有关本科生做科研的问与答

最近我开始做大学生创新项目的指导教师。给学生们进行辅导时，从手机备忘录上看到这个今年初写的有关本科生科研的问与答。稍加修改，分享给大家。

问：您已经带本科生做科研多长时间了呢？一般会指派给这些本科生什么任务呢？他们完成的如何？

答：我从2013年底开始带本科生从事科研，到现在已经六年了，已经指导十余位本科生开展科研。一开始，我会给一个基本成型的想法，让本科生去实施完成。比如说，把简短的会议论文补充细节，写成期刊论文投稿发表。或者我做过初步验证后确定可行的想法。学生们大都可以顺利的完成这些任务。当他们完成了这个比较直接的工作后，我会鼓动他们做一些探索性的工作。由于本科生的经验和时间有限，探索性的研究不是很容易出成绩，所以只有当本科生已经有了一些研究成果，在科研上有了自信与初步经验后，我才会鼓励他们去进一步探索。

问：您认为本科生在团队中充当的是个什么角色呢？

答：本科生完全可以独当一面，开展创造性的科研。我指导的本科生，很多都成为了我们组研究的主力。在毕业之前，能以第一作者的身份，在主流的学术刊物上发表多篇学术论文。个别有天赋的学生，还能够主动提出新的研究方向，做出意料之外极有创造性的工作，这尤为难得。我有几篇代表性论文，就是与本科生合作完成的。

问：您和学生平时交流的过程中，有没有本科生跟您反映他们科研上遇到的障碍，比如觉得自己水平不够、知识储备不够、资源少和老师沟通不顺利等等，他们的这种困扰和障碍您有所了解嘛？如果您在实际中遇到过是如何解决的呢？有没有哪位同学的故事让您印象比较深刻的或者学生有没有跟您吐槽过什么？

答：本科生觉得自己知识储备不够是正常的。我会给他们提供协助，告诉他们去阅读必要的文献，上相关的研究生课程。如果仍旧有问题，我可以针对性的给他们答疑解惑。我曾经带过一位本科生，她大二就来找我，当时她还缺乏必要的理论知识，但是有很大的热情。我建议她自学课程，然后去念相关的学术论文。她很自律，每两周跟我讨论交流学习进度和疑问，进步非常快。经过一年多学习，她掌握了相关知识，学习了必要的编程技术，重复了一些文献结果。然后在大三下学期到大四毕业这一年多，跟我合作完成了三篇论文。她毕业后也拿到了欧美一流名校的奖学金去念博士。

问：您认为学生在本科阶段参与科研的障碍和问题在哪里？

答：主要障碍是如何协调学习与科研的关系。本科生学业负担比较重，科研需要的投入很大，这二者是需要平衡的。本科生参与科研的常见问题在于不够专注，更换研究课题频繁，浅尝辄止，积累不深，不利于长久的发展。本科学生对未来的研究兴趣并未确定，更换研究课题是很正常的。但如果经常换研究方向或指导老师，对学生来说是时间与精力上的浪费。本科生做科研还存在自信心不足，妄自菲薄等问题。这就需要导师经常针对性的鼓励他们。

问：您对本科生参与科研是什么态度呢？

答：完全赞同，坚决支持。在课内学业不掉档的基础上，去主动的参与前沿的科研课题，对于本科生的成长是很有好处的。从探索的精神与自学能力，到团队合作的能力，以及承受挫折与失败的意志力等多方面都是极好的。

问：对于他们所认为的障碍和困难，您认为有什么解决的办法和建议吗？

答：本科生参与科研的问题，可以在本科生入学教育阶段加强相关的教育指导。比如说，在大一时设立课程与讲座，由导师们介绍他们的研究方向，鼓励本科生与导师联系沟通。还可以由高年级的学长或者研究生做讲座交流经验与教训，帮助本科生们尽快的解决科研上遇到的困难与问题。最重要的是，要通过这些教育，让学生们树立解决困难的信心。

技术与科学的交汇

前两天我听了人民大学重阳研究院贾晋京研究员做的报告。他提到，技术与科学的源头是不一样的。技术是为了解决实际问题，由工匠发展出来的，而科学是从古希腊的自然哲学中发源的。这二者的交汇，在十九世纪中叶。

实际上，物理学在那时候，也出现了科学与技术的合流。法国工程师卡诺为了做出更加高动力的热机，给出了热机效率极限，宣告了热力学的诞生。物理系四大力学，我总觉得热力学与统计物理是异类，从数学形式和体系上，远不如理论力学那么漂亮，因为根源就不一样。尽管如此，从研究纯粹自然物的规律到研究人造物工具的基本规律，代表了科学与技术的深度融合，是人类文明史上光辉的会师。

对天文、气象和地理等自然现象规律的研究促成了古希腊原始科学的发展。而牛顿研究天体运行，提出的万有引力是经典自然科学发展的巅峰。由此建立的科学目标是寻找自然规律，所建立的理论特别纯粹，特别系统。 不过牛顿同时也是光学的创始人。他为了研究天体运动，发明了牛顿天文望远镜。对光学的研究，离不开光学仪器的进步，这时技术已经深入地影响科学了。

从热力学开始，人们研究的其实是一个人造物的本质规律，比如说热机的效率极限。通过人造物，推广到现实中的一些自然规律，比如说能量转化与守恒定律，乃至把人这样的生物体看成一个热机。通过热力学的研究，到十九世纪下半叶，克劳修斯又提出了熵的概念，影响遍及自然科学与社会科学多个领域。做热机研究，为的是做出更好的机器，离不开搞技术的工程师。所以他们创立的这套热学理论，看起来就是显得很粗犷。

瓦特发明的蒸汽机，物理学家把它抽象为热机，是第一次工业革命的代表，第二次工业革命的代表成就是电力与电动机。蒸汽机，电动机都是用于代替人的体力劳动的，涉及能量的转换。既然热机可以代替人的体力劳动，逻辑上很自然的，接下来就是发明创造代替人脑力劳动的机器。以电脑、互联网的发明和大规模应用为标志，我们找到了这个机器，开始了信息产业技术革命。与热机不同，计算机直接涉及熵的转化。当然，热机做功也伴随着墒的变化。

当今时代，计算机与互联网是正在深刻改变社会的技术。对算法复杂性，信息安全等等这些基本理论的研究，其实也是对计算机和网络系统这个人造物的最深层规律的分析。而这些分析都离不开熵这个深刻的概念，从热机到计算机一脉相承。正如对热机的深刻研究导致人们提出热力学第二定律以及能量的转化与守恒那样，对计算机的研究，也反哺了热力学乃至黑洞的理论。做这个角度来说，我预计理论计算机科学中有关计算本质和算法复杂性的那部分内容，与热力学和统计物理学一样，将会成为理论物理专业的必修课之一。

最后一个有趣的问题：既然都涉及到墒变换，那么热机做功，能被看成是信息处理的过程么？我们能不能用热机来实现计算机的某种功能？