加強基礎，提供平臺，營造氛圍，全方位培養創新能力

1 背景

計算機科學技術的迅猛發展及廣泛應用，在給人們生活帶來革命性的變化的同時，也給計算機高端人才的培養帶來了挑戰。這種挑戰集中體現在一方面隨著技術的發展需要灌輸給學生的計算機基礎知識在不斷增加；另一方面這種快速發展呼喚能夠獨立思考、自主發現和創造科技前沿的領軍人才。如何在知識傳授和激發創造性之間求取平衡，如何在計算機技術深度培養和拓寬學生視野提升綜合素養之間取舍，如何在眾多門類的計算機基礎知識中圈定最為核心和基礎的內容，如何在相對浮躁的大環境下引領學生找到自己的興趣和興奮點，進而踏踏實實地作基礎性原創性的研究創新，是擺在每個從事計算機高等教育的學者面前的難題。為了回答這些問題，北京大學在本科教學方面進行了一些規模較大的改革。

由于計算機學科與電子通信學科日益交叉融合發展的趨勢，北京大學于2002年將原計算機科學技術系、電子學系、微電子學研究所和信息科學中心臺并成為現在的信息科學技術學院，它集中了原各學科的科研優勢和人才優勢，實現了強強聯合。目前，北京大學計算機學科人才培養就是在這一信息學院的教學大平臺下進行的。學院成立以來進行了一系列的教學改革嘗試，本文將主要介紹在信息學院大背景下進行的與培養計算機學科學生創新能力有關的改革內容。

我們制定了“能力培養為綱、知識傳授為目；基礎知識為體、專門技術為用；避免急功近利、強調后發優勢”的教學指導方針。具體來講就是在課程培養和科研實習相結合，根據學生興趣提供多種課程組合，在打好數學物理基礎的同時，強化實驗教學，尤其是設計和創新型實驗教學環節，讓本科生從一年級開始就陸續進入實驗室，跟隨導師和碩士生博士生參與真實課題研究，全方位培養學生的科研創新能力。圖1給出了學生能力培養體系。

2 提高基礎課程質量，使學生具有高起點創新的能力

隨著計算機學科的內涵和外延的不斷豐富，與計算機學科相關的領域不斷增加，各種理論、技術、應用層出不窮。我們已經不可能在本科四年的時間里向學生傳授所有與計算機學科相關的知識，這就需要仔細討論，清楚到底哪些內容是相對更基礎的，必須掌握的；哪些實驗是對訓練學生基本動手能力更有效的，怎樣的教學模式是對學生未來的發展更有利的。回答上述問題需要考慮以下幾個因素：

(1)計算機學科未來發展趨勢預測及國家發展對計算機人才的需求；

(2)計算機學科的知識體系及各部分之間的拓撲關系；

(3)學生的特點和興趣；

(4)學生培養的目標和定位；

(5)現有師資力量和對未來師資力量發展的計劃。如果前四點決定了我們需要培養怎樣的人才以及如何培養，那么，第五點將決定我們究竟能否做到我們想要做的。分析了本校學生自學能力強，自主性強，高中數理語文英語基礎好，自信心和自尊心強的特點，我們在課程的設置中強調可選擇性和課程強度的高彈性，使學生能夠根據自己的實際情況和興趣在最佳的心理狀態下求學。

目前我們在一年級安排數學、物理、計算機和電路方面的基礎課(如數學分析、高等代數、電磁學、力學、計算概論、程序設計實習、數據結構與算法、微電子與電路基礎等)，使得學生在軟硬件方面都打下良好基礎。課程設置中將數學、物理、計算機等方面的基礎課，分為AB兩級不同深度要求的課程。打造研究型、綜合型(寬口徑型)、應用型培養模式，以適應興趣和特長不同的學生。另一方面，在一年級第一學期開設“信息科學技術概論”，清學院里資深的專家教授向學生講解信息科學技術領域各學科的發展和最新成果，知名教授學者(包括院士、長江學者等)親自給學生授課，開闊了學生的視野，激發了學生的學習興趣。通過與數學學院、物理學院聯合，借助北大數學學院和物理學院的學科優勢，為學生提供高質量的基礎課程。開設一些由數學學院、物理學院、信息學院學生聯合選修的專業課程，打破學科界限，為各個學科的發展培養寬基礎的研究生生源。

在提高實驗教學質量方面，學院作了多種嘗試，其中最典型的是在提高學生程序設計和實現能力方面，自主研發了“百練”程序在線評測系統(圖2)。該系統在基礎實驗教學中被廣泛應用，

