摘 要:研究生教育是教育、科技、人才的结合点。以“香山”技术攻关团队为研究对象,通过对大量一手实证资料的分析发现,研究生在核心技术攻关中发挥生力军作用的机理,呈现出外部环境与个体发展之间复杂的互动关系,呼应了生态系统理论:研究生的精神品质是其发挥生力军作用的内生动力;变革型领导行为所形成的微观系统,激发研究生的主体活力;“香山”团队作为中间系统,为研究生搭建了良好的实践环境;产教融合代际传承所形成的外层系统,凝聚起研究生敢闯能拼的技术后援;国家战略需求所形成的宏观系统,唤起研究生的家国情怀;本研贯通、科教融合所形成的时间系统,夯实了研究生的知识与能力基础。

  关键词:创新人才;科技攻关;科研团队;研究生;生态系统

  一、研究缘起

  党的二十大报告对教育、科技、人才作出重要论述和一体化部署,体现了三者不可割裂的内在联系:教育是人才涌现的基础和科技发展的先导,教育培养人才,人才支撑创新,创新驱动发展。研究生教育肩负着高层次人才培养和创新创造的重要使命,是三者的关键结合点,研究生是科技创新的生力军。面对当前我国核心技术攻关的紧迫需求,怎样更好发挥这支生力军的作用?为回答这个问题,就需要厘清什么因素影响研究生发挥生力军作用以及是怎样影响的。本研究选取芯片处理器核“香山”技术攻关团队为案例,采用质性研究方法,深入探索在核心技术攻关中影响研究生发挥生力军作用的要素及其作用机理,以期为研究生教育提供有益启示。

  芯片是当前我国被“卡脖子”的一个关键领域。就芯片处理器核技术而言,在以“闭源”模式为主导的旧赛道上,少数国家对芯片领域技术和市场的垄断,使包括中国在内的国家陷入受制于人的困境。而RISC-V开源指令集架构,允许全世界任何机构和个人免费在RISC-V架构上进行研发,为我国开辟芯片关键核心技术新赛道、塑造发展新优势提供了可能。中国科学院计算技术研究所(以下简称“中科院计算所”)研究员、中国科学院大学(以下简称“国科大”)教授包云岗带领的“香山”技术攻关团队(以下简称“‘香山’团队”),突破开源芯片敏捷设计方法的若干关键技术,研发出性能国际先进的国产开源RISC-V处理器核“香山”芯片系列。最让人印象深刻的是包云岗教授的评价,“研究生在‘香山’技术攻关过程中发挥了关键作用”。“香山”芯片技术攻关团队为探究研究生如何在技术攻关中发挥生力军作用提供了一个很好的案例。

  本研究通过深入“香山”团队芯片技术攻关的真实情境,获得大量一手数据资料,借助质性研究“深描”的优势,以生态系统理论为解释框架,展示外部环境系统作用于研究生主体能动性的过程,阐释科技攻关中研究生发挥生力军作用的机理。

  研究生不仅是未来科技创新的后备人才,也是当下科研的生力军,在国家科学技术进步中作出突出贡献。已有研究倾向于通过研究生在发表高水平论文中的贡献度等量化指标,来表征研究生的生力军作用。然而在当前国家面临“卡脖子”困境、亟需打赢关键核心技术攻坚战的形势下,构建良好制度环境,激发研究生主体活力,使其敢啃、愿啃、能啃技术攻关“硬骨头”,是研究生教育面临的重要问题。

  有关研究生科研绩效影响因素的文献并不少。从研究生主体层面来看,参与科研活动的内生动力、目标导向等是影响其科研创新能力的关键。从外部影响因素来看,高支持型导师指导模式可以提高研究生内部动机及科研投入,进而对其科研创造力产生积极影响。另外,宽松的科研团队环境,明确的团队战略目标以及卓越领军人才等有利于研究生取得高水平科技成果,而参与科研项目的机会和平台可以提升研究生的学术志趣,促进其科研能力增值。从人才培养模式来看,科教融合不仅是研究生教育的本质,也是培养高层次创新人才的有效途径,产教融合可以有效培养面向国家重大战略需求的高层次专业人才,而本硕博贯通可以加快研究生成长,提高人才培养质量。然而,以往研究缺乏将影响研究生科研攻关生力军作用发挥的内外部因素看成一个有机系统,关于外部环境因素如何作用于研究生主体能动性的机理尚不清晰。

