高校中開展大學生創(chuàng)新實踐活動的探討
——以北京郵電大學的量子密碼研究為例

郭奮卓，李慧娟，高　飛

(1.北京郵電大學 理學院，北京　100876；2.北京郵電大學 教務處，北京　100876；3.北京郵電大學 網(wǎng)絡技術(shù)研究院,北京　100876)

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高校中開展大學生創(chuàng)新實踐活動的探討
——以北京郵電大學的量子密碼研究為例

郭奮卓1，李慧娟2，高飛3

(1.北京郵電大學 理學院，北京100876；2.北京郵電大學 教務處，北京100876；3.北京郵電大學 網(wǎng)絡技術(shù)研究院,北京100876)

摘要:結(jié)合作者指導本科生創(chuàng)新實踐的經(jīng)驗和在美國普林斯頓大學訪學期間對該校本科生科研活動的考察，分析了本科生創(chuàng)新實踐過程中指導教師和學校的角色定位，并給出若干經(jīng)驗總結(jié)。以量子密碼研究方向為例，對從事理論研究的創(chuàng)新實踐給出了三點具體的指導性建議。上述分析總結(jié)以及相關(guān)的建議對于其他研究方向的創(chuàng)新實踐也具有一定的指導意義。

關(guān)鍵詞:理論創(chuàng)新實踐；指導教師；量子密碼;大學生創(chuàng)新

一、引言

創(chuàng)新是一個國家長久發(fā)展的永恒動力，許多國家包括我國都發(fā)現(xiàn)并開始執(zhí)行“創(chuàng)新要從小抓起”這一指導思想。目前，很多高校開始了一系列的科技創(chuàng)新活動[1-3]。隨著大學教育的日益開放，大學生比以往更容易接觸到研究生和研究生導師，大部分學有余力的學生都有機會參與到科研活動中，從而在科研和創(chuàng)新能力方面得到較早的培養(yǎng)和鍛煉，也使少數(shù)極具科研和創(chuàng)新潛力的優(yōu)秀創(chuàng)新人才得以嶄露頭角。然而，優(yōu)秀學生是否真的學有余力，如何找到自己喜歡的科研方向，如何合理調(diào)節(jié)自己的學業(yè)和科研創(chuàng)新時間，如何合理規(guī)劃自己的未來，如果對這些問題沒有一個明確的認識，最終都會導致自身創(chuàng)新的失敗與時間精力的極大浪費。指導教師能否單純采用類似于低年級研究生的培養(yǎng)模式來指導本科生，如何幫助學生進行時間和精力的分配和規(guī)劃，也與一個創(chuàng)新實驗成功與否有著直接的關(guān)系。此外，學校針對本科生的培養(yǎng)計劃以及提供各種學術(shù)交流的機會都對大學生進行科研創(chuàng)新造成影響。

作者指導研究生和大學生創(chuàng)新實踐工作多年，在大學生從事理論科研創(chuàng)新工作方面積累了一定的經(jīng)驗。在普林斯頓大學訪學期間，關(guān)注并著重調(diào)研了該校的大學生和教師之間的互動模式。如何另辟蹊徑，在應試的機制里，開出創(chuàng)新的花朵來，是作者長期進行的研究。現(xiàn)結(jié)合北京郵電大學的一些做法和普林斯頓大學的師生研修模式，從學校和指導教師兩個方面對大學生創(chuàng)新實踐工作進行論述，給出若干可借鑒的經(jīng)驗和總結(jié)。

二、學校在大學生創(chuàng)新實踐活動中的角色定位

1.轉(zhuǎn)變教育觀念全面開展創(chuàng)新實踐教育

學校在育人理念上轉(zhuǎn)變思想，更新教育觀念，以培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才為目標。開展大學生創(chuàng)新實踐教育,培養(yǎng)創(chuàng)新實用型人才,是高等教育的基本目標。充分認清當前所面臨的形勢和任務,建立客觀的并符合時代發(fā)展要求的高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的體系,將創(chuàng)新型人才培養(yǎng)作為高校實施素質(zhì)教育工程的核心內(nèi)容,貫穿大學生培養(yǎng)的全過程,實乃時下工作的當務之急。許多學校在這方面已經(jīng)走在了前面。例如，北京郵電大學領(lǐng)導高度重視學生的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，以校級大學生創(chuàng)新實踐基地和12個分基地實體作為支撐，成立了創(chuàng)新科技大本營，實現(xiàn)了管理中的“人員開放、運行開放、經(jīng)費開放、基地開放”，從場地、編制、經(jīng)費等方面提供常態(tài)化保障。

