(lǐng)域也可能需要多門課程。CS2013 也提供了4所不同層次的大學(xué)（Bluegrass Community and Technical College、Grinnell College、Stanford University、Williams College）計(jì)算機(jī)專業(yè)不同學(xué)位（即培養(yǎng)目標(biāo)不同）的核心課程設(shè)置案例，這些案例展示了如何將人才培養(yǎng)目標(biāo)所需的知識(shí)體系分解到一系列核心課程中，充分體現(xiàn)不同大學(xué)的教育理念。

表2 教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)變

3 促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的幾點(diǎn)思考

ACM、IEEE-CS及其他專業(yè)協(xié)會(huì)推出的計(jì)算機(jī)系列教程對(duì)全世界的計(jì)算機(jī)教育發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用，國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者開始分析相關(guān)教程[3-6]。筆者展示了整個(gè)Computing Curricula的演化，重點(diǎn)分析了計(jì)算機(jī)科學(xué)教程的發(fā)展及變化，得出以下幾點(diǎn)啟示。

3.1 制定定位清晰、特色明顯的計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)方案

我國(guó)絕大多數(shù)本科高校均開設(shè)了“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，計(jì)算機(jī)類專業(yè)布點(diǎn)總數(shù)為2 481個(gè)，這些專業(yè)大量分布在地方高校[6]。各高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的師資隊(duì)伍、學(xué)生素質(zhì)、辦學(xué)條件等方面差異較大，在制定人才培養(yǎng)方案時(shí)，要及時(shí)跟蹤信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合各自學(xué)校的辦學(xué)定位，制定特色明顯的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，這是辦好一個(gè)專業(yè)的基礎(chǔ)。

3.2 及時(shí)更新計(jì)算機(jī)專業(yè)規(guī)范

在借鑒CC2001的基礎(chǔ)上，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2006 年發(fā)布了《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》[7]。2015年ACM中國(guó)教育委員會(huì)與中國(guó)教育部計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)合作翻譯了CS2013中文版。考慮到中美兩國(guó)在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人才需求、教學(xué)理念、培養(yǎng)要求、學(xué)生素質(zhì)等方面的差異，教育部計(jì)算機(jī)類教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)應(yīng)及時(shí)成立工作組，頒布新的專業(yè)規(guī)范，以適應(yīng)不同高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)需求。

3.3 設(shè)計(jì)切實(shí)可行的課程體系

CS2013的知識(shí)體系規(guī)定了哪些內(nèi)容應(yīng)該包含在計(jì)算機(jī)科學(xué)的本科培養(yǎng)方案中，但一個(gè)機(jī)構(gòu)的課程體系既不是從CS2013中簡(jiǎn)單選取知識(shí)點(diǎn)，也不是從課程到知識(shí)領(lǐng)域的一一映射，而是在平衡社會(huì)需求、學(xué)生素質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)、師資力量、支撐條件的基礎(chǔ)上，將知識(shí)點(diǎn)整合成為一個(gè)獨(dú)特的、切實(shí)可行的課程體系來(lái)支撐人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。

圖3 課程體系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.4 開發(fā)與CS2013知識(shí)體系配套的課程教材

我國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)教材來(lái)源大致有兩種：一是國(guó)外原版或翻譯的經(jīng)典教材，二是國(guó)內(nèi)高校教師編寫的教材?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)專業(yè)教材在組織知識(shí)體系和評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)成果方面還無(wú)法適應(yīng)CS2013的知識(shí)體系，因此需要精心組織和統(tǒng)籌規(guī)劃，開發(fā)一批與CS2013知識(shí)體系配套的核心課程教材。

3.5 遴選一批典型核心課程案例

CS2013 提供了不同類型大學(xué)和學(xué)院的成功案例課程和不同層次大學(xué)的核心課程設(shè)置案例，借用這種方式，我們需要及時(shí)從國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量較好的高等學(xué)校中，遴選一批典型核心課程案例，發(fā)揮其示范作用。

3.6 保持師資隊(duì)伍的活力和健康

擁有足夠經(jīng)驗(yàn)豐富的師資隊(duì)伍是辦好計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的必要條件。為了應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的快速變化，學(xué)校必須建立終身學(xué)習(xí)機(jī)制（如脫產(chǎn)攻讀博士學(xué)位、到國(guó)內(nèi)外高校做訪問(wèn)學(xué)者等），讓教師有機(jī)會(huì)了解新知識(shí)，與新技術(shù)的發(fā)展同步，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法。

3.7 大力提升實(shí)驗(yàn)室條件

計(jì)算機(jī)科學(xué)是一個(gè)理論與應(yīng)用并重的專業(yè)，其課程的實(shí)驗(yàn)部分對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件的需求往往超出一般高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的配置條件，特別是在大數(shù)據(jù)時(shí)代，需要提供專用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)提高學(xué)生的軟件開發(fā)和工程能力，因此需要投入大量人、財(cái)、物去提升實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)資源，以滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

3.8 解決人才培養(yǎng)方案中知識(shí)域的缺失問(wèn)題

盡管計(jì)算機(jī)類課程是以技術(shù)問(wèn)題為中心的，但技術(shù)問(wèn)題并不構(gòu)成該領(lǐng)域教育計(jì)劃的全部。學(xué)生還必須了解更大的社會(huì)環(huán)境，以培養(yǎng)對(duì)相關(guān)社會(huì)、倫理、法律和專業(yè)問(wèn)題的理解。這實(shí)際上是通識(shí)教育問(wèn)題，我們應(yīng)當(dāng)借助中國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》的契機(jī)，大力推進(jìn)工程教育認(rèn)證，促進(jìn)通識(shí)教育的普及。

4 結(jié) 語(yǔ)

Computing Curricula系列代表了國(guó)際計(jì)算機(jī)教育的先進(jìn)理念，這種理念下培養(yǎng)出的學(xué)生，支撐了世界上最發(fā)達(dá)的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的教育工作者，應(yīng)該研究和借鑒Computing Curricula系列思想，制定合理的人才培養(yǎng)目標(biāo)，科學(xué)設(shè)置計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，關(guān)注學(xué)生的產(chǎn)出并持續(xù)改進(jìn)，最終提高我國(guó)的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

[1] ACM、IEEE-CS、ACM中國(guó)教育委員會(huì)、教育部計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系規(guī)劃2013[EB/OL].[2017-12-10]. http://www.acm.org/binaries/content/assets/education/cs2013_chinese.pdf.

[2] ACM、IEEE-CS、ACM中國(guó)教育委員會(huì)、教育部計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 計(jì)算機(jī)工程課程體系指南2016[EB/OL].[2017-12-10]. http://www.acm.org/binaries/content/assets/education/ce2016-final-report-chinese.pdf.

[3] 趙一鳴. ACM/IEEE-CS2001與計(jì)算機(jī)專業(yè)課程設(shè)置[J]. 高等理科教育, 2002(1): 43-47.

[4] 胡永良.“CC2005教程”的分析與思考[J]. 臺(tái)州學(xué)院學(xué)報(bào), 2008(6): 61-65.

[5] 李曉靜, 王昊鵬, 潘彤.“計(jì)算機(jī)科學(xué)教程2013”概況分析、啟示與思考[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2014(16): 31-34.

[6] 古天龍, 周婭. CS2013對(duì)本科計(jì)算機(jī)類應(yīng)用型人才培養(yǎng)的啟示[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2015(7): 90-93.

[7] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.