晓明研究室的嵌入式系统人才培养模式※＊

晓明研究室

（太原理工大学计算机科学与技术学院，太原030024）

引 言

为什么从晓明研究室毕业的本科生出路都那么好？你们是如何培养的？不少记者和参观者在访问了晓明研究室后总是这样问道。

晓明研究室是太原理工大学常晓明教授自筹资金于2003年建立的，十年多来，从接纳本科生参观，到选拔吸收低年级本科生进入研究室从事嵌入式系统方面的创新实践活动，逐步完成了跨年级、跨学科的高素质嵌入式系统人才培养模式的构建，以“理论基础扎实，实战能力强”而闻名，已经成为具有辐射作用的在全校乃至业界享有盛名的高素质工科人才培养的“筑梦园”。

1 大众化教育背景下诞生的晓明研究室

2004年，我国的高等教育步入大众化阶段，高等教育的大众化，满足了人民群众多样化学习的需求，但同时也出现了教育资源不能及时跟进等问题，突出地表现在所培养的学生动手能力不足等方面。而在此之前的几年间，高等院校的招生规模就已迅速扩大，当时的嵌入式系统技术也在急速发展。

2001年，留日8年的常晓明从日本回国，他首先拜访了何立民教授，当时，《单片机与嵌入式系统应用》杂志刚创刊半年，何立民教授送给了他半年的杂志，与他讨论了有关嵌入系统教育等问题。两年后，根据国内教育的现状，常晓明有了许多想法，并于2003年7月创立了晓明研究室。他在育人理念上实行招生少量化、学科交叉化、管理规范化、培养精英化和研究系统化，将跨学科培养高素质工科人才作为研究室的核心培养目标。

2 嵌入式系统人才培养模式的探索

2.1 背景与问题分析

我国的高等教育进入大众化教育阶段后，广大人民群众实现了自己接受高等教育的需求。但是另一方面，高等院校的校园面积、设备、管理队伍、师资水平等还不能及时满足急剧扩大的学生规模，给学生培养质量带来了一定的影响。主要的问题表现在：①课程多、课时少、灌输多、消化少。②教师水平、教育理念不能及时跟进。不可忽视的是教学理念问题，作为教师，不仅应该有效地把知识传授给学生，而且更重要的是要引导学生学会认知、学会做事、学会做人、学会共处，给予学生终身学习的能力。③“先进”的实验箱，实践环节走过场。以上所谈到的问题，突出地表现在学生动手能力差，更谈不上创新思维。

2.2 嵌入式系统人才培养问题的思考

在晓明研究室建立后，在三年内完成了如下工作：

①形成良好的研究室文化。在研究室建立不久，他就提出研究室应该形成的文化为“严谨、认真、高质、高效”，经过三年的努力，研究室已经初步形成了这种文化追求的特征。

②创办《晓明研究室通信》，记录研究室的发展轨迹。在研究室成立仅三个月，就创办了《晓明研究室通信》，每年发行6～8期，十年来已经发行了80期，它记录了研究室的成长，记录了研究生、本科生进行嵌入式系统研发的足迹。

③培育高素质的研究生队伍。要培养高素质的嵌入式系统的人才，必须建立一支优秀的团队，“晓明研究室”的主力军是研究生队伍，他们的能力、素质对课外研发的本科生影响很大。因此，要培育一支高素质的研究生团队，除了在招生阶段外，在培养过程中也必须严格把关。通常，“晓明研究室”所招收的硕士研究生绝大部分为推荐面试的学生，他们在入学的一年前就已经进入研究室，接受多方面的基础训练。这样，在正式入学时就已经具备多方面的能力和好的素质，这时的他们已经达到了可以组织和管理本科生进行课外研发的水平。常晓明致力于培养高素质的研究生，从2002～2010年，他仅招收了13名硕士研究生。

