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计算机科学本科教学体系现状分析（三）
计算机科学本科教学体系现状分析（三）
http://www.canachieve.com.cn 发布日期：2009-12-08
CMU（
卡内基梅隆大学
）
与MIT、伯克利等学校计算机科学仍然和电子与电气工程同处一系不同，CMU的计算机科学系成立于1965年，是全美最早的，如今它已经升格为计算机科学学院。其研究生项目中除了机器人方向与硬件关系较多之外，其他基本上都是纯软的。从这个意义上来说，CMU的教学体系对于偏软的计算机科学系应该有较大的借鉴意义。
CMU的教学手册上没有从传统意义上针对计算机科学专业学生的导论课，虽然有名为“计算机科学伟大思想”的两学期课程，但是从内容上看应该是离散数学的替代，因为此外CMU并没有其他离散数学方面的课程。此课程没有教材，内容比传统离散数学要灵活得多，涉及概率、代数、算法、加密理论、复杂性理论、博弈论等，非常注重学习的趣味性和实用性。
与其他名校相同，CMU对程序设计的重视也给人留下很深印象：本土新生的第一堂课就是“初中级程序设计”，直接讲授Java。然后是中高级程序设计（Java）、C语言编程技巧、高级编程实践（Java）、程序设计原理（用SML语言讲授）。
目前计算机科学专业教学计划中的一个难点，是硬件课程的设置问题。硬件知识体系本身非常丰富，但是硬件课程多了，又削弱了计算机科学专业的特色。CMU在这一问题上是怎样处理的呢？计算机科学学院的现任院长Randal E。 Bryant 亲自给出了回答，他用15～213“计算机系统导论”一门课（12个单元）完成了硬件知识的教学。这项教学改革的成果就是一本厚达900多页的书：《Computer Systems： A Programmer's Perspective》（中译本《深入理解计算机系统》已经由中国电力出版社出版）一书。他在该书的序言中说：“本课程的宗旨是用一种不同的方式向学生介绍计算机。因为，我们的学生中几乎没有人有机会构造计算机系统。而大多数学生，甚至是计算机工程师，也要求能日常使用计算机和编写计算机程序。所以我们决定从程序员的角度来讲解系统，并采用这样的过滤方法：我们只讨论那些影响用户级C程序的性能、正确性或实用性的主题。
比如，我们排除了诸如硬件加法器和总线设计这样的主题。虽然我们谈及了机器语言，但是不关注如何编写汇编语言，而是关心编译器怎样翻译C的各种构造，比如指针、循环、过程调用和返回，以及switch语句。更进一步，我们将更广泛和现实地看待系统，包括硬件和系统软件，讨论链接、加载、进程、信号、性能优化、评估、I／O以及网络与并发编程。这种做法使得我们讲授本课程的方式对学生来讲既实用、具体，又能实践，同时也非常利于调动学生的积极性。”
网站上的一些随书配套实验，也独具匠心。因此此书的成功是水到渠成的。根据配套网站上的列表，它已经被全球80多所院校采用作为教材。
MIT（
麻省理工学院
）
MIT的课程设置，只能用其学生起点高来解释。该校没有典型意义上的计算机科学专业，偏软的只有理论计算机科学和人工智能及其应用两个专业。因此没有类似于其他学校的导论课程。
在MIT的电子电气工程与计算机科学系中，所有学生都要参加如下四门课程：6.001“计算机程序的结构与解释”，当然与伯克利相同，采用的是Abelson等编著的同名教材；6.002“电路与电子学”；6.003“信号与系统”（自编讲义）；6.004 “计算结构”（Computation Structures），与伯克利的61C“计算机结构”对等（教材是自编课件）。此外有两门专业基础数学课：“概率系统分析”（教授自编教材）和“计算机科学数学”，后者的教材是国外院校普遍采用的Rosen所著《离散数学及其应用》（中文版由机械工业出版社出版）。
