與國外高校合作培養(yǎng)本科高才生的創(chuàng)新能力

文章編號：1672-5913(2008)20-0012-03

摘 要：為了培養(yǎng)與眾不同的創(chuàng)新性人才，我們從本科生入學(xué)之日實行導(dǎo)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(yǎng)本科高才生創(chuàng)新能力的具有獨特模式的道路。本文從創(chuàng)新性人才塑造、個性化的培養(yǎng)、在本科階段爭取出國學(xué)習(xí)、利用國外大學(xué)Intel的先進設(shè)備、國內(nèi)外導(dǎo)師聯(lián)合指導(dǎo)本科畢業(yè)論文幾個階段進行了介紹。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；個性化；計算機集群；本科階段；Intel

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 創(chuàng)新性人才塑造

為了國家的發(fā)展、民族的振興，黨和政府非常重視創(chuàng)新，創(chuàng)新的口號與措施遍布各行各業(yè)，教育部要求高等院校各專業(yè)構(gòu)建實踐體系，要講求實實在在的創(chuàng)新，通過實踐引導(dǎo)創(chuàng)新。

1.1 要培養(yǎng)突出于群體的個性化人才

在本科教育階段如何創(chuàng)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(rèn)為可以從很多方面去探索，從點滴做起?，F(xiàn)在有不少人提出的創(chuàng)新人才培育方法是針對整個群體，如對某一門課的學(xué)習(xí)，對某一年級、專業(yè)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(fā)點是如何在這些群體提高水平的基礎(chǔ)之上培養(yǎng)少數(shù)更為拔尖的人才，本人集20多年培養(yǎng)本科生的經(jīng)驗，從2004年至2008年對我系04級本科生的個別學(xué)生進行了四年為周期的個性化創(chuàng)新人才培養(yǎng)，非常成功。

1.2 教師是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的主導(dǎo)

本科教育階段創(chuàng)新的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的能力，是為未來的創(chuàng)新打基礎(chǔ)，而不是要求學(xué)生在學(xué)習(xí)階段有什么大發(fā)明。教師在為學(xué)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(dǎo)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(xué)生學(xué)習(xí)階段教給他們什么，拓展到學(xué)生走向社會后能干什么，能為社會貢獻(xiàn)什么。

在實施創(chuàng)新教育、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的過程中，教師自身也應(yīng)該更新觀念，接受創(chuàng)新教育，使自己的能力、水平符合創(chuàng)新教育的要求，更為重要的是積極探索培養(yǎng)創(chuàng)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(chuàng)新和科技革命的發(fā)展趨勢，只有創(chuàng)新才有發(fā)展和進步，創(chuàng)新是發(fā)展得以延續(xù)的一種條件。

2 個性化培養(yǎng)

在本科生教學(xué)改革和創(chuàng)新的口號下，不要忘記以學(xué)生為本，尊重、引導(dǎo)學(xué)生的個性差異，增加學(xué)生對學(xué)習(xí)、研究方向的選擇機會。

2.1 本科生入學(xué)導(dǎo)師制

我國的學(xué)生從中學(xué)進入大學(xué)，在很多方面均有一個過渡的適應(yīng)期，特別是在學(xué)習(xí)上，中學(xué)是老師盯學(xué)生，學(xué)生跟著老師做題，比較被動，而在大學(xué)里主要培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)、自研能力，教師起引導(dǎo)作用，學(xué)生要轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)。

我系建立本科生入學(xué)導(dǎo)師制，在學(xué)生剛進校時，就分配給教師，一般每個教師帶2～3名學(xué)生，要求從學(xué)習(xí)、生活、熟悉學(xué)校等方面著手給予學(xué)生幫助。我當(dāng)時分配到了A、B、C三位04級學(xué)生，由于興趣與個性的差異，他們?nèi)撕髞碓谕瓿苫緦W(xué)習(xí)任務(wù)的前提下，分別走向三個不同的方向，本文介紹的是我認(rèn)為最成功的例子A同學(xué)的成材之路。

