20世紀40年代世界第一臺現(xiàn)代計算機在美國誕生以來，美國一直執(zhí)全球計算機學界之牛耳，這同時也是美國計算機產(chǎn)業(yè)界占據(jù)絕對優(yōu)勢的重要原因之一。我們成批量地引進的國外眾多優(yōu)秀教材絕大多數(shù)也都來自美國。計算機學科仍然在高速發(fā)展，與此對應的計算機人才培養(yǎng)模式也在不斷變化，密切關(guān)注和跟蹤國外尤其是美國名校的教學新動態(tài)乃至培養(yǎng)思路和教育思想，應該是非常有意義的。

選擇了美國計算機學科最負盛名的五所高校，對目前各校計算機科學(Computer Science)專業(yè)的本科教學體系進行了一些分析。

斯坦福大學

斯坦福大學擁有獨立的計算機科學系。瀏覽該校的教學手冊，最具特色的恐怕要算多門科普性計算機知識講座了，一般有兩到三個單元，涉及面非常之廣，從量子計算到數(shù)字演員，從計算科學的偉大思想到網(wǎng)絡安全，從網(wǎng)上拍賣到使用元編譯發(fā)現(xiàn)大型開放源代碼軟件中的大量錯誤，其中還不乏對技術(shù)烏托邦、斯諾“兩種文化”、計算機面臨的困境以及迅速發(fā)展所帶來的諸多問題的思考。開課的老師陣容強大，基本上都是響當當?shù)拿淌?，甚至包括圖靈獎得主John McCarthy。用這種講座代替計算機科學導論性質(zhì)的專門課程，可以充分展示計算機科學的豐富內(nèi)涵，使學生較早地了解學科的輪廓和脈絡，對于開闊學生視野，啟發(fā)學生的學習興趣也大有好處。由于美國大學中專業(yè)的選擇非常靈活，而近年來計算機學科招生受行業(yè)影響流失嚴重(這種情況甚至驚動了比爾·蓋茨，2004年微軟到各大高校招兵買馬時，他每站必到，利用自己的明星效應，大講計算機學科的美妙前景)，可以想象，這種講座同樣也肩負著吸引學生選擇計算機專業(yè)的重大使命。

斯坦福大學典型的低年級課程設置如表1所示。

表1 斯坦福大學低年級主要課程設置

數(shù)學(至少23個單元)

數(shù)學 41(課程號，下同) 微積分 I 5

數(shù)學 42 微積分 II 5

統(tǒng)計 116 概率論 3～5

計算機 103 離散結(jié)構(gòu) 4或6

以下任選兩門：

數(shù)學 51 微積分 5

數(shù)學 103/113 線性代數(shù) 3

數(shù)學 109 應用群論 3

計算機 157 邏輯和自動推理 4

計算機 205 機器人、視覺和圖形學數(shù)學方法 3

科學(至少11個單元)

物理 53 力學 4

物理 55 電磁學 4

其他 

工程基礎(chǔ)(至少13個單元)

計算機 106 程序設計抽象/方法學 5

工程 40 電子學基礎(chǔ) 5

選修課 

技術(shù)與社會(3~5個單元)

進一步的課程設置如表2所示。

表2 斯坦福大學高年級主要課程設置

程序設計(2門課)

計算機 107(課程號，下同) 程序設計范型 5

計算機 108 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設計 4

理論(2門課)

計算機 154 自動機與復雜性理論 4

計算機 161 算法的設計與分析 4

系統(tǒng)(3門課)

電子電氣 108B或282 數(shù)字系統(tǒng)或計算機體系結(jié)構(gòu) 4

計算機 編譯原理 3

計算機 計算機網(wǎng)絡 3

計算機 操作系統(tǒng) 3

應用(選2門課)

計算機 人工智能 3～4

計算機 數(shù)據(jù)庫 3

計算機 圖形學 3

項目(1門課)

計算機 至少3個單元 

限選課(多門)

