袁清珂,成思源,駱少明,張湘?zhèn)?/p>
(1.廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院,廣東廣州 510006;2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院校長辦,廣東廣州 510225)
研究生培養(yǎng)是國家高層次科技人才隊伍建設(shè)的重要組成部分,在國家各項事業(yè)中發(fā)揮著重要作用,他們中間有相當(dāng)一批人已成為各行各業(yè)乃至國家總體建設(shè)的主要骨干力量,使我國科技水平在許多領(lǐng)域內(nèi)達到或超過國際先進水平,因此,創(chuàng)新一套適應(yīng)新時代要求的研究生培養(yǎng)模式,建立一個比較完善的研究生培養(yǎng)配套機制,培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的研究生,是滿足我國長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的需要[1-3]。
探索面向研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式,具有積極的意義。在廣東省學(xué)位與研究生教育改革研究項目(09JGXM-ZD10)的支持下,作者進行了這方面的研究,提出了如圖1所示的以研究生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的多樣化培養(yǎng)模式,并進行了實踐,取得了滿意的效果。
圖1 以研究生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的多樣化培養(yǎng)模式
根據(jù)調(diào)研分析和科學(xué)研究,提出了如圖1所示的研究生創(chuàng)新能力多樣化培養(yǎng)體系。
(1)學(xué)術(shù)/專業(yè)/應(yīng)用型培養(yǎng)模式
目前,研究生招生出現(xiàn)多樣化趨勢,有博士、碩士,碩士又有學(xué)術(shù)型和專業(yè)型之分,專業(yè)型碩士又分為全日制和非全日制 (不脫產(chǎn)學(xué)習(xí),傳統(tǒng)上稱為專業(yè)碩士)。
針對不同類型的招生,應(yīng)采取不同的培養(yǎng)模式,博士以理論創(chuàng)新為主進行培養(yǎng);碩士生突出專業(yè)知識和動手能力培養(yǎng);專業(yè)型非全日制突出理論結(jié)合實踐、解決企業(yè)工程實際問題為主的應(yīng)用能力的培養(yǎng)。
(2)錄取綜合考評模式
研究生招生嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)定進行,強化復(fù)試環(huán)節(jié),以選拔優(yōu)秀生源。復(fù)試環(huán)節(jié)包括綜合筆試、綜合面試,復(fù)試成績與初始成績各按一定權(quán)重累計,擇優(yōu)錄取。
(3)科學(xué)合理的課程體系
課程體系的設(shè)置強化學(xué)科基礎(chǔ)知識,同時體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展,增加二級學(xué)科專業(yè)方向課程,滿足科研需要。
(4)靈活多樣的課程教學(xué)模式
課程教學(xué)包括理論課教學(xué)和實驗實踐課教學(xué),強化實踐環(huán)節(jié);理論課教學(xué)采取講授與課堂討論相結(jié)合的方式進行,課堂教學(xué)采用多媒體方式;試驗實踐采取實驗室進行和企業(yè)現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方式。
(5)以產(chǎn)學(xué)研為主的課程實踐模式
開展多層次的實踐模式[4-5],課程學(xué)習(xí)期間,在實驗室進行實踐,培養(yǎng)動手能力;多門課支撐一個miniPrj項目到企業(yè)實習(xí)或在多個實驗室共同完成;進入課題階段,鼓勵研究生到企業(yè)去做課題,可以結(jié)合企業(yè)實際需求,也可以在企業(yè)推廣原創(chuàng)技術(shù)與方案。
(6)以創(chuàng)新成果為引導(dǎo)的科研能力培養(yǎng)模式
設(shè)立了研究生創(chuàng)新基金、制定了創(chuàng)新基金管理辦法,資助具有創(chuàng)新思想的研究生進行課題研究;二三年級參加優(yōu)秀研究生或研究生獎學(xué)金評選,調(diào)動研究生的創(chuàng)新積極性、鼓勵研究生進行科技創(chuàng)新,并且畢業(yè)之前必須發(fā)表有創(chuàng)新性的學(xué)術(shù)論文。
定期舉辦研究生學(xué)術(shù)交流會和創(chuàng)新論壇,激發(fā)研究生思維思路,活躍研究生創(chuàng)新學(xué)術(shù)風(fēng)氣。
(7)優(yōu)勝劣汰的評優(yōu)與淘汰機制
制定了研究生優(yōu)勝劣汰的評優(yōu)管理辦法、淘汰暫行管理條例,引導(dǎo)研究生開展創(chuàng)新活動、參加全國研究生創(chuàng)新競賽。淘汰機制的建立,使研究生有了緊迫感,促使其積極主動。
實踐內(nèi)容的安排、選擇及合理分配對實踐教學(xué)是非常重要的。根據(jù)機械工程學(xué)科的培養(yǎng)要求和社會需求,結(jié)合不同研究方向,有選擇地開展實踐教學(xué)內(nèi)容。
機械工程研究生實踐環(huán)節(jié),根據(jù)實踐的性質(zhì)可分為驗證實驗、綜合實驗和實踐探索三大類 (三個層次):
驗證實驗是以理論課學(xué)習(xí)為引導(dǎo),驗證理論知識的實踐活動,其目的是通過實踐環(huán)節(jié)來驗證理論知識。培養(yǎng)研究生的動手實驗技能,通過實驗操作規(guī)程和方法的訓(xùn)練,提高研究生動手實踐的能力,為下一步獨立開展論文研究打下堅實的基礎(chǔ)。
