國外高校計算機工程特點研究

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14所大學計算機工程課程設置

計算機工程是涉及現代計算系統、計算機控制設備的軟硬件設計、制造、操作的科學與技術，建立在計算、數學、科學和工程學的基礎上，主要研究計算機處理器、多處理器通訊設計、網絡設計和存儲器體系，著重研究硬件設計以及與軟件和操作系統的交互性能，如嵌入式系統、分布式數據與大規模存儲系統。絕大多數美國學校的電氣工程和計算機工程是在一個系，除數學、物理等基礎科學知識外，課程體系主要包括計算機科學和電氣工程等學科的相關課程、設計和構建計算機系統及基于計算機系統的相關軟硬件課程。培養的學生應具備從事計算機系統工作的能力，或具備基于計算機相關系統進行分析、設計、應用和集成工作的能力，具有扎實的計算機基礎理論、良好的科學素質和工程實踐能力，包括良好的團隊合作和人際交流溝通能力[5]。下面主要介紹美國這4所大學的計算機工程課程設置情況。

1.1UIUC計算機工程專業本科課程設置

UIUC計算機工程專業學生需要修滿128個學分，這些課程分為如下7大類：1)科學基礎與數學課程(31學分)，包括數學、物理、化學在內的10門課程。2)計算機工程核心課程(34學分)，這些課程重點介紹計算機工程領域的基本概念、基本原理、基本實驗方法和技術，共有10門課程。3)專業基礎數學課程(6學分)，包括離散數學和概率、工程應用兩門數學課程。4)寫作課程(4學分)，1門寫作原理課程，主要講授研究報告的寫作方法。5)專業技術選修課(23學分)，其中1門必須選自計算機工程和計算機科學專業技術選修課程之外的課程，其他必須均選自計算機工程和計算機科學專業技術選修課程。這些課程強調計算機工程實踐中用到的主要分析方法和設計原則。6)社會科學與人文科學課程(18學分)，這些課程被工學院認可并滿足學校對學生社會科學與人文科學課程通識教育的要求。7)自由選修課程(12學分)，這些幾乎沒有限制的選修課可以讓學生學習任何領域的知識。學生可以在計算機工程專業深入學習課程，也可以學習生物工程、技術管理或語言等課程。

1.2普度大學計算機工程專業本科課程設置

普度大學計算機工程專業學生需要修滿125個學分，這些課程分為如下6大類：1)通識教育課程(24～25學分)，包括6～7學分的兩門交流技巧課程和18個學分的社會與人文學科選修課程。2)數學課程(21～22學分)，數學課程有兩種套餐，各6門課，學生可以根據自己的情況任選一種。3)科學基礎課程(18～19學分)，包括物理、化學、生物及面向對象編程等5門課程。4)工程基礎課程(7學分)，包括工程導論兩門課程及計算機工程和計算機科學以外學科的工程學科選修課1門。5)計算機工程專業課程(49學分)，包括32～33學分的13門計算機工程專業核心課程；兩門共計1學分的研討課程；2門3～4學分的高級設計課程；2門8學分的研究生課程；1～2門計算機專業選修課程，使計算機工程專業課程總學分達到49學分。6)任選課程(4～6學分)，根據輔修要求或個人興趣，任選課程可以從理學院或文理學院中適合工科學生的數學、科學課程中選擇，目的是使總學分達到125學分。

1.3伊利諾伊理工學院計算機工程專業本科課程設置

IIT計算機工程專業學生需要修滿130～134個學分，這些課程分為如下3大類：1)限選課程(109學分)，學分分配如下：計算機工程專業限選課程47學分，包括計算機工程和計算機科學兩類課程；數學限選課程24學分；物理限選課程11學分；化學限選課程3學分；工程科學限選課程3學分；社會科學與人文學科限選課程21學分。2)選修課程(15～19學分)，包括專業選修課程9～12學分，其中含1門硬件設計選修課；科學選修課程3學分。3)跨專業實踐項目課程(6學分)，包括IPROI跨專業實踐項目I和IPROII跨專業實踐項目II兩門課程。

