李 歡

1 美國麻省大學(xué)計算機系博士研究生培養(yǎng)概況

美國麻省大學(xué)(University of Massachusetts Amherst)阿默斯特校區(qū)(以下簡稱麻省大學(xué))是馬薩諸塞州立大學(xué)系統(tǒng)五個校園中的主校園,是美國知名的研究型大學(xué)。該校創(chuàng)辦于1863年,坐落在美國東部美麗的新英格蘭地區(qū)。

麻省大學(xué)計算機系成立于1964年,其研究生教育也有超過40年的發(fā)展歷史。由最初的3名教授發(fā)展到現(xiàn)在擁有43名教授,其中包括9名ACM計算機學(xué)會(Association for Computing Machinery)院士(Fellow)、4名電子和電氣工程師協(xié)會(IEEE)院士、5名人工智能學(xué)會(AAAI)院士和2名美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(AAAS)院士。麻省大學(xué)計算機系在人工智能、網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)、計算理論等多個領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先水平。作為美國知名的計算機系,麻省大學(xué)計算機系的教育理念是“培養(yǎng)下一代能以創(chuàng)新的方法解決真實世界問題的計算機科學(xué)家”(http://www.cs.umass.edu/grads/msphd-requirements)。在這個核心思想的指導(dǎo)下,該系非常注重對博士研究生的培養(yǎng),為了達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生具備進(jìn)行原創(chuàng)性科學(xué)研究(Original Research)的能力的教育宗旨,該系制定了一套非常嚴(yán)格的課程計劃,以培養(yǎng)學(xué)生堅實而廣博的基礎(chǔ)知識、良好的科學(xué)研究方法和思維習(xí)慣。麻省大學(xué)計算機系每年大約會收到1000份左右來自世界各國的優(yōu)秀學(xué)生的申請,攻讀其博士學(xué)位,而錄取的人數(shù)一般保持在30名左右。完善和嚴(yán)格的博士研究生培養(yǎng)體系、開放而先進(jìn)的教育理念,使麻省大學(xué)計算機系成為全美最具有競爭力的計算機院系之一。

麻省大學(xué)計算機系招收兩種形式的博士研究生:碩士/博士連讀研究生和直博研究生。只有在美國其他大學(xué)獲得相應(yīng)計算機碩士學(xué)位,并修完麻省大學(xué)計算機系認(rèn)可的相關(guān)課程的學(xué)生,才有資格申請直接攻讀博士學(xué)位;否則,學(xué)生在錄取后必須經(jīng)過碩士/博士的連續(xù)培養(yǎng)才能獲得博士學(xué)位。

無論哪種形式,麻省大學(xué)計算機系博士生培養(yǎng)大體分為兩個階段:博士生資格學(xué)習(xí)階段和博士生研究階段。博士生資格學(xué)習(xí)階段主要是對學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)知識培養(yǎng)和基本研究能力訓(xùn)練。學(xué)生只有在通過博士資格考試論證,成為正式博士候選(PhD Candidate)人后,才能進(jìn)入下一步的博士論文研究階段學(xué)習(xí)。以下是麻省大學(xué)計算機系對碩士/博士研究生的培養(yǎng)要求:

(1)Actively participate in research under the guidance of an advisor(在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,積極參與研究)

(2)Satisfy 6 Core Requirements (完成6門核心課程的要求)

(3)Complete 42 course credits (core courses taken to satisfy core requirements are included)(完成42個課程學(xué)分,其中包括核心課程的學(xué)分)

(4)Complete a 6-credit MS Project (完成6個學(xué)分的碩士研究項目)

(5)Graduate with an M.S. Degree(申請獲得碩士學(xué)位)

(6)Pass the Department Qualifying Exam- Portfolio(通過博士資格考試)

(7)Form a Committee(成立答辯委員會)

(8)Propose a Thesis(提交博士開題報告)

(9)Complete 18 Dissertation Credits (完成18個學(xué)分博士論文)

(10)Pass the Teaching Assistant Requirement(完成助教的工作要求)

(11)Pass the Residency Requirement (at least 9 credits in back-to-back semesters) (完成連續(xù)兩個學(xué)期修9個學(xué)分的要求)

(12)Defend and Submit a Thesis (博士答辯和提交博士論文)

本文將以麻省大學(xué)計算機系為例,探討美國計算機專業(yè)博士研究生培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)——博士研究生課程教育體系的特點,以期為提高我國的計算機專業(yè)博士生教育提供借鑒。