2.2 在課堂上結(jié)合所教內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

要開發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)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(chǔ)課的機會，培養(yǎng)、發(fā)現(xiàn)對某方向有興趣愛好的學(xué)生(包括學(xué)生本人已有的興趣和教師引導(dǎo)的興趣)。本人在主講本科生的數(shù)字邏輯電路課程時，簡介了微型計算機的發(fā)展史，結(jié)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(xiàn)在的多核CPU，此時就有學(xué)生對Intel公司感興趣了(A同學(xué)也是其中之一)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第一門硬件基礎(chǔ)課數(shù)字電路的教學(xué)效果良好，同時種下了創(chuàng)新的意識，反之如果學(xué)生對某一方面的知識不了解，興趣不高，就容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，還會扼殺創(chuàng)新意識。所以從創(chuàng)新角度去看，教師在上課時要讓學(xué)生知道所學(xué)課程的意義和作用，要設(shè)法讓他們產(chǎn)生求知欲和主動探索的興趣，這樣易引發(fā)其創(chuàng)新的激情。

2.3 利用大環(huán)境下的有利因素

在教育部關(guān)于開展本科生教學(xué)改革、本科生教學(xué)質(zhì)量工程項目和要給學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)自主權(quán)的背景下，我們的個性化教育計劃應(yīng)分門別類，量身定制?？梢岳孟驣ntel、IBM、微軟等公司的先進技術(shù)、先進產(chǎn)品及其教育計劃，讓我們的學(xué)生、老師接觸到實用化的先進思想、技術(shù)和設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上進行技術(shù)創(chuàng)新，這能為我國培養(yǎng)大量高素質(zhì)的、潛在的優(yōu)秀人才。

2.4 鼓勵與眾不同的個性化

要努力培養(yǎng)大學(xué)生對事物的觀察能力和對某方面知識的興趣，應(yīng)該幫助、鼓勵他去多看、多想、多探索。要因人而異地鼓勵學(xué)生向不同方向發(fā)展，要設(shè)法讓他有自信，鼓勵他的好奇心、自信心，揚長避短，發(fā)揮自己的優(yōu)勢。

當(dāng)學(xué)生的個性得到發(fā)展，綜合素質(zhì)有所提高，他們的創(chuàng)造力就有機會得到提升，同時也會促進學(xué)習(xí)的效果。提倡個性化的同時要培養(yǎng)興趣，對某事物有了興趣，就會渴求相關(guān)的知識，這才有可能運用知識去創(chuàng)新。

3 一個鮮活的實例

有了上述培養(yǎng)創(chuàng)新人才的設(shè)想是不夠的。從設(shè)想到計劃，再到實施成功，這條道路上的障礙往往讓相當(dāng)多的設(shè)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(xué)如何充分利用四年的本科學(xué)習(xí)時間，在學(xué)好基礎(chǔ)課的前提下，成為對某一領(lǐng)域有興趣并進行研究的本科高才生。

3.1 打好基礎(chǔ)

要培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新能力，基礎(chǔ)知識很關(guān)鍵，我國的各種學(xué)校注重基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論、基本技能，這些在創(chuàng)新中具有重要地位。我們有強大的師資、優(yōu)秀的生源，我系的學(xué)生只要認(rèn)真學(xué)習(xí)，打好基礎(chǔ)是毫無問題的，A同學(xué)學(xué)習(xí)認(rèn)真，基礎(chǔ)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(xué)交流學(xué)習(xí)一年。一些學(xué)習(xí)成績好、能力強的學(xué)生，三年可以基本達(dá)到總學(xué)分要求。要想出國交流，低年級時就要有所準(zhǔn)備，提前修一些選修課。我告訴A同學(xué)三年中我們教給優(yōu)秀本科生的東西已經(jīng)差不多了，你應(yīng)該制定計劃爭取四年級去國外交流學(xué)習(xí)，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(xué)，成為我校派出的優(yōu)秀交流生。

3.3 國內(nèi)外導(dǎo)師聯(lián)合培養(yǎng)