④建立良好的硬件环境与兴趣课题，兴趣驱动本科学生进行课外研发。研究室成立初期，资金十分有限，在这种情况下，常晓明采取了因陋就简的措施，购买木板、三角铁等制作研究室设备用的货架。买不起仪器设备，能制作的就自己制作，比如需要计数器，就简单地用CD4040焊接成计数器，用ICL8038制作信号发生器等等。经过几年的艰苦奋斗后，从2006年始，研究室已获得了省自然科学基金、博士点基金、外国专家局基金、国家自然科学基金等资助，加之一些横向研发课题，年研究经费已达20万之多。研究经费的快速增长，使得研究室的研究仪器设备得到了大大的改善。到这一时期，研究室已经完成了原始资金积累、原始设备积累和基本的文化积淀。

3 吸引本科生进行课外实践的有效措施

3.1 举办本科生课外研发成果展激发学生兴趣

为了引导大学生能尽早进入嵌入式系统的开发，每年5月份，晓明研究室都要举办1～2次“本科生课外研发成果展”，从2004年以来，已经连续举办了15届，参观人数已达千人以上。每次的成果展，都是在研究生的指导下，由研究室的本科生策划与组织，为参观的学生讲解他们的研发生活与研究成果。学生们通过参观研发生的作品，认识了本科生中的优秀人才，激发了对课外研发的兴趣。

除了每年的研究室本科生课外研发成果展外，研究室还举办“晓明研究室机器人开放日”展，给广大学生展示研究室的多种机器人，还根据学生的要求，为新生举办专场的研究室介绍。另外，研究室还设立“本科毕业设计工作站”，给优秀的非研究室的学生创造研发环境，供其进行毕业设计。

3.2 募集优秀学生实施早期培养

在研究室的成果展后，就会有许多学生积极报名，要求加入研究室的研发团队。接着，研究室对报名的学生按规定的程序进行选拔，每年从近百名学生中选出10名左右，参加研究室的研发生暑期培训。实际上，在对学生的选拔方面，研究室并没有严格的学习成绩要求，只要没有挂科，学习排名在班级前10名，就具备报名的条件了。考虑到培养高素质的嵌入式系统人才，研究室采取早期培养的思路，近年来只招收大一的本科生。

通常，研究室从上百名报名的学生中，第一轮依据学习成绩会选出50名左右的学生，这些学生再进入第二轮选拔过程。在这一过程中，学生要进行5分钟的自我才华展示，题目不限。由研究室的评委对其进行短时间内的能力素质判断。经过这一轮的严格选拔，通常就剩下十几名学生了。但在2013年，情况很特殊，竟然有近40名学生达到了研究室设定的标准。为了不造成“人才流失”，研究室破例地吸收了这些学生，形成了研究室有史以来最大规模的暑期培训班，这次的培训班，不仅是本校的，还有来自大连交通大学的研究生，甚至破例地有来自太原某名校的初中优秀毕业生。

3.3 严格训练实施暑期培训

研究室暑假培训的主题是：掌握基本做事技法，养成良好工作习惯，奠定未来发展基础。在暑期培训期间，主要围绕着以下内容进行：①基本软件操作方面，有PPT设计、网页制作、工作文件整理方法。②图像数据处理方面，有DV制作技术、Origin数据处理、Photoshop图像处理、CorelDRAW平面设计。③动手能力方面，主要有焊接技术、木工制作加工技术、模型制作技术。④编程技术方面，有单片机、LabVIEW编程入门。⑤研究基础训练方面，有研究资料的整理与撰写方法。⑥综合素质方面，有一般写作、朗读、KTV等。2013年的暑期培训，已是晓明研究室的第四期培训，在历时48天的培训中，只有常晓明一名教授，1名负责全面组织管理的研究生刘卫玲，8名11级本科二年级的研发生讲师团，对37名学员进行15种科目的培训。在这48天中，共进行了60场次各种讲座，45场次各种考核，学员们平均每天要学习10小时之多，每天要晨练，仅星期日午后为处理个人事务的时间。通过培训的学生，养成了良好的学习习惯，掌握了必要的基本技能以及处理问题的基本方法。

