国外计算机工程教育课程设计

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14所大学计算机工程课程设置

计算机工程是涉及现代计算系统、计算机控制设备的软硬件设计、制造、操作的科学与技术，建立在计算、数学、科学和工程学的基础上，主要研究计算机处理器、多处理器通讯设计、网络设计和存储器体系，着重研究硬件设计以及与软件和操作系统的交互性能，如嵌入式系统、分布式数据与大规模存储系统。绝大多数美国学校的电气工程和计算机工程是在一个系，除数学、物理等基础科学知识外，课程体系主要包括计算机科学和电气工程等学科的相关课程、设计和构建计算机系统及基于计算机系统的相关软硬件课程。培养的学生应具备从事计算机系统工作的能力，或具备基于计算机相关系统进行分析、设计、应用和集成工作的能力，具有扎实的计算机基础理论、良好的科学素质和工程实践能力，包括良好的团队合作和人际交流沟通能力[5]。下面主要介绍美国这4所大学的计算机工程课程设置情况。

1.1UIUC计算机工程专业本科课程设置

UIUC计算机工程专业学生需要修满128个学分，这些课程分为如下7大类：1)科学基础与数学课程(31学分)，包括数学、物理、化学在内的10门课程。2)计算机工程核心课程(34学分)，这些课程重点介绍计算机工程领域的基本概念、基本原理、基本实验方法和技术，共有10门课程。3)专业基础数学课程(6学分)，包括离散数学和概率、工程应用两门数学课程。4)写作课程(4学分)，1门写作原理课程，主要讲授研究报告的写作方法。5)专业技术选修课(23学分)，其中1门必须选自计算机工程和计算机科学专业技术选修课程之外的课程，其他必须均选自计算机工程和计算机科学专业技术选修课程。这些课程强调计算机工程实践中用到的主要分析方法和设计原则。6)社会科学与人文科学课程(18学分)，这些课程被工学院认可并满足学校对学生社会科学与人文科学课程通识教育的要求。7)自由选修课程(12学分)，这些几乎没有限制的选修课可以让学生学习任何领域的知识。学生可以在计算机工程专业深入学习课程，也可以学习生物工程、技术管理或语言等课程。

1.2普度大学计算机工程专业本科课程设置

普度大学计算机工程专业学生需要修满125个学分，这些课程分为如下6大类：1)通识教育课程(24～25学分)，包括6～7学分的两门交流技巧课程和18个学分的社会与人文学科选修课程。2)数学课程(21～22学分)，数学课程有两种套餐，各6门课，学生可以根据自己的情况任选一种。3)科学基础课程(18～19学分)，包括物理、化学、生物及面向对象编程等5门课程。4)工程基础课程(7学分)，包括工程导论两门课程及计算机工程和计算机科学以外学科的工程学科选修课1门。5)计算机工程专业课程(49学分)，包括32～33学分的13门计算机工程专业核心课程；两门共计1学分的研讨课程；2门3～4学分的高级设计课程；2门8学分的研究生课程；1～2门计算机专业选修课程，使计算机工程专业课程总学分达到49学分。6)任选课程(4～6学分)，根据辅修要求或个人兴趣，任选课程可以从理学院或文理学院中适合工科学生的数学、科学课程中选择，目的是使总学分达到125学分。

1.3伊利诺伊理工学院计算机工程专业本科课程设置

IIT计算机工程专业学生需要修满130～134个学分，这些课程分为如下3大类：1)限选课程(109学分)，学分分配如下：计算机工程专业限选课程47学分，包括计算机工程和计算机科学两类课程；数学限选课程24学分；物理限选课程11学分；化学限选课程3学分；工程科学限选课程3学分；社会科学与人文学科限选课程21学分。2)选修课程(15～19学分)，包括专业选修课程9～12学分，其中含1门硬件设计选修课；科学选修课程3学分。3)跨专业实践项目课程(6学分)，包括IPROI跨专业实践项目I和IPROII跨专业实践项目II两门课程。

