言 十

編者按：本期繼續(xù)刊發(fā)言十對“美國21世紀(jì)CPS教育報告”的系列解讀文章。文章結(jié)合“新工科”建設(shè)的理念，對報告關(guān)于專業(yè)課程規(guī)劃與課程分類進(jìn)行解讀，并提出借鑒和思考。

0 引 言

21 世紀(jì) CPS 教育報告[1-2]（以下簡稱“報告”） ，基本按照工程教育專業(yè)認(rèn)證體系[3]，符合美國工程與技術(shù)認(rèn)證委員會（ABET）的要求，給出了5個本科專業(yè)4年課程規(guī)劃。此處“專業(yè)課程”是指按照課程分類表（見表1）中的 “專業(yè)教育課程”，我們試圖主要是從“辦學(xué)者”和“教學(xué)者”的角度，結(jié)合“新工科”建設(shè)的理念，對報告關(guān)于專業(yè)課程規(guī)劃與課程教學(xué)方面進(jìn)行解讀。

1 課程分類指導(dǎo)意見

“報告”認(rèn)為，CPS是新興的具有重大經(jīng)濟(jì)和社會效益的工程領(lǐng)域。交通運輸、醫(yī)藥、能源、國防和信息技術(shù)等主要工業(yè)部門，越來越需要一支能夠設(shè)計并工程化CPS產(chǎn)品和服務(wù)的人才隊伍。這些產(chǎn)品和服務(wù)將信息元素（計算硬件和軟件）與物理組件緊密結(jié)合在一起，并對它們的交互及對物理環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行管理。美國科學(xué)院、工程院、醫(yī)學(xué)院3家聯(lián)合組成專門委員會，邀請來自多個工業(yè)領(lǐng)域的業(yè)界人士對CPS在工業(yè)界中日益增長的重要性和CPS技能需求進(jìn)行研討，提出了很多意見，CPS教育如何設(shè)置課程，委員會最終形成以下指導(dǎo)性意見：

（1）確定了CPS學(xué)科的6個基礎(chǔ)：基本計算概念、實體世界的計算、離散和連續(xù)數(shù)學(xué)、交叉應(yīng)用、CPS系統(tǒng)開發(fā)、建模。明確CPS教育超越了傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)模型（常微分或差分方程），不僅體現(xiàn)在實體層面的物理影響，而且體現(xiàn)在“信息（Cyber）”與“實體（Physical）”的交叉與交互上。

（2）強(qiáng)調(diào)傳感器的特性和原理重要性。傳感器是連接物理和信息世界之間的硬件橋梁，理解傳感器及物理世界的約束，并以適當(dāng)?shù)姆绞绞褂脗鞲衅?。程序員需要知道這些原理和通過信號處理技術(shù)進(jìn)行處理，來確保它們開發(fā)的CPS正常工作。信號處理所需的原理包括線性信號和系統(tǒng)理論、模擬和數(shù)字濾波、時域和頻域分析、卷積、線性變換（如離散傅立葉變換和快速傅里葉變換）、信號噪聲和統(tǒng)計特征、機(jī)器學(xué)習(xí)、決策和傳感器融合。在CPS中，與考慮傳感器的可靠性一樣，對于嵌入式CPU上的這些信號處理技術(shù)的實現(xiàn)，實時運行和安全關(guān)鍵特性是必須重視的，而經(jīng)典信號處理課程一般不涉及這些問題。

表1 課程分類表

（3）控制是CPS的主要內(nèi)容之一?？刂评碚摰南嚓P(guān)要素包括網(wǎng)絡(luò)、混合系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)控制技術(shù)的穩(wěn)定和優(yōu)化。在信息域中特別重要的是對分布式系統(tǒng)的控制和固有延遲的影響。

（4）網(wǎng)絡(luò)、無線、實時已深入到我們的經(jīng)濟(jì)和社會中，了解這些主題的基本原理對于CPS工程非常重要。學(xué)生需要知道的知識包括：

