與國外高校合作培養本科高才生的創新能力

文章編號：1672-5913(2008)20-0012-03

摘 要：為了培養與眾不同的創新性人才，我們從本科生入學之日實行導師制，貫穿四年一對一的師傅帶徒弟式的精心塑造，探索實踐了一條培養本科高才生創新能力的具有獨特模式的道路。本文從創新性人才塑造、個性化的培養、在本科階段爭取出國學習、利用國外大學Intel的先進設備、國內外導師聯合指導本科畢業論文幾個階段進行了介紹。

關鍵詞：創新能力；個性化；計算機集群；本科階段；Intel

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1 創新性人才塑造

為了國家的發展、民族的振興，黨和政府非常重視創新，創新的口號與措施遍布各行各業，教育部要求高等院校各專業構建實踐體系，要講求實實在在的創新，通過實踐引導創新。

1.1 要培養突出于群體的個性化人才

在本科教育階段如何創新？有哪些值得探索的方面。如何從口號變成具體的實踐？我們認為可以從很多方面去探索，從點滴做起?，F在有不少人提出的創新人才培育方法是針對整個群體，如對某一門課的學習，對某一年級、專業采取了一些措施，利用一些行之有效的方法，取得了較好的效果。而我們的出發點是如何在這些群體提高水平的基礎之上培養少數更為拔尖的人才，本人集20多年培養本科生的經驗，從2004年至2008年對我系04級本科生的個別學生進行了四年為周期的個性化創新人才培養，非常成功。

1.2 教師是培養創新人才的主導

本科教育階段創新的關鍵是培養學生的能力，是為未來的創新打基礎，而不是要求學生在學習階段有什么大發明。教師在為學生作鋪墊的同時，往往在一定程度上忍耐著寂寞，因為對本科生的課外指導往往看不出什么大的成績，卻占用了教師的大量時間，影響其研究工作。但這是百年大計，非做不可的事情，要從學生學習階段教給他們什么，拓展到學生走向社會后能干什么，能為社會貢獻什么。

在實施創新教育、培養創新人才的過程中，教師自身也應該更新觀念，接受創新教育，使自己的能力、水平符合創新教育的要求，更為重要的是積極探索培養創新型人才的有效途徑。

對于高校的各部門，每個教職員工都要重視本科生科技創新和科技革命的發展趨勢，只有創新才有發展和進步，創新是發展得以延續的一種條件。

2 個性化培養

在本科生教學改革和創新的口號下，不要忘記以學生為本，尊重、引導學生的個性差異，增加學生對學習、研究方向的選擇機會。

2.1 本科生入學導師制

我國的學生從中學進入大學，在很多方面均有一個過渡的適應期，特別是在學習上，中學是老師盯學生，學生跟著老師做題，比較被動，而在大學里主要培養學生的自學、自研能力，教師起引導作用，學生要轉為主動學習。

我系建立本科生入學導師制，在學生剛進校時，就分配給教師，一般每個教師帶2～3名學生，要求從學習、生活、熟悉學校等方面著手給予學生幫助。我當時分配到了A、B、C三位04級學生，由于興趣與個性的差異，他們三人后來在完成基本學習任務的前提下，分別走向三個不同的方向，本文介紹的是我認為最成功的例子A同學的成材之路。

2.2 在課堂上結合所教內容引導學生的學習興趣

要開發學生的好奇心，引導其對某個方面問題的求知、探索的興趣，可以利用低年級基礎課的機會，培養、發現對某方向有興趣愛好的學生(包括學生本人已有的興趣和教師引導的興趣)。本人在主講本科生的數字邏輯電路課程時，簡介了微型計算機的發展史，結合80年代初期我參加工作后第一次接觸到的用Intel 8080 CPU制造的Cromenco微機以及現在的多核CPU，此時就有學生對Intel公司感興趣了(A同學也是其中之一)，激發了學生的學習興趣。第一門硬件基礎課數字電路的教學效果良好，同時種下了創新的意識，反之如果學生對某一方面的知識不了解，興趣不高，就容易產生厭學情緒，還會扼殺創新意識。所以從創新角度去看，教師在上課時要讓學生知道所學課程的意義和作用，要設法讓他們產生求知欲和主動探索的興趣，這樣易引發其創新的激情。

2.3 利用大環境下的有利因素

在教育部關于開展本科生教學改革、本科生教學質量工程項目和要給學生提供更多學習自主權的背景下，我們的個性化教育計劃應分門別類，量身定制?？梢岳孟驣ntel、IBM、微軟等公司的先進技術、先進產品及其教育計劃，讓我們的學生、老師接觸到實用化的先進思想、技術和設備，并在此基礎上進行技術創新，這能為我國培養大量高素質的、潛在的優秀人才。

2.4 鼓勵與眾不同的個性化

要努力培養大學生對事物的觀察能力和對某方面知識的興趣，應該幫助、鼓勵他去多看、多想、多探索。要因人而異地鼓勵學生向不同方向發展，要設法讓他有自信，鼓勵他的好奇心、自信心，揚長避短，發揮自己的優勢。

當學生的個性得到發展，綜合素質有所提高，他們的創造力就有機會得到提升，同時也會促進學習的效果。提倡個性化的同時要培養興趣，對某事物有了興趣，就會渴求相關的知識，這才有可能運用知識去創新。

3 一個鮮活的實例

有了上述培養創新人才的設想是不夠的。從設想到計劃，再到實施成功，這條道路上的障礙往往讓相當多的設想最后成為泡影。下面介紹的是我從04級一年級開始帶的本科生徒弟A同學如何充分利用四年的本科學習時間，在學好基礎課的前提下，成為對某一領域有興趣并進行研究的本科高才生。