1.4西北大学计算机工程专业本科课程设置

西北大学计算机工程专业学生需要修48门课程，这些课程分为如下7类：1)通用工程方法、数学、科学基础课程(15门)，必修计算方法与线性代数GenEng205-1、线性代数与力学GenEng205-2、动态系统建模GenEng205-3和微分方程GenEng205-4等4门通用工程方法课程；必修微积分(I)MATH220，微积分(II)MATH224，微积分(III)MATH230及多元积分与矢量微积分MATH234四门数学课程；必修普通物理(I)Physics135-2和普通物理(II)Physics135-3两门科学基础课程；从McCormick工学院科学基础课程中任选其他2门课程；另外必修IDEA106-1工程设计与交流(I)、IIDEA106-2工程设计与交流(II)两门工程设计和交流课程。2)工程基础课程(5门)，必修4门，包括EECS202电气工程导论、EECS203计算机工程导论、EECS211编程基础(C++)、EECS302概率系统与随机信号，并从McCormick工学院工程基础课程热电力学、系统工程与分析、材料科学和流体与固体中任选1门。3)交流与社科人文学科课程(8门)，选修GenCmn102演讲或GenCmn103课程的其中1门，另外选修7门满足McCormick工学院要求的社科人文学科课程。4)专业核心课程(5门)，必修EECS205计算机系统软件基础、EECS303高级数字逻辑设计、EECS361计算机体系结构、EECS311数据结构与数据管理和EECS343电路基础这5门课程。5)技术选修课程(10门)，西北大学计算机工程专业分高性能计算、VLSI与CAD、嵌入式系统和算法设计与软件系统4个方向，每个方向开设若干门技术课程，每个学生必须在这4个方向中选修5门课；从专业基础课程EECS213计算机系统导论、EECS222信号与系统基础、EECS223固态工程基础、EECS224电磁场与光学基础、EECS225电子学基础5门课中根据学习方向选修2门；剩下3门从计算机科学、计算机工程、数学、科学基础等课程中选修，如可以是生物学BIOL210-1,2,3和化学原理CHEM210-1,2,3课程，也可以经申请同意选修相关计算机工程研究生课程。6)自由选修课程(5门)，共修5门，学生可以根据自身情况和兴趣爱好自由选修。若从未学习过任何计算机编程语言，建议其中1门选修编程入门(Python)EECS110课程。7)高级项目课程(1门)，至少在微处理器系统项目EECS347-1、计算机体系结构项目EECS362和VLSI设计项目EECS3923门课中选修1门。

24所大学计算机工程课程设置特色

4所大学计算机工程本科专业的课程设置都通过美国工程教育认证机构ABET的EC2000指标体系认证，有如下特点：

1)注重基础知识的学习，在贯彻通识教育中培养学生的各种能力。基础知识直接决定学生未来的发展潜力[7-8]，而基础知识的掌握通常是通过通识教育实现的。与我国高校通识教育不同的是，这4所美国大学按照各种完整的项目组织基础知识，让学生在基于项目的学习中形成各种能力。他们还特别重视人际沟通能力的培养和学生对广泛深入的人文社科知识的理解，使所有工科学生在数学、物理、信息、物质、生命、技术和能源科学方面及人文社科方面打下广泛的基础。这种比知识更重要的能力是学生取之不尽、用之不竭的资源。普度大学第一年的工程基础培养及UIUC第一年的计算机工程训练从一开始就围绕能力培养，使学生能更好地理解和应用所学的基础科学和数学知识。

2)注重相关学科的交叉和融合，培养学生跨学科处理问题的本领。现代工程是一个复杂系统，不是狭隘的技术知识背景所能胜任的。解决现代工程问题要求工程师能够打破学科壁垒，把被学科割裂开来的工程再还原为一个整体。这要求学校在课程设置上必须充分考虑学科的交叉和融合，为学生提供综合的知识背景，以利于复杂工程问题的解决[6,8]。UIUC、普度大学、西北大学和IIT在课程设上均体现了学科交叉、学科融合的思想。UIUC规定学生在技术选修课中必须选1门计算机工程和计算机科学系以外的课程，例如宇航工程、农业与生物工程、土木工程、化学工程、生理学、生物工程、生物物理学、生物化学、大气科学、天文学、材料科学与工程、机械工程等。普度大学的计算机工程专业学生也必须选修1门电气工程和计算机工程领域以外的课程，以满足工程拓宽要求，可以是航空力学、化学工程计算、噪音控制、核工程导论、材料结构与特性、环境工程中的物理化学原理、环境可持续工程以及运筹学-优化、运筹学-随机模型中的任何1门。西北大学的计算机工程本身就是该校电气工程和计算机科学交叉和融合的结果，学生除必须选修科学基础选修课中的普通物理-电磁学、普通物理-波现象和现代物理外，还必须在遗传和进化生物学、工程分子和细胞生物学中任选1门。IIT规定科学选修课必须选1门生物学、材料科学、化学原理，工程选修课必须选1门机械学导论或热动力学。