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

國內(nèi)外導(dǎo)師的合作指導(dǎo)、培養(yǎng)，其過程和階段性成果集中體現(xiàn)在本科畢業(yè)論文設(shè)計上。此時有學(xué)生、國內(nèi)導(dǎo)師、國外導(dǎo)師的想法及培養(yǎng)方式的交流問題。A同學(xué)的日本導(dǎo)師主要從事高密度光集成電路技術(shù)的研究與測試，他建議A同學(xué)做光集成電路的設(shè)計論文，而A同學(xué)對多核、集群計算機感興趣(在上我的數(shù)字電路課程時就對Intel公司的先進硬件技術(shù)有興趣)。此時我鼓勵該同學(xué)在不要偏離計算機硬、軟件的前提下自主選題，讓她根據(jù)自己的興趣、愛好、所處環(huán)境，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)問題，自己設(shè)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(chuàng)新能力的事情。

多核處理技術(shù)是當(dāng)前高性能微處理器系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢，以Intel為代表的國際主流微處理器廠商已經(jīng)成功推出了多種多核微處理器系統(tǒng)，A同學(xué)所在的日本東北大學(xué)也有先進的Intel多核、集群計算機系統(tǒng)。她經(jīng)過慎重考慮并與兩邊導(dǎo)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(fù)雜光子組件仿真設(shè)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(xué)模擬實驗給出了一些模擬時間優(yōu)化的數(shù)據(jù)與建議。此論文兼顧了學(xué)生的興趣以及中、日導(dǎo)師的研究側(cè)重點。我和A同學(xué)側(cè)重對Intel的多核、集群系統(tǒng)的理解及如何有效地應(yīng)用這些硬件來實現(xiàn)自己研究的算法和編程，同時又涉及到了設(shè)計、測試集成電路的方法與工具，較好地兼顧了日本導(dǎo)師的研究方向，將兩者有機地結(jié)合起來。設(shè)計論文從計算機硬、軟件的學(xué)習(xí)和實用出發(fā)，體驗、實踐了算法設(shè)計與程序設(shè)計，這與光看書學(xué)習(xí)理論數(shù)據(jù)有著本質(zhì)區(qū)別。

3.4 畢業(yè)設(shè)計的實施、結(jié)果

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

設(shè)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(zhuǎn)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(xiàn)在一定體積內(nèi)和一段時間上對連續(xù)電磁場的數(shù)據(jù)取樣壓縮。應(yīng)用FullWAVE模擬設(shè)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(guān)系。

(2) 當(dāng)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(shù)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(shù)量，T為Actual Computing Time。

圖1 性能曲線

實驗結(jié)論：

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

顯著的線性關(guān)系。

ii) 當(dāng)參與計算的核的數(shù)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(yōu)越性在計算對Memory Size的要求較高時表現(xiàn)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(xué)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(jié)果進行總結(jié)，寫出了較高質(zhì)量的論文，為本科階段的學(xué)習(xí)畫了一個圓滿的句號，同時對集群計算的硬件構(gòu)造、相關(guān)算法、并行程序設(shè)計等方面均有實戰(zhàn)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(shè)想，這些對一個本科生來說是不容易的，為日后的創(chuàng)新活動打下了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

我們探索的是如何培養(yǎng)某方面冒尖的創(chuàng)新型人才，充分利用四年本科教育是對未來創(chuàng)新人才成長不可缺少的環(huán)節(jié)，A同學(xué)是較為成功的范例，她多次獲獎學(xué)金，已能夠在國外重要期刊上發(fā)表論文，現(xiàn)在已順利進入了國外高校研究生學(xué)習(xí)階段。

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

參考文獻(xiàn)

[1] 吳曉桃．風(fēng)物長宜放眼量[J]．計算機教育，2006，(4).

[2] 蔣宗禮．實施創(chuàng)新教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J]．計算機教育，2008，(3).

[3] 馬瑞新．創(chuàng)造力的培養(yǎng)[J]．計算機教育，2007，(10).

[4] 趙沁平．分析發(fā)展趨勢研究發(fā)展戰(zhàn)略積極推進大學(xué)科技創(chuàng)新體系建設(shè)[J]．中國高等教育，2003，(8).