3.4 严格要求一人一题开展研究

在暑期培训结束后，即进入新学期，经过培训的学生也进入了大二阶段。这时，研究室对大家的要求是：①十分注重学习基础课程。②每个月在研究室的时间最低达到30个小时。为了培养学生认真的学习态度，研究室专门为学生发放标有研究室印记的“晓明研究室课外研发生作业纸”，定期收回检查，使学生逐步养成了良好的习惯。此外，每个月要求学生提交“半月日记”、“业绩登记表”、“在研时间登记表”，他们还要负责网站的信息更新。

为了使学生能在繁忙的学习中有兴趣地开展实验，研究室不定期地公布兴趣课题，学生根据自己的兴趣报名参加。开始时，几个人一个小组进行开展课题研究，逐步地转为一人一题或多题，进行各种兴趣研究，晓明研究室2012级学生课外研发部分课题略——编者注。

3.5 走向理想的“三部曲”与为之奋斗的“四个一”

研究室为本科生的个人发展规划了“三部曲”，那就是：大二，打好基础；大三，介入项目；大四，考研深造或步入社会独立研发。为了实现这一目标，平时对他们的训练是十分严格的，突出地体现在“四个一”方面。这“四个一”是：做一个实验，写一篇“研资”，完成一个PPT，做一场讲座。实验，即学生报名感兴趣的课题；“研资”即研究资料，研究室对“研资”的写法有严格的规范要求，达不到标准就不予通过；PPT制作，即为进行讲座的准备，要求学生能快速生成PPT讲稿，制作达到规范要求；讲座，即学生将自己的研发过程及成果向大家汇报，这一过程锻炼了学生的语言表达能力。“研资”的格式要求严格按照论文的章节划分和规范进行，使学生在本科阶段就受到严格的论文写作训练。

4 兴趣驱动、项目引导、文化熏陶、注重过程

4.1 兴趣驱动——激励学生开展基础实验

如何引导学生逐步使其能力得到提升是研究室经常考虑的问题。为了使学生从根本上掌握嵌入式系统的开发技术，研究室以兴趣项目为驱动，首先让学生做大量的基础实验，同时开展单片机、LabVIEW编程、C语言编程方面的学习。在单片机学习方面，要学生首先了解掌握51单片机，从最基本的层面先理解单片机的工作原理和编程技术，之后，再去了解掌握其他较高级的单片机，然后再接触ARM。同时，让一些学生掌握JAVA编程技术，还让一些学生掌握SolidWorks等，把“机”和“电”结合起来，极大地调动了学生的学习兴趣。

例如，11级的本科生张盼，不仅掌握了单片机技术，而且还掌握了在LabVIEW环境下的仪器通信等技术。在他开展的雕刻机项目中，掌握了电机驱动技术，软件编程技术，他不仅能控制雕刻机做3维的动作，还能用SolidWorks技术将雕刻机的模型建立起来，在计算机上进行3维的显示和与实体同步的动作。张盼除了这些带“电”的研发外，他还学会了木匠，为研究室设计加工了5个成果作品的展柜，成了研究室的一道亮丽的风景线。他的研究成果，使周边的同学大为赞叹，不仅他自己成就感十足，而且极大地调动了周边同学的研发热情。现在，研究室的本科生大都会用Cortex－M0编程，还有不少学生在用Cypress的PSoC进行软件和硬件的开发，同时也在不断掌握CPLD／FPGA的开发技术。

有一次，常晓明在北京出差时看到一个埃菲尔铁塔模型，就买了回来。他就给学生立了一个课题：埃菲尔铁塔的夜下光辉。内容是让学生用0603的电阻和各种颜色的发光二极管组成立体电路，装在铁塔内，然后用Cortex－M0单片机将其点亮，实现各种颜色的变换。11级学生关百胜兴奋地接受了这一课题，历时半个月终于焊接完成，之后又成功地用单片机对其实现了控制，他对自己的作品十分喜欢，看到他那甜蜜的笑容，可知其成就感十足。