·通信和網(wǎng)絡(luò)。需要理解CPS的物理層原理、協(xié)議、分層架構(gòu)，了解無線通信的實際性能。

·實時。需要了解諸如實時調(diào)度理論、程序中的時間語義以及網(wǎng)絡(luò)中的時鐘同步等。

·分布式系統(tǒng)。CPS在許多應(yīng)用中的分布式性質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)納入CPS教育。即使傳統(tǒng)工程或計算機(jī)科學(xué)課程涵蓋了分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化，但這些課程往往不涉及CPS問題。CPS將硬件實現(xiàn)與算法運行的軟件相結(jié)合，全部在現(xiàn)實環(huán)境中運行。

·嵌入式系統(tǒng)。對嵌入式軟件的原理、編程、算法、軟件設(shè)計、方法和平臺（架構(gòu)和操作系統(tǒng)）進(jìn)行有力的教學(xué)和培訓(xùn)工作，這些對于開發(fā)可靠和高質(zhì)量CPS系統(tǒng)的信息組件是必需的。

·物理特性。了解并能夠?qū)Νh(huán)境的物理特性建模和硬件平臺非常重要。軟件設(shè)計原則應(yīng)滿足安全性、可靠性、實時性、風(fēng)險管理、安全需求，這些解決物理世界實際問題的方法應(yīng)該成為課程的一部分。

·人機(jī)交互。人機(jī)工程、人為環(huán)境控制以及對人類行為反應(yīng)的理解和計算對于許多CPS來說非常重要。一個重要的設(shè)計原則是使CPS易操作、易控制和易維護(hù)。類似于其他工程學(xué)科，實踐項目和跨學(xué)科的團(tuán)隊合作也是理解和應(yīng)用核心原理的基礎(chǔ)。

委員會也注意到了目前已運行的系統(tǒng)的差距，例如網(wǎng)絡(luò)攻擊的脆弱性以及互操作性差。建議在CPS早期課程中介紹以下特性及相關(guān)的設(shè)計方法，并引入貫穿到CPS課程和計劃中。

·安全隱私。所有基于信息技術(shù)的系統(tǒng)都會受到網(wǎng)絡(luò)攻擊。許多CPS系統(tǒng)是非常脆弱的，因為它們處在開放環(huán)境中，或以無線通信方式交互。安全和隱私風(fēng)險技術(shù)對CPS系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。

·互操作性。特別是在大規(guī)模CPS中，系統(tǒng)將由許多組件構(gòu)成，這些組件來自于不同供應(yīng)商，部分可能有不同的實體運行情況。實現(xiàn)CPS的全部目標(biāo)將需要異構(gòu)組件和系統(tǒng)之間具有互操作性。而實現(xiàn)互操作性則需要掌握如何定義和使用共同架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化接口和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等方面的知識。

·可靠性和可信性。許多CPS系統(tǒng)將成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠郑珻PS的實用化要求很高的可靠性和可信性。由于許多CPS設(shè)備的計算能力、內(nèi)存和資源有限，這會帶來一些新問題出現(xiàn)。最好的系統(tǒng)是設(shè)計之初就考慮了可靠性（和安全性），而不是在測試期間不斷地修復(fù)系統(tǒng)。CPS還需要具備魯棒性，以應(yīng)對設(shè)計之初可能難以量化的不確定性。為了確保這些不確定性能夠得到解決，必須在實施階段跟蹤并處理這些不確定性。

·功耗和能耗管理。一些CPS組件緊湊的尺寸和自主操作，使能耗管理非常關(guān)鍵，應(yīng)該優(yōu)先設(shè)計考慮。

·安全。隨著CPS在日常生活中的應(yīng)用，確保CPS對人類和環(huán)境的操作是安全的非常重要。與這些行為相關(guān)的風(fēng)險應(yīng)該是可以被評估和管控的。

·穩(wěn)定性和性能。由于CPS是動態(tài)的、隨機(jī)的，它的穩(wěn)定性包含系統(tǒng)的線性或非線性、帶寬、采樣率、系統(tǒng)的極點和零點、模型的噪聲和不確定性，以及傳感器和執(zhí)行器的局限性（例如噪聲或飽和）。

·人機(jī)工程和可用性。人機(jī)工程設(shè)計、人機(jī)環(huán)境友好以及對人類行為及反應(yīng)的理解和計算，對于許多CPS應(yīng)用來說都很重要。

