教 学 简 报

第 246 期

 

 中国科技大学教务处编 200061


深化有科大特色的教学改革进展之六十五

  

 

美国大学教育初探

 

今年118日至26日,我随朱清时校长等一行先后访问了美国的10所大学,它们是:麻省理工学院(MIT)、哈佛(Harvard)大学、康乃尔(Cornell)大学、普渡(Purdue)大学、诺特丹(Notre Dame)大学、威斯康星-麦迪逊大学(Univ. of Wisconsin-Madison)、南加州大学(USC)、圣芭芭拉加州大学(UC at Santa Barbara)、加州理工学院(Caltech)和斯坦福(Stanford)大学。本次访问的目的是重点考察这些大学在教育、科研、学术队伍建设等方面的情况。为此,除了必要的应酬外,我们尽可能多地与各校的教授、系主任、院长或主管行政负责人进行交流,收集资料。用我们常用的术语,叫做“深入第一线。”由于各校对我们这次访问的重视和事先的周密安排,使得访问的效率大大提高。

对我来说,对发达国家大学的科研情况稍有了解,良好的科研条件、先进的仪器设备、频繁的学术交流和真正一流的科学家,是著名大学最显著的特点。虽然我本人也曾在这种环境下接受过一点教育,但对西方的大学教育体系,尤其是关于本科生教育却知之甚少。这次访问,给我提供了这样一次机会。

 

一、关于本科生教育

 

上述十所大学,分布在美国的东部、中西部和西部,各校都有自己的特色,有的是公立,有的是私立;有的位于都市,有的远离喧嚣;有的规模庞大,有的“小巧玲珑”。然而,不管是哪种类型、哪种层次,各校都把教育作为学校的中心任务之一,并为此制定了十分明确的培养目标。例如,MIT明确提出:“教育和相关的研究,特别是对了解客观世界本质的教育和研究,是MIT 一直追求的目标,”“MIT 的使命是以出色的教育、科研和公共服务为社会做出贡献。”Caltech1921年以来始终坚持“培养教育界、政府部门和工业发展中所急需的创新型的科学家和工程师”作为自己的人才培养目标。在我们所接触到的各校的官员以及教授们一致认为:大学必须办好教育。

重视教育,首先体现在不少学校拥有一支直接承担教学工作的国际一流的师资队伍。这一点给我们留下了非常深刻的印象。在这些学校里,不管是教授、副教授还是助教授,甚至是诺贝尔奖获得者,基本上都要为本科生开课。即使象Caltech这样一所共有300名教师、1000余名博士后、1000余名研究生,却只有900名本科生的大学,一所被形容为“有教育成份的研究院”,教授们也同样承担本科教学。在Stanford,该校校长告诉我们:除了约10%的专职研究人员外,教授们是要教书的。Stanford6591名本科生,7553名研究生,据诺贝尔奖获得者、物理系主任朱棣文博士介绍:“物理系只有24名教授、副教授(其中包括3名诺贝尔物理学奖获得者,另有3名诺贝尔物理学奖得主在该校的加速器),一般约三分之二的时间做研究,但人人都要教课。对新来的年轻教师,一开始教得少些,以后越来越多。如果你书教不好,是很难得到教授职位的。Stanford的教授当然注重研究,但我们不鼓励教授只做研究不教书。”当我冒昧地问他本人教些什么课时,他十分自然地回答:“Basic courses for freshmen, Lab courses, quantum mechanics for both undergraduate and graduate students(新生基础课、实验课、本科和研究生量子力学), ……”。在我所接触到的所有大学学院的院长、系主任,基本上都给本科生教课。

各校的课程设置以及有关教学的其它工作也都是由教授所组成的委员会决定的。USCUC Santa Barbara明确要求教授们必须站在教育的立场上而不是本专业的立场上进行决策。各校的校长或管理教学的官员一再强调由教授而不是行政官员决定教育的重要性。另一方面,教授们也乐于承担有关教学的工作。例如,MIT信息方面的教学改革是由两位教授领衔设计的,有关加强学生动手能力训练的计划,是由一位著名的海洋工程学教授负责,数学系 Mattuck教授根据自己的教学经验,编写了一本带有卡通图片的如何做好教学工作的指南。在Harvard大学,我们访问了该校原工程学院院长、应用物理系Martin教授,从长时间的谈话中可以感到他对Harvard的整体教育思想、详细的教学情况以及相关数据了如指掌。在整个访问过程中,我们所接触到的不少教授,都能象Martin教授那样,十分清楚地介绍所在学校的教育情况,而他们在各自的研究领域,却是十分出色的科学家,有些甚至是国际上的顶尖人物或诺贝尔奖获得者。

