“可佳”機器人在比賽中表演合作開瓶蓋兒的高難度動作。
在不久前結(jié)束的第18屆RoboCup機器人世界杯比賽中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的“可佳”智能服務(wù)機器人奪得冠軍。這是我國服務(wù)機器人首次在國際服務(wù)機器人標準測試中排名第一，標志著我國服務(wù)機器人研發(fā)取得了歷史性突破。同時，該校還蟬聯(lián)多機器人2D仿真比賽冠軍，至此已連續(xù)十年取得5次冠軍、5次亞軍。
“我們團隊的成員以研究生為主，他們大多數(shù)是本科期間就到我實驗室參與研究的。”中國科大計算機學(xué)院機器人實驗室負責(zé)人陳小平教授自豪地說，他們培養(yǎng)的“土著”多次戰(zhàn)勝國際一流實驗室的高手。
在實戰(zhàn)中練就真本領(lǐng)
在這次于巴西舉行的機器人世界杯大賽中，研一的王寧揚負責(zé)可佳機器人硬件的拆卸、裝配和維護等，為奪冠立下了大功。
由于對機器人感興趣，王寧揚大一的時候就參加了學(xué)校“RoboGame機器人活動周”比賽。大二下學(xué)期，陳小平率隊在機器人世界杯大賽中取得冠亞軍各一項的優(yōu)異成績。在參加了計算機學(xué)院組織宣講和實驗室參觀活動后，更激發(fā)了王寧揚對機器人的熱情，他申請加入陳小平的實驗室。
一開始，陳小平讓研究生孫昊帶王寧揚，只給他簡單的任務(wù)，以學(xué)習(xí)鍛煉為主，之后逐步加大難度。由于學(xué)校沒有開設(shè)機器人硬件方面的課程，王寧揚主要靠自學(xué)來彌補相關(guān)知識。他邊學(xué)習(xí)邊實踐，利用半年的課余時間設(shè)計了一種可佳機器人的機械臂。之后，王寧揚逐步成為骨干成員，參加可佳機器人整機研制、機器人底層的控制算法和通訊研究等工作。
“本科期間在陳老師實驗室里，接觸了很多師兄，邊學(xué)邊干，理論聯(lián)系實際，不僅學(xué)到了很多實用的東西，動手能力也大大增強。”王寧揚說。
在中科大，機器人不僅作為一項前沿科學(xué)研究，而且被看成是人才培養(yǎng)的重要手段。陳小平所負責(zé)的機器人實驗室，從上世紀90年代末就開始選拔培養(yǎng)機器人方面的人才，并于2000年首次在澳大利亞舉辦的第四屆機器人足球世界杯上亮相，成為我國第一支參賽隊伍。他們的具體做法是，首先面向本科生開設(shè)“機器人研討班”課程，以研討和上機實踐為主要教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神。課程結(jié)束后，有興趣的同學(xué)可以申請進入實驗室學(xué)習(xí)；一段時間后，再從中挑選能夠承擔(dān)比賽任務(wù)的同學(xué)，分配具體課題，開展研究工作。
“在這種培養(yǎng)機制下，有些同學(xué)很快就能獨當(dāng)一面，王寧揚同學(xué)大四就獨立承擔(dān)了可佳機器人硬件維護工作。”陳小平說。這些年來，進入他實驗室的本科生70%以上都保研，截至目前，已培養(yǎng)了51名博士和碩士，在學(xué)的還有20多名研究生和10名本科生。其中，作為競賽核心骨干的優(yōu)秀博士生，絕大多數(shù)是本科二年級就進實驗室學(xué)習(xí)的同學(xué)。陳小平發(fā)現(xiàn)，在本科階段練成出色的實驗?zāi)芰途C合素養(yǎng)，對于博士階段完成前沿創(chuàng)新研究具有極大的幫助。
打造多層次研究型實驗教學(xué)體系
陳錕是中國科大物理學(xué)院2007級本科生，2011年保送本院研究生，在兩年時間內(nèi)，他以第一作者身份在國際物理學(xué)頂尖期刊《物理評論快報》上發(fā)表了3篇論文。
陳錕本科期間上了《大學(xué)物理實驗》一至五級。“我以前極端推崇理論的重要性，但一系列的實驗課使我意識到理論聯(lián)系實際是一件多么重要和有趣的事情，這對我來說是一種思維模式上的重建。”陳錕說，這種轉(zhuǎn)變決定了他后來在研究過程中偏愛使用計算機模擬。此外，“實驗課和理論課的進度很貼近，課堂上學(xué)到的抽象概念很快與物理實驗聯(lián)系起來，非常有利于培養(yǎng)物理直覺。”
物理學(xué)院分黨委副書記、物理實驗教學(xué)中心負責(zé)人張增明教授介紹，作為首批國家級物理實驗教學(xué)示范中心和國家級精品資源共享課程，該校《大學(xué)物理實驗》是所有本科生的必修課，每年選課學(xué)生6000多人（在校本科生總數(shù)7400多人），實驗人時數(shù)每年達38萬，對全校學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)發(fā)揮了重要作用，“在國內(nèi)處于標桿地位”。
中科大針對不同年級、不同專業(yè)的學(xué)生，按照難易程度構(gòu)建起多層次、研究型的六級物理實驗教學(xué)體系，即“基礎(chǔ)實驗—綜合性、設(shè)計性實驗—現(xiàn)代物理實驗技術(shù)—研究性實驗—專業(yè)基礎(chǔ)實驗—專業(yè)實驗”。低年級的實驗課以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和訓(xùn)練基本實驗技能為目的；高年級課程則以全方位的科研素養(yǎng)訓(xùn)練和自主實驗為主，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，提升他們的綜合素質(zhì)。