在进行课外兴趣研发过程中，指导环节十分重要，这一环节如果做得不好，就会使学生的兴趣大为下降，甚至退出研发团队。为了使学生有持续的兴趣，研究室的老研发生都为新生做技术指导，再上一层还有研究生指导，最后还有常晓明把关。

4.2 项目引导——牵动学生不断走向成功

研究室对本科学生的引导，是要他们先当“玩家”，当玩得有些“档次”后，就鼓励他们向着工程师的方向迈进。依据这一理念，在学生做了一些小的实验后，就逐步给他们大些的题目，让他们自己探索研究，独立完成一个系统。这种育人模式完全不同于课堂教学。

半年前，研究室为了在楼道里更好地宣传学生的课外研发活动，就想把现有的墙面的有机玻璃展板内嵌入一个电子相框。11级的本科生陈刘浩和邵毛丽很感兴趣，接受了这一课题。常晓明给他们布置课题时说：“我的想法是将距研究室5m处的展板内放一个电子相框，相框原有的操作按钮改为接近式控制，U盘如何放置你们考虑，如何拆开原有相框取出核心部分你们考虑，如何施工你们考虑……”就这样，一系列都让学生自己去考虑实践。经过几个月的反复实验，他们终于完成了这个工程，成功地在研究室内就可以控制电源、放置播放的内容，对5m处的电子相框引入的仅是供电线和长距离U盘线，还完美地用磁感应技术实现了屏幕外的遥控。这一项目，不仅锻炼了学生的能力，而且还吸引了许多路过的学生驻足观看，成了太原理工大学逸夫楼的一个“亮点”。

4.3 文化熏陶——锤炼学生健康全面发展

有人说大学是大楼加大师，也有人说大学是人力资源、有形财产、精神与文化。一个只有设备、只做研究，而没有精神、没有文化的团队，是没有生命力的，是不可想象的。研究室十分注意精神和文化建设，这是研究室的软实力。常晓明在学习、实验、研究问题上十分“苛刻”，而在生活方面十分关心学生，经常把自己的东西送给学生，还给家境困难、路途远的学生购买来回的机票，用个人的奖金资助学生度过困难期，每次出差回来，总是要给学生买些特色小吃。每当研究生的生日，就一定给他们购买生日蛋糕，这个习惯已经保持10多年了。正是这种“火”与“水”的结合，影响了一批又一批的学生。在研究室这个熔炉里，学生不知不觉地养成了良好的习惯，形成了严谨科学的思维，在懂得做事的同时，也学会了做人。

4.4 注重过程——教育学生避免急功近利

晓明研究室十分注重对学生的培养过程，而将学生进行研发的“结果”放在“任其自然”的位置。为此，研究室在学生做实验的时候，常晓明一定要看到实验的过程，要求学生提交实验的影像资料，具体的实验设备型号、实验方法等等。每一个实验，都要由老研发生和研究生把关，最后由常晓明进行更专业的审阅。如果学生的实验失败了，只要能说出失败的原因，也认可学生的工作，并告诉学生这些失败一定会对以后的成功经验积累有益，大可不必为之懊恼。

4.5 几个问题的思考

晓明研究室在常晓明的育人理念影响下，十年来培养出了一批又一批的高素质嵌入式系统人才，众多的学生把能进入晓明研究室看作是上大学后的“辉煌一笔”，把晓明研究室看作是“大学中的大学”。研究室也在思考以下问题：①研究室没有什么金钱吸引，学生为何而来？②研究室不为本科生提供计算机，他们为何自己购买也要来？③在研究室进行课外研发，不与他们的学分挂钩，他们为何要来？④研究室不参加功利性的比赛，他们为何还来？⑤成为研究室的课外研发生，每个暑期只能休息一周，他们为何能做到？