3)强调工程实践能力培养，培养学生“以解决问题为中心”的工程设计能力。工程本身就意味着实践，意味着更加重视工程实际和工程的系统性和完整性。这4所大学都十分强调学生工程实践能力的培养，在课程设置上不仅有丰富的实验课程，而且通过更为灵活多样的基于项目学习(Project-basedLearning)课程培养学生的实践能力。如IIT有IPRO跨专业实践项目，西北大学要求学生在微处理器系统项目(EECS347)、计算机体系结构项目(EECS362)、VLSI设计项目(EECS392)等项目课程中必须至少选修1门。普度大学要求学生选修电气工程设计导论(ECE402)、计算机设计与样机(ECE437)、操作系统工程(ECE469)、编译器与翻译器工程(ECE495S)和数字系统高级项目(ECE495C)等项目课程。UIUC则有计算机组成与设计(ECE411)、高级数字系统项目(ECE395)、微处理器项目(ECE412)、数字信号处理项目(ECE410)等项目课程供学生选择。

4)发挥和保护学生的个性及兴趣，激发学生的自主性和创造性。工程教育应该在最大程度上发挥学生的个性并促进其创新能力的发展。在专业学习中，学生可以根据自己的水平、学习兴趣、个性特长选择不同的课程，从而促进个性和创造性的发展。为学生提供不同的培养计划是这4所大学的共同特点。西北大学为计算机工程学生提供了高性能计算、VLSI与CAD、嵌入式系统和算法设计及软件系统4个不同的学习路径。UIUC、IIT及普度大学则采用庞大的选修课程及明确的课程分类，使学生可以依据兴趣爱好自行组织课程和学习内容，以发展个性，提高创新能力。

5)坚持课程设置机构的开放性，改变只按学科知识、由教师单方面设置的做法。在课程设置机构方面，这4所大学均根据产业界对计算机工程师的能力、素质、技能和知识等要求，学生求职的需求，毕业校友学习和工作的经验反馈及ABET2000指标体系，成立由有工程背景的教师、产业界、教育认证机构、学生及毕业生等利益相关者组成的专门委员会，讨论、确认、不断改进计算机工程专业的课程体系及教学大纲。这与我国由高等院校计算机科学与技术专业教学指导委员会主导、以学科为导向，追求知识完备性为基础，由缺乏产业经验和工程背景的教师确定的课程设置和教学计划相比，在满足学生求职和产业界需要等方面有明显优势[8]。

3改进我国计算机科学与技术本科专业实践教学的思考

截至2006年，我国高校工科专业在校生为600万人，其中计算机相关专业在校生近45万人，在规模上基本适应我国经济社会发展的需求。问题是我国计算机工程教育与计算机工业界脱节较严重，不同类型、层次学校的培养目标趋同[8]。通过深入研究、分析和比较美国高等学校计算机工程专业的培养目标及课程设置特色，我们深刻认识到我国工科院校计算机专业本科教育存在的诸多弊端。比如工程实践环节薄弱；工科教师队伍的非工化趋向严重；评价体系错位；课程体系落后，学科交叉欠缺，导致创新与实践双向不足，计算机毕业生得不到产业界的认同，普通工科院校计算机专业毕业生就业率低下。以下是我们对工科院校计算机科学与技术本科专业实践教学改革的一些思考：

1)计算机科学与技术本科专业实践教学的改革应从培养目标、课程体系、师资建设和评价体系、产学合作等方面综合考虑。

2)从培养目标上，工科计算机人才培养应从学科导向转为求职导向，也就是以产业需求为导向。这使学生能形成胜任今后工作的能力，成为合格的公民和称职的产业人员，而不仅仅是只掌握系统、完备的学科知识。

3)课程体系要符合大工程观的要求，注重学科的交叉和融合，强调基础知识的同时强化对学生实践能力的培养。实践教学应加强实验课程、项目课程和企业实习项目的建设，强调做中学、用中学，提倡学生的主动学习和实践是实践教学改革的重点内容。

4)评价体系涉及如何评价学生的学习效果，是关系到教学是否能达到培养目标的重要因素。如果要培养符合计算机产业界需要的具有各种能力和素质的工程师，以理论考试为主评价学生能力的评价体系就尤显片面。如何制定科学有效的评价指标，对学生的各种能力进行综合评价，特别是在基于项目的实践学习中对学生的团队合作能力、交流沟通能力、解决工程实际问题的能力进行科学评价，是一个有待探索的问题。

5)工科院校的师资队伍建设不应片面追求高学位和高学历。一方面应加强对现有教师实践环节的训练，鼓励大学教师到产业界兼职、进修和实习，通过必要的产业实践提高他们理论联系实际的能力，加强他们对产业发展需求的了解和认识；另一方面应聘请产业界具有丰富理论及实际经验的工程师到工科院校兼课，帮助学生了解工程实际，指导他们应用理论解决实际问题。

6)目前，产学合作主要体现在校企科研项目联合攻关、科研成果转化等方面。今后，我们应将产学合作有计划、有步骤地深入到工科高等院校计算机专业的课程设置、教学内容制定、实践项目课程教学、教学评价、师资培训等方面中去。