其中，研究性實驗（四級）是培養(yǎng)本科生科研能力的重要課程。從查閱文獻、提出課題、實驗條件準備、實驗方案設(shè)計，到實驗操作、論文寫作、答辯等，都由學(xué)生自主完成，實驗室提供相關(guān)的實驗儀器和指導(dǎo)教師。每年全校大約有600名學(xué)生參加，選題是完全開放的，95%的同學(xué)的選題都與往年不同，這對指導(dǎo)老師也是很大的挑戰(zhàn)。
實驗教學(xué)中心還及時將最新前沿科研成果、研究方法轉(zhuǎn)化為教學(xué)實驗，實驗內(nèi)容每年更新約20%。例如，該校的量子通信相關(guān)實驗研究一直處于國際領(lǐng)先地位，潘建偉院士的研究團隊通過提煉，將他們在量子糾纏和量子編碼等方面的研究成果轉(zhuǎn)化為面上實驗，使高年級本科生能夠接觸到國際上最先進的實驗方法，自己動手實驗觀察了解深奧的量子現(xiàn)象。
此外，他們在調(diào)研摸底的基礎(chǔ)上將新生分類，開設(shè)基礎(chǔ)性開放性實驗，并改革基礎(chǔ)（一級）物理實驗教學(xué)，將每個實驗細化分解成基礎(chǔ)、進階、提高性實驗內(nèi)容三部分，對不同基礎(chǔ)的學(xué)生作不同要求。而高年級的專業(yè)實驗課與研究生實驗課打通，實現(xiàn)了中學(xué)—大學(xué)—研究生物理實驗教學(xué)的無縫對接。
“物理實驗教學(xué)是我校實驗教學(xué)改革的一個縮影。實驗教學(xué)中心的有些設(shè)備已達到科研級水平，學(xué)生掌握了這些手段就能很快進入到科研。”教務(wù)處副處長湯家駿說，有些研究性實驗如果實驗教學(xué)中心做不了，就到學(xué)校集中力量打造的理化科學(xué)實驗中心等6大公共實驗中心去做。
讓學(xué)生早日體會科研的滋味
在中國科大，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣，自由選擇校內(nèi)或中科院相關(guān)研究機構(gòu)的導(dǎo)師和課題，利用一個暑假或一學(xué)年的業(yè)余時間完整地參加一個科研項目，完成后可得4個學(xué)分。
這項被稱為“大學(xué)生研究計劃”的改革是2000年正式實施的，將學(xué)生進實驗室、課題組從事科研活動納入本科生教學(xué)計劃之中，每屆本科生中超過一半學(xué)生參加，約30%的同學(xué)還將研究成果公開發(fā)表。
信息學(xué)院2011級王牧可可謂創(chuàng)新小“超人”。由于對李驁老師的《生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)》課感興趣，他報名參加大二暑期大研計劃時，想做生物信息學(xué)方面的研究。但由于對該方向不太了解，首先是選題遇到很大困難。在仔細研讀了李驁推薦的幾篇論文并商討后，才確定課題——“基于治療前后癌癥基因組數(shù)據(jù)的變異檢測算法的研究”。
由于《概率論》《隨機過程》這兩門課還沒上，王牧可就在暑假前有重點地自學(xué)，為課題相關(guān)的數(shù)學(xué)建模打下基礎(chǔ)。研究過程中，當(dāng)對模型的理解和應(yīng)用產(chǎn)生疑惑時，王牧可起初自己查閱資料、解決問題，好處是鍛煉了動手能力，但缺點是效率低下，有時理解會出現(xiàn)偏差，“甚至犯了原則性錯誤”。之后，王牧可主動與老師多討論，工作效率和工作方向的準確性大大提高。最終，王牧可取得了校優(yōu)的好成績。
“做科研的過程和要求與平時上課完全不同，大研計劃讓我提前領(lǐng)略到了如何做科研，這種經(jīng)歷和體驗為今后選擇科研方向提供了寶貴的參考。”王牧可說，在此過程中，他的學(xué)習(xí)能力得到很大提高，積累的經(jīng)驗對今后的學(xué)習(xí)非常有益。
此后，王牧可在創(chuàng)新的路上收獲不斷：參加與斯坦福大學(xué)合辦的《創(chuàng)新設(shè)計課程》，其團隊設(shè)計制造的產(chǎn)品原型“觸覺導(dǎo)航系統(tǒng)”在最終的答辯中獲得最好成績A；在前不久教育部舉辦的“中美青年創(chuàng)客大賽”中，由王牧可等中科大本科生與同濟大學(xué)、美國帕森斯設(shè)計學(xué)院研究生組成的參賽隊，一路過關(guān)斬將，最終在決賽的30支隊伍中名列前茅，獲得二等獎。
“學(xué)校的定位就是培養(yǎng)科技等領(lǐng)域的拔尖人才，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探索熱情，打下寬厚扎實的理論基礎(chǔ)。”中國科大副校長陳初升表示，從本科畢業(yè)生中產(chǎn)生“千生一院士”等事實來看，學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)是卓有成效的。