  生态系统理论认为,影响个体发展的环境是一个“4+1”嵌套层次结构系统,每层系统都对个体发展带来不同程度的影响,且系统间相互影响。从空间维度看,存在由内而外的四层系统:微观系统、中间系统、外层系统和宏观系统。微观系统指个体在其中与他人有直接互动或发挥作用的直接环境。中间系统指各微观系统之间的联系或影响该联系发挥作用的环境。外层系统指个体并未直接参与但对其发展产生影响的系统。宏观系统指塑造其他三个系统中互动行为的社会环境。而时间系统则强调个人生命历程历时性发展与其所处环境历时性变化之间的有机互动。

  生态系统理论从时间、空间两个维度关注不同层面的外部环境如何影响个体发展,因而有助于我们更加深入、整体、动态地探析科技攻关中研究生所处环境系统的要素,及其与个体能动性的互动机理。

  二、研究设计

  课题组于2022年1月30日至2月8日参与式观察“香山-雁栖湖”芯片的攻关调试工作,加入调试工作组微信群,于2022年2月至6月每周一次参与式观察“香山”团队课题组组会,以半结构化形式深入访谈“香山”团队的硕博研究生共22人(其中14位为博士研究生,4位为硕士研究生,4位为已保研的本科生),团队带头人、工程师以及行政管理人员共6人,同时对非正式情境下与“香山”团队成员的聊天互动作详细的田野笔记。(见表1)

