梅森素数实验室

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1、北京市普通高中开放式重点实验室申请书实验室名称梅森素数开放式重点实验室项目申报学校北京市第十五中学主管部门西城区教育委员会学校负责人邰亚臣学校负责人联系方式63558805项目负责人刘佳项目负责人联系方式13671126951领域(学科)以数学与信息科学为基础的综合学科建设目标【目的意义】北京十五中是北京市第一批14所高中示范校之一；是北京市第一批金鹏科技团成员校；是“翱翔计划”数学与信息科学领域项目首批基地校；并拥有高中特色实验班。60年的办学历史、多年来高标准科研、科技活动的积累以及对于特色

2、人才培养孜孜以求的常年探索，为我们培养创新型人才打下了坚实的基础。自1997年开始，我校开设数学建模校本选修课，通过数学建模活动使学生学会了用“数学之眼”观察世界、分析社会、解释生活中的种种现象。学生学习数学的热情空前高涨。作为北京市青少年科技创新学院翱翔计划数学与信息科学领域基地校，从2008年开始，我校也开始在翱翔基地校的平台上，以数学建模活动为切入点，探索新的人才培养方式。随着探索的不断深入，我们发现学生在数学建模之路上提出了越来越多的新鲜问题、这些问题来源于社会的发展、技术的进步。对于我

3、们而言，新的问题也伴随着新的挑战：一是大量涉及数字模拟、图形计算等海量运算的研究课题无法通过现有设备给出满意的解决方案；二是部分涉及前沿领域的研究课题，凭借现有的师资力量，没有能力或不能及时给予学生有效指导，这使得学生研究的成就感和价值感大打折扣。如果说前一个问题还可以通过配置升级的方式进行改善的话，后一个问题就成为制约我们前行的挡路石。如何突破瓶颈？以“梅森素数搜索”为代表的研究方式为我们提供了新的思路。梅森素数(MersennePrime)是指形如2'p—1的正整数，其中指数p是素数，常记为

4、Mp。若Mp是素数，则称为梅森素数。梅森素数是发现已知最大素数的最有效途径，其探究推动了“数学皇后”——数论的研究；由于巨大的运算量，研究梅森素数需要高性能的计算机，因而它也常被用来测试计算机硬件的运算能力；另外，梅森素数的探索也促进了密码技术、网格技术、程序设计技术的发展。因为梅森素数的探究需要多种学科和技术的支持，所以许多科学家认为，这个领域的研究成果，在一定程度上及映了一个国家的科技水平。然而，这样高端的科研领域，却以一种开放性的姿态迎接着她的参与者。数学家向全世界公布了搜索素数的科研课题

5、，使得世界范围内的数学爱好者争相投身其中。1978年10月，两名年仅18岁的美国高中生诺尔和尼科尔找到了第25个梅森数M21701。这种跨国界、跨领域，跨年龄、跨知识背景的科研方式，这种低门槛（草根儿也能做科研）、高输出（经过专业训练，能够发现培养专业精英）的育人模式，正是我们所渴求的。我们将实验室的名字定为梅森素数实验室，就是要借由梅森素数搜索的例子告诉学生，科研是可以通过你所感兴趣的方式进行的；科研是要具备严谨的思维逻辑和科学精神的；告诉学生只要有目标、有毅力、懂方法，任何研究都是有路可通的

6、；告诉学生研究是永无止境的；告诉学生要想攀登科学的高峰是必须抱有开放态度的；更重要的是教会学生使用如梅森素数搜索这样的网络云科研平台、教会学生在这样的云科研平台上开展科研活动的方法。同时，由于梅森素数搜索本身需要强大的网络和计算机硬件支撑，梅森素数实验室这个名字也蕴含着它在解决问题时的强大功能。【功能定位】实验室功能定位在四个方面：1.开发以实验室为依托的拓展性课程；2.为数学建模活动中涉及海量运算的研究课题提供软硬件支持；3.尝试在高中阶段推动学生进行云科研活动；4.为北京市数学与信息科学领域

7、中开展云科研活动提供学生实践活动基地和师资培训基地。【建设目标】一、北京市高中数学与信息科学领域拓展性课程基地区别于课堂教学的课程，拓展性课程是课堂课程的延伸。要在广度上开阔学生的视野，为学生提供自主实践的平台，为了解学科分支的精髓打通渠道。拓展性课程面向北京市中学生开放，主要由本校及协作校特级教师、北京市学科带头人、骨干教师承担。二、北京市数学与信息科学领域拔尖创新人才培养的课题基地通过研究课题激发学生的研究热情、让学生亲自参与整个科研活动过程，提出研究课题，初步做出创造性成果，进行实验、制作

8、、发明、创造活动。研究性课题面向北京市数学翱翔计划学员和基地校学员，主要聘请高校及科研院所的专家承担，使学生在科学家身边迅速成长，最终实现通过梅森素数开放式实验室项目培养拔尖创新人才的目的。三、学生云科研实践活动基地及教师培训交流的基地实验室以梅森素数搜索的科研方式为切入点，开岀跨学科、跨专业的创新型、研究型、综合型开放性课题目录并引导学生根据兴趣自主选取或制定研究课题，吸引并辅助学生开展研究，进行实践。实验室建成后，我们将从翱翔学员和本校、昌平（南口）分校选拔学员，联合协作校、国内外友好校共同