國外高校計算機工程特點研究

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14所大學(xué)計算機工程課程設(shè)置

計算機工程是涉及現(xiàn)代計算系統(tǒng)、計算機控制設(shè)備的軟硬件設(shè)計、制造、操作的科學(xué)與技術(shù)，建立在計算、數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程學(xué)的基礎(chǔ)上，主要研究計算機處理器、多處理器通訊設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和存儲器體系，著重研究硬件設(shè)計以及與軟件和操作系統(tǒng)的交互性能，如嵌入式系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)與大規(guī)模存儲系統(tǒng)。絕大多數(shù)美國學(xué)校的電氣工程和計算機工程是在一個系，除數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)科學(xué)知識外，課程體系主要包括計算機科學(xué)和電氣工程等學(xué)科的相關(guān)課程、設(shè)計和構(gòu)建計算機系統(tǒng)及基于計算機系統(tǒng)的相關(guān)軟硬件課程。培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備從事計算機系統(tǒng)工作的能力，或具備基于計算機相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、應(yīng)用和集成工作的能力，具有扎實的計算機基礎(chǔ)理論、良好的科學(xué)素質(zhì)和工程實踐能力，包括良好的團(tuán)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(xué)的計算機工程課程設(shè)置情況。

1.1UIUC計算機工程專業(yè)本科課程設(shè)置

UIUC計算機工程專業(yè)學(xué)生需要修滿128個學(xué)分，這些課程分為如下7大類：1)科學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)課程(31學(xué)分)，包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)在內(nèi)的10門課程。2)計算機工程核心課程(34學(xué)分)，這些課程重點介紹計算機工程領(lǐng)域的基本概念、基本原理、基本實驗方法和技術(shù)，共有10門課程。3)專業(yè)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程(6學(xué)分)，包括離散數(shù)學(xué)和概率、工程應(yīng)用兩門數(shù)學(xué)課程。4)寫作課程(4學(xué)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(yè)技術(shù)選修課(23學(xué)分)，其中1門必須選自計算機工程和計算機科學(xué)專業(yè)技術(shù)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(xué)專業(yè)技術(shù)選修課程。這些課程強調(diào)計算機工程實踐中用到的主要分析方法和設(shè)計原則。6)社會科學(xué)與人文科學(xué)課程(18學(xué)分)，這些課程被工學(xué)院認(rèn)可并滿足學(xué)校對學(xué)生社會科學(xué)與人文科學(xué)課程通識教育的要求。7)自由選修課程(12學(xué)分)，這些幾乎沒有限制的選修課可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)任何領(lǐng)域的知識。學(xué)生可以在計算機工程專業(yè)深入學(xué)習(xí)課程，也可以學(xué)習(xí)生物工程、技術(shù)管理或語言等課程。