2.營造開放自由的創(chuàng)新實踐環(huán)境及平臺

要想切實做好大學生創(chuàng)新實踐教育工作，學校相應的政策支持不可或缺。要開展多樣化的創(chuàng)新活動，為學生提供創(chuàng)新發(fā)展空間，學校需要有開放自由的學術(shù)氛圍，學科間允許交叉融合，師生自由討論學術(shù)問題，在畢業(yè)生學分要求等教學管理上也要有適當?shù)膹椥詸C制。創(chuàng)建晚上的創(chuàng)新教育課程體系和教育教學方法，學校需要在專業(yè)設置、培養(yǎng)方案制定、修習方式等方面進一步加強對學生的創(chuàng)新實踐教育，為個性化培養(yǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境。應逐步進行培養(yǎng)方案的改革，減少硬性學分指標，把學生從埋頭修學分里解放出來，給學生更多的時間開展科研創(chuàng)新實踐活動。普林斯頓大學的科學和工程學士學生必須完成一個嚴格的科學和數(shù)學課程以及最少兩個學期的獨立研究。建議學校在某些專業(yè)開展試點,在學分的安排上增加靈活性，以便給全部或部分同學增加獨立研究的時間。

普林斯頓大學的辦公樓里每個拐角都有休息的沙發(fā)和小桌子，方便師生隨時研討交流。黑板更是隨處可見，不論辦公室還是樓道，你會隨時聽到粉筆在黑板上寫字的聲音和討論問題的聲音。樓里面很少有浪費的地方，沒有豪華的設計與裝修，有的只是最原始的黑板和粉筆。這些相比較來說更容易實現(xiàn)，隨處可見的黑板墻完全可以彌補我們教室和辦公室不足的缺陷。相對于建新的教學樓,這些投入都相對小很多,也在合理的承受范圍內(nèi),在一定程度上也可以解決目前許多高校存在的教室資源嚴重不足的問題。

3.充分利用學術(shù)報告指引學生走向更深一步的科研之路

學術(shù)報告是大學里最常見的一項基本學術(shù)活動，由主講人向?qū)W生傳授各學科的基礎知識或者最新的科研進展，使學生在最短時間內(nèi)有效地了解到相關(guān)學科或領(lǐng)域的前沿動態(tài)，拓寬學術(shù)視野，激發(fā)學生主動學習的熱情，并從中學習科學研究的基本方法，提高學術(shù)交流的能力。作為學有余力并有興趣進一步科研創(chuàng)新的學生應該盡可能多地廣泛去涉獵，從中發(fā)現(xiàn)跟自己學科契合的興趣點，以及創(chuàng)新的靈感和切入點，并堅定繼續(xù)鉆研下去的決心。

作為創(chuàng)新實驗的依托主體學校來說，應盡可能地提供各種學術(shù)報告，鼓勵教師邀請校外名師或親自上場為學生提供機會，同時應提供宣傳學術(shù)報告的平臺，增加院系中小范圍學術(shù)報告的聽眾。自2012年開始，北京郵電大學教務處開展了“名家進校園”系列活動，積極引進校外優(yōu)質(zhì)教育資源，邀請校外著名大學、科研機構(gòu)的知名學者、專家，走進北郵校園開設講座。開闊了學生視野、啟迪了學生的不同學科交叉、融合了創(chuàng)新思維。

三、指導教師在大學生創(chuàng)新實踐活動中的角色定位

1.指導教師自身需要具備創(chuàng)新精神

創(chuàng)新實踐活動開展的成功與否關(guān)鍵在于是否有一支具備強烈創(chuàng)新意識、高素質(zhì)及高度責任心和奉獻精神的指導教師。指導教師的創(chuàng)新性是實施創(chuàng)新實踐教育的前提條件。指導教師必須在自己擅長的領(lǐng)域具備一定的學術(shù)科研水平，擁有科研項目資源優(yōu)勢。自身必須思維開放、勇于探索，根據(jù)不同學生的個性特點激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情，大膽并善于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。指導老師，更應該去關(guān)注學術(shù)報告和自己的研究有沒有交叉，從而尋找到新的研究點。

在普林斯頓大學物理系，每周都會有固定兩個時間段的學術(shù)報告。此外，針對來應聘的人進行的面試就是要求做學術(shù)報告。學術(shù)報告的聽眾包括世界知名教授、院士、甚至諾貝爾獎得主以及本科生去聽。所謂三人行，必有我?guī)?。著名的大家也通過學術(shù)講座來了解當前的研究進展和方向，是尋找新的研究點的最有效途徑。比如已經(jīng)85歲的美國國家科學院院士，偉大的數(shù)學物理學家Lieb教授，每周四的講座都參加，并且每次講座都會舉手提問，這是每個指導教師都應該學習的。