在讨论具体的教学时,被访问的教授们非常强调教学过程中师生之间的交流,例如,在上面提到的Mattuck教授编写的如何做好教学工作的指南中,详细分析了学生的心理状况、师生之间容易产生的交流的壁垒以及如何打破这种壁垒等等。MIT明确规定:开设本科生研讨班课程的目的,是为本科生提供能与教师就一些有兴趣的课题进行更密切地交流和讨论的机会。在Caltech,诺贝尔奖获得者、校长David Baltimore博士认为,在基础课教学过程中,他不大赞成使用诸如VCD这样先进的设备进行教学,因为那样影响了师生之间面对面的思想交流。在Stanford,即使一个课堂有三百多学生,教师也尽可能在课堂上或课外创造一种轻松的交流气氛。各校还将研究生群体作为师生交流的重要纽带。

美国的不少大学的规模和本科生数非常大,但MITStanfordCaltech是个例外。这几所大学十分重视生源质量。例如,Caltech对学生的SAT Scholastic Aptitude Test,美国高中升大学时的综合水平考试)成绩要求很高,生源质量一直是全美最好的之一。Caltech的一位年轻教授说道:给这些高质量的学生授课“你可以较集中地讲授内容的思想,有时候,当你还没解释完时,学生就已经懂了,即使在某一细节上讲错了,也没有什么关系,因为学生仍然能够明白。我选择Caltech,不仅仅是她科研条件好,同时她有一批高质量的学生。”言语之间,无不流露出给这样的学生教课所带来的一种享受和陶醉。

不难想象,只要有一流的教授热衷于教学并直接参与教学,有一流的勤奋好学的学生,就可设计出一流的教育、培养出一流的人才。让那些真正有水平、有眼界的教授直接工作在教学第一线,这本身就是教学和科研相结合的最有效方式之一。

那么,这些学校是否有什么特别的措施,来鼓励教师教课呢?从我所了解到的情况看并非如此。事实上,各校在聘任教师或教师晋升职称时,主要还是看学术水平和研究成果。无论是MITHarvardCornellCaltech还是Stanford,他们都要求所聘任的教授是世界上某一领域一流的教授,而且尽可能为他们的科研创造条件,使他们在科研上作出重大成果。然而,在大学任职的一项基本职责就是教学,在聘任教师或教师晋升职称时,能否胜任教学是一个基本要求。这是我们所接触到的每一个管理者或教授的一致的看法。他们对诸如承担教学是否影响科研等问题不以为然。因此,不存在教授们只顾科研忽视教学,或者待晋升后就不重视教学的现象。每当我们出于礼貌,邀请他们在春暖花开或秋高气爽时访问科大,他们却不无认真地说:那时有课,走不开。由此也反映出他们对教学的重视程度。朱棣文博士的观点具有代表性,他认为:教授不愿教书可能依赖文化,一般来说研究做的好的教授也一定能教好书。CaltechBaltimore校长的说法更有意思,他面带笑容地说:“如果有教授上不好课,就让他(或她)去教不重要的课。”该校的校长助理D. L. Goodstein补充道:“我们的教授都有一种巨大的教育责任感,他们的教学水平都特别高,更重要的是他们的教学热情很高。”“我们知道哪些教授是好的老师,我们让他们多教课,那些教得不好的,就让他们上讨论课或对学生进行一对一的辅导。”(当然,上讨论课也是要有水平的)。也许,这些大学的教授们对教育的热情和责任感就是朱棣文博士所说的“文化”的一种体现吧。

由学生评估教授的授课质量,是这些学校一个通行的做法。评估的方式与我校的学生评估十分类似。所提出的问题包括:课程组织情况、主讲教师与学生之间的交流情况、对较难的概念、方法和内容的解释是否清楚、主讲教师对所教的课程是否有兴趣和激情、主讲对学生的评价是否公正以及对主讲教师授课质量和课程设计的总体评价等等。学生还可以写出书面评价意见。为了避免评估结果影响教师最终给学生的成绩以及避免学生的担心,各校都在期终考试前进行评估,下个学期初公布结果。评估的结果一般由系主任或学院院长掌握。以供对教师年度增加工资和晋升时参考。在Wisconsin-Madison大学数学系,该系的主任A. Adem教授特意给我看了一份具体的评估材料,从学生对被评教师的评分和书面评价中可以看出,学生的评估是十分认真的,系主任对评估的结果所做的分析也是十分细致的。在Purdue,该校的主管教务的校长助理G. E. Van Scoyoc教授一再向我强调学生评估教师的重要性。他认为一门课程,如果学生不能很好地接受、或存在师生之间的交流问题,不能算是一门成功的课程。