1.2普度大學(xué)計算機工程專業(yè)本科課程設(shè)置

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

1.3伊利諾伊理工學(xué)院計算機工程專業(yè)本科課程設(shè)置

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

1.4西北大學(xué)計算機工程專業(yè)本科課程設(shè)置

西北大學(xué)計算機工程專業(yè)學(xué)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(shù)學(xué)、科學(xué)基礎(chǔ)課程(15門)，必修計算方法與線性代數(shù)GenEng205-1、線性代數(shù)與力學(xué)GenEng205-2、動態(tài)系統(tǒng)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(shù)學(xué)課程；必修普通物理(I)Physics135-2和普通物理(II)Physics135-3兩門科學(xué)基礎(chǔ)課程；從McCormick工學(xué)院科學(xué)基礎(chǔ)課程中任選其他2門課程；另外必修IDEA106-1工程設(shè)計與交流(I)、IIDEA106-2工程設(shè)計與交流(II)兩門工程設(shè)計和交流課程。2)工程基礎(chǔ)課程(5門)，必修4門，包括EECS202電氣工程導(dǎo)論、EECS203計算機工程導(dǎo)論、EECS211編程基礎(chǔ)(C++)、EECS302概率系統(tǒng)與隨機信號，并從McCormick工學(xué)院工程基礎(chǔ)課程熱電力學(xué)、系統(tǒng)工程與分析、材料科學(xué)和流體與固體中任選1門。3)交流與社科人文學(xué)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(xué)院要求的社科人文學(xué)科課程。4)專業(yè)核心課程(5門)，必修EECS205計算機系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)、EECS303高級數(shù)字邏輯設(shè)計、EECS361計算機體系結(jié)構(gòu)、EECS311數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)管理和EECS343電路基礎(chǔ)這5門課程。5)技術(shù)選修課程(10門)，西北大學(xué)計算機工程專業(yè)分高性能計算、VLSI與CAD、嵌入式系統(tǒng)和算法設(shè)計與軟件系統(tǒng)4個方向，每個方向開設(shè)若干門技術(shù)課程，每個學(xué)生必須在這4個方向中選修5門課；從專業(yè)基礎(chǔ)課程EECS213計算機系統(tǒng)導(dǎo)論、EECS222信號與系統(tǒng)基礎(chǔ)、EECS223固態(tài)工程基礎(chǔ)、EECS224電磁場與光學(xué)基礎(chǔ)、EECS225電子學(xué)基礎(chǔ)5門課中根據(jù)學(xué)習(xí)方向選修2門；剩下3門從計算機科學(xué)、計算機工程、數(shù)學(xué)、科學(xué)基礎(chǔ)等課程中選修，如可以是生物學(xué)BIOL210-1,2,3和化學(xué)原理CHEM210-1,2,3課程，也可以經(jīng)申請同意選修相關(guān)計算機工程研究生課程。6)自由選修課程(5門)，共修5門，學(xué)生可以根據(jù)自身情況和興趣愛好自由選修。若從未學(xué)習(xí)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(tǒng)項目EECS347-1、計算機體系結(jié)構(gòu)項目EECS362和VLSI設(shè)計項目EECS3923門課中選修1門。

24所大學(xué)計算機工程課程設(shè)置特色

4所大學(xué)計算機工程本科專業(yè)的課程設(shè)置都通過美國工程教育認(rèn)證機構(gòu)ABET的EC2000指標(biāo)體系認(rèn)證，有如下特點：

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

2)注重相關(guān)學(xué)科的交叉和融合，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科處理問題的本領(lǐng)?，F(xiàn)代工程是一個復(fù)雜系統(tǒng)，不是狹隘的技術(shù)知識背景所能勝任的。解決現(xiàn)代工程問題要求工程師能夠打破學(xué)科壁壘，把被學(xué)科割裂開來的工程再還原為一個整體。這要求學(xué)校在課程設(shè)置上必須充分考慮學(xué)科的交叉和融合，為學(xué)生提供綜合的知識背景，以利于復(fù)雜工程問題的解決[6,8]。UIUC、普度大學(xué)、西北大學(xué)和IIT在課程設(shè)上均體現(xiàn)了學(xué)科交叉、學(xué)科融合的思想。UIUC規(guī)定學(xué)生在技術(shù)選修課中必須選1門計算機工程和計算機科學(xué)系以外的課程，例如宇航工程、農(nóng)業(yè)與生物工程、土木工程、化學(xué)工程、生理學(xué)、生物工程、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、大氣科學(xué)、天文學(xué)、材料科學(xué)與工程、機械工程等。普度大學(xué)的計算機工程專業(yè)學(xué)生也必須選修1門電氣工程和計算機工程領(lǐng)域以外的課程，以滿足工程拓寬要求，可以是航空力學(xué)、化學(xué)工程計算、噪音控制、核工程導(dǎo)論、材料結(jié)構(gòu)與特性、環(huán)境工程中的物理化學(xué)原理、環(huán)境可持續(xù)工程以及運籌學(xué)-優(yōu)化、運籌學(xué)-隨機模型中的任何1門。西北大學(xué)的計算機工程本身就是該校電氣工程和計算機科學(xué)交叉和融合的結(jié)果，學(xué)生除必須選修科學(xué)基礎(chǔ)選修課中的普通物理-電磁學(xué)、普通物理-波現(xiàn)象和現(xiàn)代物理外，還必須在遺傳和進(jìn)化生物學(xué)、工程分子和細(xì)胞生物學(xué)中任選1門。IIT規(guī)定科學(xué)選修課必須選1門生物學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)原理，工程選修課必須選1門機械學(xué)導(dǎo)論或熱動力學(xué)。