加州大學伯克利分校

伯克利的課程設置也有很多獨樹一幟的地方，尤其是在專業(yè)基礎(chǔ)課方面，除了有專業(yè)導引課程“計算機科學專題”之外，對于沒有編程經(jīng)驗的學生，第一門編程課是符號編程入門，采用LISP語言。有一定編程經(jīng)驗或者有自學能力的學生，可以選擇多種語言和環(huán)境的自主學習(Self-paced)課程，包括C、Fortran、C++、Java，以及UNIX的使用等，這種多元化與伯克利計算機科學與電子電氣工程同系有關(guān)。但是所有學生在第二學期都要學習一組獨特的基礎(chǔ)課：61A“計算機程序的結(jié)構(gòu)與解釋”，采用MIT Abelson等編著的同名教材(中譯本機械工業(yè)出版社出版，清華大學出版社出版了影印版)；61B“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”(教材采用自編講義)；61C“計算機結(jié)構(gòu)”(Machine Structures)，采用Hennessy的《計算機組織與設計》(中譯本清華大學出版社出版，機械工業(yè)出版社出版了影印版)。這項規(guī)定就是轉(zhuǎn)校生也不例外，可見其中蘊涵了伯克利多年的教學經(jīng)驗結(jié)晶。

伯克利其他比較有特點的課程還有：將離散數(shù)學和概率論結(jié)合講授的CS70，主講是名教授Christos Papadimitriou；CS98-1 編程練習課，以主要大學生編程競賽中的賽題為授課素材；CS 169 軟件工程直接用Kent Beck的《極限編程》(人民郵電出版社出版了中譯本)作為教材，非常超前，但是既然連Pressman的《軟件工程：實踐者方法》新版中敏捷方法都已經(jīng)成為重頭戲，既然IEEE都已經(jīng)開始制定敏捷方法相關(guān)標準，這種課程選材也就不顯得那么駭世驚俗了。除了軟件工程課程常見內(nèi)容外，教學側(cè)重實際，貫穿了極限編程的思想，涵蓋UML、JUnit單元測試、軟件架構(gòu)、設計模式和反模式、重構(gòu)、CVS版本控制、系統(tǒng)和集成測試，最后要求完成一個實際產(chǎn)品，并進行演示。

UIUC(伊利諾依大學厄班納-香檳分校)

UIUC的計算機科學專業(yè)創(chuàng)建于1972年，到1986年基本定型，十多年來幾乎沒有什么變化。其教學體系如圖1所示。

其中，數(shù)值分析方向課程中，Math225為矩陣論，CS257為數(shù)值方法，CS35x代表數(shù)值分析導論、常微分數(shù)值方法、偏微分與數(shù)值逼近和數(shù)值線性代數(shù)；

理論方向課程中，CS173為離散結(jié)構(gòu)，CS273為計算理論，CS37x包括算法、形式方法、程序驗證；

人工智能方向課程中，CS348為人工智能導論，CS34x包括機器人、機器學習與模式識別；

軟件方向，CS125為計算機科學導論，CS225為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與軟件工程原理，CS31x包括數(shù)據(jù)庫、圖形學、多媒體，CS32x包括軟件工程、操作系統(tǒng)設計、分布式系統(tǒng)、編程語言與編譯器、并行計算、實時系統(tǒng)、編譯器構(gòu)造、編程語言設計；

硬件方向課程中，CS231為計算機體系結(jié)構(gòu)I，CS232為計算機體系結(jié)構(gòu)II，CS33x包括計算機組成、VLSI系統(tǒng)與邏輯設計、VLSI系統(tǒng)設計、通信網(wǎng)絡、嵌入式體系架構(gòu)與軟件。

可以看到，處在圖1中最下面的課程基本上都是在多門中選擇一至三門，整個體系脈絡清晰，具有很高的靈活性。與斯坦福不同的是，UIUC的計算機科學導論課程比較簡單，只有一門為新生開的計算機科學導向課(CS100)，而且并非必修。名為“計算機科學導論”的CS125實際上是以Java語言為主的編程入門課，涵蓋了一些算法的內(nèi)容。此外還有與之配套的實驗課。當然，系里所開的許多面向高年級和研究生層次的講座是對低年級開放的。

2003年，在工程院院長David Daniel的倡導下，計算機系對教學計劃進行了改革，以反映目前社會、行業(yè)和技術(shù)的發(fā)展趨勢。主要的變化有：

* 在必修要求中增加了兩門編程課：CS241 系統(tǒng)編程，采用Gary Nutt的《操作系統(tǒng)》作為主教材，Stevens的《Unix環(huán)境高級編程》作為編程教材；CS242 程序設計實驗(Programming Studio)，教學大綱基本上以Kernighan的《程序設計實踐》為藍本(以上教材機械工業(yè)出版社均出版了中譯本和影印版)。

* 必修要求中增加了一年的高級項目，強調(diào)團隊合作和軟件工程實踐，包括文檔寫作、口頭表達、項目規(guī)劃與管理等，實際上是在實踐中學習軟件工程。這門課也可以用兩學期的軟件工程或者一年的高級論文代替。仍然充分保留了靈活性，有利于因材施教。

