新时代，计算机学科教育的发展趋势是什么？如何进行跨学科的计算机教育？去年年底，第三届全球计算机学科发展论坛于清华大学召开。来自清华大学、美国伊利诺伊大学、英国剑桥大学、韩国科学技术院以及香港科技大学等高校的计算机领域专家、管理者们围绕“新时代下计算机学科的挑战与机遇”这一话题进行了分享与讨论。论坛最后，与会嘉宾一同围绕“新时代计算机学科的发展趋势”展开讨论。我们将分两期分享相关信息，本文为上期。

 

 

 

　　剑桥大学在近几年中创建了诸多项目，尝试弥合计算学科与其余学科之间的间隙与距离。

 

　　剑桥大学计算机科学与技术系主任安·柯普斯泰克教授通过追溯剑桥大学计算机学系的院系史，介绍了剑桥大学计算机学科的诞生、进化、独立与再度交融的历史进程。

 

 

　　安表示，剑桥大学计算机系的前身为1937年成立的数学实验室，其于30年后更名为计算机实验室，1970年正式成为计算机学系。

 

　　在最开始时，为支持其他学科的科学研究、知识生产，剑桥发明了第一台存储式常规应用计算机EDSAC。那时，实验室为所有学科提供计算服务，工程师与科学家一同探索思考，创造代码并实现各类新奇的想法，使不可能的研究成为可能。

 

　　安介绍，曾有三位诺贝尔奖获得者感谢过EDSAC的帮助，分别是英国生物学家约翰·肯德鲁、生理学家安德鲁·赫胥黎和天文学家马丁·赖尔。此外，剑桥大学计算机学家大卫·惠勒也通过EDSAC编写出快速傅里叶变换的计算代码，帮助其余两位科学家发表数字信号领域内的开创性论文。当时，计算技术是创新研究的必要支撑，却并未真正成为一门独立的学科。

 

　　然而，随着计算技术的快速发展、硬件设备的更新迭代，计算机硬件成为市场上可购买的商品，计算机实验室的服务属性也逐渐减弱。与此同时，计算机相关知识愈发晦涩抽象，计算机领域的进入壁垒也越来越高，计算机科学逐渐像一株枝桠重新落地生根，开始从其他学科中剥离、分化，成为一门独立的学科。

 

　　此外，计算机学科的快速发展，也使它与其他科学领域的距离愈发遥远。虽然其他学科的科学家能掌握基础的计算机程序与操作，但无法了解前沿的计算理念、方法与模型。因此，在计算科学愈发重要的当下，安认为，不应再放任计算学科与其他学科之间继续分裂，而应反思如何将它们再度融合，为跨学科教学与研究塑造良好环境。

 

 

　　安教授介绍，剑桥大学在近几年中创建了诸多项目，尝试弥合计算学科与其余学科之间的间隙与距离。首先是促进科学发现项目（Accelerate Programme for Scientific Discovery），在项目中，非计算专业的博士生、博士后可以得到AI知识培训，计算机系的教师也将前往其他学系，鼓励学生们将机器学习等计算技术整合进自己的研究。

 

　　其次是众多环境科学与计算科学交叉的跨学科项目，如气候科学计算机构项目（Institute of Computing for Climate Science）、剑桥碳信用中心项目（Cambridge Centre for Carbon Credits）和业界、政府与NGO支持的博士生培训中心项目（Centre for Doctoral Training supported by industry,government & NGO，简称CDT），前两者将直接借助计算模型和特别开发的软件助力碳排放、碳中和、碳信用研究，而CDT作为1+3项目，则需要博士生在第一年里学习AI硕士课程，而后在三年博士生涯中将AI应用到天气气候、自然灾害与生物多样性领域，借助前沿、先进的计算技术，解决全球环境危机。

 

 

　　CS+X项目的同学可以带来丰富的学科视角，不同视角间可以交流碰撞，使教室变成了解各类知识的窗口。

 