3.1 打好基礎

要培養本科生的創新能力，基礎知識很關鍵，我國的各種學校注重基礎知識、基礎理論、基本技能，這些在創新中具有重要地位。我們有強大的師資、優秀的生源，我系的學生只要認真學習，打好基礎是毫無問題的，A同學學習認真，基礎知識扎實。

3.2 爭取本科階段的國際交流計劃

借助國家和一些大公司的牽線、贊助，我們的本科生有機會在四年級去國外大學交流學習一年。一些學習成績好、能力強的學生，三年可以基本達到總學分要求。要想出國交流，低年級時就要有所準備，提前修一些選修課。我告訴A同學三年中我們教給優秀本科生的東西已經差不多了，你應該制定計劃爭取四年級去國外交流學習，她很樂意并競爭到了國外交流計劃，于本科第四年去了日本東北大學，成為我校派出的優秀交流生。

3.3 國內外導師聯合培養

A同學四年級主要是在國外度過的，實實在在地身處國外學習、研究、生活。期間她學習國外高校的課程，主要跟隨外國老師做研究。同時通過網絡、電話與國內老師溝通，獲得母校的一些支持。

國內外導師的合作指導、培養，其過程和階段性成果集中體現在本科畢業論文設計上。此時有學生、國內導師、國外導師的想法及培養方式的交流問題。A同學的日本導師主要從事高密度光集成電路技術的研究與測試，他建議A同學做光集成電路的設計論文，而A同學對多核、集群計算機感興趣(在上我的數字電路課程時就對Intel公司的先進硬件技術有興趣)。此時我鼓勵該同學在不要偏離計算機硬、軟件的前提下自主選題，讓她根據自己的興趣、愛好、所處環境，通過調研發現問題，自己設計題目，提交選題報告，這對一個身處國外的本科生來說本身就是一種鍛煉創新能力的事情。

多核處理技術是當前高性能微處理器系統發展的主要趨勢，以Intel為代表的國際主流微處理器廠商已經成功推出了多種多核微處理器系統，A同學所在的日本東北大學也有先進的Intel多核、集群計算機系統。她經過慎重考慮并與兩邊導師多次討論，確定了論文題目為《基于Full Wave(RSoft)的Cluster PC性能研究》。Full Wave是一高度整合之復雜光子組件仿真設計分析軟件，論文通過Full Wave從時間和效率的角度對Cluster PC的性能進行了評估，同時對基于Full Wave的光學模擬實驗給出了一些模擬時間優化的數據與建議。此論文兼顧了學生的興趣以及中、日導師的研究側重點。我和A同學側重對Intel的多核、集群系統的理解及如何有效地應用這些硬件來實現自己研究的算法和編程，同時又涉及到了設計、測試集成電路的方法與工具，較好地兼顧了日本導師的研究方向，將兩者有機地結合起來。設計論文從計算機硬、軟件的學習和實用出發，體驗、實踐了算法設計與程序設計，這與光看書學習理論數據有著本質區別。

3.4 畢業設計的實施、結果

A同學的畢業設計利用了日本東北大學的HPC6000- CD416C機器完成并行計算，這是由4個結點組成的集群計算機，每一個結點內安裝有兩個核，各結點通過帶寬為1Gb/s的以太網連接，CPU由多個Intel core 2 Due 組成，用到Intel Flex存儲技術，采用Intel 975X Express芯片組。

設計選擇了位于XZ平面的Channel dropping filter with a ring resonator作仿真實驗的模型。用FDTD算法將Maxwell方程中的兩個旋度方程直接轉化為差分形式，將電磁場進行空間和時間上的離散化，得到電磁場演化的迭

代方程組，實現在一定體積內和一段時間上對連續電磁場的數據取樣壓縮。應用FullWAVE模擬設定時間t=0運行到由Stop Time指定的時間點。采用單機與集群計算的對比。

(1) 在單機運算僅有一個核參與計算的情況下，改變模擬實驗對Memory size的要求，驗證Actual Computing Time與Memory Size的近似線性關系。

(2) 當多于一個的核參與計算的時候，對于要求不同Memory Size的模擬實驗，改變參與運算的核的數量，進而探討計算機集群的性能。實驗得到集群計算的性能曲線，見圖1，其中N為參與計算的核的數量，T為Actual Computing Time。

圖1 性能曲線

實驗結論：

i) Stop Time和Actual Computing Time之間存在比較

顯著的線性關系。

ii) 當參與計算的核的數量滿足以2為底的冪的條件時，隨著其增加，Actual Computing Time近似的反比例減少。

iii) 集群計算機的優越性在計算對Memory Size的要求較高時表現的比較明顯。

v) Actual Computing Time減少時，集群計算機的性能可能不升反降。

A同學身處國外，自主選題，自己探索，獨立查找、分析、研究和整理資料，進行實驗驗證，并對結果進行總結，寫出了較高質量的論文，為本科階段的學習畫了一個圓滿的句號，同時對集群計算的硬件構造、相關算法、并行程序設計等方面均有實戰后的理解和掌握，她正著手對集群計算機進行更深入的研究，并已有一些新的設想，這些對一個本科生來說是不容易的，為日后的創新活動打下了良好的基礎。

4 結束語

我們探索的是如何培養某方面冒尖的創新型人才，充分利用四年本科教育是對未來創新人才成長不可缺少的環節，A同學是較為成功的范例，她多次獲獎學金，已能夠在國外重要期刊上發表論文，現在已順利進入了國外高校研究生學習階段。

培養新一代大學生是任重而道遠的事情，我們正在進一步探索多方面的個性化培養方式，讓學生在不同的方向冒尖。我們打算進一步跟蹤學生在本科教育階段之后的表現和發展，不斷地調整培養模式，爭取形成比較成熟的路徑。

參考文獻

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