曉明研究室興趣驅動下的高素質本科生培養

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下，一群本科生的飛速成長引起了全校師生的關注，校領導班子也將曉明研究室的有關育人理念問題提上了正式議程。研究室每年暑期培訓，從大一的學生中進行選拔，成為太原理工大學暑期校園中一道亮麗的風景線。培養高素質嵌入式系統本科人才，是研究室的一大特色?；A理論好，動手能力強，善于團隊合作，是研究室學生具有的特質。

1 本科教學中的幾個問題探討

我國的高等教育進入大眾化教育階段以來，相當多的大學都擴大了招生的規模。然而，校園面積緊缺，特別是師資水平不能同步發展，使得學生的培養質量受到影響。這期間，不少大學建立了新校區，但大部分情況是：新校區在一定階段就像一座孤島，雖然有大樓和學生，但缺少應有的配套設施，既加大了成本，又降低了效率，使得教學質量更加令人擔憂。

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 課堂學習方面。課程多、課時少、灌輸多、消化少，課外作業抄襲現象頻出，課程考核不乏死記硬背，學生成了記憶的機器。

② 教師授課方面。不少教師雖有專業知識，但缺乏育人理念和教學方法。急功近利、利益驅動的影響下，相當多的大學中已經不存在以老帶新的局面，使得擁有博士學位的年輕教師缺少好的方法將專業知識傳授給學生。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，教學質量可想而知，更談不上讓學生學會認知、學會做事、學會做人、學會共處，給予學生以終身學習的能力。

③ 實踐教學方面。這在高校可以說是一大弱項。電子、計算機學科采用現成實驗箱的實驗模式在高校是普遍存在的，這種模式在一定程度上解決了耗材問題，但不能很好地引發學生的思考，使一些學生不加思考地按指導書連線、插孔來完成實驗，成為一名“裝配工”。死板地按照實驗指導說明書進行操作，到考試時，靠死記硬背、老師“劃重點”來結束一門課程，過不了多久就忘卻了課程的許多內容，難以很好地掌握方法。以上所講問題，突出地表現為學生動手能力差，這樣的情況下就更談不上具有創新思維了。

2 以“個體戶”身份存在于太原理工大學中的曉明研究室

曉明研究室成立于2003年，是由留學日本八年回國的常曉明教授用自己的資金一手創辦的。2001年，常曉明從日本留學回國，當時學校還沒有他的實驗室，他就把家里最大的一間房子騰出來，帶領學生在家里開展實驗，這便是曉明研究室的前身。兩年后，他認真帶領學生進行課外研發的事被時任太原理工大學校長的謝克昌教授（現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高素質本科生的道路。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“嚴謹、認真、高質、高效”的文化，這種文化特征應該體現在研究室每一個學生身上。

② 創辦《曉明研究室通訊》，記錄研究室的發展軌跡。研究室成立僅3個月，就創辦了《曉明研究室通訊》，每年發行6～8期，十年來已經發行了80多期，她記錄了研究室的成長，記錄了研究生、本科生進行嵌入式系統研發的足跡。

③ 培育高素質的研究生隊伍。要培養高素質的本科人才，必須建立一支優秀的團隊，曉明研究室的主力軍是研究生隊伍，他們的能力、素質對課外研發的本科生影響很大，他們是本科生的“小導師”，是研究室文化的傳遞者。

④ 逐步建立良好的硬件環境與興趣課題，帶領本科學生進行課外研發。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備用的貨架。買不起儀器設備，能制作的就自己制作。經過幾年的努力，到2006年，研究室已獲得了省自然科學基金、博士點基金、外國專家局基金、國家自然科學基金等資助，加之一些橫向研發課題，年研究經費已達20萬之多。

常曉明重視本科生的培養不是心血來潮，而是具有長遠的眼光，他早在研究室就提出“人才戰略”的理念。在這種理念的指導下，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成果展”，到2014年為止，已經舉辦了16屆。成果展吸引了大量的本科生參觀，極大地引發了學生們課外研發的興趣。近年來，除了成果展外，每年還舉辦一次“曉明研究室機器人日”，向廣大學生展示研究室的各種機器人，引導大家愛科學、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電子計算機類的學生中，又進一步為全校學生所知。榜樣的力量是無窮的，曉明研究室逐步成了太原理工大學學生們心目中的“大學中的大學”、“本科生課外研發的科技樂園”。學校前黨委書記姚芝樓贊譽研究室是“培養真正的人才，真正地培養人才”；現任校黨委書記吳俊清則贊揚曉明研究室是一把火炬，引領著同學們踏上自己的精彩人生；中國工程院副院長、太原理工大學前校長謝克昌教授表示，曉明研究室的興趣驅動、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校廣大師生的贊譽，而且贏得了業界的認可，引來了數不勝數的參觀者?！皶悦餮芯渴摇边@塊牌子還登上了“大雅之堂”，時常出現在學校的一些聯席會議上。

