机械工程领域研究生校内实践基地的构建

2013-09-03黄文涛赵学增

实验室研究与探索 2013年8期

黄文涛，赵学增

(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)

0 引言

工程硕士研究生教育作为我国培养高层次工程人才的重要途径之一，在推进国家科技创新、促进经济发展、提升国际竞争力等方面起着举足轻重的作用。截至2010年，全国共有工程硕士培养单位241家，涵盖40个工程领域，累计授予工程硕士学位人数达到20万［1］。工程硕士专业学位已经成为我国专业学位研究生教育中涉及学科门类最广、人才培养规模最大的专业学位类型。教育部于2009年启动全日制专业学位研究生的招生和培养工作，提出“进一步完善研究生教育培养体系，推动硕士研究生教育从以培养学术型人才为主的模式向以培养应用型人才为主的模式转变”［2-3］。

由于全日制工程硕士的生源对象主要是应届本科毕业生，为重视和加强其实践能力的培养，许多培养单位提出了全日制工程硕士的实践能力培养方案［4-7］，这些依托与企业共建的校外实践基地开展的实践教学活动，将研究生的实践课堂延伸到了企业，能够较为充分地利用培养基地的资源优势和条件环境，有效增加了全日制工程硕士研究生的实践教学环节，使全日制工程硕士研究生的培养取得了初步成效。这种依托校外实践基地开展实践能力培养和训练的教学模式，在培养规模较小的初期，作为一种主要的实践教学模式发挥了重要的作用。但是随着招生规模的增加和培养机制的逐步完善，校外实践基地建设中的一些不足也困扰其进一步深入推进，首先是企业的接收能力受限，一些企业因为研究生实践过程影响企业生产的正常秩序而不愿接收;对研究生在企业实践期间的安全担忧也影响着学生派出和企业接收;某些依托企业生产实际建立的校外实践基地，实践内容过窄，使得学生实践能力的培养不够全面;企业缺乏研究生培养经验和学术氛围，仅仅把学生当劳动力使用，难以从人才实践能力培养的角度进行实践内容的设计和组织。上述种种问题出现的根源是由于我国高等教育管理体制的改革尚未完成，与市场经济相适应的高等教育运行机制尚未完全确立，在这个宏观背景下，工程硕士教育的制度环境存在一些不足，必然影响各项具体制度的实施［8］。

因此在逐步解决校外实践基地建设中出现的各种问题的同时，需要积极拓展全日制工程硕士的实践空间，充分利用学校现有的资源来提高实践能力的培养，哈尔滨工业大学［9］、华南理工大学［10，11］、西安电子科技大学［12］等先后探索了校内实践基地的建设途径，开辟了一条全日制工程硕士实践能力培养的新途径。近年来，为满足应用型人才对实践教学环节的需求，哈尔滨工业大学采取多种渠道建立研究生实践基地，形成了校内创新实践基地与企业实习基地相结合的实践教学模式，在“985工程”、“211工程”、国防特色学科建设项目及学校资金的支持下，全校共建成32个配备完善、设备先进、利用率高、管理制度完善的研究生创新实践基地，用以支持应用型研究生培养方案中实践教学环节的硬件建设，在总结建设经验的基础上，为了进一步加强应用型研究生实践能力的培养，又于2010年支持以一级学科或学科群为单位建设应用型研究生校内实践基地。本文通过哈尔滨工业大学机械工程领域工程硕士研究生校内实践基地的建设，希望能为工程硕士实践能力培养提供有益的借鉴和探索。