3)強調(diào)工程實踐能力培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生“以解決問題為中心”的工程設(shè)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(tǒng)性和完整性。這4所大學(xué)都十分強調(diào)學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，在課程設(shè)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(xué)習(xí)(Project-basedLearning)課程培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。如IIT有IPRO跨專業(yè)實踐項目，西北大學(xué)要求學(xué)生在微處理器系統(tǒng)項目(EECS347)、計算機體系結(jié)構(gòu)項目(EECS362)、VLSI設(shè)計項目(EECS392)等項目課程中必須至少選修1門。普度大學(xué)要求學(xué)生選修電氣工程設(shè)計導(dǎo)論(ECE402)、計算機設(shè)計與樣機(ECE437)、操作系統(tǒng)工程(ECE469)、編譯器與翻譯器工程(ECE495S)和數(shù)字系統(tǒng)高級項目(ECE495C)等項目課程。UIUC則有計算機組成與設(shè)計(ECE411)、高級數(shù)字系統(tǒng)項目(ECE395)、微處理器項目(ECE412)、數(shù)字信號處理項目(ECE410)等項目課程供學(xué)生選擇。

4)發(fā)揮和保護(hù)學(xué)生的個性及興趣，激發(fā)學(xué)生的自主性和創(chuàng)造性。工程教育應(yīng)該在最大程度上發(fā)揮學(xué)生的個性并促進(jìn)其創(chuàng)新能力的發(fā)展。在專業(yè)學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以根據(jù)自己的水平、學(xué)習(xí)興趣、個性特長選擇不同的課程，從而促進(jìn)個性和創(chuàng)造性的發(fā)展。為學(xué)生提供不同的培養(yǎng)計劃是這4所大學(xué)的共同特點。西北大學(xué)為計算機工程學(xué)生提供了高性能計算、VLSI與CAD、嵌入式系統(tǒng)和算法設(shè)計及軟件系統(tǒng)4個不同的學(xué)習(xí)路徑。UIUC、IIT及普度大學(xué)則采用龐大的選修課程及明確的課程分類，使學(xué)生可以依據(jù)興趣愛好自行組織課程和學(xué)習(xí)內(nèi)容，以發(fā)展個性，提高創(chuàng)新能力。

5)堅持課程設(shè)置機構(gòu)的開放性，改變只按學(xué)科知識、由教師單方面設(shè)置的做法。在課程設(shè)置機構(gòu)方面，這4所大學(xué)均根據(jù)產(chǎn)業(yè)界對計算機工程師的能力、素質(zhì)、技能和知識等要求，學(xué)生求職的需求，畢業(yè)校友學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)驗反饋及ABET2000指標(biāo)體系，成立由有工程背景的教師、產(chǎn)業(yè)界、教育認(rèn)證機構(gòu)、學(xué)生及畢業(yè)生等利益相關(guān)者組成的專門委員會，討論、確認(rèn)、不斷改進(jìn)計算機工程專業(yè)的課程體系及教學(xué)大綱。這與我國由高等院校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主導(dǎo)、以學(xué)科為導(dǎo)向，追求知識完備性為基礎(chǔ)，由缺乏產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗和工程背景的教師確定的課程設(shè)置和教學(xué)計劃相比，在滿足學(xué)生求職和產(chǎn)業(yè)界需要等方面有明顯優(yōu)勢[8]。

