地方高等院校计算机专业本科生的科研能力

陈翔

摘要：从教师和学生角度分析当前地方高等院校本科生科研能力培养的必要性，以计算机专业为例，从学生的选择标准、学生的培养过程以及学生的管理等角度提出本科生科研能力的培养方法。

关键词：计算机专业；本科生；科研能力；培养方法；地方高等院校

引言

21世纪是创造教育的世纪。一个国家竞争力的提高离不开具备创新思维和科研能力的高素质人才队伍，因此，培养适应新时代要求、具备创新能力和创新精神的高素质人才是创建创新型国家的需要，是当前高等教育的一个重要目标，也是“大众创业、万众创新”能够顺利推进的一个重要前提。当前，越来越多的高等院校将科研能力作为培养创新人才的重要途径，努力使学生从单纯的知识接受者转变成知识探索者。

本科生的科研能力培养是当前高等教育改革的重要目标，一些高等院校在这方面进行了尝试，并取得了很好的实践成果。例如，2015年，清华大学孙茂松教授研究组的论文《JointLearning of Character and Word Embeddings》被人工智能领域顶级会议IJCAI 2015录用，该研究成果由计算机系二年级本科生徐磊与计算机系博士生陈新雄合作完成，两人为论文的共同第一作者。武汉大学网络信息系统安全与隐私实验室的论文《Walls Have Ears！OpportunisticallyCommunicating Secret Messages Over the WiretapChannel：from Theory to Practice》被计算机安全领域顶级会议CCS 2015录用，该研究成果由2012级计算机弘毅班本科生李冠成、夏晨博，以及信息安全1班本科生陈小兵合作完成。李武军博士也曾经在上海交通大学指导三名本科生，在中国计算机学会推荐的A类会议（AAAI、SIGIR、NIPS等）上发表了多篇学术论文，并对本科生科研能力的培养经验进行了深入的总结。

虽然上述研究成果大部分都集中于国内985高校（例如清华大学、北京大学、上海交通大学和武汉大学等），但对于南通大学这类地方高等院校，尝试摸索出有效的本科生科研能力培养模式，同样具有重要的研究意义。

1地方高等院校本科生科研能力培养的必要性

从教师角度来看，当前南通大学招收教师的门槛不断提高，以计算机学院为例，近些年来招收的新教师，基本上都毕业于国内的985或211高校（例如南京大学、东南大学、南京理工大学、南京航空航天大学等），甚至有的毕业于国外知名高校（例如香港大学、爱尔兰国立都柏林大学）。这些教师因为刚刚博士毕业，还活跃在科研第一线，一般都有很好的研究课题（例如国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等）和研究计划。入职以后，一般从讲师做起，不具有硕士研究生的指导资格。除此之外，学院的研究生资源也不充足，不能保证每位教师每年都有研究生可以去指导。因此，如果本科生能够积极参与到这些教师的日常科研工作，将为这些教师提供极大的帮助。

从学生角度来看，首先，学院内的大部分本科生将考研定为自己的奋斗目标。如果能够在本科阶段进行一些科研能力的培养，有助于在以后的研究生阶段提高取得科研创新成果的概率。其次，本科生阶段参与科研，学生会意识到平时学习的基础课和专业课的重要性。以申请人研究的软件工程数据挖掘领域为例，学生参与导师的科研工作后，在学习一些数据挖掘方法时，会发现要深入理解这些知识，必须具备一定的高等数学、线性代数和概率论知识。在实现相应数据挖掘算法时，会主动去学习编程语言的一些高级特征和一些数据挖掘软件包中API的使用，因此会有效提高他们学习的积极性和针对性。最后，如果学生能够在本科生阶段申请到大学生创新训练计划项目，并且在项目完成期间能够有论文、专利或著作权等成果，对以后研究生的保送、研究生复试阶段的面试、研究生导师的选择或国外高校的申请都将具有很大的优势。

因此从本科生科研能力培养角度入手，结合地方高校学生特点，提出一套具有针对性并且行之有效的培养方法，是南通大学实施教学质量工程的一个重要内容，具有重要的研究意义。

2科研能力培养方法的分析

如图1所示，我们围绕地方高等院校特点，基于教师和本科生两种角色，从本科生的选择、本科生的管理和本科生的培养过程等角度对科研能力培养方法进行探讨。

2.1本科生的选择标准

地方高等院校的本科生与985或21l高校的本科生在专业基础和学习主动性等方面均存在一定的差距。如果能够提出有效的本科生选择标准，有助于导师选出合适的学生，提高导师的指导效率，并孕育出更多高质量的研究成果。