并輻射至全國全球。“百練”程序在線評測系統是一個基于萬維網的服務系統，全天24小時向全球提供服務。用戶在練習某個題目時，只需要將源程序通過網頁提交，在幾秒種之內就會得到正確與否的回答。“百練”對于程序的評判是極為嚴格的，學生的程序根據系統給出的輸入數據進行計算并輸出結果。“百練”在服務器端編譯、運行被提交的程序，取得輸出結果和標準答案對比，必須一個字節都不差，程序才能算通過。這對于培養嚴謹、周密的程序設計作風極為有效，學生必須考慮到每一個細節和特殊邊界條件，而不是大體上正確就能通過。傳統的人工評判是難以做到這一點的。使用“百練”系統進行程序設計類相關課程教學時，一方面可以在網上布置作業題目，學生隨時完成作業、提交并獲得評測結果，減輕了教員批改作業的負擔同時增強了批改的準確性；另一方面教員亦可在網上監督學生作業完成情況，并就存在的問題進行解答。網上實時的編程考試，更能考察出學生的動手能力，同時有助于威懾和杜絕作弊現象。五年的教學實踐表明，“百練”系統在提高學生程序設計能力和編程的熟練和準確性方面起到了突出的作用。“在“百練”上做題對你創造力和思維能力都是種挑戰，有助于戒驕戒躁，任何一個字節都要處理得當，否則就會出錯。這不但可以使你懂得理論，而且使你真正開始寫自己的程序。”進入信息科學技術學院一年多，06級本科生王寶感受最深的是這個網絡教學平臺。

“百練”的程序在線評測系統提供免費軟件下載，供有興趣的學校和個人提供自己的在線評測系統。

3 參與科研項目，感受團隊創新的氛圍和魅力

信息科學技術學院建立了一整套本科生科研實習制度，將科研實習與本科生課程訓練并列為本科生培養的兩個組成部分。在一、二年級學生中遴選一些基礎好的學生通過“校長基金”、“政府基金”、“教育部大學生科研實踐計劃”。教師自籌等項目進入課題組參與科研項目的研究。三年級時，各個研究所實驗室制度化招收實習本科生，包括組織報名、考核、錄取、基礎培訓、規章制度培訓、前沿介紹、與學生討論確定選題，之后進入與研究生同樣的培養模式進行培養。四年級，所有沒進入實驗室實習的學生通過雙向選擇進入實驗室完成本科論文。

讓本科生從一年級開始就陸續進入實驗室，跟隨導師和碩士生博士生參與真實課題研究。這樣做的好處是：

(1)讓學生提前感受研究的文化氛圍，培養科學素養；

(2)通過科研，充分認識數理基礎的重要性，積極主動奠定堅實基礎；

(3)導師和學生互相溝通了解，提高研究生生源質量；

(4)提前培養專業基礎知識，將研究生培養延伸至本科，有助于出高質量的研究成果。

“在和高年級學生的協作中，我們學到的不僅是知識，而且還有一種信念，大家為同一個項目互相合作，以我們自己的方式鼓勵自己，如果我們能保持這種心態，我們一定能取得更大的成就。”已畢業的03級本科生鐘琪認為，本科參加院里的科研實習，除了培養動手能力、科研創新能力之外，更重要的是培養了他的團隊協作能力。

信息科學技術學院有1個教學研究所和11個科研研究所，其中有2個國家重點實驗室、6個部委級重點實驗室，承擔了國家863、973、自然科學基金項目100多個。每年縱向科研經費6000多萬，為本科生就讀期間直接參加科研工作提供了條件。近幾年在一些研究基金的資助下很多本科生在研究所里受到很好的訓練，參與完成了重大科研課題，發表了高水平的論文。例如計算機系07屆本科生李逸楠同學的論文入選數據庫領域頂級會議SIGMOD，并獲最佳本科生論文獎。圖3給出了信息學院近年來本科生發表論文的統計情況。

4 結束語

順應計算機學科迅速發展的趨勢，滿足國家發展對創新型人才的需求，設置合理的大學計算機專業課程，完善一整套創新人才培養體系，這個課題的研究還剛剛開始，所有的嘗試還有待于實踐的檢驗。北大信息學院下一步的工作將在鞏固前期建設成果的基礎上，本著實事求是的原則，繼承傳統、發揮優勢、推陳出新，積極穩妥地推進教學改革。繼續堅持促進學生“知識、能力和素質”協調發展的教育理念，實踐“以實驗能力和科學素質培養為核心”的教學指導思想，不斷完善既注重基礎又著眼于發展和創新的教學體系，使之與北京大學人才培養目標和生源特點相適應。