機械工程研究生創新能力與實踐環節

袁清珂，成思源，駱少明，張湘偉

(1.廣東工業大學機電工程學院，廣東廣州 510006；2.仲愷農業工程學院校長辦，廣東廣州 510225)

研究生培養是國家高層次科技人才隊伍建設的重要組成部分，在國家各項事業中發揮著重要作用，他們中間有相當一批人已成為各行各業乃至國家總體建設的主要骨干力量，使我國科技水平在許多領域內達到或超過國際先進水平，因此，創新一套適應新時代要求的研究生培養模式，建立一個比較完善的研究生培養配套機制，培養具有創新能力的研究生，是滿足我國長期科學和技術發展的需要［1-3］。

探索面向研究生創新能力的培養模式，具有積極的意義。在廣東省學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所示的以研究生創新能力為目標的多樣化培養模式，并進行了實踐，取得了滿意的效果。

圖1 以研究生創新能力為目標的多樣化培養模式

1 研究生創新能力多樣化培養體系

根據調研分析和科學研究，提出了如圖1所示的研究生創新能力多樣化培養體系。

(1)學術/專業/應用型培養模式

目前，研究生招生出現多樣化趨勢，有博士、碩士，碩士又有學術型和專業型之分，專業型碩士又分為全日制和非全日制 (不脫產學習，傳統上稱為專業碩士)。

針對不同類型的招生，應采取不同的培養模式，博士以理論創新為主進行培養;碩士生突出專業知識和動手能力培養;專業型非全日制突出理論結合實踐、解決企業工程實際問題為主的應用能力的培養。

(2)錄取綜合考評模式

研究生招生嚴格按照國家有關規定進行，強化復試環節，以選拔優秀生源。復試環節包括綜合筆試、綜合面試，復試成績與初始成績各按一定權重累計，擇優錄取。

(3)科學合理的課程體系

課程體系的設置強化學科基礎知識，同時體現學科發展，增加二級學科專業方向課程，滿足科研需要。

(4)靈活多樣的課程教學模式

課程教學包括理論課教學和實驗實踐課教學，強化實踐環節;理論課教學采取講授與課堂討論相結合的方式進行，課堂教學采用多媒體方式;試驗實踐采取實驗室進行和企業現場實踐相結合的方式。

(5)以產學研為主的課程實踐模式

開展多層次的實踐模式［4-5］，課程學習期間，在實驗室進行實踐，培養動手能力;多門課支撐一個miniPrj項目到企業實習或在多個實驗室共同完成;進入課題階段，鼓勵研究生到企業去做課題，可以結合企業實際需求，也可以在企業推廣原創技術與方案。

(6)以創新成果為引導的科研能力培養模式

設立了研究生創新基金、制定了創新基金管理辦法，資助具有創新思想的研究生進行課題研究;二三年級參加優秀研究生或研究生獎學金評選，調動研究生的創新積極性、鼓勵研究生進行科技創新，并且畢業之前必須發表有創新性的學術論文。

定期舉辦研究生學術交流會和創新論壇，激發研究生思維思路，活躍研究生創新學術風氣。

(7)優勝劣汰的評優與淘汰機制

制定了研究生優勝劣汰的評優管理辦法、淘汰暫行管理條例，引導研究生開展創新活動、參加全國研究生創新競賽。淘汰機制的建立，使研究生有了緊迫感，促使其積極主動。

2 實踐環節的類別

實踐內容的安排、選擇及合理分配對實踐教學是非常重要的。根據機械工程學科的培養要求和社會需求，結合不同研究方向，有選擇地開展實踐教學內容。

機械工程研究生實踐環節，根據實踐的性質可分為驗證實驗、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習為引導，驗證理論知識的實踐活動，其目的是通過實踐環節來驗證理論知識。培養研究生的動手實驗技能，通過實驗操作規程和方法的訓練，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。