綜合實驗是在導(dǎo)師指導(dǎo)下,由研究生自主設(shè)計實驗方案、實驗步驟,綜合應(yīng)用多個知識模塊,進行的集成創(chuàng)新實驗,主要培養(yǎng)研究生綜合分析和解決問題的能力。這類實驗要求研究生結(jié)合理論課的學(xué)習(xí)、查閱大量資料,并在掌握有關(guān)設(shè)備儀器操作技能的基礎(chǔ)上,開展實踐。這類實驗既能培養(yǎng)研究生的思考和思維能力,又能鍛煉其邏輯思考、嚴(yán)謹(jǐn)推理能力,是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力的有效環(huán)節(jié),也可以培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新意識、調(diào)動研究生的創(chuàng)新興趣。通過綜合實驗方案設(shè)計、步驟規(guī)劃、具體實施、分析實驗結(jié)果等工作,促進研究生科研創(chuàng)新能力的提高。
實踐探索要求研究生參與到導(dǎo)師的實際科研項目,導(dǎo)師把一個項目分解成若干個小項目,以mini-Prj(小項目)的形式,讓研究生獨立完成一個或多個miniPrj。通過上述2個實踐環(huán)節(jié),研究生具備了完成miniPrj的能力。研究生參與到導(dǎo)師科研團隊,在團隊里協(xié)同實踐,利用科研實驗室的儀器設(shè)備、完成實際科研課題的部分任務(wù),培養(yǎng)研究生的實戰(zhàn)能力,使研究生很好地掌握學(xué)科的理論、技術(shù)與方法,實現(xiàn)了依托團隊科研條件、培養(yǎng)培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的,為研究生到工作單位任職打下堅實的基礎(chǔ)。
反求設(shè)計是一種現(xiàn)代設(shè)計方法[6],有利于培養(yǎng)研究生的產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新能力,反求設(shè)計通常包括以下步驟:數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)處理,模型重構(gòu),改進創(chuàng)新。
(1)數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集可用接觸式 (如三坐標(biāo)測量機)或非接觸式 (如激光測量)測量,實驗室已裝備了3種測量系統(tǒng),如圖2所示。其中,前兩種 (圖 (a),(b))屬于接觸式、后一種 (圖 (c))屬于非接觸式。接觸式測量系統(tǒng)對物體的表面顏色、光照強度沒有要求,實體邊界的測量比較精確,缺點是速度較慢、對軟質(zhì)材料適應(yīng)差,而且測點分布可能不理想。非接觸式測量速度高,但是測量精度較低、對表面顏色和光照強度有要求。
圖2 數(shù)字化測量系統(tǒng)
測量數(shù)據(jù)可以按照指定格式輸出為點云數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)格式可以是STL、IGES、OBJ、DXF等。
(2)數(shù)據(jù)處理
數(shù)字化測量系統(tǒng)獲得的點云數(shù)據(jù)非常大,也有許多多余雜點、噪聲數(shù)據(jù),且存在網(wǎng)格面片不光滑、三角面片不均勻等問題,通常需導(dǎo)入專用反求設(shè)計軟件(如 Imageware、Geomagic、CopyCAD、Quick Shape、SurfaceStudio等)或數(shù)字化測量系統(tǒng)自帶的軟件中進行點云數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)優(yōu)化處理,進行多余雜點的刪除、噪聲數(shù)據(jù)的剔除、點云數(shù)據(jù)的精簡、點云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格化、網(wǎng)格面的修復(fù)及平滑處理、邊界三角網(wǎng)格的修整等工作。
(3)曲面重構(gòu)
曲面重構(gòu)是依據(jù)掃描得到的點云數(shù)據(jù)、重建曲面形狀、得到CAD模型的過程??捎梅辞笤O(shè)計專用軟件或商品化 CAD/CAM/CAE軟件 (如 Pro/E、UG/NX等)來完成。CAD模型重構(gòu)的步驟有:①根據(jù)曲面的幾何特征、對點云數(shù)據(jù)進行分割,形成不同的點云曲面片;②對每個點云曲面片進行擬合,形成光順的曲面片;③對光順曲面片進行過渡、求交、裁剪等處理,將這些光順曲面片縫合在一起、形成一個整體。
曲面重構(gòu)方法分為曲線曲面解析法、自由曲面擬合法兩大類。
曲線曲面解析法:首先根據(jù)幾何特征和測量點插值、擬合曲面的樣條曲線,再通過掃掠、蒙皮、放樣等造型功能進行構(gòu)形,最后通過求交、延伸、過渡、裁減等功能、將每個曲面片縫合為一個整體。這種方法常用B-Spline或NURBS曲面、三角Bezier曲面、多面體表示的曲面等來描述曲面模型。
自由曲面擬合法:對數(shù)據(jù)點云進行直接插值、擬合出自由曲面。
圖3是研究生實驗的一個具體案例。
圖3 反求設(shè)計實驗案例
創(chuàng)新能力是研究生培養(yǎng)的目標(biāo)和要求,社會的進步和發(fā)展也要求具備一定的創(chuàng)新能力以及獨立從事科研工作的能力。通過實驗環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)研究生的綜合創(chuàng)新能力:(1)綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識、培養(yǎng)研究生進行方案設(shè)計的能力,鍛煉獨立承擔(dān)科研項目的規(guī)劃能力;(2)根據(jù)實驗方案,明確實驗過程的關(guān)鍵技術(shù),掌握有關(guān)技術(shù),培養(yǎng)研究生解決實際問題的能力;(3)通過撰寫實驗報告,培養(yǎng)研究生的科技論文寫作能力。
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