曉明研究室興趣驅(qū)動下的高素質(zhì)本科生培養(yǎng)

曉明研究室

引 言

曉明研究室自2003年建立以來，在掌門人常曉明教授的引領(lǐng)下，一群本科生的飛速成長引起了全校師生的關(guān)注，校領(lǐng)導(dǎo)班子也將曉明研究室的有關(guān)育人理念問題提上了正式議程。研究室每年暑期培訓(xùn)，從大一的學(xué)生中進(jìn)行選拔，成為太原理工大學(xué)暑期校園中一道亮麗的風(fēng)景線。培養(yǎng)高素質(zhì)嵌入式系統(tǒng)本科人才，是研究室的一大特色?；A(chǔ)理論好，動手能力強(qiáng)，善于團(tuán)隊合作，是研究室學(xué)生具有的特質(zhì)。

1 本科教學(xué)中的幾個問題探討

我國的高等教育進(jìn)入大眾化教育階段以來，相當(dāng)多的大學(xué)都擴(kuò)大了招生的規(guī)模。然而，校園面積緊缺，特別是師資水平不能同步發(fā)展，使得學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量受到影響。這期間，不少大學(xué)建立了新校區(qū)，但大部分情況是：新校區(qū)在一定階段就像一座孤島，雖然有大樓和學(xué)生，但缺少應(yīng)有的配套設(shè)施，既加大了成本，又降低了效率，使得教學(xué)質(zhì)量更加令人擔(dān)憂。

綜合以上種種因素，本科教育中存在的問題可以歸納為以下幾個方面：

① 課堂學(xué)習(xí)方面。課程多、課時少、灌輸多、消化少，課外作業(yè)抄襲現(xiàn)象頻出，課程考核不乏死記硬背，學(xué)生成了記憶的機(jī)器。

② 教師授課方面。不少教師雖有專業(yè)知識，但缺乏育人理念和教學(xué)方法。急功近利、利益驅(qū)動的影響下，相當(dāng)多的大學(xué)中已經(jīng)不存在以老帶新的局面，使得擁有博士學(xué)位的年輕教師缺少好的方法將專業(yè)知識傳授給學(xué)生。有的高校由于師資的短缺，甚至讓沒有教師資格的人也上了講臺。諸如此類問題的存在，教學(xué)質(zhì)量可想而知，更談不上讓學(xué)生學(xué)會認(rèn)知、學(xué)會做事、學(xué)會做人、學(xué)會共處，給予學(xué)生以終身學(xué)習(xí)的能力。

③ 實踐教學(xué)方面。這在高校可以說是一大弱項。電子、計算機(jī)學(xué)科采用現(xiàn)成實驗箱的實驗?zāi)Ｊ皆诟咝Ｊ瞧毡榇嬖诘?，這種模式在一定程度上解決了耗材問題，但不能很好地引發(fā)學(xué)生的思考，使一些學(xué)生不加思考地按指導(dǎo)書連線、插孔來完成實驗，成為一名“裝配工”。死板地按照實驗指導(dǎo)說明書進(jìn)行操作，到考試時，靠死記硬背、老師“劃重點”來結(jié)束一門課程，過不了多久就忘卻了課程的許多內(nèi)容，難以很好地掌握方法。以上所講問題，突出地表現(xiàn)為學(xué)生動手能力差，這樣的情況下就更談不上具有創(chuàng)新思維了。

2 以“個體戶”身份存在于太原理工大學(xué)中的曉明研究室

曉明研究室成立于2003年，是由留學(xué)日本八年回國的常曉明教授用自己的資金一手創(chuàng)辦的。2001年，常曉明從日本留學(xué)回國，當(dāng)時學(xué)校還沒有他的實驗室，他就把家里最大的一間房子騰出來，帶領(lǐng)學(xué)生在家里開展實驗，這便是曉明研究室的前身。兩年后，他認(rèn)真帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行課外研發(fā)的事被時任太原理工大學(xué)校長的謝克昌教授（現(xiàn)任中國工程院副院長）所知，謝克昌教授特別批給了他一間50多平米的房間作為實驗室，命名為“曉明研究室”，至此曉明研究室正式誕生了。