 

二、关于专业与课程设置

在我们所访问的学校中,CaltechMIT是比较强调专业教育的,Caltech的本科生只有900名,MIT的本科生规模和我校差不多。两校分别约有40%20%的本科毕业生进入研究生阶段学习,这个比例在美国高校中是数一数二的。但是,他们和其他具有数万名本科生的大学一样,本科生进校后第一学年所学的课程基本一样,内容主要包括人文社科、自然科学和数学。学生在第二学年才开始选择专业。这种做法使得学生可以根据自己的兴趣和特点选择专业,但同时也会因就业市场的需求,导致学生较集中地选择某几个热门专业。例如MIT的海洋工程专业有时只有几个学生选。对待这样的问题,Harvard的回答有一定的代表性:“除了艺术专业,我们并不限制学生选择专业,每个学生都应有平等的选择权利。”MIT的海洋工程专业实力雄厚,研究生生源非常丰富,但并不依靠本专业的培养。当然,部分热门专业也会因办学条件,适当限制选修的学生数。各校基本上都允许学生选择主辅修专业或第二学位,只有Harvard不鼓励这样做,他们认为Harvard的学生只要选择一个学位就够了。

在课程设置方面,各校都十分注意学生知识结构的宽度和广度的平衡,一方面,各校对所有专业的学生都规定了一定的人文社科、自然科学和数学等共修基础课程学分的比例,特别是规定了一定的非本专业课程学分的要求。另一方面,也开设了不少具有一定深度的专业和交叉学科的选修课程以及本科生研讨班课程。相对来说,Caltech本科生的课程是较重的,而且比较强调数理,通常学生要学两年的数学、两年的物理、一年的化学和一学期的生物,同时他们十分强调学科的交叉。其他学校也都有各自的特点。但各校都十分重视向学生提供足够的选修课程,正如Harvard大学所说的那样:对学生的选修课要给予足够的弹性,Harvard从来不给学生一个死的课程计划,也不要求学生应付考试。在教学方法上,MIT的座右铭是“少即是多(Less is more)。”这次访问,有幸听到更详细的解释。MITJ. Kim Vandiver教授解释道:教学一定要留有空间,学生自己可以通过与老师的交流、课后自学、查阅资料和思考,在课堂教学的基础上进行补充和扩展。他们所得到的知识,也许多于课堂内容,更重要的是,他们的能力得到了锻炼,这种能力将有助于今后他们自己获取新的知识。Caltech每门课程的学时数共有三个参数:课堂讲授时数、实验(如果需要)学时数和课外学习时数,可见他们对学生课外自学的重视程度。这使我想起了一个故事,某次我请一位校友回想在校时哪门课程给他的印象最深,他点了几门课,并特意对其中的一门课程给予评价,他认为:那门课的主讲老师课堂上讲得较简洁,使学生不得不在课下花精力去消化和补充。他认为这样锻炼了学生的自学能力,使他受益匪浅。这并不是什么高深的见解,但真正能在教学上做到这一点,却非易事,满堂灌现象在我们的教学中还相当普遍。

除了上述特点之外,比较一下Caltech和科大的课程设置,是非常有意思的。附录中对比了两校物理专业的数学课程,虽然这只是一个专业中的一类课程之间的比较,但从中可以看出两校的共同之处和存在的差异,这些差异一方面反映了两校的数学课程设置的特点,另一方面也反映了两校对教学内容和课程设计的思想。总的来看,科大的课程相对较古老,细节性的内容和所用的学时数较多。Caltech的课程跨度较大,涉及内容较广,从学时数可以推测,内容深度和细致程度不大可能与科大相比。

