计算机技能美国大学生全面碾压中印俄
对于美国高等教育是否无可匹敌，人们往往各执己见。不过一篇近期发表在《美国科学院院刊》的研究报告显示，至少在计算机科学领域，美国大学生的表现全面碾压中印俄。
图源：Inverse
虽然中国码农遍布世界各地、印度高管占据硅谷半壁江山、俄国黑客令人胆战心惊，但是一项最新的实证研究却表明，论计算机水平美国大学生属于当之无愧的龙头老大！
今年三月发表在《美国科学院院刊》（PNAS）的一项为期三年，测评美国、中国、印度和俄罗斯四个国家计算机专业大学生技能的研究显示：美国大学生的计算机专业能力远远超过中印俄！
该研究由斯坦福大学助理教授Prahangt Loyalka领导的一个全球团队完成，团队成员来自斯坦福大学、加州伯克利大学、世界银行和教育考试服务中心（ETS）。在这一名为《中国、印度、俄罗斯和美国的计算机科学技能》的报告中，研究人员首次验证了上述国家在计算机科学领域的教学质量。
研究结果
即使是美国普通院校的大学生测试结果相比中国、印度和俄罗斯顶尖高校的学生也毫不逊色；而美国精英高校学生的水平远远胜出其他国家顶尖大学的同龄人。总体而言，攻读计算机科学的美国大四学生，专业技能远超中印俄。部分结果甚至出乎研究人员的意料之外，团队成员、世界银行技术教育质量改进项目负责人Tara Beteille表示：”真没想到我们的顶尖高校，不但是印度，还有中国和俄罗斯，全都远远落后于美国精英大学。“
研究人员发现，在接受测试的各国学生当中，美国大四计算机科学学生平均成绩（Mean estimates）比中印俄学生高80%左右。相比之下，中印俄三国学生成绩之间的平均值差异较小，没有统计学意义。
美中印俄四国学生的计算机技能。数值为相对整体平均值的标准差。（图源：PNAS）
研究人员还分别比较了各国顶尖院校和普通院校的学生。他们发现，美国顶尖计算机科学科学专业的学生平均得分超过中国、印度和俄罗斯顶尖学生约80%。虽然中印俄顶尖院校的学生成绩比本国普通院校学生高出很多，但仍然比低于美国普通院校的学生。后者人均成绩还是超过中印俄顶尖学校的学生达15%－20%。
美中印俄四国顶尖院校学生和普通院校的计算机技能对比。数值为相对整体平均值的标准差。（图源：PNAS）
研究人员还发现，美国学生的出色表现并非归功于样本中存在大量成绩优异的国际学生。在所有接受测试和调查的美国大学生中，89.1%认为他们最好的语言只有英语，因此研究人员根据受访者语言能力认定其为美国本土学生（即拥有美国公民身份或永久居留权者）。
中印俄三国学生和美国学生计算机技能对比。其中美国学生根据语言能力被细分为两组。数值为相对整体平均值的标准差。（图源：PNAS）
Loyalka指出：“公众普遍认为美国高质量STEM（科学、技术、工程和数学）教育源自于国际学生的驱动。不过我们的数据显示，情况并非如此。如果只考虑美国本土学生，结论同样成立。”
研究团队也观察了样本中男女生的分数差异。在每一个国家，男生表现均优于女生；其中，中国的总体差距最小，美国最大。
美中印俄四国男女生计算机技能对比。数值为相对整体平均值的标准差。（图源：PNAS）
考生样本
研究团队首先确定美国、中国、印度和俄罗斯大学中，具有类似课程内容和要求类的计算机科学本科专业。选择各国的抽样机制时，研究人员确保样本中各国学生的年级（均为大四学生）和所修的核心计算机专业课程保持一致。
图源：Pixabay
在中国，研究人员从六个代表性省份（具体未知）随机选取了六所院校（总共36所）；在印度和俄罗斯分别选取15和24所院校。
研究者还通过以下标准确定各国大学中”精英“项目：
在中国，985或211学校的项目被认为是精英项目。印度的精英项目则包括印度理工学院（Indian institute of technology）、印度国家信息技术学院（National Institutes of Technology）和其他在国家大学排名前100位学院里的项目。在俄罗斯，精英项目被确定为国立研究型大学、5-100计划包含的大学以及联邦大学所属项目。而在美国，精英项目则被定义为学生入学ACT/SAT平均分达到1250（满分1600）或更高的学校所属项目。
接着研究团队随机选择中印俄每一个抽样项目中规模较小的行政单位（系或班级），并抽取了这些单位中的所有大四学生，包括了中国的678名学生（119属于精英项目）、印度的364名学生（71属于精英项目），俄罗斯的551名学生（116属于精英项目），他们与美国的6,847名学生（607属于精英项目）共同组成本次研究的调研样本。
考试内容
样本群体中的所有大四学生都参加了一项由美国ETS开发，为时两个小时，关于计算机科学领域专业知识的标准化测试，考查学生与计算机科学相关的概念、原理和知识的理解程度。
ETS测试的范围以及内容（图源：PNAS）
该测试包括66道多项选择题，内容涉及离散结构、编程、算法和复杂性、系统、软件工程，信息管理等。考题并未局限于某种特定软件或编程语言，而全部使用大家都能看得懂的描述性“伪代码”，这样就完全消除了学生是否熟悉某一编程语言而产生的影响。
考题的领域以及涵盖比例符合计算机协会（ACM）和电气电子工程师学会（IEEE）设定的国际标准、某几个年份的计算机课程以及中印俄国内计算机课程的官方指南。
ETS测试内容及涵盖比例（图源：PNAS）
研究团队采取以下措施保证测试公平性：首先为学生提供了同样的激励措施——获取一份有关其成绩的个性化分析报告；其次，回答考题数量不到75%的学生被排除在后续分析之外；第三，为减少语言差异造成的偏差，考试被翻译成各国对应语言。最后，考试成绩转换为统计分值后在各国间进行比较。
