图灵班 | “解密”本科生科研
关键词：图灵班 科研轮转
编者按
北京大学图灵班自2017年创建以来，取得了一系列亮眼成绩，其中不可忽略的，即为出色的科研成果。
本科生是否适合科研？本科生如何开始科研训练？
为此，小编邀请了负责北大图灵班本科生科研工作的陈宝权教授，分享他的心得体会。
本科生是否都要做科研？
首先申明一点，本科生不一定都要做科研，毕竟已经有比较繁重的课程学习，还有许多其他的兴趣爱好可以发掘。但我非常鼓励本科生尝试接触科研。科研之于课堂学习有很大的不同，课堂学习是学知识，科研是用知识，更重要的是创造新知识。从学到用到创新，科研是一个发掘个人潜力的机会。
什么样的同学适合做本科生科研？
是否一定是绩点高的同学才适合做科研？不一定。很多案例说明了，科研做得好和绩点高没有强关联；绩点不是那么突出但科研却非常优秀的大有人在。这也不难理解，科研往往专注于某一个研究方向，不同方向所要求的专业能力有不同的侧重。另外，科研还需要相比课程所学更综合的能力。我认为，本科生只要对科研感兴趣，都可以尝试。我这里说的兴趣还不是对具体哪个领域的科研感兴趣，而只是对科研这个事情有比较强的好奇，能想象科研给自己带来成就感。
但做科研会面临很多新的问题，解决这些问题没有“教材”，也没有标准化的方法。特别对于本科生，面临的问题会更多，因为科研不属于本科生标准训练的范畴。毕业论文算是与科研最接近的训练了，但理论上，本科毕业论文并不要求原创性研究，与真正意义的科研还是有所差别。下面，我会结合图灵班的培养方案，介绍本科生科研培训方面的实践。
本科生科研的首要困难：如何开始？
如上面所讲，首先要有兴趣。有了兴趣，第一个困难就是怎么开始。许多同学可能止步于此。这里面有很多原因，最主要的原因是很难确定哪个研究方向会是自己的兴趣所在，以及找哪位老师来指导自己。发现兴趣和找到导师可能是一个鸡和蛋的关系，互为条件，因为兴趣不会凭空而来，需要尝试和挖掘，而这个过程，导师的引导非常重要。对于多数习惯了和老师只在课堂接触的学生来说，寻找一位适合自己的科研导师是一个非常难的过程。不是每个学生都有勇气给多个老师发邮件或直接去办公室敲门讨论，也不是每个老师都会及时回复邮件或者能很快安排见面讨论。老师们在教学、科研、服务三件事之间，往往已经是满负荷运转了。
图灵班“科研导师”团队
为了帮助缓解这样的困境，图灵班组建了“科研导师”（research mentor）团队，由科研活跃且对指导本科生科研有兴趣又有经验的老师们自愿报名参加。
目前，北大图灵班科研导师团队有60多位来自前沿计算研究中心、计算机科学技术系、智能科学系、王选计算机研究所、数学科学学院等单位的优秀中青年教师，研究方向覆盖了计算机各个相关和交叉领域，从理论到应用，从算法到系统。随着不断有新的老师加入，覆盖的前沿计算方向还在不断增加，如量子计算等。“科研导师”团队的组建，在学生和老师之间架起了桥梁。学生免为“破冰”之难，老师们通过相对集中的方式跟一个学生群体交流，也提高了效率。
2021年度图灵班“科研导师”团队
科研实践 I：入门准备
即使有了强大的科研导师团队，我们并没有急于把学生“丢”入各个实验室。图灵班教学和科研委员会为图灵班同学们进入科研打造了两门入门和过渡课程：科研实践 I、II，目的是帮助同学们顺利地进入科研。作为两门课的负责教师，下面我分享一下课程安排的初衷和过程中积累的一些经验。
科研实践I：做科研具有很强的不可预测性，所谓“众里寻他千百度”。从事科研是一种特殊的职业，科研行为的复杂性和成果的影响力让科技道德变得非常重要，会影响到一名科学家的声誉和最终的社会贡献。进入科研之前，就应该对这个问题建立正确的态度和认知。科研结果虽然不易预知，但其过程却是有章可循，也有许多经验可以借鉴。科研涉及到一些重要的素养，比如创造性与批判性思维，对本科生来说，还涉及到新的能力，比如文献的阅读与写作，演讲交流等。良好的科学素养和科研能力对未来的科研生涯至关重要，如同基本功，影响深远。
这门课在大二上学期进行，前半部分主要讨论上面提到的相关议题（参见文末部分阅读材料）。后半部分，科研导师团队隆重登场。每一位导师都会来到课堂上，亲自介绍自己的研究领域，以及实验室的科研环境，让同学们有一个初步的了解。
科研导师做方向介绍
科研实践 II：科研轮转
学生们在科研方面属于零起点，即使在这样的集中介绍之后，也可能一时难以选定适合自己的方向和导师。研究是一个比较长期且个性化的行为，因此，学生在确定研究方向并和某位老师建立较长期的合作之前，相互比较深入的了解是有必要的。起步阶段的科研方向很有可能会成为学生未来较长期的研究方向。科研作为一个职业是一个漫长的旅程，不要因为在某个方向能快速发论文就盲目进入，找到自己感兴趣又擅长的研究方向将会受益良久。
科研实践 II：综合上述因素，我们建立了“科研轮转”制度，在大二下学期以一门课的形式进行。在“科研实践 I”老师们的集中介绍之后，每一位学生选择三位老师作为“科研导师“，在大二下学期当中“轮转”实习，即在每个导师的实验室实习6周。轮转的目的是让学生更深入了解不同老师的研究方向，并对老师实验室的科研环境和氛围有一个更直观的感受。
在科研轮转过程中，每位科研导师会以自己的风格来带学生，可能会是指导学生阅读论文，参加组会，或者协助学长学姐正在进行的某个项目，让学生对科研过程的部分环节有些初步的了解。学生身处导师的实验室，能更切身地感受这个实验室的科研环境和氛围，当然，也能享受一些小福利，比如组会提供的午餐，或者碰巧赶上参加实验室组织的团建活动等。
虽然轮转的时间不足以让同学们对科研方向和实验室有充分了解，但足够有些感性认识。重点是有机会在相对短的时间内（一学期）对三个方向做比较，这样的比较对于未来的方向选择很有帮助。当然，也有一些例外，有学生一开始就笃定某个方向，也有三次轮转之后还是拿不定主意的。对于第一种情况，我们会建议学生把三次轮转走完，开阔视野没有坏处，了解不同领域的研究方法也可能对自己的研究带来启发。对于第二种情况，学生可以继续在多个方向跟踪，也许这些方向的交叉领域会提供新的机会。我们鼓励学生在时间和精力允许的前提下，持续跟多个导师合作，同时间或者先后。每一位导师都有自己的专长和风格，博众彩之长，将获得能力的最大提升。
