“千生一院士”为何扎根中科大

　　——中国科学技术大学本科生创新能力培养纪实

　　在不久前结束的第18届RoboCup机器人世界杯比赛中，中国科学技术大学自主研发的“可佳”智能服务机器人夺得冠军。这是我国服务机器人首次在国际服务机器人标准测试中排名第一，标志着我国服务机器人研发取得了历史性突破。同时，该校还蝉联多机器人2D仿真比赛冠军。

　　“我们团队的成员以研究生为主，他们大多数是本科期间就到实验室参与研究的。”中国科大计算机学院机器人实验室负责人陈小平教授自豪地说，他们培养的“土著”多次战胜国际一流实验室的高手。

　　■通讯员 杨保国

　　实验室成就“巅峰对决”

　　在巴西举行的机器人世界杯大赛中，研究生王宁扬负责可佳机器人硬件的拆卸、装配和维护等，为夺冠立下了大功。

　　王宁扬大一就参加了学校“RoboGame机器人活动周”比赛。大二下学期，陈小平老师率队在机器人世界杯大赛中取得冠、亚军的优异成绩，回来后计算机学院组织宣讲和实验室参观活动，更激发了王宁扬的热情，便申请加入陈老师的实验室。

　　陈老师让研究生孙昊带王宁扬，一开始给他简单的任务，之后逐步加大难度。由于学校没有开设机器人硬件方面的课程，王宁扬主要靠自学来弥补相关知识。他边学习边实践，利用半年的课余时间设计了一种可佳机器人的机械臂。之后，王宁扬逐步成为骨干成员，参加可佳机器人整机研制、机器人底层的控制算法和通讯研究等工作。

　　“本科期间在陈老师实验室里，边学边干，理论联系实际，不仅学到了很多实用的东西，动手能力也大大增强。”王宁扬说。

　　在中国科大，机器人不仅作为一项前沿科学研究，而且被看成是人才培养的重要手段。陈小平所负责的机器人实验室，从上世纪90年代末就开始选拔培养机器人方面的人才，并于2000年首次在澳大利亚举办的第四届机器人足球世界杯上亮相，成为我国第一支参赛队伍。他们的具体做法是，面向本科生开设“机器人研讨班”课程，以研讨和上机实践为主要教学手段，培养学生的动手能力和创新精神。课程结束后，有兴趣的学生可以申请进入实验室学习，一段时间后，再从中挑选能够承担比赛任务的学生，分配具体课题，开展研究工作。

　　“在这种培养机制下，有些学生很快就能独当一面，王宁扬大四时就独立承担了可佳机器人硬件维护工作。”陈小平说。截至目前，该实验室已培养了51名博士和硕士。其中，作为竞赛核心骨干的优秀博士生，绝大多数是本科二年级就进实验室学习的学生。陈小平发现，在本科阶段练成出色的实验能力，对于博士阶段完成前沿创新研究具有极大的帮助。

　　如果说机器人世界杯是“巅峰对决”，那么该校一年一度的机器人活动周则是普及性的大学生课外科技活动，每年都吸引了数百名本科生参加。学生利用课余时间，自己动手设计程序、加工制造和组装硬件，制作体现多学科交叉的机器人，然后进行比赛，为机器人研究培育了浓郁的氛围。

　　“对学生参加科技竞赛等课外科技活动，学校在经费等方面给予大力支持。”中科大副校长陈初升表示，这些年来，在种种国内外著名的大学生科技竞赛中，如RoboCup机器人世界杯、国际遗传工程机器竞赛等，总能看到中国科大学生争金夺银的身姿。

　　六级实验体系浑然天成

　　陈锟是中国科大物理学院的研究生，他以第一作者身份在国际物理学顶尖期刊《物理评论快报》上发表了3篇论文。

　　陈锟本科期间上了《大学物理实验》一至五级。“我以前极端推崇理论的重要性，但一系列的实验课使我意识到理论联系实际是一件多么重要和有趣的事情，这对我来说是一种思维模式上的重建。”陈锟说，这种转变决定了他后来在研究过程中偏爱使用计算机模拟。此外，“实验课和理论课的进度很贴近，课堂上学到的抽象概念很快与物理实验联系起来，非常有利于培养物理直觉。”