1 校内实践基地的功能定位及建设原则

哈尔滨工业大学机械工程学科早在2007年就率先进行了硕士研究生分类培养的培养模式改革试点工作。分别制定了学术型和应用型的培养目标和培养方案，对应用型研究生培养的改革和探索，为贯彻执行全日制专业学位研究生的培养提供了实践经验［13］，在实际的培养过程中，一方面积极与企业合作，建立校外实践基地;另一方面，面对工程硕士招生的逐年增长，也积极探索多种形式的实践基地建设模式，哈尔滨工业大学机械工程学科具有悠久的工程实践传统，在多年的办学过程中，形成了面向国防，服务航天的工程教育特色，在整合学科、学院实验实践教学资源的基础上，依托重点学科优势，通过校内实践基地的建设，对学生的创新实践活动起到了引领和促进作用。

研究生培养计划中的课程实验、实习实践、学位论文3个主要实践环节，承担着不同的实践教育任务，课程实验的任务是加深对课堂知识的理解和掌握，围绕某一(某些)具体知识点进行感性认识训练。学位论文是训练综合运用科学理论、方法和技术手段解决某一具体工程技术问题的能力。因此，在目前的实践教学环节中，校内实践基地主要是完成实习实践的教学任务，其功能定位为:培养学生熟悉本领域产品研发全过程;综合运用所学知识进行创新性研发工作;熟悉生产和管理模式以及设备和工艺流程配置;在实践中发现、提炼和总结学术问题的能力。通过在校内实践基地的训练，使学生基本熟悉机械工程领域的各类典型工作流程、关键核心技术的实现途径、相关职业及技术规范，培养实践研究和技术创新能力，并结合实践内容完成论文的选题指导工作，为进一步进入企业深入实践奠定前期必要的技术基础和知识储备。

为了实现上述功能定位，校内实践基地在构建中遵循以下原则:

(1)系统性。综合考虑到我校机械工程学科及各二级学科的研究方向和特色，在平台的建设上避免围绕某一(某些)具体方向进行实践环节建设，而是通过整体平台的构建为学生提供一个系统接触机械工程领域各种先进技术和方法的实践场所。

(2)综合性。在平台所完成的实践教学功能的设计上，注重依托校内实践基地将培养方案内的实验、实践等各环节单元知识进行综合运用与具体实施。

(3)开放性。为发挥学生在实践中的创造性，构建了自行设计、自由探索的开放环境，培养学生进行自主创新能力的实践。

(4)示范性。作为实践教学环节的硬件平台，在保证其教学功能实现的基础上，应最大化地体现出对机械工程领域典型企业的示范作用。

(5)学术性。面向研究生的实践教学环节，更为注重的是通过实践培养学生从中总结规律、发现科学问题的能力，因此实践环节应具有一定的学术内涵。

2 校内实践基地硬件平台的构建

与课堂理论教学不同，实践环节的教学需要依赖于仪器设备等硬件条件，因此需要结合学科的特点来构建完成预定实践教育功能的硬件平台组成。

哈尔滨工业大学机械工程一级学科包含机械电子工程、机械制造及其自动化、机械设计及理论、车辆工程、工业工程、精密与微纳制造和航空宇航制造工程7个二级学科，年招收硕士生350人，其中应用型硕士研究生和全日制工程硕士240人左右。

机械工程学科覆盖的各个二级学科各具内涵，互相独立而又互为支撑，形成了各具特色的研究方向。机械工程领域工程硕士研究生的应用能力培养主要体现在以下方面:①大型/复杂/先进机械系统设计能力;②各种传动及其检测、控制技术应用能力;③先进制造技术应用能力;④机电融合应用能力;⑤科技协作能力。这些能力的培养需要一系列超出单个课程的综合实践平台来提供学生从实践中锻炼和掌握工程技术能力的实践机会。依托校内实践基地，建设一个独立于课程教学之外，支撑全院研究生工程实践能力培养的工程实践平台具有重要意义。

对于应用型硕士研究生，应该在机械工程一级学科的框架下，培养其对各相关研究方向的了解和掌握，培养出知识面广博、适应性广的交叉复合型人才，因此，校内实践基地所建设的教学平台应体现出综合性，并具有一定的辐射性，加强硕士研究生对机械工程领域相关研究方向的了解，拓展知识面，培养学生的实践创新能力。所建立的校内实践基地硬件平台的结构如图1所示。