2掌握牢固的理論知識是培養(yǎng)優(yōu)秀博士生的基礎(chǔ)

美國的計算機博士教育非常注重對學(xué)生基礎(chǔ)理論知識的培養(yǎng),為了使學(xué)生掌握牢固而廣博的基礎(chǔ)知識,麻省大學(xué)計算機系要求每個碩士/博士研究生必須修完6門博士核心課程,而且成績必須達(dá)到B+以上。這些核心課程分別屬于計算機科學(xué)的三大領(lǐng)域:理論(Theory)、系統(tǒng)(Systems)和人工智能(Artificial Intelligence),課程設(shè)置具體如下:

(1) 理論核心課:計算理論(Computation Theory)、高級算法(Advanced Algorithms)

(2) 系統(tǒng)核心課:有三組課程,分別是:

編譯技術(shù)(Compiler Techniques)、現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)(Modern Computer Architecture)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計和實現(xiàn)(Database Design and Implementation)、高級計算機網(wǎng)絡(luò)(Advanced Computer Networking)、操作系統(tǒng)(Operating Systems)

高級軟件工程I(Advanced Software Engineering: Synthesis and Development)、高級軟件工程II(Advanced Software Engineering: Analysis and Evaluation)、程序設(shè)計語言(Programming Languages)

(3) 人工智能核心課程:高級人工智能(Artificial Intelligence)、機器人學(xué)(Robotics)、信息檢索(Information Retrieval)、不確定環(huán)境下的推理(Reasoning and Acting under Uncertainty)、增強型學(xué)習(xí)(Reinforcement Learning)、機器學(xué)習(xí)(Machine Learning: Pattern Classification)

根據(jù)不同的研究方向,學(xué)生可以在六門核心課程的選擇上有所不同,但為了加強理論基礎(chǔ)和掌握知識的廣度,無論哪個研究方向的學(xué)生,都必須修完兩門理論核心課程和一門高級人工智能課程,同時,再根據(jù)自己的研究方向選修其他三門核心課程。例如,一個系統(tǒng)方向的博士研究生除了修完以上兩門理論和一門人工智能課程以外,還必須修完來自于系統(tǒng)方向不同組的三門系統(tǒng)方向的課程;而一個人工智能方向的博士生則必須修完另外兩門人工智能方向的核心課程和一門系統(tǒng)方向的核心課程。

每門核心課程由教師講授一學(xué)期,其中每星期2次課,每次2小時,3個學(xué)分。根據(jù)內(nèi)容不同,每門課程一般要安排5～8次書面作業(yè)、1次期中考試和1次期末考試。其中,對系統(tǒng)方向的課程來說,每個章節(jié)完成后一般還有一次課程項目設(shè)計(Course Project),主要要求學(xué)生實現(xiàn)相應(yīng)的算法和進(jìn)行性能評價。由于核心課程要求高,課程學(xué)習(xí)內(nèi)容多,導(dǎo)師和系里會建議學(xué)生每學(xué)期選學(xué)不超過一門的核心課程,所有6門核心課程則在三年內(nèi)完成。如果成績沒有達(dá)到B+,麻省大學(xué)計算機系允許學(xué)生重修該核心課;但是,如果學(xué)生在規(guī)定的博士資格考試申請時間前沒有通過全部的6門核心課,則不再具備繼續(xù)攻讀博士的資格。

嚴(yán)格的核心課程作業(yè)、考試制度和淘汰制度,不但使學(xué)生牢固掌握了計算機科學(xué)各領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識,培養(yǎng)了學(xué)生勤奮刻苦的專研精神,而且極大地豐富了學(xué)生的視野,為學(xué)生進(jìn)入實際科學(xué)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

3靈活而完善的博士生選修課程體系是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑

美國一流研究型大學(xué)博士生教育的目標(biāo)是培養(yǎng)世界一流的科學(xué)家和拔尖創(chuàng)新型人才,為了實現(xiàn)這個目標(biāo),美國的博士生教育除了注重培養(yǎng)學(xué)生扎實和精深的基礎(chǔ)知識外,還非常注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和發(fā)現(xiàn)新問題的探索精神及能力。

如果核心課程體系的設(shè)置是培養(yǎng)優(yōu)秀博士生的基礎(chǔ),是向?qū)W生傳授學(xué)科領(lǐng)域的重要基本知識和原理與技術(shù),是學(xué)生全面掌握計算機基本理論與方法的重要途徑,那么,選修課的設(shè)置則是對學(xué)科基本知識的補充,是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識和了解并探索前沿研究方向,從而成為創(chuàng)新型人才的重要手段。