引发争议
这项研究成果一经发布，便被多家媒体转载，同时也引发了关注和争议。研究人员和其他人士对中美和其他国家大学生计算机技能水平存在的差距，看法如下：
长期发展和历史底蕴
研究发起者Loyalka表示，本项研究是首次对各个国家计算机科学教育水准进行对比。美国计算机科学系和整体的计算机教育的历史更悠久，也更有底蕴，尤其是跟中国或印度相比，并且美国花在每个学生上的资金也多于另外三个国家，因此美国与其他国家之间的技能差异其实并不令人意外。
虽然研究团队的后续研究可能更侧重于研究和阐释为这一结果产生原因，但团队的另外两名成员——Tara Beteille，以及ETS负责人Lydia Liu都怀疑，其实美国学生在上大学之前就已经比其他国家的同龄人获得更好的计算机教育。因此，尽管印度学生一旦接受高等教育后可能会取得最大的进步，但此前美国长期投资发展计算机科学技术而遥遥领先，如今形成他人难以逾越的差距。
Beteille希望这个研究能激励四国政府考虑一种更全面的教育方法——不仅要考虑计算机科学毕业生的数量，甚至是就业机会，还要考虑他们的教育质量。
测试内容/条件不公平
在电子电器工程师学会的旗舰级出版物IEEE Spectrum网站上便有读者质疑这个研究的客观性，因为研究采用的测试是由美国课程支持而主要针对美国学生的；另外有参加过测试的同学表示题目翻译常常是不准确或有误导性的；还有人认为美国的学生很小就拥有个人电脑，而许多第三世界国家的同学可能在学校才有机会接触电脑，所以仅根据这样单纯的测试下结论不太公平。
在国内知名计算机网站IT之家，有读者对这一研究的结果给出了这样的解释：
大学专业筛选机制造成抽样差异
一位在美国从业的计算机专业人士指出，美国大四计算机专业的学生大都是真正计算机软件爱好者且具备该项特长者（其他人在大一大二就被淘汰出局），而大陆的大四学生未必是真正的计算机爱好者且未经过严格的淘汰机制？这样对比的样本严重不对等。
他解释道，美国大学淘汰机制是指大学生在校期间可以很容易换专业。那些踏入大学伊始希望学习计算机的学生不一定能坚持到毕业，例如加州大学伯克利分校计算机专业第一年结束时就淘汰三分之二。计算机属于很难的专业，学不下来的中途就转其他专业了。所以在美国大学里，计算机专业大四学生都很厉害。中国不一样，大学进校时什么专业，毕业就是什么专业，基本没有什么人会在大学期间被淘汰。因此以中美两国计算机专业大四学生的表现进行对比有失公平。
图源：cs.washington.edu
中国计算机教育总体滞后
对于66道多选题，曾在中美大学任教的某资深研究人士表示，“我的感觉是完全相反的，基础技能中国学生不差，差的是原创需要的想象力和创造力。”
北京大学信息科学技术学院教授张铭认为，中国的中小学计算机教育基础薄弱，缺乏顶层设计，中小学信息技术课本中大多以教学生使用计算机为目的，教材内容滞后，没有锻炼学生的计算思维。
“因为信息技术不是高考科目，不受学校和家长的重视，信息技术课程的上课时间被严重侵占，不少信息学教师沦为维修电脑和网络的勤杂工。同时，对于中小学生的计算机教育，教师以灌输知识为主，习题为辅，学生缺乏对知识的深入理解和应用，课程与课程之间缺乏衔接并且存在大量重复的知识。” 她说。
她指出，在高等教育方面，较之国外的教学观念、教学内容和教学方式，国内一些高校的计算机教育仍然处于滞后、呆板的状态。
张教授表示：“信息时代的技术更新非常快，其包含的内容越来越广泛，而高校的课程体系相对滞后，这使得学生学习的是一些陈旧甚至过时的内容，对学生未来的职业发展产生了不必要的转换代价。”
一位在国内知名大学从事计算机研究和教育的人士指出，他们十年之前就看到这种差距了，中国学生根本不会这些知识，再怎么做选择题也做不对，更别说动手能力了，而现在的落后，将导致将来国家竞争力的落后。
参考资料
[1] Elite Chinese Computer Scientists Don't Outperform Average Americans, https://www.inverse.com/article/54133-computer-science-grads-competitiveness-by-country
[2] U.S. Students Have Achieved World Domination in Computer Science Skills—for Now, https://www.ithome.com/0/415/196.htm
[3] Computer science skills across China, India, Russia, and the United States,
https://www.pnas.org/content/suppl/2019/03/12/1814646116.DCSupplemental
[4] 争议：计算机技能美国大学生碾压中印俄，https://mp.weixin.qq.com/s/gjV3qX-FiAfnojn93BD_rg
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作者：海哥，本文经授权发表，权归属作者和本号联合所有。
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