面对科学技术方面的新知识层出不穷,如何制定教学计划和设置课程,Caltech校长Baltimore的观点是:“首先,主要的知识是固定的,数理化的基本知识是不变的。其次,要把学生变成‘终生学习者’,要教会他们怎样学习、思考和判断。学生从这里出发,去从事非常多样化的职业,有些知识他们以后在工作中可以再学。现在确实有这种倾向,要教他们更多的知识,但你不可能做到。”从附录中Caltech的数学课程设置,可以反映出上述观点。朱棣文博士有一段精彩的论述:“比如对物理,基本知识多少年都没变,对于基本知识,没有捷径可走,学生必须理解。”对于其它知识,学生“最重要的是自学,而且要快速,不可能通本书都读,可能只翻几页,了解基本方程,通读一遍,然后开始讨论。”他还认为:“设计课程,必须考虑到那些今后不以研究为生涯的学生。”MITJ. Kim Vandiver教授在和我讨论这个问题时也认为:随着科学技术的发展,对课程做适当调整是需要的,例如,在工程方面,可增加有关软件应用方面的训练,但基础课程的结构是相对稳定的。也许,培养学生学会今后如何接受新知识、新思想要比在学校中接受更多的知识内容显得重要。在Stanford的工程学院,该院院长Plummer教授在回答如何面对电子、化学和机械工程快速变化而调整课程时说道:“我们主要在研究生课程方面做了调整。我们主要是以研究生教育为主,例如在电子工程方面,80%是研究生,20%是本科生。如果比较十年前的研究生课程,课程调整的幅度是很大的。主要原因是教授们知道什么是最新的,也希望学生尽快进入前沿。例如,随着生物学的发展,我们在电子工程、化学工程和机械工程中引进了生物和生物医学工程。我们为研究生提供更加灵活和创新型的课程。对于本科课程,变化不大。本科生开始主要以物理、化学和数学课程学习为主,然后开始学习一些应用领域的内容,或者最后学习我们所说的工程。学生抱怨说他们被迫学了物理和数学,而不是工程。这样,我们就失去了不少那些不愿意这样学下去的生源。不少学生宁可选择计算机或生物或者那些他们认为他们值得学的学科。所以我们最近做了一点调整,在一、二年级介绍一些具有吸引力的工程领域知识。”

 

三、关于学生全面素质的培养

 

这是一个我国教育界目前最关注的话题。在此次访美过程中我对此印象十分深刻。各校都明确说明学生的行为准则。例如MITStanford等学校要求学生在校园内遵守秩序、道德,特别是学术道德、个人名誉和他人权利,强调学校,作为一个教育机构,是学生培养自我负责和发展的场所。Caltech校长向我们介绍说Caltech有一个荣誉准则,其基本要求是“无人可对别人造成伤害”,比如考试作弊、偷窃等。各校所设立的各类优秀学生奖学金都对学生的品行做出要求。

从各校的课程设置可以看出,他们对学生的文化和科学素质的重视程度,同时各校对学生的写作、表达能力和团队精神均有一定的要求。例如,Stanford强调学生一定要经过写作和表达能力的训练,Caltech要求学生在校期间,在老师的指导下完成一篇约1500字科学或工程方面的文章,并能在学生自办的电子刊物上发表,Harvard要求学生完成一定的集体研究项目,以培养学生的合作意识。

各个学校还拥有一个博物馆,收藏有大量的文物和艺术作品,有些是十分有价值的精品。在很多学校实验楼的走廊中、学生活动中心的大厅里以及其它公共场所,经常可以看到展示科学和技术史上重大创造和发现过程的解释性图片或实物模型、以及本校著名教授对科学技术的重大贡献介绍。校园里还十分和谐地建有伟大的科学家、对学校发展做出重大贡献的人物塑像以及一些艺术性极强的雕塑,烘托出一种和谐的文化氛围和强烈的求知、探索和创新的良好校风。

在学生创新能力方面,MITCaltech的做法最为典型。MIT有一个“本科生研究计划”,该计划已实施了三十年。任何MIT的学生 ,在任何时候均可参加,只要成绩合格,并且不影响正常学习,参加的学生可以获得学分。Caltech利用暑假十周的时间,实行的是“本科生暑期研究计划”,也有二十多年的历史了。两种研究计划的基本做法是:学生在导师的指导下,就某个课题提出研究计划,经过可行性论证后,开始研究。项目结束后须提交一份研究报告,同时在为研究计划专门召开的学生学术会议上演讲。实施研究计划的宗旨是为了加强学生的创新能力、刺激学生探索未知的好奇心和锻炼学生的动手能力。学生参与这些计划的积极性也非常高,二十多年来,Caltech参与“本科生暑期研究计划”的平均比例约有20%。在参加的学生当中,大约有20%的学生所完成的研究能够在正式刊物、会议报告中发表。两校还设专人负责本科生研究计划的管理和指导。他们的这种做法,已经相当成熟,并得到美国高等教育界的肯定。其他学校,如Stanford的工程学院等,都有类似的研究计划。当他们得知我校已将存在多年的学生下实验室的做法逐步转变成大学生研究计划时,给予了高度评价,并认为双方今后可加强交流,完善这种对培养学生创新能力、激发学生好奇心和对研究的敏锐性的做法。