* 增加了CS173 離散結(jié)構(gòu)的學時，部分原CS273的內(nèi)容移到這里，同時CS273又新增了原CS375的內(nèi)容。這實際上是提高了對計算機理論的要求。

* 在專業(yè)課程中增加了數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索和高級圖形學。

CMU(卡內(nèi)基梅隆大學)

與MIT、伯克利等學校計算機科學仍然和電子與電氣工程同處一系不同，CMU的計算機科學系成立于1965年，是全美最早的，如今它已經(jīng)升格為計算機科學學院。其研究生項目中除了機器人方向與硬件關(guān)系較多之外，其他基本上都是純軟的。從這個意義上來說，CMU的教學體系對于偏軟的計算機科學系應該有較大的借鑒意義。

CMU的教學手冊上沒有從傳統(tǒng)意義上針對計算機科學專業(yè)學生的導論課，雖然有名為“計算機科學偉大思想”的兩學期課程，但是從內(nèi)容上看應該是離散數(shù)學的替代，因為此外CMU并沒有其他離散數(shù)學方面的課程。此課程沒有教材，內(nèi)容比傳統(tǒng)離散數(shù)學要靈活得多，涉及概率、代數(shù)、算法、加密理論、復雜性理論、博弈論等，非常注重學習的趣味性和實用性。

與其他名校相同，CMU對程序設計的重視也給人留下很深印象：本土新生的第一堂課就是“初中級程序設計”，直接講授Java。然后是中高級程序設計(Java)、C語言編程技巧、高級編程實踐(Java)、程序設計原理(用SML語言講授)。

目前計算機科學專業(yè)教學計劃中的一個難點，是硬件課程的設置問題。硬件知識體系本身非常豐富，但是硬件課程多了，又削弱了計算機科學專業(yè)的特色。CMU在這一問題上是怎樣處理的呢？計算機科學學院的現(xiàn)任院長Randal E. Bryant 親自給出了回答，他用15～213“計算機系統(tǒng)導論”一門課(12個單元)完成了硬件知識的教學。這項教學改革的成果就是一本厚達900多頁的書：《Computer Systems: A Programmer's Perspective》(中譯本《深入理解計算機系統(tǒng)》已經(jīng)由中國電力出版社出版)一書。他在該書的序言中說：

“本課程的宗旨是用一種不同的方式向?qū)W生介紹計算機。因為，我們的學生中幾乎沒有人有機會構(gòu)造計算機系統(tǒng)。而大多數(shù)學生，甚至是計算機工程師，也要求能日常使用計算機和編寫計算機程序。所以我們決定從程序員的角度來講解系統(tǒng)，并采用這樣的過濾方法：我們只討論那些影響用戶級C程序的性能、正確性或?qū)嵱眯缘闹黝}。

比如，我們排除了諸如硬件加法器和總線設計這樣的主題。雖然我們談及了機器語言，但是不關(guān)注如何編寫匯編語言，而是關(guān)心編譯器怎樣翻譯C的各種構(gòu)造，比如指針、循環(huán)、過程調(diào)用和返回，以及switch語句。更進一步，我們將更廣泛和現(xiàn)實地看待系統(tǒng)，包括硬件和系統(tǒng)軟件，討論鏈接、加載、進程、信號、性能優(yōu)化、評估、I/O以及網(wǎng)絡與并發(fā)編程。

這種做法使得我們講授本課程的方式對學生來講既實用、具體，又能實踐，同時也非常利于調(diào)動學生的積極性。”

網(wǎng)站上的一些隨書配套實驗，也獨具匠心。因此此書的成功是水到渠成的。根據(jù)配套網(wǎng)站上的列表，它已經(jīng)被全球80多所院校采用作為教材。

MIT(麻省理工學院)

MIT的課程設置，只能用其學生起點高來解釋。該校沒有典型意義上的計算機科學專業(yè)，偏軟的只有理論計算機科學和人工智能及其應用兩個專業(yè)。因此沒有類似于其他學校的導論課程。

在MIT的電子電氣工程與計算機科學系中，所有學生都要參加如下四門課程：6.001“計算機程序的結(jié)構(gòu)與解釋”，當然與伯克利相同，采用的是Abelson等編著的同名教材；6.002“電路與電子學”；6.003“信號與系統(tǒng)”(自編講義)；6.004 “計算結(jié)構(gòu)”(Computation Structures)，與伯克利的61C“計算機結(jié)構(gòu)”&l

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