　　美国伊利诺伊州大学（以下简称“伊大”）计算机科学系主任南希教授表示，虽然近年来，计算机系的招生人数及教职工人数迅猛增长，但计算机项目的招生数量依旧无法满足大众需求。

 

　　自2019年以来，伊大计算机系的本科生、研究型硕士生和博士生的入学人数涨幅超30%，授课型硕士生的人数则增长了四倍有余。然而，在不影响教学质量的前提下，计算机系最多容纳的学生人数仅能比最初多三倍。因此，计算机项目供不应求促使伊利诺伊大学在扩招之外寻找更多元的答案，探索多面向、跨学科、可扩展和协作式的教学路径。

 

　　计算机学科教育供不应求

 

　　南希介绍，CS+X混合学位项目是伊大探索的显著成果。混合学位不等同于双学位，也并非将另一学科视作辅修。以CS+X的混合本科学位为例，X既可以是数学、化学、天文学等理科学科，也可以是人类学、语言学、教育学、哲学等人文学科，学生将学习两个学科的核心概念与课程，并与纯计算机学位的学生同时上课。

 

　　因此，在计算机课上，CS+X项目的同学可以带来丰富的学科视角，不同视角间可以交流碰撞，使教室变成了解各类知识的窗口，帮助每位同学开阔视野，接受更多学科的熏陶。

 

　　而CS+X项目的成功，也离不开伊利诺伊大学一直以来恒久坚持、密切深入的跨学科、多学科之间的合作研究。例如，伊大计算机系核心教师共有121名，其中11名教师的研究涉及生物信息学领域，19名涉及教育领域，还有17名教师的研究涉及社会和个人隐私领域，因此跨学科交流与合作是计算机系的传统，也是CS+X混合学位项目的催化剂，前者为后者的成功奠定了深厚基础。

 

 

　　南希表示，除混合学位外，伊利诺伊大学更对非计算机学位的在读生敞开大门，提供计算机辅修和线上研究生课程，帮助他们在计算机领域迈出第一步。自2014年至2021年，辅修计算机的学生人数从一百余名增长到了近三百名，而伊利诺伊大学也借助新技术使所有辅修学生顺利完成了CS的核心课程。

 

　　此外，不论是刚从其他学科毕业，还是工作几年、几十年才对计算机产生兴趣的人，伊利诺伊大学希望为所有阶段的人提供学习机会，因此，伊大创建了为期一年的硕士证书项目iCAN（Illinois Computing Accelerator for Non-Specialists），通过教授计算机基础快速增进非专业人士的计算能力，使他们在技术、研究或创业方面都做好最佳准备。

 

　　南希强调，传统全日制课程不可或缺，但更重要的是，应提供更多非传统的线上非全日制项目，允许世界各地的人参加。例如，伊利诺伊大学在Coursera平台提供线上硕士课程，吸引1200多名学生参与。明年1月，伊大也将于两小时车程外的芝加哥市开启硕士授课，满足不同人群的学习需求。因此，除本科混合学位外，硕士混合学位也是他人踏入计算机领域的一个入口，为潜在的跨学科研究提供机会。

 

　　然而，学生人数的大幅增加也意味着日常教学事务的负担更加沉重，伊大也开发了多种教学技术与工具，帮助教师提升教学效率。例如，伊大采用自动打分工具，为学生提供公平、一致和快速的反馈，同时，伊大还拥有PrairieLearn开源平台，采用问题随机生成和自动打分技术，允许学生自主进行模拟测验，增强学生对知识的掌握。

 

　　南希表示，要想满足大众对计算教育的需求，就不应止步于唯一的解决方案，不论是计算机学科还是其他学科，所有机构都应该思考、提出多维度、多学科交叉的通往计算机科学的不同路径，与其他学科建立跨学科的教育伙伴关系，为不同层级、背景和年龄的学生提供更多选择与机会。