2 專業(yè)課程內(nèi)容設(shè)計

2.1 課程規(guī)劃基本原則

報告給出了專業(yè)課程規(guī)劃的重點，以報告中的CPS專業(yè)為例，對報告中關(guān)于專業(yè)教育課程規(guī)劃的基本原則，總結(jié)歸納見表2。

2.2 課程內(nèi)容設(shè)置范例

報告同時還對具體課程內(nèi)容的設(shè)置，給出了明確的要求和范例，以下是報告給出的課程內(nèi)容的設(shè)置范例。

表2 CPS本科專業(yè)的專業(yè)教育課程內(nèi)容設(shè)計

（1）課程內(nèi)容設(shè)置范例一：

課程名稱：生命攸關(guān)應(yīng)用的嵌入式軟件。

開課學(xué)校：賓夕法尼亞大學(xué)，Insup Lee，Sanjian Chen。

課程代碼：CIS 541/441。

先修課程：C或Java編程，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)或操作系統(tǒng)導(dǎo)論。

課程描述[5]：本課程側(cè)重于CPS，重點關(guān)注實時問題。CPS是計算和通信與物理過程的集成。嵌入式計算機(jī)實時監(jiān)控和控制物理過程。隨著這些嵌入式計算機(jī)越來越網(wǎng)絡(luò)化，相信會有革命性的轉(zhuǎn)變。就像個人計算機(jī)已經(jīng)從文字處理機(jī)向信息收集和共享的全球通信設(shè)備轉(zhuǎn)變一樣，嵌入式計算機(jī)也將通過感知、監(jiān)控和控制我們的物理環(huán)境，從小型獨立的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)镃PS。

該課程旨在研究構(gòu)建高可信安全CPS的原理、方法和技術(shù)。主題包括需求分析和建模、智能模型、可信案例、危險性分析、實時編程和通信、實時調(diào)度和虛擬機(jī)、計算機(jī)系統(tǒng)的反饋控制、檢驗和驗證以及循證認(rèn)證。

該課程還將包括一系列的安全關(guān)鍵的嵌入式系統(tǒng)實施項目，如起搏器或輸液泵。

課程主題：

1. CPS導(dǎo)論

·CPS應(yīng)用程序

·特點和挑戰(zhàn)

2.需求、建模和分析

·基于模型的開發(fā)

·需要獲取和建模

·狀態(tài)機(jī)，定時自動機(jī)

·屬性和模型檢驗

·用戶心理模型

·架構(gòu)描述語言

·代碼生成和綜合

3.實現(xiàn)范式和技術(shù)

·實時操作系統(tǒng)

·編程范型和語言

·組合與基于反饋的實時調(diào)度

·計算機(jī)系統(tǒng)中的反饋控制

·虛擬機(jī)，監(jiān)控程序，內(nèi)核隔離

·組件，嵌入式系統(tǒng)的即插即用功能

·混合關(guān)鍵系統(tǒng)

·分布式實時系統(tǒng)概念：排序，全局時間，時鐘同步

·安全和隱私

4.驗證，檢驗和認(rèn)證

·測試覆蓋和生成

·基于模型的測試

·閉環(huán)測試

·運行時監(jiān)控和驗證技術(shù)

·人機(jī)交互

·模塊化和循證認(rèn)證

·危險性分析，保證案例

講義：

1. CPS導(dǎo)論

2.實時嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論

3.實時操作系統(tǒng)，虛擬機(jī)，監(jiān)控程序

4.實時調(diào)度：EDF，RM，服務(wù)器，優(yōu)先級反轉(zhuǎn)

5.多處理器實時調(diào)度

6.實時編程語言和范式

7.分布式實時系統(tǒng)：全局排序，全局時間，時鐘同步

8.計算機(jī)系統(tǒng)中的反饋

9.醫(yī)療CPS

10.起搏器挑戰(zhàn)問題

11.案例

12.醫(yī)療器械質(zhì)量問題——FDA觀點

13.形式化建模和模型檢驗

14.擴(kuò)展有限狀態(tài)機(jī)，定時自動機(jī)