1.4西北大學計算機工程專業本科課程設置

西北大學計算機工程專業學生需要修48門課程，這些課程分為如下7類：1)通用工程方法、數學、科學基礎課程(15門)，必修計算方法與線性代數GenEng205-1、線性代數與力學GenEng205-2、動態系統建模GenEng205-3和微分方程GenEng205-4等4門通用工程方法課程；必修微積分(I)MATH220，微積分(II)MATH224，微積分(III)MATH230及多元積分與矢量微積分MATH234四門數學課程；必修普通物理(I)Physics135-2和普通物理(II)Physics135-3兩門科學基礎課程；從McCormick工學院科學基礎課程中任選其他2門課程；另外必修IDEA106-1工程設計與交流(I)、IIDEA106-2工程設計與交流(II)兩門工程設計和交流課程。2)工程基礎課程(5門)，必修4門，包括EECS202電氣工程導論、EECS203計算機工程導論、EECS211編程基礎(C++)、EECS302概率系統與隨機信號，并從McCormick工學院工程基礎課程熱電力學、系統工程與分析、材料科學和流體與固體中任選1門。3)交流與社科人文學科課程(8門)，選修GenCmn102演講或GenCmn103課程的其中1門，另外選修7門滿足McCormick工學院要求的社科人文學科課程。4)專業核心課程(5門)，必修EECS205計算機系統軟件基礎、EECS303高級數字邏輯設計、EECS361計算機體系結構、EECS311數據結構與數據管理和EECS343電路基礎這5門課程。5)技術選修課程(10門)，西北大學計算機工程專業分高性能計算、VLSI與CAD、嵌入式系統和算法設計與軟件系統4個方向，每個方向開設若干門技術課程，每個學生必須在這4個方向中選修5門課；從專業基礎課程EECS213計算機系統導論、EECS222信號與系統基礎、EECS223固態工程基礎、EECS224電磁場與光學基礎、EECS225電子學基礎5門課中根據學習方向選修2門；剩下3門從計算機科學、計算機工程、數學、科學基礎等課程中選修，如可以是生物學BIOL210-1,2,3和化學原理CHEM210-1,2,3課程，也可以經申請同意選修相關計算機工程研究生課程。6)自由選修課程(5門)，共修5門，學生可以根據自身情況和興趣愛好自由選修。若從未學習過任何計算機編程語言，建議其中1門選修編程入門(Python)EECS110課程。7)高級項目課程(1門)，至少在微處理器系統項目EECS347-1、計算機體系結構項目EECS362和VLSI設計項目EECS3923門課中選修1門。

24所大學計算機工程課程設置特色

4所大學計算機工程本科專業的課程設置都通過美國工程教育認證機構ABET的EC2000指標體系認證，有如下特點：

1)注重基礎知識的學習，在貫徹通識教育中培養學生的各種能力。基礎知識直接決定學生未來的發展潛力[7-8]，而基礎知識的掌握通常是通過通識教育實現的。與我國高校通識教育不同的是，這4所美國大學按照各種完整的項目組織基礎知識，讓學生在基于項目的學習中形成各種能力。他們還特別重視人際溝通能力的培養和學生對廣泛深入的人文社科知識的理解，使所有工科學生在數學、物理、信息、物質、生命、技術和能源科學方面及人文社科方面打下廣泛的基礎。這種比知識更重要的能力是學生取之不盡、用之不竭的資源。普度大學第一年的工程基礎培養及UIUC第一年的計算機工程訓練從一開始就圍繞能力培養，使學生能更好地理解和應用所學的基礎科學和數學知識。

2)注重相關學科的交叉和融合，培養學生跨學科處理問題的本領。現代工程是一個復雜系統，不是狹隘的技術知識背景所能勝任的。解決現代工程問題要求工程師能夠打破學科壁壘，把被學科割裂開來的工程再還原為一個整體。這要求學校在課程設置上必須充分考慮學科的交叉和融合，為學生提供綜合的知識背景，以利于復雜工程問題的解決[6,8]。UIUC、普度大學、西北大學和IIT在課程設上均體現了學科交叉、學科融合的思想。UIUC規定學生在技術選修課中必須選1門計算機工程和計算機科學系以外的課程，例如宇航工程、農業與生物工程、土木工程、化學工程、生理學、生物工程、生物物理學、生物化學、大氣科學、天文學、材料科學與工程、機械工程等。普度大學的計算機工程專業學生也必須選修1門電氣工程和計算機工程領域以外的課程，以滿足工程拓寬要求，可以是航空力學、化學工程計算、噪音控制、核工程導論、材料結構與特性、環境工程中的物理化學原理、環境可持續工程以及運籌學-優化、運籌學-隨機模型中的任何1門。西北大學的計算機工程本身就是該校電氣工程和計算機科學交叉和融合的結果，學生除必須選修科學基礎選修課中的普通物理-電磁學、普通物理-波現象和現代物理外，還必須在遺傳和進化生物學、工程分子和細胞生物學中任選1門。IIT規定科學選修課必須選1門生物學、材料科學、化學原理，工程選修課必須選1門機械學導論或熱動力學。

