20世紀(jì)40年代世界第一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)在美國(guó)誕生以來，美國(guó)一直執(zhí)全球計(jì)算機(jī)學(xué)界之牛耳，這同時(shí)也是美國(guó)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)界占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的重要原因之一。我們成批量地引進(jìn)的國(guó)外眾多優(yōu)秀教材絕大多數(shù)也都來自美國(guó)。計(jì)算機(jī)學(xué)科仍然在高速發(fā)展，與此對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)模式也在不斷變化，密切關(guān)注和跟蹤國(guó)外尤其是美國(guó)名校的教學(xué)新動(dòng)態(tài)乃至培養(yǎng)思路和教育思想，應(yīng)該是非常有意義的。

選擇了美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)科最負(fù)盛名的五所高校，對(duì)目前各校計(jì)算機(jī)科學(xué)(Computer Science)專業(yè)的本科教學(xué)體系進(jìn)行了一些分析。

斯坦福大學(xué)

斯坦福大學(xué)擁有獨(dú)立的計(jì)算機(jī)科學(xué)系。瀏覽該校的教學(xué)手冊(cè)，最具特色的恐怕要算多門科普性計(jì)算機(jī)知識(shí)講座了，一般有兩到三個(gè)單元，涉及面非常之廣，從量子計(jì)算到數(shù)字演員，從計(jì)算科學(xué)的偉大思想到網(wǎng)絡(luò)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(cuò)誤，其中還不乏對(duì)技術(shù)烏托邦、斯諾“兩種文化”、計(jì)算機(jī)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(qiáng)大，基本上都是響當(dāng)當(dāng)?shù)拿淌?，甚至包括圖靈獎(jiǎng)得主John McCarthy。用這種講座代替計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論性質(zhì)的專門課程，可以充分展示計(jì)算機(jī)科學(xué)的豐富內(nèi)涵，使學(xué)生較早地了解學(xué)科的輪廓和脈絡(luò)，對(duì)于開闊學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也大有好處。由于美國(guó)大學(xué)中專業(yè)的選擇非常靈活，而近年來計(jì)算機(jī)學(xué)科招生受行業(yè)影響流失嚴(yán)重(這種情況甚至驚動(dòng)了比爾·蓋茨，2004年微軟到各大高校招兵買馬時(shí)，他每站必到，利用自己的明星效應(yīng)，大講計(jì)算機(jī)學(xué)科的美妙前景)，可以想象，這種講座同樣也肩負(fù)著吸引學(xué)生選擇計(jì)算機(jī)專業(yè)的重大使命。

斯坦福大學(xué)典型的低年級(jí)課程設(shè)置如表1所示。

表1 斯坦福大學(xué)低年級(jí)主要課程設(shè)置

數(shù)學(xué)(至少23個(gè)單元)

數(shù)學(xué) 41(課程號(hào)，下同) 微積分 I 5

數(shù)學(xué) 42 微積分 II 5

統(tǒng)計(jì) 116 概率論 3～5

計(jì)算機(jī) 103 離散結(jié)構(gòu) 4或6

以下任選兩門：

數(shù)學(xué) 51 微積分 5

數(shù)學(xué) 103/113 線性代數(shù) 3

數(shù)學(xué) 109 應(yīng)用群論 3

計(jì)算機(jī) 157 邏輯和自動(dòng)推理 4

計(jì)算機(jī) 205 機(jī)器人、視覺和圖形學(xué)數(shù)學(xué)方法 3

科學(xué)(至少11個(gè)單元)

物理 53 力學(xué) 4

物理 55 電磁學(xué) 4

其他 

工程基礎(chǔ)(至少13個(gè)單元)

計(jì)算機(jī) 106 程序設(shè)計(jì)抽象/方法學(xué) 5

工程 40 電子學(xué)基礎(chǔ) 5

選修課 

技術(shù)與社會(huì)(3~5個(gè)單元)

進(jìn)一步的課程設(shè)置如表2所示。

表2 斯坦福大學(xué)高年級(jí)主要課程設(shè)置

程序設(shè)計(jì)(2門課)

計(jì)算機(jī) 107(課程號(hào)，下同) 程序設(shè)計(jì)范型 5

計(jì)算機(jī) 108 面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì) 4

理論(2門課)

計(jì)算機(jī) 154 自動(dòng)機(jī)與復(fù)雜性理論 4

計(jì)算機(jī) 161 算法的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 4

計(jì)算機(jī) 編譯原理 3

計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 3

計(jì)算機(jī) 操作系統(tǒng) 3

應(yīng)用(選2門課)

計(jì)算機(jī) 人工智能 3～4

計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)庫 3

計(jì)算機(jī) 圖形學(xué) 3

項(xiàng)目(1門課)

計(jì)算機(jī) 至少3個(gè)單元 

限選課(多門)