15.UPPAAL工具集：定時自動機(jī)和定時CTL，模型檢驗

16.狀態(tài)機(jī)的代碼生成/綜合

17.測試，測試覆蓋，測試生成

18.實時測試，基于模型的測試，閉環(huán)測試

19.運行時驗證

·架構(gòu)描述語言，AADL

20.人機(jī)交互：用戶界面

21.用戶心理模型

22.項目介紹：起搏器建模和實現(xiàn)，

案例和演示

（2）課程內(nèi)容設(shè)置范例二：

課程名稱：嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論：CPS方法。

開課學(xué)校：加州大學(xué)伯克利分校，Edward A.Lee、Sanjit A. Sehsia。

課程代碼：EECS 149 / 249A。

先修課程：信號與系統(tǒng)、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學(xué)。

課程描述：課程向?qū)W生介紹了與物理過程相互作用的計算系統(tǒng)的設(shè)計和分析。這些系統(tǒng)的應(yīng)用包括醫(yī)療設(shè)備和系統(tǒng)、消費電子產(chǎn)品，玩具和游戲、輔助生活、交通控制和安全、汽車系統(tǒng)、過程控制、能源管理和保護(hù)、環(huán)境控制、飛機(jī)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、儀器儀表、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施控制（例如電力、水資源和通信系統(tǒng)）、機(jī)器人技術(shù)和分布式機(jī)器人技術(shù)（遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程醫(yī)療）、國防系統(tǒng)、制造業(yè)、智能建筑。

本課程的主題是實際設(shè)計與系統(tǒng)模型（包括軟件組件和系統(tǒng)動力學(xué)）之間的相互作用。主要重點將放在構(gòu)建具有實時和并發(fā)行為的高可信度系統(tǒng)上。

本課程作為一般本科課程（EECS 149）和碩士研究生課程（EE C249A和CS C249A）。參加研究生課程的學(xué)生需要做額外的作業(yè)，并對該項目有更高的要求。

本課程包括一系列實驗室實踐，它們最終將成為一個必須涉及課程中不同主題的團(tuán)隊項目。

課程主題

1.計算模型

·有限狀態(tài)機(jī)

·線程

·常微分方程

·混成系統(tǒng)

·離散事件

·數(shù)據(jù)流

2.基本分析，控制和系統(tǒng)仿真

·仿真

·可達(dá)性分析

·控制器綜合

·連續(xù)時間系統(tǒng)估計

3.與實體世界交互

·傳感器/執(zhí)行器建模和標(biāo)定

·多實時流的并發(fā)性

·軟件中非精確數(shù)據(jù)處理

4.嵌入式平臺

·實時操作系統(tǒng)

·執(zhí)行時間分析

·調(diào)度

·并發(fā)性

5.分布式嵌入式系統(tǒng)

·協(xié)議設(shè)計

·可預(yù)測網(wǎng)絡(luò)

·安全性

講義：

1.CPS概述

2.傳感器和執(zhí)行器

3.基于模型的設(shè)計和連續(xù)動力學(xué)

4.內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)

5.輸入和輸出

6.模態(tài)行為和離散系統(tǒng)建模

7.擴(kuò)展和時間自動機(jī)

8.狀態(tài)機(jī)組成

9.分級狀態(tài)機(jī)

10.規(guī)約和時間邏輯

11.狀態(tài)機(jī)比較

12.可達(dá)性分析

13.CPS中的時序邏輯

14.多任務(wù)

15.操作系統(tǒng)，微內(nèi)核與調(diào)度

16.調(diào)度反轉(zhuǎn)

17.執(zhí)行時間分析

18.同步，反應(yīng)和數(shù)據(jù)流模型

19.嵌入式系統(tǒng)的安全性

20.網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)

3 報告帶來的借鑒和參考

分析報告中關(guān)于專業(yè)教育課程規(guī)劃與內(nèi)容設(shè)置的論述，結(jié)合其他相關(guān)信息資料，我們認(rèn)為有以下幾點值得借鑒和參考：