麻省大學(xué)計算機系的做法是,在博士研究階段,除了要求學(xué)生完成18個學(xué)分(6門)的核心課程學(xué)習(xí)以外,還要求完成24個學(xué)分(8門)的非核心課程(或稱為選修課)學(xué)習(xí)。這些選修課大多是關(guān)于本學(xué)科及相關(guān)專業(yè)前沿領(lǐng)域近3～5年的新研究方向、研究方法或新技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容的介紹,一般由教師在每學(xué)期開學(xué)前提出新的課程計劃,學(xué)生則根據(jù)自己的研究興趣和職業(yè)目標(biāo)自由選課。通過課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能在最短的時間內(nèi)了解本學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的最新研究現(xiàn)狀,更重要的是,在課程的學(xué)習(xí)過程中,教授會將許多新出現(xiàn)的問題在課堂上和學(xué)生討論,同時,通過2～3個課程項目培養(yǎng)學(xué)生獨立(或合作)解決新問題的能力,以及教會學(xué)生各種探索問題的研究方法。

在教學(xué)模式上,可以采用由教授主講的傳統(tǒng)方式,也可以采用以討論為主的方式。以教授為主講的教學(xué)模式在此就不再贅述,以下著重描述以討論為主的選修課教學(xué)模式。

以討論為主的Seminar是美國計算機院系的教授最常用的選修課教學(xué)模式。Seminar的課程設(shè)置沒有固定模式,但通常有以下幾方面的特點。

第一,課程的選題一般是近年新出現(xiàn)的有代表性的前沿研究課題。

第二,課程內(nèi)容的選擇一般來自近年來該領(lǐng)域頂級國際會議的專題論文。

第三,課程內(nèi)容的組織由教師完成。教師在確定題目后,一般會根據(jù)論文的情況將討論的內(nèi)容分為多個子專題,每個子問題由3～4篇論文組成。課程的開始一般是綜述性的論文或在該領(lǐng)域出現(xiàn)的最早的學(xué)術(shù)論文,其目的是探討該研究方向出現(xiàn)的新的應(yīng)用背景需求和所帶來的新的挑戰(zhàn)。其后的每個子專題則將對具體問題和方法進(jìn)行深入探討。

第四,選課的學(xué)生人數(shù)一般在20～30人左右,而且通常是由學(xué)完了核心課程以后的高年級博士生組成。學(xué)生人數(shù)太少,論文的覆蓋面可能太小;學(xué)生太多,可能導(dǎo)致討論的深度不夠。同時,只有學(xué)完了基本理論后,學(xué)生才有可能具備較深入分析問題的能力。在Seminar的學(xué)習(xí)討論中,找到新的研究問題也是該課程設(shè)置的重要目的之一。

第五,課堂教學(xué)的模式基本上是教師和學(xué)生互動的教學(xué)方式。教師在第一節(jié)課引導(dǎo)學(xué)生對該領(lǐng)域的基本問題有了初步認(rèn)識后,學(xué)生將對每篇論文進(jìn)行評估(Review)、宣講(Presentation)和進(jìn)行課堂討論。每篇論文的宣講時間是25～30分鐘,課堂討論時間是10～15分鐘。其中教師將引導(dǎo)學(xué)生對論文中所研究的問題和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入討論,學(xué)生參與討論的情況將作為課程考核的重要依據(jù)。

選擇合適的題目并對教學(xué)討論的內(nèi)容(論文)進(jìn)行篩選和組織對開課教師的要求非常高。為了準(zhǔn)備一門新的Seminar課,教師一般需要預(yù)先通讀該研究方向所有重要國際會議的相關(guān)論文,然后根據(jù)不同的研究問題對論文分類,并將其中有代表性的論文提煉出來,作為課程學(xué)習(xí)的論文。在課程項目的設(shè)置上,教師會事先準(zhǔn)備一些題目,如對某些算法的實現(xiàn)、評估和改進(jìn),實現(xiàn)原形系統(tǒng)等,同時也非常鼓勵學(xué)生在論文討論的過程中有針對性地提出自己的見解和新的解決問題的方法。

