基于科研平台的研究生创新能力培养

刘福才 李 倩 刘 林 魏立新 张秀玲

(燕山大学 电气工程学院自动化系， 秦皇岛 066004)

研究生教育已从传统的知识教育教学转为能力教育教学，能力教学主要是自主学习能力、实践创新能力等。研究生实践创新能力的培养备受国家、学校和企业的关注。专业硕士作为一种全新的研究生培养形式，近些年发展很快。在课程体系改革上，建立知识与能力并重的课程体系，以“技能为核心”，取代“以知识为核心”；整个课程体系要体现出“技能优先”“动手能力优先”的原则[1]。山东建筑大学的控制科学与控制工程专业创建了考虑创新性、学科交叉性等因素的研究生实践能力培养体系[2]。张东海对国内56所高校专业硕士研究生实践能力培养情况进行调查，研究生反映校外导师培养不利于能力培养，效果不佳。学生更倾向于校内实践能力培养方式[3]。东北大学结合专硕培养目标进行多层次校内研究生实践教学[4]。邵光华等指出应增加实践课程的比例。应培养学生知识的实际应用能力[5]。郭晓峰等对20所高校进行调查，发现目前实践教学存在体系不够完善、教学内容不够丰富、能力培养不够全面、学生满意度低等问题[6]。

科研平台是进行科研项目时搭建的平台，可锻炼写作交流能力、问题分析解决能力等。科研平台都是交叉学科的平台，更有利于研究生各方面能力的培养[7]。研究生教育的关键是创新实践能力的培养，肖福坤等构建学科交叉的科研平台，注重利用科研平台实现对研究生创新实践能力的培养，此方式也大大提高了研究生能力培养质量[8]。南京中医药大学为高校科研平台新体系提供决策方向[9]。南京陆军指挥学院搭建了数字化教学科研平台[10]。武汉理工大学在平台建设上投入三千多万元用于研究生实践能力培养[11]。文献[7]中提到以科研平台为基础，设计了3种培养途径用于硕士研究生实践能力的培养[12]。罗海荣等指出江苏省农业科学院科研平台带来了能力培养成效，但在科研平台运营管理时也存在一定的问题，需改善平台管理机制[13]。安徽农业大学科研平台的使用存在管理效率低、开放不全面等问题[14]。以下以燕山大学电子信息类控制工程领域科研平台及研究生实践能力培养为例进行分析研究。

1 研究生实践能力培养现状分析

目前,全日制工程硕士实践能力培养的主要方式有：以校内实践基地为基础，培养研究生的创新实践能力；与企业建立联合培养实践基地，培养研究生的工程实践能力；以横、纵向科研项目为媒介，培养研究生的科研实践能力[15]。

1.1 校内实践基地培养现状分析

在校内实践基地建设中，较有建设成效的高校包括哈尔滨工业大学、东北大学、北京理工大学、北京科技大学、燕山大学等[16]。校内实践基地的建设在提高研究生的实践动手能力方面起到了至关重要的作用。以燕山大学为例，目前国内控制工程领域实践基地主要建设的内容包括：PLC控制技术、交直流传动控制技术、嵌入式系统应用技术等；实训场地、规模较大，可接受以班级为单位的研究生实训。对于从入门角度培养研究生的动手能力起到了很好的作用，但这种能力培养方式也有其不足之处。如实训设备台套数较多，没有个性化设计，而且结构统一，几十名学生分组后要完成的实训任务是基本一样的，对于培养研究生的创新能力、科研能力和工程实践能力具有一定的局限性。

现以燕山大学控制工程领域2009-2018级研究生为研究对象，针对选定的研究对象的实践能力培养情况进行研究。研究生实践能力培养主要有以下途径：进入企业实习、参与导师项目、参加校内实训、使用科研平台等。对于前三种培养方式，根据历年工程硕士实践能力集中培养期间学生对培养方式选择的统计数据，绘制折线图如图1所示。

从图1可知，在实践能力集中培养期间，校内实训培养方式占据主要地位，并且随着招生人数的增加，选择通过参加校内实训培养实践能力的学生越来越多，反观参与导师项目及企业实习的学生占极少数，且并没有随研究生总人数的增加有明显变化。产生这样现象的原因主要有以下几点：一是导师项目有限，且一般都是研究方向相关的研究生才会参与到项目的实施中。二是愿意接受实习生的企业不多，并且很多学生没有实践经验，对于外出实习也比较抵触。三是校内实训平台越来越完善，同样可以培养学生的实践能力，且校内环境更熟悉更安全，所以，越来越多的人选择在校内实习。但是校内实训只是集中在某几周的教学活动中，不能达到长期实时地对研究生实践能力进行培养的目的。且校内实训每个实训模块的内容不同，内容之间基本没有交叉，所以对学生实践能力的全面培养有一定的局限性。相比之下，科研平台就在日常的实践能力全面培养中扮演起重要的角色。