1） 課程及課程內(nèi)容的設(shè)置遵循工程教育與專業(yè)認(rèn)證規(guī)范。

以社會需求為導(dǎo)向，充分了解企業(yè)的需求，認(rèn)真聽取企業(yè)專家的意見。報告介紹了參加研討會的企業(yè)主要代表，其中包括：

（1）汽車工業(yè)的福特研發(fā)及高級工程部提出，為什么汽車工業(yè)界對于CPS人才的需求越來越多？盡管基礎(chǔ)的汽車工程知識（如動力傳動系，燃燒和排放）仍然是根本，但汽車工程師們還需要能夠設(shè)計、開發(fā)和測試包括通信、傳感以及更復(fù)雜計算機(jī)控制系統(tǒng)。福特公司希望有朝一日加入公司的員工能具備更強(qiáng)的CPS基礎(chǔ)。

（2）航空交通業(yè)的霍尼韋爾公司認(rèn)為，在航空交通運輸業(yè)中，CPS扮演著越來越重要的角色，許多CPS密集型系統(tǒng)（例如飛機(jī)、機(jī)場、空中交通管制、維護(hù)和乘客服務(wù)）構(gòu)成了空中交通環(huán)境。

（3）農(nóng)業(yè)和建筑設(shè)備約翰·迪爾公司的系統(tǒng)架構(gòu)師指出，農(nóng)業(yè)和建筑設(shè)備業(yè)正變成CPS密集型行業(yè)。例如，該公司生產(chǎn)部分或完全自動駕駛汽車，提供車輛間無線MESH和車載信息服務(wù)連接，遠(yuǎn)程更新和產(chǎn)品故障診斷，并正為其產(chǎn)品收集的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)開發(fā)新的應(yīng)用。此外，現(xiàn)在的一個大型的工業(yè)化農(nóng)場是一個系統(tǒng)中的系統(tǒng)（SoS），需要一套系統(tǒng)的方法來開發(fā)和部署產(chǎn)品與服務(wù)，這與關(guān)注單個產(chǎn)品的傳統(tǒng)農(nóng)場截然不同。

（4）醫(yī)療器械的美敦力公司認(rèn)為醫(yī)療器械越來越強(qiáng)大的健康功能，包括監(jiān)測和診斷患者健康狀況，維持生命（起搏器），或者通過減輕疼痛感來改善身體狀況，而當(dāng)今的工程師們并沒有具備開發(fā)未來醫(yī)療器械所需的全部能力。

（5）航空航天的噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）負(fù)責(zé)設(shè)計、建造、部署和運行航天器系統(tǒng)，主要項目包括火星科學(xué)實驗室“好奇號”火星車和“卡西尼”探測器等。噴氣推進(jìn)實驗室發(fā)現(xiàn)很難找到已經(jīng)擁有所需CPS技能和其他工程技能的畢業(yè)生，打算通過參與實踐項目和高級工程師指導(dǎo)的形式來培養(yǎng)新員工。

（6）CPS開發(fā)工具的SimuQuest公司，該公司是一家軟件公司，開發(fā)的產(chǎn)品支持基于模型的系統(tǒng)工程。公司明確提出他們所尋找的員工需具備的關(guān)鍵知識技能：受控對象建模、算法設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、理解網(wǎng)絡(luò)和工程流程。CPS技能還有一個新的重點，包括非確定性、時序和延遲管理，以及協(xié)同仿真。

由此可知，來自企業(yè)的意見，對CPS教育的課程規(guī)劃起了非常重要的作用。

2）課程綱要（syllabus）是一門課程最重要的文件。

查閱報告列出的兩門課程的網(wǎng)頁[5-6]，我們可以看到，任課老師編寫的課程綱要內(nèi)容完整嚴(yán)謹(jǐn)，其中包括本課程的目的、使用的教科書和參考書目、課程內(nèi)容、進(jìn)度安排、作業(yè)要求和提交時間、考試日期、成績結(jié)構(gòu)、評分標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科政策（包含考勤、遲交功課等）和學(xué)術(shù)政策（處理作弊抄襲的政策等）等，綱要里還要包括授課老師和助教的聯(lián)系方式和答疑的時間和地點。它既是“課程”這個“產(chǎn)品”的說明書，也是師生之間的一個“契約”，對學(xué)生來說只要遵守課程綱要的要求通過這門功課的問題就不大。而對教師來說，課程綱要是指導(dǎo)也是一種約束，教師在教學(xué)過程中一般不得隨意更改綱要所列出的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時間安排，考試也只能測驗其中包括的內(nèi)容。