2.課堂教學與科學研究相結(jié)合的教學模式

以傳授知識為目的的傳統(tǒng)教學模式已經(jīng)不利于大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，指導教師應轉(zhuǎn)變觀念，在課堂教學中引入相關(guān)專業(yè)研究領(lǐng)域的前沿成果，采用開放式創(chuàng)新教學模式，重視學生的個性、創(chuàng)造性，激發(fā)學生的學習積極性和深入研究的熱情，從而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)新問題、解決新問題的能力以及動手實踐能力。

3.科研相關(guān)知識的儲備

授人以魚，不如授人以漁。進行科研創(chuàng)新實踐，學生需要掌握基本的科研寫作相關(guān)知識，開展調(diào)研如何入手，數(shù)據(jù)處理需要注意的問題，熟悉課題研究的過程和方法，如何做研究后期數(shù)據(jù)處理與分析等具體的科研流程，這些指導教師專門增設研究方法和統(tǒng)計分析及統(tǒng)計軟件應用的課程，可以從簡單的文獻綜述的撰寫再到相對單一的調(diào)研報告和研究報告，引導這些對科研創(chuàng)新有興趣的學生一步步走上科研的正規(guī)道路上來。從而來提高學生科研創(chuàng)新的能力，運用所學知識解決實際問題和進行知識創(chuàng)新的能力。

4.時間管理

作為指導老師，向?qū)W生明確真正的科研需要投入的精力和時間，讓學生明確認識懂得放棄，才能收獲更多。參與創(chuàng)新的學生，一旦確定自己感興趣的研究方向，就盡快查找學校在該領(lǐng)域相關(guān)的科研教師，在雙方都有時間和興趣的情況下開展研究。做科研必須要有充足的投入，時間第一。在現(xiàn)行條件下，指導教師要教會學生如何在課程學習與科研創(chuàng)新實踐之間找到平衡，也十分重要。本科生要在繁重的課業(yè)中做到合理安排時間，盡量做到有所取舍。作者曾帶的一個學生成績很好，為了出國而選修了多門課，只是把創(chuàng)新活動也當成一門課來處理。該學生每次討論班都來，并認真地提問題，記筆記，但討論班結(jié)束后再沒有好好鉆研，得不到實質(zhì)的進步和能力提高。結(jié)果是師生皆疲憊不堪，事倍功半。而另一個一起做創(chuàng)新的學生則完全不同，他注重創(chuàng)新實踐項目，充分利用空閑及周末時間，上課認真聽課，課余時間用于涉獵自己感興趣的科研領(lǐng)域的學術(shù)論文，在國際著名期刊《Quantum Information and Computation》上發(fā)表了一篇論文，為自己今后的科研之路積累了豐富的經(jīng)驗。

5.教學相長

教學與科研相結(jié)合、推進學生參與科研訓練、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐動手能力，教師本身擁有更多的科研相關(guān)資源與平臺，在參與學生創(chuàng)新培養(yǎng)的過程中，不僅學生得到了充分的發(fā)展，自身也會成長，即為“教學相長”。因此，指導教師要具有開放性思維，大膽吸收學生進入自身科研項目，使雙方都得到發(fā)展才是真正的“雙贏”。

四、以量子密碼研究領(lǐng)域為例

學生一旦確定研究方向，并且對自己的學習時間有了正確規(guī)劃后，就可以真正開展研究了。首先要找到選定研究方向的具體研究點。要學會上網(wǎng)關(guān)注該領(lǐng)域的研究進展，通過百度、google、nature、science、維基百科，以及小木蟲等各種學術(shù)論壇了解該研究方向的基本概念、背景、最新進展及其實際應用等等。然后在一定了解的基礎上，找到當前需要解決的某個問題著手進行深入研究。一旦找到具體研究點之后，根據(jù)不同領(lǐng)域應有不同的實施方法。期間要積極主動多與指導教師和小組成員進行交流，形成具有固定規(guī)模的討論班。

作為指導教師，要結(jié)合優(yōu)秀本科生時間相對較少，潛力相對較大的特點對他們的指導制定激勵計劃。以量子密碼研究領(lǐng)域為例，該課題的特點是理論性和前沿性較強，存在大量的文獻。針對量子密碼課題的特點，在研究計劃的制定上可以給學有余力的優(yōu)質(zhì)學生如下指導性建議。