從那時起，曉明研究室開始了她探索培養(yǎng)高素質(zhì)本科生的道路。在最初三年里，研究室重點做了如下工作：

① 形成良好的研究室文化。在研究室建立不久，常曉明就提出研究室要形成“嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、高質(zhì)、高效”的文化，這種文化特征應(yīng)該體現(xiàn)在研究室每一個學(xué)生身上。

② 創(chuàng)辦《曉明研究室通訊》，記錄研究室的發(fā)展軌跡。研究室成立僅3個月，就創(chuàng)辦了《曉明研究室通訊》，每年發(fā)行6～8期，十年來已經(jīng)發(fā)行了80多期，她記錄了研究室的成長，記錄了研究生、本科生進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的足跡。

③ 培育高素質(zhì)的研究生隊伍。要培養(yǎng)高素質(zhì)的本科人才，必須建立一支優(yōu)秀的團(tuán)隊，曉明研究室的主力軍是研究生隊伍，他們的能力、素質(zhì)對課外研發(fā)的本科生影響很大，他們是本科生的“小導(dǎo)師”，是研究室文化的傳遞者。

④ 逐步建立良好的硬件環(huán)境與興趣課題，帶領(lǐng)本科學(xué)生進(jìn)行課外研發(fā)。研究室成立初期，資金十分有限，在這種情況下，常曉明采取了因陋就簡的措施，購買木板、三角鐵等制作研究室設(shè)備用的貨架。買不起儀器設(shè)備，能制作的就自己制作。經(jīng)過幾年的努力，到2006年，研究室已獲得了省自然科學(xué)基金、博士點基金、外國專家局基金、國家自然科學(xué)基金等資助，加之一些橫向研發(fā)課題，年研究經(jīng)費已達(dá)20萬之多。

常曉明重視本科生的培養(yǎng)不是心血來潮，而是具有長遠(yuǎn)的眼光，他早在研究室就提出“人才戰(zhàn)略”的理念。在這種理念的指導(dǎo)下，研究室從2004年，就開始每年舉辦“曉明研究室本科生課外研發(fā)成果展”，到2014年為止，已經(jīng)舉辦了16屆。成果展吸引了大量的本科生參觀，極大地引發(fā)了學(xué)生們課外研發(fā)的興趣。近年來，除了成果展外，每年還舉辦一次“曉明研究室機(jī)器人日”，向廣大學(xué)生展示研究室的各種機(jī)器人，引導(dǎo)大家愛科學(xué)、愛工程。

曉明研究室不是一夜走紅，而是像一種文化一樣，逐步地滲透到了太原理工大學(xué)電子計算機(jī)類的學(xué)生中，又進(jìn)一步為全校學(xué)生所知。榜樣的力量是無窮的，曉明研究室逐步成了太原理工大學(xué)學(xué)生們心目中的“大學(xué)中的大學(xué)”、“本科生課外研發(fā)的科技樂園”。學(xué)校前黨委書記姚芝樓贊譽研究室是“培養(yǎng)真正的人才，真正地培養(yǎng)人才”；現(xiàn)任校黨委書記吳俊清則贊揚曉明研究室是一把火炬，引領(lǐng)著同學(xué)們踏上自己的精彩人生；中國工程院副院長、太原理工大學(xué)前校長謝克昌教授表示，曉明研究室的興趣驅(qū)動、工程育人的理念是抓住了根本。在十多年的堅持不懈努力下，曉明研究室不僅獲得了學(xué)校廣大師生的贊譽，而且贏得了業(yè)界的認(rèn)可，引來了數(shù)不勝數(shù)的參觀者?！皶悦餮芯渴摇边@塊牌子還登上了“大雅之堂”，時常出現(xiàn)在學(xué)校的一些聯(lián)席會議上。