></p><p>  本研究利用NVivo 12软件,采用归纳与演绎相结合的路径,对获得的大量一手资料进行主题分析,并对涉及的参与者个人信息进行匿名处理。</p><p> <strong> 三、影响因素识别与作用机理分析</strong></p><p>  (一)主体的内生动力:研究生的精神品质</p><p>  个体内部动机是其行为的根本驱动力。本研究发现,“香山”团队中研究生的探索精神和成就感等是其参与科技攻关并发挥生力军作用的内生动力。</p><p>  研究生们的创造活力对于计算机学科领域的科技攻关非常重要,正如“香山”团队带头人之一唐丹所说,“计算机这个专业更新迭代很快,无论在理念还是动手能力上,资深的不一定有年轻人做得好。”本研究发现,“香山”团队中的研究生敢于挑战权威,打破常规思路,敢于说“那些人的思路我不认可。”(I-ZYY)他们秉承着“只有做了才知道”的精神,在面对技术攻关难题时,激励自己“干活!上!不要怂!”(I-ZH)这是因为研究生们没有承担失败后果的压力——“天塌下来有老师们、有计算所担着。”(C-CQ)这一方面说明,研究生们的试错成本很低,另一方面也说明,“香山”团队中研究生们无畏精神的背后是机构和团队带头人为其发挥创造活力所建构的组织环境。</p><p>  除探索精神,团队中的研究生们还拥有以成就感为引领的内部动机。在谈到自己参与“香山”技术攻关的体验时,他们提到“就是开创自己版图的感觉。”(I-WKF)正是这种开创自己版图的动力,使几位研究生在2022年春节留守北京做测试。在“知乎”上,一些网友对春节加班行为提出质疑。排除新冠疫情期间出入京限制这一因素,团队中的研究生表示,“网友可能不能理解我们想要看到芯片点亮的心情。自己做的东西,出了成果,会非常开心。”(I-ZH)</p><p>  这种开心主要来源于“用学到的知识真正做出芯片的成就感。”(I-GLR)这种成就感驱动着研究生们“再努力一点,让它性能变得更好一点。”(I-JY)这呼应了研究生参与科研活动的内生动力对其创新行为有积极影响的已有研究发现。</p><p>  外部环境可以通过满足个体不同层次的需要作用于主体内部动机,从而增强个体行为的自我决定程度。本研究发现,新时期国家重大战略需求作为宏观系统,产教融合文化作为外层系统,团队环境与成员互动作为中间系统,变革型领导行为作为微观系统,本研贯通、科教融合制度安排作为时间系统,分别作用于研究生主体,在促进研究生发挥科技攻关生力军作用中,呈现出不同的机理。</p><p>  (二)微观系统激发研究生主体活力:变革型领导行为的作用</p><p>  变革型领导是指领导者通过领导魅力或理想化影响力、感召力、智力激发和个性化关怀等领导行为,使下属最大限度地发掘自己的潜力、实现高绩效的领导风格。本研究发现,包云岗和唐丹组成了“香山”团队中的“领导组合”,通过一系列变革型领导行为激发了研究生们创新创造的动力与活力。</p><p>  领导魅力是指能使下属产生崇拜、尊重和信任的影响力。团队研究生对包云岗的一致评价是“人格魅力爆棚。”(I-THJ)当进一步追问包老师的人格魅力体现在哪里时,研究生们都会提到“前沿视野”(I-CGK)、“大格局”(I-HW)等。由此可见,包云岗开创国内开源芯片生态的行为,赢得了团队中研究生们的崇拜与尊敬。此外,包云岗和唐丹投身芯片设计开发的工作热情也赢得了研究生们的信任。</p><p>  “说他们是天才也好,聪明也好,其实更多的是他们的努力……”(I-ZH)“香山”团队领导的学术前沿视野、对科研的热情、投入的工作态度对研究生们产生无形但强有力的影响,使得“大家都有很强的动力。”(I-JW)</p><p>  领导的感召力体现为通过阐明意义等行为,以积极乐观的态度唤起团队精神。包云岗在组会中会通过讲故事,持续向成员传递“香山”项目在破解芯片“卡脖子”困境、推动产业发展中的意义。“包老师通过讲故事给我们打鸡血,让我们形成了推动国内开源芯片生态建设的愿景。”(I-XYN)除了正面激励,包老师在组会中也常常给研究生们分享质疑芯片“开源”理念的声音:“有人对我们现在的路线有怀疑。他们没有经历过,所以怀疑是很正常的。我们可以用努力去证明这条路线是对的。”