3改進(jìn)我國計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)實踐教學(xué)的思考

截至2006年，我國高校工科專業(yè)在校生為600萬人，其中計算機相關(guān)專業(yè)在校生近45萬人，在規(guī)模上基本適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。問題是我國計算機工程教育與計算機工業(yè)界脫節(jié)較嚴(yán)重，不同類型、層次學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)趨同[8]。通過深入研究、分析和比較美國高等學(xué)校計算機工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及課程設(shè)置特色，我們深刻認(rèn)識到我國工科院校計算機專業(yè)本科教育存在的諸多弊端。比如工程實踐環(huán)節(jié)薄弱；工科教師隊伍的非工化趨向嚴(yán)重；評價體系錯位；課程體系落后，學(xué)科交叉欠缺，導(dǎo)致創(chuàng)新與實踐雙向不足，計算機畢業(yè)生得不到產(chǎn)業(yè)界的認(rèn)同，普通工科院校計算機專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率低下。以下是我們對工科院校計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)實踐教學(xué)改革的一些思考：

1)計算機科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)實踐教學(xué)的改革應(yīng)從培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、師資建設(shè)和評價體系、產(chǎn)學(xué)合作等方面綜合考慮。

2)從培養(yǎng)目標(biāo)上，工科計算機人才培養(yǎng)應(yīng)從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)為求職導(dǎo)向，也就是以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向。這使學(xué)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(chǎn)業(yè)人員，而不僅僅是只掌握系統(tǒng)、完備的學(xué)科知識。

3)課程體系要符合大工程觀的要求，注重學(xué)科的交叉和融合，強調(diào)基礎(chǔ)知識的同時強化對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。實踐教學(xué)應(yīng)加強實驗課程、項目課程和企業(yè)實習(xí)項目的建設(shè)，強調(diào)做中學(xué)、用中學(xué)，提倡學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和實踐是實踐教學(xué)改革的重點內(nèi)容。

4)評價體系涉及如何評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，是關(guān)系到教學(xué)是否能達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的重要因素。如果要培養(yǎng)符合計算機產(chǎn)業(yè)界需要的具有各種能力和素質(zhì)的工程師，以理論考試為主評價學(xué)生能力的評價體系就尤顯片面。如何制定科學(xué)有效的評價指標(biāo)，對學(xué)生的各種能力進(jìn)行綜合評價，特別是在基于項目的實踐學(xué)習(xí)中對學(xué)生的團(tuán)隊合作能力、交流溝通能力、解決工程實際問題的能力進(jìn)行科學(xué)評價，是一個有待探索的問題。

5)工科院校的師資隊伍建設(shè)不應(yīng)片面追求高學(xué)位和高學(xué)歷。一方面應(yīng)加強對現(xiàn)有教師實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，鼓勵大學(xué)教師到產(chǎn)業(yè)界兼職、進(jìn)修和實習(xí)，通過必要的產(chǎn)業(yè)實踐提高他們理論聯(lián)系實際的能力，加強他們對產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的了解和認(rèn)識；另一方面應(yīng)聘請產(chǎn)業(yè)界具有豐富理論及實際經(jīng)驗的工程師到工科院校兼課，幫助學(xué)生了解工程實際，指導(dǎo)他們應(yīng)用理論解決實際問題。

6)目前，產(chǎn)學(xué)合作主要體現(xiàn)在校企科研項目聯(lián)合攻關(guān)、科研成果轉(zhuǎn)化等方面。今后，我們應(yīng)將產(chǎn)學(xué)合作有計劃、有步驟地深入到工科高等院校計算機專業(yè)的課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容制定、實踐項目課程教學(xué)、教學(xué)評價、師資培訓(xùn)等方面中去。