3 培養(yǎng)高素質(zhì)本科生的思考與實踐

3.1 問題分析

近年來，高等院校不斷實施教育部的質(zhì)量工程，例如教學(xué)名師、精品課程、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目等等，使得教育質(zhì)量不斷得到了提升，可以說是不斷朝著好的方向邁進(jìn)。但是，在學(xué)生的實踐能力提升方面，特別是學(xué)生的綜合素質(zhì)方面還有許多問題亟待解決。常曉明教授認(rèn)為：現(xiàn)在的大學(xué)生的智商都不低，基礎(chǔ)理論課程也不見得差，但由于沒有很好的實踐環(huán)境和很好的引導(dǎo)，使得一些學(xué)生在大二就開始荒廢。為什么我們的大學(xué)生到畢業(yè)時還動不了手？不是理論學(xué)得不夠，而是沒有把理論與實踐很好地結(jié)合，而這個問題恰恰就是由于沒有親自動手實踐的機(jī)會造成的。

3.2 接納本科生進(jìn)行課外研發(fā)

鑒于以上總結(jié)，曉明研究室開始接收大三、大四的學(xué)生，讓他們在研究室進(jìn)行課外研發(fā)。研究室采取這一措施后，很快就體現(xiàn)出了效果，學(xué)生在畢業(yè)時其動手能力明顯高于其他的學(xué)生，綜合素質(zhì)也得到了提高。盡管如此，常曉明又在思考：如果再早一點讓學(xué)生進(jìn)入研究室進(jìn)行課外研發(fā)，并且與研究生打成一片，效果又會怎樣呢？這樣，從2007級本科生開始，嘗試招收大一的學(xué)生進(jìn)入研究室。經(jīng)過一段時間的嘗試，收到了很好的效果，從此，曉明研究室確定了招生原則，只招收大一的學(xué)生進(jìn)行課外研發(fā)，這也是研究室為培養(yǎng)高素質(zhì)學(xué)生在質(zhì)量方面提升的關(guān)鍵一步。

3.3 全面提升學(xué)生素質(zhì)的新階段

隨著研究室培養(yǎng)的本科生在學(xué)校中的影響越來越大，很多電子類的大一學(xué)生要求加入研究室，接受嚴(yán)格的課外研發(fā)實踐。為了能夠培養(yǎng)更高質(zhì)量的學(xué)生，從2010年開始，研究室正式開始了課外研發(fā)生的暑期培訓(xùn)。希望加入的學(xué)生在參觀過研究室課外研發(fā)成果展后，報名參加研究室的面試，合格的大一學(xué)生才可以參加研究室的暑期培訓(xùn)。研究室的暑期培訓(xùn)不是一般的講課，而是全面提升學(xué)生能力水平的一次嚴(yán)格的訓(xùn)練，是為其之后三年大學(xué)生活奠定一個重要的發(fā)展基礎(chǔ)。

經(jīng)過培訓(xùn)的學(xué)生，其特點主要體現(xiàn)在以下方面：

① 掌握了基本的工具軟件使用，如Photoshop、Origin、CorelDRAW、Solidworks。

② 了解和掌握了基本的編程軟件，如LabVIEW等。

③ 掌握了拍照和視頻制作的基本技術(shù)。

④ 基本掌握研究資料的整理方法，了解了研究論文的五章構(gòu)成法。

⑤ 掌握了基本的制作技能和操作技能，如打孔技術(shù)、木板切割技術(shù)、迷宮式電路板的焊接技術(shù)等。

⑥ 學(xué)會了大量電子文檔的文件夾規(guī)范化建立和文件的整理方法。

⑦ 每天的早操鍛煉了毅力、增強(qiáng)了體質(zhì)。

⑧ 學(xué)會了團(tuán)隊合作。

對大一的學(xué)生來說，他們自己都很難相信能夠有如此大的提高。現(xiàn)在，每年的研究室暑期培訓(xùn)已成為研究室的一大特色。近幾年，還有外校的研究生、本科生和初、高中學(xué)生來參加研究室的暑期培訓(xùn)。到2014年，研究室的暑期培訓(xùn)已經(jīng)舉辦了5屆，并且每次都在不斷改進(jìn)。暑期培訓(xùn)，對學(xué)生來說是他們快速成長過程中的一個里程碑。