到底是什么紧紧地吸引着这些学生呢？我们看看2013年参加暑期培训的部分学生的感言。

朱嘉颖：最令我头疼的一件事是，时间怎么就飞得那么快呀！每天6：20起床，开始忙碌的一天，不经意间居然又要睡觉了……太快了，实在太快了，我的大脑也必须高速运转。以前有人对我说，大学就不是一个学习的地方，学了也没用，还不如好好积累社会经验。但我进入晓明研究室后感到：大学不只是学习专业知识的地方，也是培养我们思维、塑造品格、升华人性的地方。

曾志远：我想我可以毫不夸张地说，半个月来在研究室的收获，抵得上我在大一一年的所得。究其原因，在于研究室文化精髓的熏陶。我曾认为：什么口号、文化、精神都是些面子上的事，但现在我发现我错了。每个人的潜力都是不可估量的，但真正开发出来的寥寥无几，这就是因为缺少环境的影响。而研究室为我提供了这样的环境，进入研究室以来，我体会到了真正的大学生活，研究室的环境可谓“大学中的大学”。研究室做事的态度契合了我父亲早就教育过我的处世观：无论做什么事，只要做，你就要秉承认真的态度，不折不扣地完成，这也是一个人成功的必要条件。

在2013年3月，时任太原理工大学的前党委书记来研究室考察，给予了高度的评价，并为研究室留下了这样两句话：培养真正的人才，真正地培养人才！

5 累累的硕果

晓明研究室成立至今，已有10个年头了，研究室让学生学到最有价值的是什么？09级的本科生韦啸说：“我觉得自己在晓明研究室学到最有价值的是做人。”的确，从晓明研究室走出的学生都是很优秀的。以下是晓明研究室最近几年研发生毕业后发展的足迹：2006年毕业2人，全在公司做研发；2007年毕业3人，全部攻读硕士研究生，毕业后，其中2名分别赴美国、加拿大读博；2008年毕业5人，1名攻读硕士研究生，1名在公司做研发；2009年毕业2人，全部攻读硕士研究生；2010年毕业5人，2名攻读硕士研究生，1名赴日留学，2名在公司做研发；2011年毕业5人，全部攻读硕士研究生。

从晓明研究室走出去的本科毕业生，不是愁得找不到工作，而是发愁在许多好工作中挑选哪一个。

研究室的社会声誉，也为研究室赢来了一片崭新的天地。2012年，山西泰克智能机器有限公司总经理因招收学生来到太原理工大学，听周边人都说好的人才就在晓明研究室，他就来到了晓明研究室，在实地参观研究室后，被研发生们的敬业精神所打动，当即表示愿意提供研究用地。不久，晓明研究室与山西泰克智能机器有限公司签订协议，在太原高新技术开发区设立了晓明研究室泰克基地，近400mm2的场地与投入的50多万元引进的各种先进设备，为晓明研究室培养高素质实践创新人才奠定了雄厚的物质基础。

“春风化雨，润物无声”，有常晓明的谆谆教诲和潜心栽培，在晓明研究室这片肥沃的土地之上，在“严谨、认真、高质、高效”的核心文化的熏陶中，梦想与希望已勃发绽放。

结 语

人才培养、科学研究、社会服务是高等学校的三大职能，而人才培养是其根本使命，它是高等教育的本质所在，也是科学研究和社会发展的基础。近年来，晓明研究室也有不少科技研发的课题，但研究室的主导思想不是在研发过程中“顺便”培养人才，而是以人才培养为主导，进行研究和开发。固然，这样的做法，眼下会在效益方面给研究室带来一些影响，但是，今天为人才培养付出的一些“代价”，必将会在不远的将来为社会产生更大的效益。

作为一名从事高等教育的工作者，以育人为己任，以育人为兴趣，不看重眼前的利益，不受某些“指挥棒”的指挥，坚持不懈地、执着地开创有特色的育人之路，必定会在不远的将来，培育出社会需要的高素质工科人才！

编者注：本文为期刊缩略版，全文见本刊网站www.mesnet.com.cn。