图1 校内实践基地硬件平台的总体结构

校内实践基地硬件平台包括实验平台和实践平台两个部分，其中实验平台用来支撑培养计划中的实践学分，由传感及测试技术实验子平台、数字化制造技术实验子平台、机器人技术实验子平台和微纳米测量技术实验子平台组成［14］;实践平台用来为学生提供一个实现自主创新、自由探索的实践环境，由金属零件少无切削制造技术工程实践子平台、空间机构及机械系统设计与实践子平台、数控运动控制综合实践子平台和液压伺服传动与气压传动综合应用实践子平台组成。

2.1 传感及测试技术实验子平台

传感及测试技术是机械工程学科研究生必须掌握的一门偏重于基础的技术，并且是其它众多技术的基础，因此该实验子平台的建设侧重训练研究生对常用传感器的基本原理及其典型应用［15］，使学生不但对传感技术中所涉及的各种传感器的测量原理和性能指标有深入具体的认识，而且还能够针对具体的问题，选择合适的传感器完成相应的检测任务，为将来的学习和工作奠定实践基础，提高应用型研究生对相关专业理论的认知、加强对专业技术工作适应能力和开发创新能力的培养。

2.2 数字化制造技术实验子平台

该实验子平台以对数字化制造技术的原理和核心技术的理解为主，以校园网络为基础，建立数字化、集成化、网络化的设计和加工子系统，两个子系统共享一个服务器，实现信息共享。以现有的CAD/CAM软件和自行开发的数控技术、数字化加工、数字化装配等软件为基础，为数字化设计、建模和仿真、加工技术的研究提供基本的实验教学环境和条件。使学生掌握数字化制造技术在产品的设计、分析、制造、制造系统规划等方面的应用。

2.3 机器人技术实验子平台

该实验子平台是一个具有一定规模的、模块化的、可扩展的机器人系统开放实验平台，子平台的建设以常规机器人技术教学为主，并兼顾机器人智能运动控制和机构空间复杂轨迹的实现等相关教学实验。能够进行14个机器人技术方面的教学实验，各实验间既可以独立进行，也可以联合进行;能根据教学的需求及课程的变化需求进行迅速调整，以适应实验教学的需要。这些实验要求学生应用所学知识进行设计、编程和实施，培养学生设计、分析和动手能力，促进机器人技术教学水平的提高，培养机械工程学科研究生的综合技能和创新能力。

2.4 微纳米测量技术实验子平台

随着超精密加工技术和纳米加工技术的发展，对机械加工表面形貌的微观检测提出了越来越高的要求。因此微纳米检测技术成为机械工程学科新的研究热点。通过实验教学，使学生掌握原子力显微镜测量原理、测试参数的选择，数据处理知识。掌握利用原子力显微镜获得力曲线，根据纳米压痕法的理论基础及弹性接触理论计算材料的机械力学特性，分析研究测量仪器的原理、精度、误差及适用范围。

2.5 金属零件少无切削制造技术工程实践子平台

本子平台对学生进行金属零件少无切削制造技术的实践训练。学生通过设计制造零件的实践，培养研究生:先进绿色制造技术运用能能力;产品制造生产线管理与运用能力;数控等先进装备控制与运用能力。

2.6 空间机构及机械系统设计与实践子平台

通过先进传动装置的学习和拆装，使学生了解、学习高性能谐波减速器等国外先进传动装置的原理、设计方法、结构和工艺;由学生利用基本元部件设计并构建机械系统，如多自由度关节串联机构和行走机构等。根据学生自己构建的机械系统，运用机构设计与动力分析软件建立虚拟样机，进行仿真。学生为自己构建的机械系统配备运动控制系统，利用计算机和PID控制来控制交、直流伺服系统，实现其构建的机械系统的预期运动目标。