4 促成學(xué)生快速成長的興奮劑——興趣驅(qū)動

暑期培訓(xùn)一結(jié)束，就到了新學(xué)期開學(xué)報到的時間，學(xué)生們感慨一個假期的培訓(xùn)收獲真是太多，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有想到的。但是，開學(xué)后進(jìn)入大二，應(yīng)該如何進(jìn)行課外研發(fā)，并且是持續(xù)地進(jìn)行呢？研究室是這樣來考慮的：首先，要使學(xué)生主動地開展課外研發(fā)，就一定要以興趣來驅(qū)動，讓他們做自己喜歡的東西。為此，研究室就應(yīng)該有足夠的資源，這種資源包括兩個方面：一是在硬件上要有足夠的設(shè)備、耗材；二是在軟件方面要有足夠可供學(xué)生選擇的課題。曉明研究室多年來已經(jīng)有了足夠的原始積累，在硬件方面已經(jīng)能夠充分滿足選題的需要；在軟件方面，一是有常曉明教授憑借自己幾十年的實踐經(jīng)驗，能夠為學(xué)生設(shè)定合適且有趣的課題，二是研究生隊伍和高年級的研發(fā)生可以作為“小導(dǎo)師”輔導(dǎo)學(xué)弟學(xué)妹。這樣，研究室就可以吸引幾十名學(xué)生在課外進(jìn)行研發(fā)工作，做到幾人一題或一人一題地開展研發(fā)項目。

學(xué)生可以自由地選題，其靈活程度遠(yuǎn)大于學(xué)校的選課模式。但是，一般情況下并不是學(xué)生想做就做，想停就可以停的。一旦確定了研發(fā)內(nèi)容，就要堅持不懈地做下去，即使是實驗失敗。不僅如此，研發(fā)課題一旦開始，學(xué)生就要做到“四個一”即：做一個實驗，寫一篇“研資”，完成一個PPT，做一場講座。

實驗，即學(xué)生已確定的研發(fā)課題。“研資”即研究資料，研究室對“研資”的寫法有嚴(yán)格的規(guī)范要求，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)就不予通過。要求“研資”的格式嚴(yán)格按照論文的章節(jié)劃分和規(guī)范進(jìn)行，使學(xué)生在本科階段就受到嚴(yán)格的論文寫作訓(xùn)練。PPT制作，即為發(fā)表的材料項目作詳細(xì)的準(zhǔn)備，要求學(xué)生能快速生成PPT講稿，制作達(dá)到規(guī)范要求。講座，即學(xué)生將自己的研發(fā)過程及成果向大家匯報，這一過程大大鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力。

2013年2月以來，僅2011級學(xué)生的講座就達(dá)到60多場次，基本上每個周末都要舉行一場，每場要有2～3人做自己的研發(fā)成果匯報，學(xué)術(shù)氣氛十分活躍。

在實施“四個一”的過程中，對學(xué)生來說最艱難的是研究資料的寫作，不僅需要有清晰的思路、良好的表達(dá)方式，還要求有很好的計算機(jī)繪圖等能力。近年來曉明研究室要求學(xué)生在畢業(yè)前發(fā)表10篇以上的研究資料，達(dá)不到就不能成為正式的研發(fā)生。這相當(dāng)于為研究室的“產(chǎn)品”標(biāo)注質(zhì)量等級，為推薦學(xué)生進(jìn)入公司或進(jìn)一步深造作為重要參考。