经过三年多的摸索，笔者倾向于考查学生的如下特征，并在括号中给出这些特征在选择过程中的权重取值。其取值范围介于1～5之间，取值越高，表示越重要，当然权重取值仅仅体现了这些特征间的相对重要性。

（1）兴趣（5分）。需要学生对导师当前的研究方向感兴趣。如果不感兴趣，学生是很难静下心来阅读相关专业书籍和论文，思考相关问题，提出解决方案，并设计实验进行验证的。因此对于有兴趣进行科研能力培养的学生，笔者一般会集中向他们介绍自己的最近研究方向和研究成果。

（2）勤奋踏实（4分）。勤奋踏实的学生一般自控力和执行力都比较强，对于导师布置的任务都能认真完成，出错的概率较小。在导师的悉心指导下，会进步很快。

（3）学习成绩优秀（3分）。优秀是一种习惯，能取得研究成果的学生一般学业也很优秀。以笔者指导的2012级学生为例，虽然他们在平时的科研工作中付出了很多的时间和精力，但这些并没有对他们的学习成绩产生负面影响，在2015年的奖学金评比中，这三位学生分别位列软件外包专业、软件工程专业和网络工程（合作班）专业的第1名。

（4）不服输的心态（3分）。具有不服输心态的学生一般做什么事情都想比别人做得更好，喜欢被别人承认和肯定，因此一般不会差到哪里去。

在实际学生的选择过程中，一些特征的情况容易立刻获取，例如通过辅导员可以迅速了解一个学生的学习成绩，但其他一些特征则很难迅速获取，需要导师和学生在磨合一段时间之后才能有更清晰的了解。

除此之外，在地方高等院校，很少有学生能同时在上述特征中都有好的表现，因此在实际指导中，需要结合学生的特点做到因材施教。

2.2本科生的培养过程

李武军和山世光在分析学生科研能力的培养时，将科研能力的培养流程划分为5个阶段。

（1）问题阶段：指通过调研领域的最新研究进展，提出具有价值的学术问题。

（2）思路阶段：指解决学术问题的具体方案。

（3）算法阶段：指借助编程语言，将具体方案进行编码实现，必要的时候进行正确性证明和复杂度分析。

（4）实验阶段：指在具有代表性的数据集上执行实现的算法，并用合理的评测指标来评估算法的性能。除此之外，还需要将提出的算法与已有的经典算法进行客观和详细的比较。

（5）写作阶段：指将上述流程进行整理，并形成严谨的学术论文。

他们认为博士生的培养目标是具备独立的科研能力，因此需要对上述5个阶段进行全面培养。但本科生的培养目标则不同，应该以培养学生的科研兴趣为主要目标，侧重对其中的一两个阶段进行重点培养。笔者结合他们的培养经验，形成了如下的培养过程。

（1）对新进组的本科生，由笔者在他们进行科研能力培养前，集中做一次科研指南报告。在报告中会分别从研究点的选择能力培养、论文的检索和筛选能力培养、论文阅读和分析能力培养、科研创新能力培养、研讨班报告能力培养和论文写作能力培养等方面进行讲解。这些内容基本上涉及科研的各个方面，报告的目的并不是要求学生对报告的内容完全理解，而是让学生能够对科研活动有个大概的了解。同时将幻灯片共享给学生，让学生在随后的科研过程中能时常查阅。

（2）指导学生对与导师研究课题相关的基础知识进行学习。一般来说，研究过程中需要的基础知识在本科生的专业课中很少会有涉及。早期笔者曾经尝试指定与研究课题相关的一本经典教材，带领学生一章一章地去学习，虽然效果较好，但开销也很大，需要老师花费大量的时间。近些年来随着慕课（MOOC）的出现，笔者每次会从中挑选出1～2门跟研究课题相关的课程，让学生自己去学习，并认真完成配套习题。一方面这些慕课课程的质量很高，一般是由领域内的权威教师进行讲解，另一方面也可以有效提高学生的自主学习能力。

（3）让学生精读一篇论文以对研究课题有一个初步了解。研究课题和论文由笔者指定。论文在选择时需要满足如下3个条件：首先必须是近3年发表的论文，其次必须发表在高质量的会议或期刊上，最后该论文一定要提供代码和数据集的下载。在学生的阅读过程中，要求他们了解论文的研究背景和研究问题，借助提供的代码，了解方法的实现细节，借助数据集，了解整个实验的设计流程和数据分析的方法。在完成论文分析后，需要学生在研究组中作学术报告一次。

（4）围绕上述论文关注的研究课题，找到其他相关经典论文。指导学生对这些论文进行泛读，辅助他们对已有的研究工作进行分类，并明确每一类工作的假设、优点和存在的不足，经过多轮讨论之后，形成初步的创新想法，并要求他们对其中与创新想法最为密切的几篇论文进行精读，并在组中做公开学术报告。