</p><p>  包云岗负责“打鸡血”,唐丹起稳定军心的作用。回忆起“香山”技术攻关的初创期,唐丹说当时内心很忐忑,“一群学生军,不知道能做成什么样……我在他们面前肯定要表现得自信,要让他们相信自己能行。”唐丹作为中科院的高级工程师,拥有丰富的工程经验,他总能在研究生们遇到问题“心里慌的时候”给予及时的帮助。“唐老师看到我们的问题,就给我们画道,一怎么办、二怎么办,看到他这么说,就觉得这事儿稳了。”(I-ZH)</p><p>  领导的智力激发行为是指鼓励下属的新见解和提出解决问题的方法,并给下属赋权,增强其参与感。“香山”团队中的研究生们认为“我们团队的创新创造能力比较强”,这是因为“没有一个leader告诉我们应该怎么做,而是给了我们很大的空间让我们实施自己的idea。”(I-WKF)此外,包云岗和唐丹也并不排斥组内争论,认为“争论是另一种凝聚共识的途径。”</p><p>  参与式观察组会发现,研究生们与老师之间、研究生互相之间有时会就某个观点产生分歧,此时往往是组会中讨论最激烈的时候,因为大家都毫无保留地阐述自己的观点。可见,“香山”团队中研究生们对于团队事务具有非常高的参与感,认为是“自己的事”。包云岗认为,“让他们有主人翁的意识非常重要”,因此他通过多样化的赋权行为来增加研究生们的参与感与归属感。当外界对“香山”系列芯片技术有误会时,包云岗也赋权给研究生们,让他们去“危机公关”,与自媒体联系,在社交媒体发表声明等。也正是如此,团队中的研究生们真正将“香山”技术攻关项目看成自己的“孩子”。</p><p>  领导的个性化关怀行为是指关注具体的人,尊重其需求。当提到自己与包老师和唐老师的关系时,“香山”团队中的研究生们都认为,“他们没有把我们当成劳动力”(I-GLR)“比起项目,他们更加关心学生”(C-XYN)等,因此“大家都愿意跟着他们干。”(I-WJW)这呼应了已有研究中展示的高支持低控制型指导方式对研究生科研创新的正向影响。</p><p>  (三)中间系统搭建研究生实践的环境:“香山”团队作为实践共同体</p><p>  实践共同体是指团体成员饱有热情地共同关注某一领域,共享经验、工具、故事、描述问题的方式,并通过持续互动深化扩展该领域知识和专业技术。三个关键的实践特征决定着实践共同体的性质:相互的投入、共同的事业和共享的经验库。</p><p>  相互的投入指实践共同体成员一起行动并相互协商实践的意义。共同的事业意味着实践共同体中的参与者通过意义协商,产生共同的责任、愿景和目标。共享的经验库指在共同体存在过程中产生和发展的惯例、词语、工具、处事方式、故事等资源。个体在实践共同体中的活动过程可以看作是一种“参与式”学习机制——“合法的边缘性参与”。</p><p>  “合法”是学习的一个重要条件,表明新手获得共同体成员资格;“参与”实践活动,拥有相应的地位和真实的任务;“边缘性”指“外围的、不那么重要的”。新手参与是一个动态性的过程,在其中逐渐完成从“边缘”到老手甚至核心成员的身份转换。这个过程符合成员自身能力发展的逻辑规律:随着知识的积累、地位的提升,逐渐获得更多的学习资源与机会,实现“充分参与”,融入拥有共同任务目标的行动共同体中,完成身份认同。</p><p>  研究发现,“香山”团队具备实践共同体的三个核心特征。研究生们通过相互投入的学习行动,从“边缘性参与”发展至“充分参与”,实现了认知发展与身份建构。由此,他们朝着共同的事业目标,利用共享经验库,在“香山”技术攻关任务中发挥了生力军的作用。</p><p>  1. 相互的投入:学习的相互性促进参与的充分性。包云岗将课题组30多位研究生分组,形成了高年级研究生带低年级学生的指导模式。“香山”项目作为一个平台,首先赋予了新手们参与资格,又通过“大带小”为他们提供了由“边缘性参与”到“充分参与”的学习平台与进阶通道。高年级研究生通过整理工作经验文档,“把工作思想和方法记录下来,在把项目交接给下一代后,他们就能直接基于这些文档去做。”(C-JY)这些文档不仅总结高年级研究生在工程实践中的一手有用经验,还包括他们曾经走过的弯路。</p><p>  共享共性问题和经验,是一种显性的相互投入方式。