3)強調工程實踐能力培養，培養學生“以解決問題為中心”的工程設計能力。工程本身就意味著實踐，意味著更加重視工程實際和工程的系統性和完整性。這4所大學都十分強調學生工程實踐能力的培養，在課程設置上不僅有豐富的實驗課程，而且通過更為靈活多樣的基于項目學習(Project-basedLearning)課程培養學生的實踐能力。如IIT有IPRO跨專業實踐項目，西北大學要求學生在微處理器系統項目(EECS347)、計算機體系結構項目(EECS362)、VLSI設計項目(EECS392)等項目課程中必須至少選修1門。普度大學要求學生選修電氣工程設計導論(ECE402)、計算機設計與樣機(ECE437)、操作系統工程(ECE469)、編譯器與翻譯器工程(ECE495S)和數字系統高級項目(ECE495C)等項目課程。UIUC則有計算機組成與設計(ECE411)、高級數字系統項目(ECE395)、微處理器項目(ECE412)、數字信號處理項目(ECE410)等項目課程供學生選擇。

4)發揮和保護學生的個性及興趣，激發學生的自主性和創造性。工程教育應該在最大程度上發揮學生的個性并促進其創新能力的發展。在專業學習中，學生可以根據自己的水平、學習興趣、個性特長選擇不同的課程，從而促進個性和創造性的發展。為學生提供不同的培養計劃是這4所大學的共同特點。西北大學為計算機工程學生提供了高性能計算、VLSI與CAD、嵌入式系統和算法設計及軟件系統4個不同的學習路徑。UIUC、IIT及普度大學則采用龐大的選修課程及明確的課程分類，使學生可以依據興趣愛好自行組織課程和學習內容，以發展個性，提高創新能力。

5)堅持課程設置機構的開放性，改變只按學科知識、由教師單方面設置的做法。在課程設置機構方面，這4所大學均根據產業界對計算機工程師的能力、素質、技能和知識等要求，學生求職的需求，畢業校友學習和工作的經驗反饋及ABET2000指標體系，成立由有工程背景的教師、產業界、教育認證機構、學生及畢業生等利益相關者組成的專門委員會，討論、確認、不斷改進計算機工程專業的課程體系及教學大綱。這與我國由高等院校計算機科學與技術專業教學指導委員會主導、以學科為導向，追求知識完備性為基礎，由缺乏產業經驗和工程背景的教師確定的課程設置和教學計劃相比，在滿足學生求職和產業界需要等方面有明顯優勢[8]。

3改進我國計算機科學與技術本科專業實踐教學的思考

截至2006年，我國高校工科專業在校生為600萬人，其中計算機相關專業在校生近45萬人，在規模上基本適應我國經濟社會發展的需求。問題是我國計算機工程教育與計算機工業界脫節較嚴重，不同類型、層次學校的培養目標趨同[8]。通過深入研究、分析和比較美國高等學校計算機工程專業的培養目標及課程設置特色，我們深刻認識到我國工科院校計算機專業本科教育存在的諸多弊端。比如工程實踐環節薄弱；工科教師隊伍的非工化趨向嚴重；評價體系錯位；課程體系落后，學科交叉欠缺，導致創新與實踐雙向不足，計算機畢業生得不到產業界的認同，普通工科院校計算機專業畢業生就業率低下。以下是我們對工科院校計算機科學與技術本科專業實踐教學改革的一些思考：

1)計算機科學與技術本科專業實踐教學的改革應從培養目標、課程體系、師資建設和評價體系、產學合作等方面綜合考慮。

2)從培養目標上，工科計算機人才培養應從學科導向轉為求職導向，也就是以產業需求為導向。這使學生能形成勝任今后工作的能力，成為合格的公民和稱職的產業人員，而不僅僅是只掌握系統、完備的學科知識。

3)課程體系要符合大工程觀的要求，注重學科的交叉和融合，強調基礎知識的同時強化對學生實踐能力的培養。實踐教學應加強實驗課程、項目課程和企業實習項目的建設，強調做中學、用中學，提倡學生的主動學習和實踐是實踐教學改革的重點內容。

4)評價體系涉及如何評價學生的學習效果，是關系到教學是否能達到培養目標的重要因素。如果要培養符合計算機產業界需要的具有各種能力和素質的工程師，以理論考試為主評價學生能力的評價體系就尤顯片面。如何制定科學有效的評價指標，對學生的各種能力進行綜合評價，特別是在基于項目的實踐學習中對學生的團隊合作能力、交流溝通能力、解決工程實際問題的能力進行科學評價，是一個有待探索的問題。

5)工科院校的師資隊伍建設不應片面追求高學位和高學歷。一方面應加強對現有教師實踐環節的訓練，鼓勵大學教師到產業界兼職、進修和實習，通過必要的產業實踐提高他們理論聯系實際的能力，加強他們對產業發展需求的了解和認識；另一方面應聘請產業界具有豐富理論及實際經驗的工程師到工科院校兼課，幫助學生了解工程實際，指導他們應用理論解決實際問題。

6)目前，產學合作主要體現在校企科研項目聯合攻關、科研成果轉化等方面。今后，我們應將產學合作有計劃、有步驟地深入到工科高等院校計算機專業的課程設置、教學內容制定、實踐項目課程教學、教學評價、師資培訓等方面中去。