机械工程研究生创新能力与实践环节

袁清珂，成思源，骆少明，张湘伟

(1.广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006；2.仲恺农业工程学院校长办，广东广州 510225)

研究生培养是国家高层次科技人才队伍建设的重要组成部分，在国家各项事业中发挥着重要作用，他们中间有相当一批人已成为各行各业乃至国家总体建设的主要骨干力量，使我国科技水平在许多领域内达到或超过国际先进水平，因此，创新一套适应新时代要求的研究生培养模式，建立一个比较完善的研究生培养配套机制，培养具有创新能力的研究生，是满足我国长期科学和技术发展的需要［1-3］。

探索面向研究生创新能力的培养模式，具有积极的意义。在广东省学位与研究生教育改革研究项目(09JGXM-ZD10)的支持下，作者进行了这方面的研究，提出了如图1所示的以研究生创新能力为目标的多样化培养模式，并进行了实践，取得了满意的效果。

图1 以研究生创新能力为目标的多样化培养模式

1 研究生创新能力多样化培养体系

根据调研分析和科学研究，提出了如图1所示的研究生创新能力多样化培养体系。

(1)学术/专业/应用型培养模式

目前，研究生招生出现多样化趋势，有博士、硕士，硕士又有学术型和专业型之分，专业型硕士又分为全日制和非全日制 (不脱产学习，传统上称为专业硕士)。

针对不同类型的招生，应采取不同的培养模式，博士以理论创新为主进行培养;硕士生突出专业知识和动手能力培养;专业型非全日制突出理论结合实践、解决企业工程实际问题为主的应用能力的培养。

(2)录取综合考评模式

研究生招生严格按照国家有关规定进行，强化复试环节，以选拔优秀生源。复试环节包括综合笔试、综合面试，复试成绩与初始成绩各按一定权重累计，择优录取。

(3)科学合理的课程体系

课程体系的设置强化学科基础知识，同时体现学科发展，增加二级学科专业方向课程，满足科研需要。

(4)灵活多样的课程教学模式

课程教学包括理论课教学和实验实践课教学，强化实践环节;理论课教学采取讲授与课堂讨论相结合的方式进行，课堂教学采用多媒体方式;试验实践采取实验室进行和企业现场实践相结合的方式。

(5)以产学研为主的课程实践模式

开展多层次的实践模式［4-5］，课程学习期间，在实验室进行实践，培养动手能力;多门课支撑一个miniPrj项目到企业实习或在多个实验室共同完成;进入课题阶段，鼓励研究生到企业去做课题，可以结合企业实际需求，也可以在企业推广原创技术与方案。

(6)以创新成果为引导的科研能力培养模式

设立了研究生创新基金、制定了创新基金管理办法，资助具有创新思想的研究生进行课题研究;二三年级参加优秀研究生或研究生奖学金评选，调动研究生的创新积极性、鼓励研究生进行科技创新，并且毕业之前必须发表有创新性的学术论文。

定期举办研究生学术交流会和创新论坛，激发研究生思维思路，活跃研究生创新学术风气。

(7)优胜劣汰的评优与淘汰机制

制定了研究生优胜劣汰的评优管理办法、淘汰暂行管理条例，引导研究生开展创新活动、参加全国研究生创新竞赛。淘汰机制的建立，使研究生有了紧迫感，促使其积极主动。

2 实践环节的类别

实践内容的安排、选择及合理分配对实践教学是非常重要的。根据机械工程学科的培养要求和社会需求，结合不同研究方向，有选择地开展实践教学内容。

机械工程研究生实践环节，根据实践的性质可分为验证实验、综合实验和实践探索三大类 (三个层次):

验证实验是以理论课学习为引导，验证理论知识的实践活动，其目的是通过实践环节来验证理论知识。培养研究生的动手实验技能，通过实验操作规程和方法的训练，提高研究生动手实践的能力，为下一步独立开展论文研究打下坚实的基础。

综合实验是在导师指导下，由研究生自主设计实验方案、实验步骤，综合应用多个知识模块，进行的集成创新实验，主要培养研究生综合分析和解决问题的能力。这类实验要求研究生结合理论课的学习、查阅大量资料，并在掌握有关设备仪器操作技能的基础上，开展实践。这类实验既能培养研究生的思考和思维能力，又能锻炼其逻辑思考、严谨推理能力，是培养研究生创新和创造能力的有效环节，也可以培养研究生的创新意识、调动研究生的创新兴趣。通过综合实验方案设计、步骤规划、具体实施、分析实验结果等工作，促进研究生科研创新能力的提高。