綜合實驗是在導師指導下，由研究生自主設計實驗方案、實驗步驟，綜合應用多個知識模塊，進行的集成創新實驗，主要培養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合理論課的學習、查閱大量資料，并在掌握有關設備儀器操作技能的基礎上，開展實踐。這類實驗既能培養研究生的思考和思維能力，又能鍛煉其邏輯思考、嚴謹推理能力，是培養研究生創新和創造能力的有效環節，也可以培養研究生的創新意識、調動研究生的創新興趣。通過綜合實驗方案設計、步驟規劃、具體實施、分析實驗結果等工作，促進研究生科研創新能力的提高。

實踐探索要求研究生參與到導師的實際科研項目，導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個實踐環節，研究生具備了完成miniPrj的能力。研究生參與到導師科研團隊，在團隊里協同實踐，利用科研實驗室的儀器設備、完成實際科研課題的部分任務，培養研究生的實戰能力，使研究生很好地掌握學科的理論、技術與方法，實現了依托團隊科研條件、培養培養創新能力的目的，為研究生到工作單位任職打下堅實的基礎。

3 實踐環節實例:反求設計實驗

反求設計是一種現代設計方法［6］，有利于培養研究生的產品設計創新能力，反求設計通常包括以下步驟:數據采集，數據處理，模型重構，改進創新。

(1)數據采集

數據采集可用接觸式 (如三坐標測量機)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，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、對軟質材料適應差，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 數字化測量系統

測量數據可以按照指定格式輸出為點云數據，數據格式可以是STL、IGES、OBJ、DXF等。

(2)數據處理

數字化測量系統獲得的點云數據非常大，也有許多多余雜點、噪聲數據，且存在網格面片不光滑、三角面片不均勻等問題，通常需導入專用反求設計軟件(如 Imageware、Geomagic、CopyCAD、Quick Shape、SurfaceStudio等)或數字化測量系統自帶的軟件中進行點云數據預處理和數據優化處理，進行多余雜點的刪除、噪聲數據的剔除、點云數據的精簡、點云數據的三角網格化、網格面的修復及平滑處理、邊界三角網格的修整等工作。

(3)曲面重構

曲面重構是依據掃描得到的點云數據、重建曲面形狀、得到CAD模型的過程。可用反求設計專用軟件或商品化 CAD/CAM/CAE軟件 (如 Pro/E、UG/NX等)來完成。CAD模型重構的步驟有:①根據曲面的幾何特征、對點云數據進行分割，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:對數據點云進行直接插值、擬合出自由曲面。

圖3是研究生實驗的一個具體案例。

圖3 反求設計實驗案例

4 結論

創新能力是研究生培養的目標和要求，社會的進步和發展也要求具備一定的創新能力以及獨立從事科研工作的能力。通過實驗環節可以培養研究生的綜合創新能力:(1)綜合應用所學理論知識、培養研究生進行方案設計的能力，鍛煉獨立承擔科研項目的規劃能力;(2)根據實驗方案，明確實驗過程的關鍵技術，掌握有關技術，培養研究生解決實際問題的能力;(3)通過撰寫實驗報告，培養研究生的科技論文寫作能力。

［1］呂洪艷，劉賢梅，李薈.校企合作研究生培養模式研究［J］.蘭州教育學院學報，2013，29(5):116-117，120.

［2］劉豐年，李長云，朱文球，等.碩士研究生課程“雙軌制”的培養模式研究［J］.大學教育，2013(8):9-10.

［3］劉宇賢.對我國當下研究生培養模式的反思與研究［J］.教育與教學研究，2011，25(6):68-70，77.

［4］劉豐年，李長云，朱文球，等.校企聯合的專業學位研究生培養模式研究［J］.當代教育科學，2013(7):60-62.

［5］劉華奇，劉彬，劉浩然，等.基于綜合實踐平臺的研究生培養模式探索［J］.研究生教育研究，2012(6):33-35，51.

［6］陳敏，劉曉敘，蔣勝，等.發動機氣缸蓋氣道的反求設計研究［J］.小型內燃機與摩托，2012，41(5):60-62.