而隐性的相互投入对于“香山”团队中新手的发展也十分重要。“香山”团队每周参与组会的学生都在30人左右,包括大四保研、刚刚入组的新手们。他们在组会中的发言并不是很积极,更多时候是在认真地聆听,“旁听组会让我知道了师兄师姐分别负责哪个方向。”(I-CLS)当需要帮助时,“就去问负责的那个人。”(I-LRQ)这种“隐性”的互动不仅限于知识经验层面,还使新手们认识到“山外有山、人外有人”,并以此作为自己不断学习的动力。</p><p>  “香山”团队高年级研究生通过显性和隐性方式,将自己的实践经验传递给低年级学生,促进新老成员实践共同体的形成和发展,“香山”团队也逐渐深化、更新自身的学习能力,使得新手借由相互学习转变为老手,甚至从学习者发展成为教育者,实现认知与能力的发展。</p><p>  2. 共同的事业:理念、生产关系和生产力的三重变革。共同的事业在参与者之间产生相互问责的机制,使他们明白共同体的目标以及需要采取的行动,推动共同事业的发展。研究发现,“香山”团队的共同事业是推动芯片设计领域“理念、生产力和生产关系的三重变革”。</p><p>  在理念变革方面,“香山”团队一直致力于推动国内“开源”芯片生态建设。包云岗认为传统的芯片行业一直采取“闭源”设计开发理念,而“开源”则是以最低的门槛让大家尽可能获取技术,从而使技术更加容易推广。“香山”团队以解决我国芯片“卡脖子”困境为目标,坚定地将其所有的设计、验证、基础工具代码向国内外学术界、工业界以及个人爱好者开放,努力实现芯片设计开发由“闭源”到“开源”的理念变革。</p><p>  在生产关系变革方面,要解决我国芯片“卡脖子”困境,需要提升芯片行业的整体能力。这不仅需要学界不断创新原理、开发原型,更需要将原型实现为产品,在业界推广。“香山”团队尝试推动芯片设计开发中生产关系的变革,联合企业共同开发芯片共性技术,开发开源的、高性能芯片处理器并实现产品化。目前,“香山”团队已经成功联合腾讯、阿里等企业研发团队,共同开发第三代“香山-昆明湖”芯片。</p><p>  在生产力的变革方面,“香山”团队不仅做开源芯片,更要像Linux那样,在CPU领域建立开源处理器内核主线,让它像Linux那样至少存活30年。要实现该目标,“就要不断推进现在的前沿技术,通过敏捷的方法做出世界级的CPU出来。”(I-JW)为此,“香山”团队一直致力于芯片设计开发的生产力变革。</p><p>  自2016年起,团队就开始探索使用敏捷设计语言Chisel,而不是传统的Verilog。当时学界与业界普遍质疑Chisel,团队做了对比实验:让一位工程师使用Verilog,两位本科生使用Chisel,分别设计一个小模块。结果发现,实现相同的功能,Chisel开发效率远高于Verilog,代码量仅为Verilog的1/5左右,且开发质量不相上下。此外,“香山”团队还高度重视构建支持敏捷设计的基础设施,即支持后续技术迭代优化的一整套完整的技术流程、工具与平台。团队不断开发芯片敏捷设计方法、开发步骤、各步骤所需工具,并将其集成到一个平台。最终,他们开发的各种优化和调试工具,支撑起一套处理器芯片敏捷开发的流程,大大加速了优化和验证环节。</p><p>  实现芯片设计开发理念、生产关系和生产力的三重变革不仅是包云岗的个人愿景,也是团队中研究生们的共识。正是基于这种意义共识,“香山”团队中的研究生们饱有热情,希望自己能够在科研攻关中作出贡献。这激励着他们将理念落实到具体行动中。包云岗提到,“我并没有告诉他们怎么做,这批学生就开发出来十几个工具!而且这些工具还能有机组合到一起,变成一条新的工作流,摆出来以后我都觉得很不可思议。”团队成员间的经验共享和有效配合是研究生发挥生力军作用的一个重要原因。</p><p>  3. 共享的经验库:身份符号建构与团队工作风格。共享的经验库既可以是显性的、物质化的,也可以是隐形的、默会的。“香山”团队中共享的经验库不仅包括“香山”人的身份符号,还包括默契的团队工作风格。</p><p>  “香山”的架构代号以“湖”命名。第一版取名“雁栖湖”,灵感来源于国科大雁栖湖校区,凸显研究生们的母校情节。第二版“南湖”是向建党100周年致敬。