（5）如果学生编程实现了这些想法，并且在实际的数据集上取得了好的结果，则鼓励学生将这些结果整理成论文。笔者在实际的指导过程中发现很多学生虽然编程能力很强，但在写作上却存在很多问题。一方面是论文的整体逻辑性较差，另一方面，无论是中文还是英文，学生都存在表达不清的问题。因此在这个阶段，笔者一般需要大幅度修改，甚至重写学生提交的论文草稿。但在修改的过程中，会让学生了解前后的修改过程，让他们逐步找到科研论文的写作感觉。

通过上述5个阶段的分析，将本科生培养过程的特色进行总结，如图2所示。

首先，在培养学生的科研能力前，需要导师预先集中进行科研指南讲解。对于导师来说，科研各个环节可能非常熟悉，但对于学生来说则非常陌生。必要的科研指南可以让学生对科研产生大致的了解，并且在随后的科研中逐步加深对科研指南中内容的理解。其次，在本科生科研能力的培养过程中，应以培养学生的科研兴趣为导向。因此在问题阶段、思路阶段和写作阶段需要以导师为主，因为这些阶段的能力培养需要的时间较长，本科生很难在短时间内完成。对于算法阶段和实验阶段则需要以学生为主，以提高他们学习知识和应用知识的能力。最后，上述培养过程若要取得成功，与导师的高质量指导密不可分，导师需要确保布置给学生的研究课题明确、前沿和可行，这就对导师提出了很高的要求。

2.3本科生的管理

本科生科研能力的培养离不开导师的积极引导和日常严格管理。

目前南通大学计算机科学与技术学院为大一新生在第1学期开设了新生研讨班，该研讨班以主题讲座的方式进行组织，其目的是为了开拓学生的视野和激发学生的学习兴趣。笔者会借助新生研讨班讲解自己的最新研究方向和目前取得的一些研究成果。若一些学生对笔者的研究方向感兴趣，则初步达成合作意向。对这些学生的日常管理安排见表1。

在这几年的管理过程中，笔者总结了如下几点经验：

（1）为学生定期召开组会。由于本科生的学习任务比较繁重，因此笔者一般将组会的召开时间设定在周日上午。由学生轮流作学术报告，报告的内容可以是已有论文的分析、自己的想法或者实验结果分析等。报告的时间限制在40分钟之内，并确保有足够的讨论时间。

（2）充分利用学生的寒假时间和暑假时间，对研究过程中出现的难题进行集中突破。

（3）一旦学生在科研过程中碰到难题，积极借助通讯工具（QQ和微信）、电子邮件和手机与学生进行交流并解决难题。

（4）设定一定的淘汰机制，对一些科研态度不端正或者能力不足的学生，要及时建议他们停止科研。

3实施培养方法后取得的成果

基于上述科研能力培养方法的探索，笔者从2012年开始，先后指导了10余名本科生，指导的学生累计获得4项大学生创新训练计划的资助。期间他们对软件测试中的测试用例优先级排序、测试用例自动生成以及软件缺陷预测等当前热点研究问题进行了很深入的研究，其中6人获南通大学本科毕业优秀论文，1个研究团队获南通大学本科优秀毕业设计团队，并随后获得2015年江苏省普通高校本科团队优秀毕业论文。多人在国内外期刊发表了研究论文。指导的学生中，很多人对学术研究产生了浓厚的兴趣，有8人先后被南京大学、华东师范大学、香港浸会大学、苏州大学和南京理工大学等高校录取为研究生。

除此之外，这些学生在一些竞争较为激烈的学生竞赛中也取得了不错的成绩。如获大学生服务外包创新创业大赛全国二等奖2次、全国三等奖1次；大学生计算机设计大赛全国三等奖1次、省二等奖2次；软件杯大学生软件设计大赛全国二等奖1次等。

虽然这些实践成果与国内985高校的成果存在较大的差距，但笔者认为对本科生科研能力培养方法的探索，对提高地方高等院校学生的能力具有一定的促进作用，值得进一步去研究。

4结语

笔者在南通大学计算机科学与技术学院对上述培养方法进行了应用，三年多来取得了一定的成果，并验证了上述培养方法在地方高等院校实施的可行性。

除此之外，除了通过吸收学生进入研究组来培养科研能力，也可以在专业课的授课过程中来培养学生的科研能力。笔者在软件测试技术课程中积极将自己比较熟悉的研究课题（包括组合测试、回归测试、变异测试、软件缺陷定位和软件缺陷预测等）引入到实际的教学过程中，并设计了相关实践项目。在算法设计与分析课程中，鼓励学生用学到的算法设计与分析方法去解决科研过程中面对的难题等。