3 培養高素質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量工程，例如教學名師、精品課程、大學生創新創業訓練項目等等，使得教育質量不斷得到了提升，可以說是不斷朝著好的方向邁進。但是，在學生的實踐能力提升方面，特別是學生的綜合素質方面還有許多問題亟待解決。常曉明教授認為：現在的大學生的智商都不低，基礎理論課程也不見得差，但由于沒有很好的實踐環境和很好的引導，使得一些學生在大二就開始荒廢。為什么我們的大學生到畢業時還動不了手？不是理論學得不夠，而是沒有把理論與實踐很好地結合，而這個問題恰恰就是由于沒有親自動手實踐的機會造成的。

3.2 接納本科生進行課外研發

鑒于以上總結，曉明研究室開始接收大三、大四的學生，讓他們在研究室進行課外研發。研究室采取這一措施后，很快就體現出了效果，學生在畢業時其動手能力明顯高于其他的學生，綜合素質也得到了提高。盡管如此，常曉明又在思考：如果再早一點讓學生進入研究室進行課外研發，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，嘗試招收大一的學生進入研究室。經過一段時間的嘗試，收到了很好的效果，從此，曉明研究室確定了招生原則，只招收大一的學生進行課外研發，這也是研究室為培養高素質學生在質量方面提升的關鍵一步。

3.3 全面提升學生素質的新階段

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

經過培訓的學生，其特點主要體現在以下方面：

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。

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成法。

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

⑥ 學會了大量電子文檔的文件夾規范化建立和文件的整理方法。

⑦ 每天的早操鍛煉了毅力、增強了體質。

⑧ 學會了團隊合作。

對大一的學生來說，他們自己都很難相信能夠有如此大的提高?，F在，每年的研究室暑期培訓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、高中學生來參加研究室的暑期培訓。到2014年，研究室的暑期培訓已經舉辦了5屆，并且每次都在不斷改進。暑期培訓，對學生來說是他們快速成長過程中的一個里程碑。

4 促成學生快速成長的興奮劑——興趣驅動

暑期培訓一結束，就到了新學期開學報到的時間，學生們感慨一個假期的培訓收獲真是太多，是遠遠沒有想到的。但是，開學后進入大二，應該如何進行課外研發，并且是持續地進行呢？研究室是這樣來考慮的：首先，要使學生主動地開展課外研發，就一定要以興趣來驅動，讓他們做自己喜歡的東西。為此，研究室就應該有足夠的資源，這種資源包括兩個方面：一是在硬件上要有足夠的設備、耗材；二是在軟件方面要有足夠可供學生選擇的課題。曉明研究室多年來已經有了足夠的原始積累，在硬件方面已經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驗，能夠為學生設定合適且有趣的課題，二是研究生隊伍和高年級的研發生可以作為“小導師”輔導學弟學妹。這樣，研究室就可以吸引幾十名學生在課外進行研發工作，做到幾人一題或一人一題地開展研發項目。

學生可以自由地選題，其靈活程度遠大于學校的選課模式。但是，一般情況下并不是學生想做就做，想停就可以停的。一旦確定了研發內容，就要堅持不懈地做下去，即使是實驗失敗。不僅如此，研發課題一旦開始，學生就要做到“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，即學生已確定的研發課題?！把匈Y”即研究資料，研究室對“研資”的寫法有嚴格的規范要求，達不到標準就不予通過。要求“研資”的格式嚴格按照論文的章節劃分和規范進行，使學生在本科階段就受到嚴格的論文寫作訓練。PPT制作，即為發表的材料項目作詳細的準備，要求學生能快速生成PPT講稿，制作達到規范要求。講座，即學生將自己的研發過程及成果向大家匯報，這一過程大大鍛煉了學生的語言表達能力。

2013年2月以來，僅2011級學生的講座就達到60多場次，基本上每個周末都要舉行一場，每場要有2～3人做自己的研發成果匯報，學術氣氛十分活躍。

在實施“四個一”的過程中，對學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、良好的表達方式，還要求有很好的計算機繪圖等能力。近年來曉明研究室要求學生在畢業前發表10篇以上的研究資料，達不到就不能成為正式的研發生。這相當于為研究室的“產品”標注質量等級，為推薦學生進入公司或進一步深造作為重要參考。