　　据该校物理学院分党委副书记、物理实验教学中心负责人张增明教授介绍，作为首批国家级物理实验教学示范中心和国家级精品资源共享课程，该校《大学物理实验》是所有本科生的必修课，每年选课学生6000多人（在校本科生总数7400多人），实验人时数每年达38万，对全校学生的创新能力培养发挥了重要作用。

　　该校针对不同年级、不同专业的学生，按照难易程度构建起多层次、研究型的六级物理实验教学体系，即“基础实验——设计性实验—现代物理实验技术—研究性实验—专业基础实验—专业实验”。低年级的实验课以激发学生学习兴趣和训练基本实验技能为目的；高年级课程则以全方位的科研素养训练和自主实验为主，激发学生的创造力，提升他们的综合素质。

　　其中，研究性实验（四级）是培养本科生科研能力的重要课程。从查阅文献、提出课题、实验条件准备、实验方案设计，到实验操作、论文写作、答辩等，都由学生自主完成，实验室提供相关的实验仪器和指导教师。每年全校大约有600名学生参加，选题是完全开放的，95%的学生的选题都与往年不同，这对指导老师也是很大的挑战。

　　实验教学中心还及时将最新前沿科研成果、研究方法转化为教学实验，实验内容每年更新约20%。例如，该校的量子通信相关实验研究一直处于国际领先地位，潘建伟院士的研究团队通过提炼，将他们在量子纠缠和量子编码等方面的研究成果转化为面上实验，使高年级本科生能够接触到国际上最先进的实验方法，自己动手实验观察了解深奥的量子现象。

　　此外，他们在调研摸底的基础上将新生分类，开设基础性开放性实验，并改革基础（一级）物理实验教学，将每个实验细化分解成基础、进阶、提高性实验内容三部分，对不同基础的学生作不同要求。而高年级的专业实验课与研究生实验课打通，实现了中学——大学——研究生物理实验教学的无缝对接。

　　“物理实验教学是我校实验教学改革的一个缩影。实验教学中心的有些设备已达到科研级水平，学生掌握了这些手段就能很快进入科研。”教务处副处长汤家骏说，有些研究性实验如果实验教学中心做不了，就到学校集中力量打造的理化科学实验中心等6大公共实验中心去做。

　　“大学生研究计划”举重若轻

　　在中国科大，学生可以根据自己的兴趣，自由选择校内或中科院相关研究机构的导师和课题，利用一个暑假或一学年的业余时间完整地参加一个科研项目，完成后可得4个学分。

　　这项被称为“大学生研究计划”的项目已实施十年，将学生进实验室、课题组从事科研活动纳入本科生教学计划之中，每届本科生中超过一半学生参加，约30%的学生还将研究成果公开发表。

　　信息学院2011级王牧可谓创新小“超人”。由于对李骜老师的《生物医学基础》课感兴趣，他报名参加大二暑期大研计划时，想做生物信息学方面的研究。但由于对该方向不太了解，首先是选题遇到很大困难。在仔细研读了李老师推荐的几篇论文并商讨后，才确定课题——“基于治疗前后癌症基因组数据的变异检测算法的研究”。

　　由于《概率论》、《随机过程》这两门课还没上，王牧就在暑假前有重点地自学，为课题相关的数学建模打下基础。研究过程中，当对模型的理解和应用产生疑惑时，起初通过查阅资料解决问题，但效率低下，有时理解会出现偏差，甚至犯了原则性错误。之后，王牧主动与老师多讨论，工作效率和工作方向的准确性大大提高。

　　“做科研的过程和要求与平时上课完全不同，大研计划让我提前领略到了如何做科研，这种经历和体验为今后科研方向选择提供了宝贵的参考。”王牧说。

　　“科大的定位是培养科技领域的拔尖人才，激发学生的学习探索热情，打下宽厚扎实的理论基础，培养较强的创新实践能力，是我校教学改革的主线。”陈初升表示，中科大自1963年有第一届毕业生以来，本科毕业生中当选两院院士的有59人,享有“千生一院士”的美誉，这说明我校学生的创新能力培养是卓有成效的。