实践探索要求研究生参与到导师的实际科研项目，导师把一个项目分解成若干个小项目，以mini-Prj(小项目)的形式，让研究生独立完成一个或多个miniPrj。通过上述2个实践环节，研究生具备了完成miniPrj的能力。研究生参与到导师科研团队，在团队里协同实践，利用科研实验室的仪器设备、完成实际科研课题的部分任务，培养研究生的实战能力，使研究生很好地掌握学科的理论、技术与方法，实现了依托团队科研条件、培养培养创新能力的目的，为研究生到工作单位任职打下坚实的基础。

3 实践环节实例:反求设计实验

反求设计是一种现代设计方法［6］，有利于培养研究生的产品设计创新能力，反求设计通常包括以下步骤:数据采集，数据处理，模型重构，改进创新。

(1)数据采集

数据采集可用接触式 (如三坐标测量机)或非接触式 (如激光测量)测量，实验室已装备了3种测量系统，如图2所示。其中，前两种 (图 (a)，(b))属于接触式、后一种 (图 (c))属于非接触式。接触式测量系统对物体的表面颜色、光照强度没有要求，实体边界的测量比较精确，缺点是速度较慢、对软质材料适应差，而且测点分布可能不理想。非接触式测量速度高，但是测量精度较低、对表面颜色和光照强度有要求。

图2 数字化测量系统

测量数据可以按照指定格式输出为点云数据，数据格式可以是STL、IGES、OBJ、DXF等。

(2)数据处理

数字化测量系统获得的点云数据非常大，也有许多多余杂点、噪声数据，且存在网格面片不光滑、三角面片不均匀等问题，通常需导入专用反求设计软件(如 Imageware、Geomagic、CopyCAD、Quick Shape、SurfaceStudio等)或数字化测量系统自带的软件中进行点云数据预处理和数据优化处理，进行多余杂点的删除、噪声数据的剔除、点云数据的精简、点云数据的三角网格化、网格面的修复及平滑处理、边界三角网格的修整等工作。

(3)曲面重构

曲面重构是依据扫描得到的点云数据、重建曲面形状、得到CAD模型的过程。可用反求设计专用软件或商品化 CAD/CAM/CAE软件 (如 Pro/E、UG/NX等)来完成。CAD模型重构的步骤有:①根据曲面的几何特征、对点云数据进行分割，形成不同的点云曲面片;②对每个点云曲面片进行拟合，形成光顺的曲面片;③对光顺曲面片进行过渡、求交、裁剪等处理，将这些光顺曲面片缝合在一起、形成一个整体。

曲面重构方法分为曲线曲面解析法、自由曲面拟合法两大类。

曲线曲面解析法:首先根据几何特征和测量点插值、拟合曲面的样条曲线，再通过扫掠、蒙皮、放样等造型功能进行构形，最后通过求交、延伸、过渡、裁减等功能、将每个曲面片缝合为一个整体。这种方法常用B-Spline或NURBS曲面、三角Bezier曲面、多面体表示的曲面等来描述曲面模型。

自由曲面拟合法:对数据点云进行直接插值、拟合出自由曲面。

图3是研究生实验的一个具体案例。

图3 反求设计实验案例

4 结论

创新能力是研究生培养的目标和要求，社会的进步和发展也要求具备一定的创新能力以及独立从事科研工作的能力。通过实验环节可以培养研究生的综合创新能力:(1)综合应用所学理论知识、培养研究生进行方案设计的能力，锻炼独立承担科研项目的规划能力;(2)根据实验方案，明确实验过程的关键技术，掌握有关技术，培养研究生解决实际问题的能力;(3)通过撰写实验报告，培养研究生的科技论文写作能力。

［1］吕洪艳，刘贤梅，李荟.校企合作研究生培养模式研究［J］.兰州教育学院学报，2013，29(5):116-117，120.

［2］刘丰年，李长云，朱文球，等.硕士研究生课程“双轨制”的培养模式研究［J］.大学教育，2013(8):9-10.

［3］刘宇贤.对我国当下研究生培养模式的反思与研究［J］.教育与教学研究，2011，25(6):68-70，77.

［4］刘丰年，李长云，朱文球，等.校企联合的专业学位研究生培养模式研究［J］.当代教育科学，2013(7):60-62.

［5］刘华奇，刘彬，刘浩然，等.基于综合实践平台的研究生培养模式探索［J］.研究生教育研究，2012(6):33-35，51.

［6］陈敏，刘晓叙，蒋胜，等.发动机气缸盖气道的反求设计研究［J］.小型内燃机与摩托，2012，41(5):60-62.