在学习风气方面,很难在短暂的访问中得出结论,我们也没有机会接触学生。但是,无论是从MIT学生穿梭于教室或实验室之间那急匆匆的脚步或是从大雪覆盖下Harvard的那份宁静和端庄、无论是从远离喧嚣、孤零零坐落在山丘丛林之中的Cornell、或是从位于飞速变化的硅谷之中的Stanford,你时刻都会感受到那儿学生用功读书的氛围。在Caltech,科大校友们安排了代表团的行程,热情地带领我们参观,但每次他们都是从实验室来,完成任务后又匆匆回到实验室。一位在Caltech读书的科大校友这样告诉我们:“从科大刚来Caltech时,无论是学习的紧张程度或是生活节奏,都觉得挺自然的,似乎变化不大。”他的这番感受,不知是赞扬科大的学风像Caltech ,还是欣赏Caltech的学风像科大。无论如何,但愿我校的优良学风能继续保持和发扬。

 

四、结束语

 

这次访美的时间不长,了解得并不全面、系统和深入,得到的大量资料有待认真研究和消化。因此,我对目前美国一流大学教育情况的了解仍然是肤浅和不全面的。虽然我尽可能客观地总结我们所了解到的实际情况,但难免搀杂了一些个人的观点和议论。偏颇之处,请读者批评指正。

中美两国在高等教育方面虽各自都有自己的特点,但在师资水平、教育思想和教学方法,甚至在学生知识背景、接受知识的方法和习惯上,都存在相当大的差异。我国的教育现状和特点,使我们不可能生搬硬套美国一流大学的做法。但是,当我们正在为建设一流大学、建立一套符合我国实际情况、真正先进的教育体系而努力时,认真研究和借鉴美国一流大学先进的教育思想、课程体系、教育方式、培养学生创新能力方面的种种做法,会开阔我们从事教育的思路,提高我们在培养人才方面的眼界,也会使我们逐步理解什么才是真正的一流教育、什么才是真正的一流大学。

 

 

附录:中国科大和Caltech物理专业数学课程与内容比较

 

中国科技大学

Caltech

研究领域

粒子物理、凝聚态物理、应用物理、量子光学、理论物理、等离子体物理、天体物理

粒子物理、凝聚态物理、应用物理、量子光学、理论物理、引力物理、高能天文物理、天文学

本科数学课程

通修课程:

1、高等数学导论(单变量与多变量微积分、Taylor展开、隐函数定理、线与面积分、Stokes定理、级数、广义积分、Fourier分析、常微分方程及解的存在惟一性)

学时:90+80+60=230

2、几何与代数(空间解析几何、线性方程组、行列式与矩阵、线性空间与线性变换、欧氏空间、二次型)

学时:80

3、数理方程(偏微分方程基本概念、自伴算子固有值问题、特殊函数、积分变换、变分法、函数空间、广义函数)

学时60

5、复变函数(解析函数及积分和级数表示、留数、解析开拓、保形变换、Laplace变换、围道积分)

学时:60

6、计算方法(数值逼近、线性代数问题数值解、常微分方程数值解)

学时:40

7、概率统计(概率与统计的基本知识)

学时:60

总学时:530(不包括选修)

选修:实变与泛函(不常开)

 

通修课程:

1、概率、单变量与多变量微积分(基本概率、Taylor展开、线与面积分、Stokes定理、级数、基本线性代数、矢量函数的积分)

学时:44+40+44=128

2、线性代数、统计学和微分方程(线性代数、基本统计、常微分方程)

学时:44+40=84

下列三门必选一门:

3、应用数学方法简介(复变函数、线性常微分方程、特殊函数、特征函数张量、积分变换、线性偏微分方程及其边值问题)44+40+44=128

4、古典分析(度量空间的拓扑、紧致性、连通性、完备性、常微分方程解的存在性惟一性、隐函数定理、复变函数、Lebesgue积分和L^p空间、Fourier分析)

学时:44+40+44=128

5、几何学和几何分析入门(微分流形、微分形式、流形上微积分、基本群和完全覆盖空间、Riemann空间和度量、测地线和曲率、曲线和曲面的微分几何、拓扑和微分几何现代概念简介)。

学时:44+40+44=128

总学时:340(不包括选修)

选修(数学课程):

应用数学方法(常微和偏微的初边值问题,方法包括:特征函数展开、变换和谱理论应用、线性算子、非线性、渐进和逼近等。