课堂上，学生会对每期轮转的过程与成果做介绍，并讨论在轮转中所遇到的问题，或分享经验与心得。这个分享过程给同学们提供了一个相互交流的机会，而且，通过听取其他同学在不同老师实验室的轮转经历，学生也可以借此了解到自己未选择轮转方向的情况。值得指出的是，这个交流环节也是同学们训练如何做报告的机会。一学期下来，我能很明显地看到每一位学生在做报告经验上的快速提高。另外，我认为这样跨研究领域的交流本身是一个有益的实践，有助于培养学生打破领域壁垒，形成交互融通的开放性思维。
学术活动：提供交流平台与展示舞台
从大二的暑期开始，图灵班学生才真正开始科研实习。经过了前面的科研轮转，学生通常会选择某个老师或实验室更深入的参与科研，科研生涯才算正式开始。在大三暑期，学生可以选择去国外实验室访问做暑研。大三和大四是图灵班学生在科研上逐步走向“成熟”的阶段，许多同学在此期间发表了高质量、有影响力的论文，在有些研究领域取得了本科生发一作论文的突破，甚至作为国内学者首次获得最佳优秀论文奖。
每年，我们会组织两次图灵班科研展示交流会，模拟国际研讨会的形式，学生在活动上展示他们的科研成果，交流不同方向学习的经验和成果，期间还通过 Panel 形式讨论科研心得和经验。这样的活动起初由前沿计算研究中心老师们组织，现在逐步过渡到由学生“学术小组”来主导组织。
学生科研展示
面向图灵班学生的各类学术活动接连不断。有前沿计算研究中心组织的“杰出讲座系列”和“特邀讲座系列”，分别由图灵奖获得者和国际知名学者作为主要讲者；还有各个研究方向组织的 seminar 报告系列，为学生们带来前沿研究进展，激发新的研究问题。
除此之外，学生自发组织了“CS Peer Talk”，讲者通常是在读本科/研究生，或年轻学者，分享和交流最新的科研成果。还有各类特色的 reading group 等活动，也都由同学们根据自身的兴趣和需要来组织。在静园五院，经常能看到同学们在各处讨论、交流、展示的身影。
科研展示海报和教程环节
结语
图灵班学生的科研训练力求打好基础，建立科学思维和综合科研能力，不只是为了快速发表论文而科研，避免将“搬砖头”当成了做科研。我们提供课内课外多种形式的活动给学生们，让他们有较多的机会发现兴趣、训练基本技能，寻找相匹配的导师，探索挑战的问题等等。其实，是否在本科阶段发出论文，或者发出多少篇论文，并不是最重要的，最重要的是他们形成了良好的科学素养，在科研方法和能力上打下了坚实的基础。
我们建设了一个社区，让同学们能在一群优秀的老师们的指导下一起涉足科研、探讨交流、相互支持、共同成长。我们也搭建了一个舞台，让同学们有机会演练和展示，由此走向更宽广的国际舞台。
附：科研实践 I 部分阅读材料
1. 陈宝权访谈图灵奖获得者 Ivan Sutherland
https://www.ituring.com.cn/article/127792
2. Social Responsibility and Research Ethics: Not Either/Or but Both
https://www.aaas.org/news/social-responsibility-and-research-ethics-not-eitheror-both
3. Richard Hamming: You and Your Research
https://www.cs.virginia.edu/~robins/YouAndYourResearch.html
4. Ed Catmull, How Pixar Fosters Collective Creativity
https://hbr.org/2008/09/how-pixar-fosters-collective-creativity
(语音采访: https://hbr.org/podcast/2008/08/harvard-business-ideacast-109)
5. Pete Carr, How to Read a Paper Efficiently
http://ccgs.chem.umn.edu/files/how-read-paper-efficiently-prof-pete-carr
6. Pete Carr, How to Write a Paper in a Weekend
http://ccgs.chem.umn.edu/files/how-write-paper-weekend-prof-pete-carr
7. Danish Dhamani, How I Overcame My Fear of Public Speaking
https://www.youtube.com/watch?v=80UVjkcxGmA
8. Jason Teteak, How to Do a Presentation - 5 Steps to a Killer Opener
https://www.youtube.com/watch?v=dEDcc0aCjaA&t=217s
9. Jason Teteak, Q & A Questions: How to Answer Any Presentation Question
https://www.youtube.com/watch?v=lfiNFNTwFGU
10. 陈宝权， 掌握这些，变身学术报告达人
https://mp.weixin.qq.com/s/lOGEOnyyPIuq6yYKf-dGLw
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