在以興趣驅動學生進行課外研發過程中，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驗和很強的動手能力，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，他順便走進了旁邊的與他專業不相干的音樂展，在那里他發現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，又設計制作了功率驅動電路。在計算機上，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，他在硬件設計制作、機構加工軟件的編程等方面都得到了很大的提高。在興趣的驅動下，他經常泡在研究室，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習，而且還始終保持著專業第一名的成績。2014年10月，楊自凱以課程和課外實踐的雙重優異成績，被天津大學信息工程學院錄取為直博生，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院去做本科畢業設計。

像楊自凱這樣的案例在曉明研究室不止一個，2008級的研發生任朋飛本科畢業一年后，被清華大學工程物理系錄用為研究助理……。在曉明研究室，重要的不是教給學生什么知識，而是引導學生學會學習、學會研究、學會做事，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 產學研結合，實現研究室、學生、企業同步發展

5.1 重視基礎實驗，夯實研發基礎

學生進入研究室開始的一年間，按照常曉明教授的培養理念，這一年主要是讓學生們做基礎實驗，但常老師是將基礎實驗與學生們的興趣有機地結合，教育引導學生要想將來成為一個很好的“設計師”，就一定要先學會做“小爐匠”。他還以自己的親身經歷說明這樣做的重要性，讓學生們看他年輕時的作品，引發學生的興趣。經過示范和引導，學生們充分理解了做基礎實驗的重要性，也不斷感受到了其中的樂趣。例如，在引導2013級學生章恒做一個晶體管放大電路的基礎實驗時，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的關系，繪出曲線。然后，結合剛剛學過的電路理論，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，當一個學生的實驗成功時，就會引來旁邊很多學生的圍觀，因為大家所做的內容都不一樣，同學們很有好奇心，互相學習、互相交流。不同的專業、不同的年級，大家知識互補，增強了同學之間的友誼，他們就像在一個大家庭共同生活。

經過一年基礎性的實驗和各種實踐，研究室的學生已經有了很好的基本功，在進入大三時，有的學生就可以進行系統性的開發工作了。

5.2 參與研究，介入項目

研究室的學生在進入大三后，有的能力已經達到了可以做系統研究的水平，比如涉及到單片機、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造生產力了，研究室有了自我“造血”的功能。

由于研究室的學生質量好，可配合研究生工作或獨立地做研發項目，因此就有企業找上門來，要求研究室為他們做研究或工程項目的研發。與企業的緊密合作，不僅使研究室的經濟實力進一步增強，而且研究課題也越來越豐富。2012年以來，研究室分別與企業合作，在太原、上海、北京分別建立了曉明研究室的基地，學生可以隨時到基地去體驗社會，接觸企業的項目。例如有研究室的學生作為軟件構架師為上海的合作企業開發軟件，而企業為研究室提供先進的多媒體設備。不僅是大三的學生，大二的學生也在一定程度上做到了邊做興趣課題、邊做企業項目的基礎實驗，取得了良好的效果。

學生在研究室做研發，沒有任何功利色彩，與學分沒有關系，與金錢也沒有關系，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隊式地學習，提高學習效率，學會團隊做事。在研究室“嚴謹、認真、高質、高效”的文化熏陶下，虛心學習、潛心研究、互相幫助成了大家的自覺行動。本科生參與企業的研發，鞏固了大學所學的理論，開闊了眼界，研究室指導學生為企業創造了效益，研發環境進一步得到了改善，而企業降低了研發成本，可謂“一箭三雕”。尤其是在2014年，曉明研究室與企業結合，完成了重大的技術創新，企業、研究室、學生均得到了很大的實惠。

曉明研究室不僅與企業結合，開展科技開發活動，形成良性循環，也為學校在營造科技創新文化方面做出了許多的貢獻。太原理工大學實施的大學生創新創業訓練項目中，有一個重要內容，就是系列講座，10次的系列講座都是由研究室的學生為全校的大學生舉辦的。此外，“太原理工大學大學生創新性實驗通訊”的歷屆主編也均由曉明研究室的學生擔任，為全校該項工作的開展做出了很大的貢獻，為全校師生所知。2014年，太原理工大學還被評為全國大學生創新創業先進單位，這與曉明研究室的貢獻是分不開的，因為常曉明教授就是學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生，可謂少之又少，但其影響力遍及全校，在業界也享有盛名。曉明研究室選拔出為數不多的好苗子，實施了早期培養，樹立其中的典型，帶動了一大批學生。曉明研究室不僅給學校帶來了正能量，也影響了周邊一批老師，使他們愛崗敬業，為培養高質量的學生做出貢獻。