第三版“昆明湖”则代表了“香山”团队工作室附近的颐和园昆明湖。这些代号是团队成员作为“香山”人的身份建构。基于此,研究生们称“香山”是自己的“孩子”。为了合力把孩子“养好”,他们秉持“谁负责,谁解决”的团队合作风格。</p><p>  研究生们在“香山”团队中都承担某项具体的任务,且彼此间的工作联系程度很高,需要相互配合。这种配合并不是像流水线一样,前一个任务完成才能开始下一个任务,相反,团队中研究生们的工作是并行的。在实际攻关工作中,他们形成了团队合作的共享经验库,“大家心照不宣,把自己负责的事情做好就是最好的合作。”(I-GLR)这种“心照不宣”得益于成员间共享的“香山”人身份以及默会经验。</p><p>  可见,科研团队作为专业实践共同体,通过多元的同伴组合、有序的学习活动、交流分享的网络空间、共情的学习投入、主动融入的感召力等,凝聚研究生的科研精神、促进研究生发挥创新创造潜力与能力。</p><p>  (四)外层系统为研究生敢闯提供技术后援:产教融合的学派文化</p><p>  “香山”团队的共同事业之一是要实现生产关系的变革,这是中科院计算所长期形成的学术价值观。孙凝晖院士回忆中科院计算所的“学派文化”时说:“从建院之初起70多年,第一代人就是做真实的系统,不会仅仅停留在论文上”,其产教融合模式为科研界和产业界培养了一批批优秀人才。</p><p>  研究发现,优秀的行业校友在团队带头人召集下,聚集在“香山”平台,为团队研究生的设计开发工作提供指导。“业界专家的指导很重要。我们站在巨人的肩膀上,心里有底。”(C-JW)更为重要的是,来自科研界和产业界的同门师兄弟/妹们“像战友一样合作过,相互之间都是信任的。”(I-CY)</p><p>  在资深技术专家团队指导下,研究生们敢于啃芯片技术攻关这块“硬骨头”,激励着自己“努力把‘香山’做好。”(I-LZJ)</p><p>  (五)宏观系统培育研究生的家国情怀:国家重大战略需求的呼召</p><p>  包云岗认为,“现在我们国家芯片‘卡脖子’,关键就在于有些东西被西方国家垄断了,封闭方式几乎不可能打破垄断的。通过开源方式,打破科技排他性,垄断自然就破解了。”因此,“香山”团队一直在推动开源芯片生态建设,希望10年后我国能够摆脱芯片“卡脖子”困境。</p><p>  国家急需实现芯片技术突破这一战略需求催生了“香山”团队。在谈到“香山”团队能够取得当前技术突破的原因时,研究生们不约而同地提到了“天时”,“国家被打压,需要自主技术,重视芯片开发。”(I-CGK)在“香山”团队,“国有疑难可问谁,强国一代有我在”是研究生参与科研攻关的内驱力。</p><p>  (六)时间系统夯实研究生的科研基础:本研贯通、科教融合的制度安排</p><p>  本研究采访的22位研究生中,有16位本科毕业于国科大,还有1位是参加过“一生一芯”项目的校外学员。国科大本研贯通、科教融合的制度安排为“香山”团队研究生夯实了知识基础与科研能力。</p><p>  “一生一芯”教学改革项目由包云岗牵头发起,旨在构建出贯通式、全栈式的知识体系和研究性课程实践。让学生参与芯片设计并流片来实现理实结合。参与首期“一生一芯”的本科生在“香山”项目中贡献了超过1/5的代码,参与“一生一芯”的经历使他们提高了能力、增强了自信、学会了合作,进而在“香山”项目中快速“上手”。</p><p>  此外,国科大坚持科教融合,在本科生培养方案中突出科研实践,寒暑假为本科生提供在中科院所属院所实习的机会。因为来计算所实习,当时还是本科生的HJ和YX得以“真正地写一个CPU”,近距离接触体系结构领域科研环境,“一下子被它吸引了”,之后报考了包云岗的研究生。除了培养兴趣,科研实践还使学生们积累了工程经验,这对“香山”项目的顺利进行非常重要,国科大科教融合的育人模式也有效提升了研究生工程实践能力。</p><p>  基于生态系统理论,研究生在“香山”团队中发挥生力军作用的机理呼应了该理论中关于外部环境与个体发展之间不断演进的复杂互动关系。(见图1)</p><p ><img src=

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