在以興趣驅(qū)動學(xué)生進(jìn)行課外研發(fā)過程中，確立合適的題目十分重要。得益于常曉明教授豐富的實踐經(jīng)驗和很強(qiáng)的動手能力，這一問題很好地得到了解決。舉一個案例來說明這個問題，有一次，常曉明教授在上海參觀電子展，他順便走進(jìn)了旁邊的與他專業(yè)不相干的音樂展，在那里他發(fā)現(xiàn)有一種供孩子玩的敲擊式鈴鐺，他就買了21種音色鈴鐺。2011級的研發(fā)生楊自凱看到后，饒有興趣地向老師提出愿意做這個課題，他自己設(shè)計制作了一個骨架，將鈴鐺支撐起來，在骨架上裝上電磁鐵，又設(shè)計制作了功率驅(qū)動電路。在計算機(jī)上，用LabVIEW軟件編制了控制程序，自動獲取音樂信息，用無線傳輸方式控制21個鈴鐺發(fā)出了美妙的音樂。

通過這個項目，全面鍛煉了楊自凱的動手能力，他在硬件設(shè)計制作、機(jī)構(gòu)加工軟件的編程等方面都得到了很大的提高。在興趣的驅(qū)動下，他經(jīng)常泡在研究室，潛心研究感興趣的各種問題。在實驗上投入的大量時間，非但沒有耽誤他的課程學(xué)習(xí)，而且還始終保持著專業(yè)第一名的成績。2014年10月，楊自凱以課程和課外實踐的雙重優(yōu)異成績，被天津大學(xué)信息工程學(xué)院錄取為直博生，兩個月后，該院的院長馬建國又推薦他到新加坡義安理工學(xué)院去做本科畢業(yè)設(shè)計。

像楊自凱這樣的案例在曉明研究室不止一個，2008級的研發(fā)生任朋飛本科畢業(yè)一年后，被清華大學(xué)工程物理系錄用為研究助理……。在曉明研究室，重要的不是教給學(xué)生什么知識，而是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會研究、學(xué)會做事，讓他們得到全面的提升，由一個自然人逐步地成長為一個社會人，授人以魚，不如授人以漁。

5 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，實現(xiàn)研究室、學(xué)生、企業(yè)同步發(fā)展

5.1 重視基礎(chǔ)實驗，夯實研發(fā)基礎(chǔ)

學(xué)生進(jìn)入研究室開始的一年間，按照常曉明教授的培養(yǎng)理念，這一年主要是讓學(xué)生們做基礎(chǔ)實驗，但常老師是將基礎(chǔ)實驗與學(xué)生們的興趣有機(jī)地結(jié)合，教育引導(dǎo)學(xué)生要想將來成為一個很好的“設(shè)計師”，就一定要先學(xué)會做“小爐匠”。他還以自己的親身經(jīng)歷說明這樣做的重要性，讓學(xué)生們看他年輕時的作品，引發(fā)學(xué)生的興趣。經(jīng)過示范和引導(dǎo)，學(xué)生們充分理解了做基礎(chǔ)實驗的重要性，也不斷感受到了其中的樂趣。例如，在引導(dǎo)2013級學(xué)生章恒做一個晶體管放大電路的基礎(chǔ)實驗時，常老師先讓他把一個晶體管作為“黑匣子”，測量其電路激勵與響應(yīng)的關(guān)系，繪出曲線。然后，結(jié)合剛剛學(xué)過的電路理論，從計算法和圖解法兩個方面驗證理論的正確性。經(jīng)過這樣一個過程，使其加深了對理論的理解，真正掌握了晶體管的原理和實驗方法。在曉明研究室，當(dāng)一個學(xué)生的實驗成功時，就會引來旁邊很多學(xué)生的圍觀，因為大家所做的內(nèi)容都不一樣，同學(xué)們很有好奇心，互相學(xué)習(xí)、互相交流。不同的專業(yè)、不同的年級，大家知識互補(bǔ)，增強(qiáng)了同學(xué)之間的友誼，他們就像在一個大家庭共同生活。

經(jīng)過一年基礎(chǔ)性的實驗和各種實踐，研究室的學(xué)生已經(jīng)有了很好的基本功，在進(jìn)入大三時，有的學(xué)生就可以進(jìn)行系統(tǒng)性的開發(fā)工作了。