1.經(jīng)典論文案例分析

閱讀量子密碼研究領(lǐng)域最新的文獻，可以快速了解和掌握該學科的最前沿，在短時間內(nèi)取得一定的創(chuàng)新性成果。但是如果要想取得里程碑式甚至劃時代的創(chuàng)新成果，就有必要對經(jīng)典論文中所蘊含的巨大創(chuàng)新價值和意義進行深入剖析。對于表現(xiàn)優(yōu)秀，具有較強創(chuàng)造潛質(zhì)的學生，“經(jīng)典論文案例分析”就顯得尤為重要。嚴格挑選2～3篇經(jīng)典論文，讓優(yōu)秀學生從論文產(chǎn)生的學術(shù)背景、學科發(fā)展的要求、相關(guān)技術(shù)的推動、論文的前瞻性及其對后續(xù)研究的影響、論文如何促進新學科的形成、甚至結(jié)合社會、政治和人文環(huán)境等方面開展深入思考和研究，以此提高他們在創(chuàng)新價值觀和方法論上的綜合素養(yǎng)，為他們?nèi)蘸竽軐W科乃至社會做出卓有成效的貢獻奠定基礎。

2.公開問題研究

在許多科研領(lǐng)域，包括量子密碼領(lǐng)域，存在一系列公開的待解決問題。在這些大的研究方向上,可以結(jié)合優(yōu)秀學生的知識結(jié)構(gòu)和目前的研究及動手能力，布置若干相應的公開問題，從而培養(yǎng)這些學生完全獨立思考以及長時間執(zhí)著研究的素養(yǎng)和能力。

3.限時協(xié)議攻擊

密碼協(xié)議研究包括設計和分析。量子密碼理論上具有無條件安全性，但許多精心設計的協(xié)議卻由于設計時沒有考慮到的問題而被發(fā)現(xiàn)具有一定的安全漏洞，被提出相應的攻擊策略及改進方法。從這些成果中提取一些有代表性的成果，將這些成果形成所需的基本背景知識進行整理，然后讓優(yōu)秀學生以此為基礎，在有限時間內(nèi)復現(xiàn)原有的攻擊和改進。

針對一般學生的培養(yǎng)方法對優(yōu)秀學生能力發(fā)揮有些受限，不利于其潛力的挖掘。通過上述培養(yǎng)方法，可以增強學生的挑戰(zhàn)感，培育其在限時和高壓環(huán)境下潛能激發(fā)的心理習慣，為他們?nèi)蘸笤诟咛魬?zhàn)性的學習和工作環(huán)境中能夠超水平發(fā)揮和脫穎而出奠定基礎。

上述量子密碼研究方向的經(jīng)驗和方法已經(jīng)在本科生創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的應用中取得了一定的效果。這些方法幫助指導本科生發(fā)表國際SCI期刊檢索論文3篇，其中1篇為SCI小類2區(qū)。所指導本科生畢業(yè)后有3名出國讀研，2名保送清華讀研，1名保送北郵讀研，這些經(jīng)驗方法對他們研究生期間的科研學習有很大幫助。

五、總結(jié)

作為為社會培養(yǎng)和輸送創(chuàng)新人才的搖籃，國內(nèi)外的高校都加快了開展本科生科研創(chuàng)新教育的步伐，各種旨在提高本科生科研和創(chuàng)新能力的項目和計劃應運而生，比如本科生導師制、大學生創(chuàng)新實驗計劃等。面對創(chuàng)新實踐教育的滾滾大潮，學校如何在理念及政策上來做相應改變以激勵大學生開展創(chuàng)新科研活動，指導教師如何運用自己學術(shù)專長及資源合理有效指導學生，達到預期的科研教育效果，這些都需要我們不斷地摸索并積累經(jīng)驗。結(jié)合作者指導本科創(chuàng)新實踐的經(jīng)驗和在美國普林斯頓大學訪學期間對該校本科生科研活動的考察，分析了本科生創(chuàng)新實踐過程中學校和指導教師的角色定位，總結(jié)了若干經(jīng)驗。最后，以量子密碼研究方向為例，對從事理論研究的創(chuàng)新實踐活動給出了若干具體的創(chuàng)新指導性建議。

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Discussions on Students’ Innovative Practice in Universities——Taking Study on Quantum Cryptography as an Example

GUO Fen-zhuo1, LI Hui-juan2, GAO Fei3

(1.School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China；2. Academic Affairs Office, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China；3. Institute of Network Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)

Abstract:Based on the authors’ experience of guiding undergraduates’ innovative practice and observation of research activities of undergraduates in Princeton University, the roles of teachers and university in the innovative practice of undergraduate are analyzed, and some experience are given. Finally, three guidance suggestions are provided for the quantum cryptography research field. The above analysis, summary and suggestions are also helpful to the innovational education in other research fields.

Key words:theoretical innovative practice; instructor; quantum cryptography；college students’ innovative

中圖分類號:G645;G642.0

文獻標識碼:A

文章編號:1008-7729(2016)02-0110-05

作者簡介：郭奮卓(1977—)，女，山西忻州人，北京郵電大學理學院副教授，主要研究方向為量子密碼與量子信息理論。

基金項目：國家自然科學基金項目(61272057, 61572081)

收稿日期：2015-12-03