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与国外高校合作培养本科高才生的创新能力
摘 要：为了培养与众不同的创新性人才，我们从本科生入学之日实行导师制，贯穿四年一对一的师傅带徒弟式的精心塑造，探索实践了一条培养本科高才生创新能力的具有独特模式的道路。本文从创新性人才塑造、个性化的培养、在本科阶段争取出国学习、利用国外大学Intel的先进设备、国内外导师联合指导本科毕业论文几个阶段进行了介绍。
关键词：创新能力；个性化；计算机集群；本科阶段；Intel
1 创新性人才塑造
为了国家的发展、民族的振兴，党和政府非常重视创新，创新的口号与措施遍布各行各业，教育部要求高等院校各专业构建实践体系，要讲求实实在在的创新，通过实践引导创新。
1.1 要培养突出于群体的个性化人才
在本科教育阶段如何创新？有哪些值得探索的方面。如何从口号变成具体的实践？我们认为可以从很多方面去探索，从点滴做起。现在有不少人提出的创新人才培育方法是针对整个群体，如对某一门课的学习，对某一年级、专业采取了一些措施，利用一些行之有效的方法，取得了较好的效果。而我们的出发点是如何在这些群体提高水平的基础之上培养少数更为拔尖的人才，本人集20多年培养本科生的经验，从2004年至2008年对我系04级本科生的个别学生进行了四年为周期的个性化创新人才培养，非常成功。
1.2 教师是培养创新人才的主导
本科教育阶段创新的关键是培养学生的能力，是为未来的创新打基础，而不是要求学生在学习阶段有什么大发明。教师在为学生作铺垫的同时，往往在一定程度上忍耐着寂寞，因为对本科生的课外指导往往看不出什么大的成绩，却占用了教师的大量时间，影响其研究工作。但这是百年大计，非做不可的事情，要从学生学习阶段教给他们什么，拓展到学生走向社会后能干什么，能为社会贡献什么。
在实施创新教育、培养创新人才的过程中，教师自身也应该更新观念，接受创新教育，使自己的能力、水平符合创新教育的要求，更为重要的是积极探索培养创新型人才的有效途径。
对于高校的各部门，每个教职员工都要重视本科生科技创新和科技革命的发展趋势，只有创新才有发展和进步，创新是发展得以延续的一种条件。
2 个性化培养
在本科生教学改革和创新的口号下，不要忘记以学生为本，尊重、引导学生的个性差异，增加学生对学习、研究方向的选择机会。
2.1 本科生入学导师制
我国的学生从中学进入大学，在很多方面均有一个过渡的适应期，特别是在学习上，中学是老师盯学生，学生跟着老师做题，比较被动，而在大学里主要培养学生的自学、自研能力，教师起引导作用，学生要转为主动学习。
我系建立本科生入学导师制，在学生刚进校时，就分配给教师，一般每个教师带2～3名学生，要求从学习、生活、熟悉学校等方面着手给予学生帮助。我当时分配到了A、B、C三位04级学生，由于兴趣与个性的差异，他们三人后来在完成基本学习任务的前提下，分别走向三个不同的方向，本文介绍的是我认为最成功的例子A同学的成材之路。
2.2 在课堂上结合所教内容引导学生的学习兴趣
要开发学生的好奇心，引导其对某个方面问题的求知、探索的兴趣，可以利用低年级基础课的机会，培养、发现对某方向有兴趣爱好的学生(包括学生本人已有的兴趣和教师引导的兴趣)。本人在主讲本科生的数字逻辑电路课程时，简介了微型计算机的发展史，结合80年代初期我参加工作后第一次接触到的用Intel 8080 CPU制造的Cromenco微机以及现在的多核CPU，此时就有学生对Intel公司感兴趣了(A同学也是其中之一)，激发了学生的学习兴趣。第一门硬件基础课数字电路的教学效果良好，同时种下了创新的意识，反之如果学生对某一方面的知识不了解，兴趣不高，就容易产生厌学情绪，还会扼杀创新意识。所以从创新角度去看，教师在上课时要让学生知道所学课程的意义和作用，要设法让他们产生求知欲和主动探索的兴趣，这样易引发其创新的激情。
2.3 利用大环境下的有利因素
在教育部关于开展本科生教学改革、本科生教学质量工程项目和要给学生提供更多学习自主权的背景下，我们的个性化教育计划应分门别类，量身定制。可以利用象Intel、IBM、微软等公司的先进技术、先进产品及其教育计划，让我们的学生、老师接触到实用化的先进思想、技术和设备，并在此基础上进行技术创新，这能为我国培养大量高素质的、潜在的优秀人才。
2.4 鼓励与众不同的个性化
要努力培养大学生对事物的观察能力和对某方面知识的兴趣，应该帮助、鼓励他去多看、多想、多探索。要因人而异地鼓励学生向不同方向发展，要设法让他有自信，鼓励他的好奇心、自信心，扬长避短，发挥自己的优势。