5.2 參與研究，介入項目

研究室的學(xué)生在進(jìn)入大三后，有的能力已經(jīng)達(dá)到了可以做系統(tǒng)研究的水平，比如涉及到單片機(jī)、檢測、軟件編程、無線通信方面的研究或項目，就可以比較獨立地完成了。對研究室來說，這一點十分重要，它意味著曉明研究室的本科生可以創(chuàng)造生產(chǎn)力了，研究室有了自我“造血”的功能。

由于研究室的學(xué)生質(zhì)量好，可配合研究生工作或獨立地做研發(fā)項目，因此就有企業(yè)找上門來，要求研究室為他們做研究或工程項目的研發(fā)。與企業(yè)的緊密合作，不僅使研究室的經(jīng)濟(jì)實力進(jìn)一步增強(qiáng)，而且研究課題也越來越豐富。2012年以來，研究室分別與企業(yè)合作，在太原、上海、北京分別建立了曉明研究室的基地，學(xué)生可以隨時到基地去體驗社會，接觸企業(yè)的項目。例如有研究室的學(xué)生作為軟件構(gòu)架師為上海的合作企業(yè)開發(fā)軟件，而企業(yè)為研究室提供先進(jìn)的多媒體設(shè)備。不僅是大三的學(xué)生，大二的學(xué)生也在一定程度上做到了邊做興趣課題、邊做企業(yè)項目的基礎(chǔ)實驗，取得了良好的效果。

學(xué)生在研究室做研發(fā)，沒有任何功利色彩，與學(xué)分沒有關(guān)系，與金錢也沒有關(guān)系，更很少參加功利性明顯的賽事，不存在互相之間的利益問題。同時，研究室鼓勵大家要團(tuán)隊式地學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，學(xué)會團(tuán)隊做事。在研究室“嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、高質(zhì)、高效”的文化熏陶下，虛心學(xué)習(xí)、潛心研究、互相幫助成了大家的自覺行動。本科生參與企業(yè)的研發(fā)，鞏固了大學(xué)所學(xué)的理論，開闊了眼界，研究室指導(dǎo)學(xué)生為企業(yè)創(chuàng)造了效益，研發(fā)環(huán)境進(jìn)一步得到了改善，而企業(yè)降低了研發(fā)成本，可謂“一箭三雕”。尤其是在2014年，曉明研究室與企業(yè)結(jié)合，完成了重大的技術(shù)創(chuàng)新，企業(yè)、研究室、學(xué)生均得到了很大的實惠。

曉明研究室不僅與企業(yè)結(jié)合，開展科技開發(fā)活動，形成良性循環(huán)，也為學(xué)校在營造科技創(chuàng)新文化方面做出了許多的貢獻(xiàn)。太原理工大學(xué)實施的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目中，有一個重要內(nèi)容，就是系列講座，10次的系列講座都是由研究室的學(xué)生為全校的大學(xué)生舉辦的。此外，“太原理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗通訊”的歷屆主編也均由曉明研究室的學(xué)生擔(dān)任，為全校該項工作的開展做出了很大的貢獻(xiàn)，為全校師生所知。2014年，太原理工大學(xué)還被評為全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)先進(jìn)單位，這與曉明研究室的貢獻(xiàn)是分不開的，因為常曉明教授就是學(xué)校該項工作的總體策劃與實施者。

春華秋實、滄桑砥礪，曉明研究室每年僅接受幾十名學(xué)生，可謂少之又少，但其影響力遍及全校，在業(yè)界也享有盛名。曉明研究室選拔出為數(shù)不多的好苗子，實施了早期培養(yǎng)，樹立其中的典型，帶動了一大批學(xué)生。曉明研究室不僅給學(xué)校帶來了正能量，也影響了周邊一批老師，使他們愛崗敬業(yè)，為培養(yǎng)高質(zhì)量的學(xué)生做出貢獻(xiàn)。