4合理的課程學(xué)習(xí)安排是培養(yǎng)高質(zhì)量博士生的有效保證

美國的博士教育是以博士生的最終質(zhì)量為評判標(biāo)準(zhǔn),而不是以年限來規(guī)定學(xué)生的畢業(yè)時間。在美國計算機專業(yè),培養(yǎng)一個碩士/博士生一般需要至少5年時間。由于強調(diào)博士生專業(yè)知識學(xué)習(xí)的深度和廣度,在整個博士學(xué)習(xí)階段,博士生都會積極參與課程的學(xué)習(xí),并盡可能地將研究項目中的問題和課程學(xué)習(xí)聯(lián)系起來,用所學(xué)到的方法或思路來解決新問題。

以麻省大學(xué)計算機系為例,雖然學(xué)生的背景不同,但為了在保證質(zhì)量的前提下幫助學(xué)生用最短的時間順利完成博士課程要求和博士論文要求,系里建議學(xué)生按如表1所示的時間表安排整個博士階段的學(xué)習(xí)計劃。

麻省大學(xué)計算機系不但在本系有完善的研究生課程體系,學(xué)生可以根據(jù)自己的研究興趣和職業(yè)規(guī)劃來自由選課,而且也鼓勵學(xué)生在其他相關(guān)院系選修本系沒有開設(shè)但對研究有用的課,如數(shù)學(xué)系或電子工程系的高級課程。總之,美國博士教育的一個重要特點是強調(diào)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí),鼓勵學(xué)生以積極的態(tài)度參與到課程的學(xué)習(xí)中,同時訓(xùn)練學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的過程中逐步學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題和研究問題的方法。

5啟示和建議

美國的博士教育強調(diào)堅實的基礎(chǔ)理論知識、完善的知識體系和用于探索與創(chuàng)新的研究能力,而這些恰恰是決定博士畢業(yè)生日后發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵。長期以來,我國計算機博士教育主要是通過參與科研項目的形式來對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng),這種“研究項目驅(qū)動型教育”在我國恢復(fù)研究生教育的初期起到了很好的推動作用,培養(yǎng)了大批科研人才。但隨著教育本質(zhì)的回歸和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要,從總體來看,我國的這種單純強調(diào)研究項目的教育模式培養(yǎng)的博士生,質(zhì)量與國際先進(jìn)水平相比還有一定的差距。由于沒有嚴(yán)格的博士課程要求和淘汰制度,學(xué)生在學(xué)習(xí)階段往往會忽略對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和對知識結(jié)構(gòu)的完善。長此以往,必然會影響博士生的研究水平和發(fā)展?jié)摿?最終將會影響國家的整體創(chuàng)新能力。

筆者建議,為了使學(xué)生掌握牢固的專業(yè)基礎(chǔ)知識,同時培養(yǎng)學(xué)生在某一學(xué)科領(lǐng)域的研究興趣和基本的研究能力,應(yīng)該首先強調(diào)核心課程體系的建設(shè),不論哪個方向的學(xué)生都必須通過一定數(shù)量的核心課程的學(xué)習(xí),如算法、分布式操作系統(tǒng)、人工智能等,這些核心課程應(yīng)由教師來講授;同時,應(yīng)嚴(yán)格課程的考核制度和課程評價體系。對于選修課,由于其主要目的是擴(kuò)展學(xué)生的視野,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和研究問題的能力,所以應(yīng)借鑒國內(nèi)外Seminar課程的成功經(jīng)驗,積極有效地激勵教師和學(xué)生共同上好Seminar課。

博士生教育是一項復(fù)雜而艱巨的系統(tǒng)工程,而其中的課程學(xué)習(xí)是研究生培養(yǎng)中非常重要的一個環(huán)節(jié),如何通過嚴(yán)格的培養(yǎng)機制和靈活的培養(yǎng)方法,在給學(xué)生傳授基礎(chǔ)知識的同時培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力;如何將合理的研究生課程體系和研究項目結(jié)合起來,嚴(yán)格博士生培養(yǎng)機制,完善博士生資格評估體系,從制度上保障博士研究生的質(zhì)量;以及如何真正教會學(xué)生探索科學(xué)基本問題的方法,培養(yǎng)學(xué)生良好的科研習(xí)慣和勇于開拓創(chuàng)新的精神等,是我們在計算機學(xué)科建設(shè)中應(yīng)該進(jìn)一步思考的問題。

參考文獻(xiàn):

[1] 賈寶余. 資格考試:美國確保博士生質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[N]. 科學(xué)時報,2007-5-7(5).