2.7 数控运动控制综合实践子平台

以机床运动形式为主要控制目标，运动控制为主，顺序控制为辅，训练学生机电系统计算机控制能力。实践子平台以单轴运动模块为基本单元，可搭建一轴、两轴和三轴运动控制系统。控制系统采用PC-Base运动控制控制器为核心，交流伺服系统为基础，形成一个开放式的、学生可实际搭建的(包括内部控制软件)实践系统。

2.8 液压伺服传动与气压传动综合应用实践子平台

该实践子平台对学生进行流体传动与控制重要基础和综合应用的训练。平台包含竖直液压伺服搬运、水平液压传动搬运、气动插拔销三套子系统，训练学生:流体传动与控制系统总体方案设计能力、液压伺服系统(位置和力及其切换)设计调试能力、液压传动系统设计调试能力、气压传动系统设计调试能力和团队协作能力。

3 校内实践基地的实践教学体系

在校内实践基地硬件平台构建的基础上，结合应用型研究生培养方案，构建了校内实践基地的实践教学体系，根据两类平台的特点，结合培养目标，依托实验平台下设的4个子平台建设了一门具有特色的实验课程“机械工程学科应用型研究生综合实验”，综合实验课程在内容设置上立足机械工程学科的主干课程，从机械工程一级学科的角度去组织实验教学的内容，规划建设的实验项目既是对若干门学位课程内容的深化和提升，又是对某门课程课内实验的强化，支撑研究生培养计划中2学分的实践教学环节，可以完成总计66学时的实验教学，根据课程的设置和培养计划，要求研究生从中选择22学时进行本门课程的实验教学，以加强硕士研究生现代实验方法和技能的训练和提高。

在教学体系的建设上，实践平台是对实验平台的进一步深化和运用，目的是注重学生自主实践能力的训练和培养，实践内容的设计充分体现出开放性和探索性，学生利用平台所提供的基本元件和模块，根据给定的技术参数和指标，自行搭建系统，独立完成相应的实践训练项目。结合实践平台的硬件设备，建设了一门面向全院硕士生的实践课程“机械工程综合实践”，以独立实践课程的形式来实现校内实践基地的实践教学功能，使本领域的应用型研究生能够经历一个相对完整的机械系统设计、制造、检测和控制的工程应用过程的基本训练，支撑研究生培养计划中的实践教学环节，根据课程的设置和培养计划，要求研究生从中选择若干实践项目进行实训，培养学生的实践创新能力。

依托校内实践基地开设的两门实验实践课程，初步确定了机械工程领域应用型研究生的实践教学体系。解决了应用型研究生培养方案中实践教学环节薄弱的问题;确立了实践教学环节的主体地位，以独立的课程形式来加深课堂理论知识的理解，提高创新实践的能力，满足机械工程学科研究生培养方案中实践环节的教学计划，为进一步的分类培养模式改革提供实践。

4 校内实践基地的运行效果与深化建设

校内实践基地的实验平台于2009年建设完成，已经为学院四届共计848名应用型硕士研究生开设了“机械工程学科应用型研究生综合实验”课程，并且承担了研究生培养计划中传感技术等7门核心主干课程的实验教学部分，受益学生近2000人。实验平台经过四年的教学实践，在课程的开设、管理上积累了经验，也为进一步提高应用型研究生的培养质量提供了宝贵的实践经验，正是在实验平台建设的基础上，依托校内实践基地建设的实践平台于2013年春季投入教学，丰富了全日制工程硕士实践能力培养的途径，弥补了校外实践基地的不足，在运行的基础上，将继续加大硬件平台和实践内容的建设，计划在以下几个方面开展校内实践基地的深化建设:

(1)分层渐进的实践教学体系建设。在必修实践课程建设的基础上，进一步规划实践教学内容的深度和广度，分别构建研究实验(根据二级学科建设不同的模块系列，要求应用型研究生从中选择若干个)、自主研发(以应用型研究生的毕业课题研究为支撑的实践项目)、创新研究(以应用型研究生科技创新项目为驱动的实践项目)，深入研究、确定不同实践教学阶段学生需要掌握的核心内容，建立联系紧密、分层渐进的实践教学内容体系。

(2)实践教学方法和手段的研究与探索。以校内实践基地支撑的实践教学内容为依托，研究实践教学的教学方法和手段，主要包括自主学习、协作学习、探究式学习和项目驱动式学习等多种实践方式的研究和实践，发挥学生在实践教学中的主体地位，激发学生的好奇心，培养学生的兴趣爱好，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好实践教学环境。

(3)多功能创新实践环境的建设。以校内实践基地为平台，建设集开放实验室、学术论坛、名家讲坛、专题技术培训、团队培育及创新实践为一体的多功能创新实践环境;在确保校内实践基地的实践教学功能建设的同时，拓展其辐射功能，全方位、系统化地推进校内实践基地的纵深化建设。

(4)校内实践基地的运行机制研究。设立多种奖励机制，提高应用型研究生参与实践研究的积极性;加强校内实践基地与校外实习基地的联系与互补，为校企共建校内实践基地奠定良好的基础;推进研究生助管、助研和助教制度在校内实践基地组织管理体系中的落实;推进校内实践基地的开放模式研究。

现阶段我国的经济发展水平和企业的科研开发能力都无法大量地接纳研究生到企业去进行深度的实践能力培养，因此关于全日制工程硕士研究生实践能力的培养途径，需要采取多种方式、拓展多种渠道，在以校外实习基地为辅的情况下，应该加大校内实践基地的建设，并且在校内实践基地的建设过程中，注重硬件条件(仪器设备)和软件环境(课程体系)的融合，加强校内实践基地的内涵建设，使其成为全日制工程硕士研究生实践能力培养的重要途径。

［1］陈立章，刘光连，宋招权.工程硕士师资队伍现状分析及建设探讨——以中南大学工程硕士师资队伍建设为例［J］.学位与研究生教育，2011(9):51-54.

［2］教育部关于做好2009年全日制专业学位硕士研究生招生计划安排工作的通知.教发［2009］6号［EB/OL］:2009-03-11.http://gs.xjtu.edu.cn/zhaos/data/20090326155602739.html

［3］教育部关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见.教研［2009］1 号［EB/OL］:2009-03-19.http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3493/201002/xxgk_82629.htm l

［4］姚纬明，卢发周.基于合作教育的全日制工程硕士研究生培养模式探析［J］.学位与研究生教育，2011(10):12-16.

［5］陈小平，罗文标，曹蔚，等.全日制工程硕士研究生培养基地建设的思考与实践［J］.学位与研究生教育，2012(2):46-49.

［6］于福莹，肖宏，王加春，等.以实施“卓越计划”为契机探索全日制工程硕士培养途径［J］.学位与研究生教育，2012(2):50-53.

［7］林桂娟，於朝梅，王恬.专业学位研究生实践基地建设模式研究［J］.中国农业教育，2012(1):50-52.

［8］姜尔林，宋恭华.工程硕士教育制度环境的不足及对策［J］.学位与研究生教育，2011(1):35-39.

［9］宋平，杨连茂，甄良，等.浅议全日制工程硕士生实践能力培养体系的构建［J］.学位与研究生教育，2011(3):61-64.

［10］宁更新，李尧辉，聂文斐，等.基于理论与实际操作相结合的“5+3”全日制工程硕士生实践能力培养体系［J］.学位与研究生教育，2011(10):7-11.

［11］聂文斐，杨吉，宁更新，等.基于三段实践式的全日制工程硕士生培养方案探索［J］.学位与研究生教育，2011(3):64-67.

［12］史耀媛，卢朝阳.电子信息类全日制工程硕士生培养的探索与实践［J］.学位与研究生教育，2010(9):31-34.