对MIT的学生而言，实验课程有多种选择：电气工程和计算机科学实验，模拟电子实验，数字系统实验，微机项目实验，半导体设备项目实验。此外，无论何种专业，都有软件工程实验课。值得注意的是，本科生各专业的必修课程中并没有软件工程课程。也就是说，软件工程的内容都在实践中完成了。带软件工程实验课的是因为提出Liskov替换原则而知名的女教授Barbara Liskov，她刚刚获得了2004年度的冯·诺依曼奖。作为美国工程院和艺术科学院的双院士，她几十年在软件开发研究方面的经验，将有力地保证这门实验课程的质量。
分析与总结
由上面的材料可以看出，各个学校的教学体系之间还是有不小差异的。这首先得归因于历史沿革形成的专业侧重、机构设置上的不同。其中MIT算是一极，由于和电子电气专业深深地融合，计算机专业带有很强的“硬派”色彩。而CMU可以算作另一极，计算机科学有自己的独立学院，非常罕见，因此它的课程设置“软化严重”——与硬件相关的只用一门课就解决了。UIUC和斯坦福由于都拥有独立的科系，所以可以归入后一阵营。伯克利可以认为处于两极中间，但是仔细分析起来，它的计算机科学专业目前虽然仍属于电子电气和计算机科学系，但是有相当大的独立性，1973年创立以来，一直有自己的主席和教学安排，所以离后者更近一些。
此外，各校在专业导入课程的设置上差别也非常明显。基本上可以分为三类。按IEEE－ACM《Computer Curricula 2001》（以下简称CC2001）的分法，斯坦福属于广度优先（有明确的注重广度的导引课程），MIT的属于函数为先（采用函数式语言），CMU和UIUC属于对象为先（直接采用Java）。伯克利有些特殊，它有导引课，但是广度稍差，紧接着又采用函数语言，同时开设学生自学为主可以任选的多种语言课程，属于混合多元型。应该说各个学校在刚入门时如何调动学生积极性，培养对专业的感情上都有自己的思考。无论哪种类型，将课堂变得有趣，能够容纳更多计算机科学的方面，都已经成为一种趋势。
无论如何，各校存在的差异并不妨碍各自培养出同样优秀的人才，这也给我们提供了一种有益的启示，办学思路和方法应该是因地制宜的。
当然，总的来说，各学校之间的共性还是主要的。归纳起来，有这么几个特点，值得我们思考：
1、硬件课程整体在减少
偏软类的三所院校中，CMU最为彻底，硬件课程只有一门课，而UIUC也只有两门必修（两门体系结构），斯坦福也是两门（电子学、体系结构或数字系统）。其中的原因，前面引述的Randal E。 Bryant所言作出了解释，毕竟计算机科学需要关注的在计算机系统层次中已经越来越高，底层越来越变得透明了。事实上，CC2001中制定的硬件课程也只有一门。而国内目前一般还开设数字逻辑、微机原理、计算机组成与结构、微机实验等硬件类课程。
2、程序设计日益重视
在CMU，UIUC和斯坦福，必修的程序设计类课程往往在四五门左右。伯克利加起来也有四门。MIT虽然没有大量前导性的编程课程，但是由于在后面计算机系统工程、计算机语言工程、软件工程实验、Web软件工程诸课程都有实际的项目要完成，所以实际学时也很多，UIUC的改革更说明了这一点。同时，还出现了强调提高程序设计技巧，与软件工程环境和工具相结合，提倡团队合作，高级程序设计课程与数据结构、算法课融合的趋势。这方面的代表有斯坦福。该校副系主任Eric Roberts曾执教入门类课程多年，总结了一套在语言教学中融入软件工程和现代程序设计观念，结合算法和数据结构教学的经验。其成果就是《C语言的科学和艺术》和《C程序设计的抽象思维》两本书（影印版已由机械工业出版社出版）。作为CC2001工作组两位主席之一，他在C语言教学中强调库与接口设计、编程风格的重要性，并进而介绍抽象、封装的概念，产生了很大影响。反观国内目前很多学校的语言教学和程序设计教学，不仅学时偏少，与其他课程孤立，而且脱离实际，造成语言学习和相关专业课学习都变得非常枯燥，不利于调动学生的积极性。
应该说，这些名校的教学体系、教材和经验都是丰富的宝藏，值得好好挖掘，比如每门核心课程的教学法，实验课程的安排，各门课程的衔接，大型项目的选材等。
来源：
有问必答