3） 教學(xué)過程嚴(yán)格，教學(xué)方法與模式多樣。

以加州大學(xué)伯克利分校的“嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論”課程為例，一門課程兩個代碼，課堂授課不分本科生和研究生，但要求不同，區(qū)別體現(xiàn)在“做額外的作業(yè)，并對該項目有更高的要求”，這在國內(nèi)（指內(nèi)地，下同）幾乎難以行通。但這種教學(xué)組織模式卻是真正的“現(xiàn)代化”，真正體現(xiàn)了“效率”，體現(xiàn)了“做中學(xué)，學(xué)中做”的現(xiàn)代教學(xué)模式。同時還可以看出，課堂授課對一門課程的教學(xué)而言，并非是最重要的，而“做”才是最重要的。如他們普遍采用或者是小班“研討式”授課，或者是采用“大班授課，小班研討”的教學(xué)模式。這與國內(nèi)的教學(xué)傳統(tǒng)理念有很大差異，因為我們對教學(xué)的考核，計算教師上了多少節(jié)課是首要的，最重要的，在很多大學(xué)甚至是唯一的。并且國內(nèi)大學(xué)對教學(xué)的基本資源的建設(shè)和管理也主要集中在教學(xué)樓（教室）和課堂授課。因此，從教學(xué)的理念到教學(xué)的模式，我們基本上還停留在農(nóng)耕時代。加州大學(xué)伯克利分校的這種教學(xué)模式其實有其理論依據(jù)，如圖1所示的“學(xué)習(xí)金字塔”。雖然圖中的具體數(shù)據(jù)并不一定科學(xué)可靠，但對學(xué)習(xí)者而言，6種不同的教與學(xué)方法所可能獲得的效果，實踐證明基本趨勢是符合的。

我們還可以了解到，美國一些好的大學(xué)，課程的考試特別多，每周都有大大小小的考試，課外閱讀材料多，實驗多，每次課堂的作業(yè)量很大。這些在國內(nèi)幾乎不可能。

圖1 學(xué)習(xí)金字塔

4）強(qiáng)調(diào)基于項目的學(xué)習(xí)（project-based learning）。

報告認(rèn)為基于項目的學(xué)習(xí)對CPS教育至關(guān)重要?；陧椖康膶W(xué)習(xí)在目前大學(xué)工程課程中越來越多。CPS特別適合“做中學(xué)”，在實驗室而不是在教室學(xué)。在實驗室中教師與學(xué)生接觸，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造力、團(tuán)隊合作和最終產(chǎn)品的有效完成。學(xué)生選擇真正的實際問題，在團(tuán)隊合作中為這些問題建立完整的典型的解決方案。學(xué)生構(gòu)建硬件，通過現(xiàn)有的硬件組件組成新的硬件系統(tǒng)，并學(xué)習(xí)將硬件與有效的軟件集成，以形成真實問題的解決方案。除課堂項目外，學(xué)生還通常需要完成設(shè)計課程項目（capstone projects），整合具有多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的學(xué)生團(tuán)隊，合作進(jìn)行大型項目。

5） 教師的學(xué)術(shù)研究對課程教學(xué)非常重要。

報告所列兩門課程，雖冠以“導(dǎo)論”之名，但課程實際內(nèi)容的廣度、深度及創(chuàng)新性，都是非常強(qiáng)的。而開設(shè)這兩門課程的主講教師，加州大學(xué)伯克利分校的Edward A. Lee和Sanjit A.Sehsia，賓夕法尼亞大學(xué)的Insup Lee和Sanjian Chen，都是CPS領(lǐng)域國際上的著名學(xué)者，他們開設(shè)的課程內(nèi)容，很多就是他們多年科學(xué)研究的成果?？梢?，在美國這些一流大學(xué)，就沒有“重教學(xué)”還是“重科研”這類問題。對大學(xué)教授而言，做研究首先是為了教學(xué)，好的教學(xué)必須依靠自身深入的學(xué)術(shù)研究，沒有研究的教學(xué)不可能產(chǎn)生出高水平的教學(xué)效果。這與我們教學(xué)中的“排課”有本質(zhì)的不同，我們是“分配教學(xué)任務(wù)”，并不真正關(guān)心主講教師對該課程所涉及的核心內(nèi)容是否有研究。于是，“照本宣科”就成常態(tài)之勢。