当学生的个性得到发展，综合素质有所提高，他们的创造力就有机会得到提升，同时也会促进学习的效果。提倡个性化的同时要培养兴趣，对某事物有了兴趣，就会渴求相关的知识，这才有可能运用知识去创新。
3 一个鲜活的实例
有了上述培养创新人才的设想是不够的。从设想到计划，再到实施成功，这条道路上的障碍往往让相当多的设想最后成为泡影。下面介绍的是我从04级一年级开始带的本科生徒弟A同学如何充分利用四年的本科学习时间，在学好基础课的前提下，成为对某一领域有兴趣并进行研究的本科高才生。
3.1 打好基础
要培养本科生的创新能力，基础知识很关键，我国的各种学校注重基础知识、基础理论、基本技能，这些在创新中具有重要地位。我们有强大的师资、优秀的生源，我系的学生只要认真学习，打好基础是毫无问题的，A同学学习认真，基础知识扎实。
3.2 争取本科阶段的国际交流计划
借助国家和一些大公司的牵线、赞助，我们的本科生有机会在四年级去国外大学交流学习一年。一些学习成绩好、能力强的学生，三年可以基本达到总学分要求。要想出国交流，低年级时就要有所准备，提前修一些选修课。我告诉A同学三年中我们教给优秀本科生的东西已经差不多了，你应该制定计划争取四年级去国外交流学习，她很乐意并竞争到了国外交流计划，于本科第四年去了日本东北大学，成为我校派出的优秀交流生。
3.3 国内外导师联合培养
A同学四年级主要是在国外度过的，实实在在地身处国外学习、研究、生活。期间她学习国外高校的课程，主要跟随外国老师做研究。同时通过网络、电话与国内老师沟通，获得母校的一些支持。
国内外导师的合作指导、培养，其过程和阶段性成果集中体现在本科毕业论文设计上。此时有学生、国内导师、国外导师的想法及培养方式的交流问题。A
同学的日本导师主要从事高密度光集成电路技术的研究与测试，他建议A同学做光集成电路的设计论文，而A同学对多核、集群计算机感兴趣(在上我的数字电路课程时就对Intel公司的先进硬件技术有兴趣)。此时我鼓励该同学在不要偏离计算机硬、软件的前提下自主选题，让她根据自己的兴趣、爱好、所处环境，通过调研发现问题，自己设计题目，提交选题报告，这对一个身处国外的本科生来说本身就是一种锻炼创新能力的事情。
多核处理技术是当前高性能微处理器系统发展的主要趋势，以Intel为代表的国际主流微处理器厂商已经成功推出了多种多核微处理器系统，A同学所在的日本东北大学也有先进的Intel多核、集群计算机系统。她经过慎重考虑并与两边导师多次讨论，确定了论文题目为《基于Full Wave(RSoft)的Cluster PC性能研究》。Full Wave是一高度整合之复杂光子组件仿真设计分析软件，论文通过Full Wave从时间和效率的角度对Cluster PC的性能进行了评估，同时对基于Full Wave的光学模拟实验给出了一些模拟时间优化的数据与建议。此论文兼顾了学生的兴趣以及中、日导师的研究侧重点。我和A同学侧重对Intel的多核、集群系统的理解及如何有效地应用这些硬件来实现自己研究的算法和编程，同时又涉及到了设计、测试集成电路的方法与工具，较好地兼顾了日本导师的研究方向，将两者有机地结合起来。设计论文从计算机硬、软件的学习和实用出发，体验、实践了算法设计与程序设计，这与光看书学习理论数据有着本质区别。
3.4 毕业设计的实施、结果
A同学的毕业设计利用了日本东北大学的HPC6000- CD416C机器完成并行计算，这是由4个结点组成的集群计算机，每一个结点内安装有两个核，各结点通过带宽为1Gb/s的以太网连接，CPU由多个Intel core 2 Due 组成，用到Intel Flex存储技术，采用Intel 975X Express芯片组。
设计选择了位于XZ平面的Channel dropping filter with a ring resonator作仿真实验的模型。用FDTD算法将Maxwell方程中的两个旋度方程直接转化为差分形式，将电磁场进行空间和时间上的离散化，得到电磁场演化的迭
代方程组，实现在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。应用FullWAVE模拟设定时间t=0运行到由Stop Time指定的时间点。采用单机与集群计算的对比。
(1) 在单机运算仅有一个核参与计算的情况下，改变模拟实验对Memory size的要求，验证Actual Computing Time与Memory Size的近似线性关系。
(2) 当多于一个的核参与计算的时候，对于要求不同Memory Size的模拟实验，改变参与运算的核的数量，进而探讨计算机集群的性能。实验得到集群计算的性能曲线，见图1，其中N为参与计算的核的数量，T为Actual Computing Time。