加州大學(xué)伯克利分校

伯克利的課程設(shè)置也有很多獨(dú)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(dǎo)引課程“計(jì)算機(jī)科學(xué)專題”之外，對(duì)于沒有編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，第一門編程課是符號(hào)編程入門，采用LISP語言。有一定編程經(jīng)驗(yàn)或者有自學(xué)能力的學(xué)生，可以選擇多種語言和環(huán)境的自主學(xué)習(xí)(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(jì)算機(jī)科學(xué)與電子電氣工程同系有關(guān)。但是所有學(xué)生在第二學(xué)期都要學(xué)習(xí)一組獨(dú)特的基礎(chǔ)課：61A“計(jì)算機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社出版，清華大學(xué)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(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)”(Machine Structures)，采用Hennessy的《計(jì)算機(jī)組織與設(shè)計(jì)》(中譯本清華大學(xué)出版社出版，機(jī)械工業(yè)出版社出版了影印版)。這項(xiàng)規(guī)定就是轉(zhuǎn)校生也不例外，可見其中蘊(yùn)涵了伯克利多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶。

伯克利其他比較有特點(diǎn)的課程還有：將離散數(shù)學(xué)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(xí)課，以主要大學(xué)生編程競(jìng)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)，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(xué)側(cè)重實(shí)際，貫穿了極限編程的思想，涵蓋UML、JUnit單元測(cè)試、軟件架構(gòu)、設(shè)計(jì)模式和反模式、重構(gòu)、CVS版本控制、系統(tǒng)和集成測(cè)試，最后要求完成一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品，并進(jìn)行演示。

UIUC(伊利諾依大學(xué)厄班納-香檳分校)

UIUC的計(jì)算機(jī)科學(xué)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(xué)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(dǎo)論、常微分?jǐn)?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(jì)算理論，CS37x包括算法、形式方法、程序驗(yàn)證；

人工智能方向課程中，CS348為人工智能導(dǎo)論，CS34x包括機(jī)器人、機(jī)器學(xué)習(xí)與模式識(shí)別；

軟件方向，CS125為計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)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(xué)、多媒體，CS32x包括軟件工程、操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分布式系統(tǒng)、編程語言與編譯器、并行計(jì)算、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、編譯器構(gòu)造、編程語言設(shè)計(jì)；

硬件方向課程中，CS231為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)I，CS232為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)II，CS33x包括計(jì)算機(jī)組成、VLSI系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)、VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信網(wǎng)絡(luò)、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(gè)體系脈絡(luò)清晰，具有很高的靈活性。與斯坦福不同的是，UIUC的計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論課程比較簡(jiǎn)單，只有一門為新生開的計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)向課(CS100)，而且并非必修。名為“計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論”的CS125實(shí)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(shí)驗(yàn)課。當(dāng)然，系里所開的許多面向高年級(jí)和研究生層次的講座是對(duì)低年級(jí)開放的。

2003年，在工程院院長(zhǎng)David Daniel的倡導(dǎo)下，計(jì)算機(jī)系對(duì)教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行了改革，以反映目前社會(huì)、行業(yè)和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。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(jí)編程》作為編程教材；CS242 程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(Programming Studio)，教學(xué)大綱基本上以Kernighan的《程序設(shè)計(jì)實(shí)踐》為藍(lán)本(以上教材機(jī)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(jí)項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作和軟件工程實(shí)踐，包括文檔寫作、口頭表達(dá)、項(xiàng)目規(guī)劃與管理等，實(shí)際上是在實(shí)踐中學(xué)習(xí)軟件工程。這門課也可以用兩學(xué)期的軟件工程或者一年的高級(jí)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(xué)時(shí)，部分原CS273的內(nèi)容移到這里，同時(shí)CS273又新增了原CS375的內(nèi)容。這實(shí)際上是提高了對(duì)計(jì)算機(jī)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(jí)圖形學(xué)。

CMU(卡內(nèi)基梅隆大學(xué))

與MIT、伯克利等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)仍然和電子與電氣工程同處一系不同，CMU的計(jì)算機(jī)科學(xué)系成立于1965年，是全美最早的，如今它已經(jīng)升格為計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院。其研究生項(xiàng)目中除了機(jī)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(gè)意義上來說，CMU的教學(xué)體系對(duì)于偏軟的計(jì)算機(jī)科學(xué)系應(yīng)該有較大的借鑒意義。

CMU的教學(xué)手冊(cè)上沒有從傳統(tǒng)意義上針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)生的導(dǎo)論課，雖然有名為“計(jì)算機(jī)科學(xué)偉大思想”的兩學(xué)期課程，但是從內(nèi)容上看應(yīng)該是離散數(shù)學(xué)的替代，因?yàn)榇送?/font>CMU并沒有其他離散數(shù)學(xué)方面的課程。此課程沒有教材，內(nèi)容比傳統(tǒng)離散數(shù)學(xué)要靈活得多，涉及概率、代數(shù)、算法、加密理論、復(fù)雜性理論、博弈論等，非常注重學(xué)習(xí)的趣味性和實(shí)用性。