6） 教學(xué)投入充足，極為重視本科教學(xué)，認(rèn)為教授的天職就是教學(xué)。

而科研是屬于教授的個人興趣與愛好。學(xué)校當(dāng)然支持教授的研究工作，因為沒有研究的教學(xué)，教學(xué)的水平和效果無法保證，但絕不能因為科研而損害教學(xué)的利益。許多教授的工資是按本科教學(xué)的工作任務(wù)發(fā)放的。教授必須按照本科的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和要求完成教學(xué)任務(wù)，否則就有可能拿不到工資。對課程本身投入巨大，學(xué)校和院系在本科生課程投入上毫不吝嗇。據(jù)了解，MIT電子工程系每年在一門課程上的投入就高達(dá)30萬美元，少的也有10多萬美元。這些經(jīng)費并不包含教師的工資，是純粹投入到課程本身的，分配給各個學(xué)生小組來使用。

7） 非常完善的 TA（Teaching Assistant）制度。

如美國CMU的計算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論課程，一門課程有3個教師，12個TA，學(xué)生不過200。TA對一門課的教學(xué)起到非常大的作用。國內(nèi)還很少有完整TA制度的大學(xué)。國內(nèi)大學(xué)有“三助”制度，但這與現(xiàn)代大學(xué)的TA制度不是一回事。

8） 重視對課程教學(xué)質(zhì)量的評估與監(jiān)控。

美國好大學(xué)極為重視課程教學(xué)質(zhì)量評估工作，有成熟的體系和方法，如同行之間的評估、高級職員對低級職員的評估、學(xué)生對老師的評估等。而課程的評估也是工程教與專業(yè)認(rèn)證的重要內(nèi)容，而國內(nèi)在這方面幾乎還是空白。

我們對報告關(guān)于專業(yè)課程規(guī)劃與教學(xué)方面的解讀，主要是從“辦學(xué)者”和“教學(xué)者”的角度展開的（我們將在后續(xù)的文章中著重從學(xué)生的角度進(jìn)一步解讀報告）。報告對我們建構(gòu)“新工科”專業(yè)課程體系，有非常重要的借鑒意義?！靶鹿た啤敝浴靶隆?，必須落實到具體課程的設(shè)置與課程的教學(xué)。國內(nèi)在專業(yè)課程的設(shè)置上，考慮專業(yè)的學(xué)科屬性和要求多，考慮企業(yè)或社會的需求太少，“新工科”建設(shè)應(yīng)著力彌補(bǔ)這方面的不足。國內(nèi)在專業(yè)課程的教學(xué)上，實際狀況非常嚴(yán)峻，改革已刻不容緩。“新工科”建設(shè)或許是個契機(jī)。

我們在保證本科教育質(zhì)量方面，的確還存在著相當(dāng)大的差距。這個差距可能不是與世界一流大學(xué)的差距，而是與我們自定培養(yǎng)目標(biāo)的差距。改革開放40年來，世界先進(jìn)大學(xué)的樣子我們基本上都學(xué)來了，學(xué)分制、GPA（平均績點）、自由選課、彈性學(xué)制、教學(xué)評估、專業(yè)認(rèn)證等，但實際效果又如何呢？我們似乎打破了計劃經(jīng)濟(jì)時代形成的教學(xué)體系，但還沒有形成適應(yīng)現(xiàn)代社會的新的教學(xué)體系。從微觀上看，課程的教學(xué)模式與方法，基本上還停留在農(nóng)耕時代。從宏觀上看，什么樣的現(xiàn)代大學(xué)治理機(jī)制適合我們，可能并沒有完全解決，或有待進(jìn)一步完善。如果我們的課程教學(xué)質(zhì)量得不到基本保證，專業(yè)教育質(zhì)量從何而來？沒有好的教育質(zhì)量，一流大學(xué)的奮斗目標(biāo)能實現(xiàn)嗎？

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