图1 2009-2018级控制工程专业硕士实践情况

1.2 产学研合作基地培养现状分析

在与企业共建实践基地的过程中，虽然高校与许多著名企业建立了实践基地，但由于高校建设实践基地数量不多、学校对实践基地建设投入不足、企业缺乏联合高校共建实践基地的动力、双导师合作留于表面、配套的国家政策法规不到位等问题[17]，共建实践基地在研究生联合培养方面起到的效果也大打折扣。例如：有些学生到实践基地后，实习内容和专业相关性不大，并不能被编入到企业的研发队伍中，甚至有的是从事资料整理，设备装配等实习内容，导致学生的创新与实践能力无法得到有效的锻炼与提升。

1.3 以科研平台为媒介培养现状分析

在以科研平台为媒介的研究生实践能力培养中，科研平台建设的初衷是导师为了承担基础研究、技术基础研究课题以及与国有大中型企业、高新技术企业合作的工程应用研究项目。经费来源包括国家及省部级纵向科研经费、省级科研平台运行经费、国家及省级重点科研建设经费、与企业合作的横向科研经费等。科研平台建设的出发点是解决国内控制领域技术难题或满足企业需求，平台里融合了创新意识、科研水平、工程能力等因素，因此对于培养研究生的创新、科研、工程能力起到了至关重要的作用。研究生一直是高校科研的主力军，研究生通过参与科研平台的搭建、技术攻关和升级改造等环节，大大提高了自身的创新能力、工程实践能力和科研水平。然而科研平台建设完毕后，需持续进行平台维护与技术升级改造，后续如果缺乏科学的管理与运营，会出现平台维护成本高、利用率低等问题。

表1 典型科研平台在研究生实践能力培养中的作用分析表

2 科研平台在能力培养中的作用

科研平台既是利用实验设备围绕科学问题进行研究的场所，也是大学研究人员研究和研究生培养的基地，支撑平台有重点实验室和多学科交叉融合的平台。重点实验室具备高水平的科研平台资源，将科学研究导向原则贯穿研究生教育教学全过程，有利于加速培养高水平研究生[8]。

燕山大学自动化系在1999年获得工程硕士学位授予权，2009年开始招收第一批全日制专业学位硕士。为河北省强势特色学科和“十三五”国际一流建设学科。学科依托“国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心”“极端条件下机械结构和材料科学国防重点学科实验室”“智能控制系统与智能装备教育部工程研究中心”“河北省工业计算机控制工程重点实验室”“河北省智能康复及神经调控重点实验室”，形成了网络化控制系统分析、设计与优化，生物信息处理与模式识别，复杂机电控制系统集成设计及应用，复杂机械机构设计及智能控制，新能源控制技术与应用等五个有特色的研究方向。近五年，学科通过河北省强势特色学科、河北省创新团队、中央支持地方、河北省重点实验室、省双一流学科建设等项目投入建设经费2000多万元，分阶段有计划地围绕五个研究方向进行了系统的科研平台建设。目前学科有20万元以上设备30多台套，这些科研平台的建设对于学科发展及研究生创新能力培养起到了重要作用。典型科研平台在研究生实践能力培养中的作用及取得成效如表1所示。

燕山大学控制工程领域科研平台还包括：汽车混合动力科研平台、微电网智能监控系统、火电机组仿真支撑平台、水下移动探测系统、水下通信系统、空间捕获协同控制平台、串联机构实验演示装置、电液系统可靠性平台、机器视觉智能平台等。

图2 气动变载荷摩擦磨损试验机

图3 多变量协同控制平台

图4 气动直角型复合运动平台

图5 力反馈遥操作控制系统

图6 仿人机器人自主航行实验平台

基于上述科研平台，燕山大学控制工程领域近五年承担国家级纵向课题120余项，省部级课题130余项，与企业合作横向课题120余项；发表高水平论文800余篇，申请发明专利300余项，授权100余项；研究生参与的各类科技赛事300多人次，在各类赛事中获奖多100人次。极大地提高了研究生的实践动手能力与科研水平。

3 科研平台的运营与管理

燕山大学控制工程科研平台采用校院两级管理模式。学校负责国家级和省(部)级重点实验室和工程技术研究中心(以下称重点实验室)的直接管理，成立由副校长负责的，由科技、人事、财务、国有资产处、学院参加的重点实验室建设领导小组，设学术委员会、实验室主任及副主任。在日常管理中，实验室主任是重点实验室日常管理和业务工作的负责人。

在人才队伍建设方面，实施“燕山学者”高层次人才支持计划，积极引进海内外高层次人才。定期组织实验室管理人员及技术人员的培训学习，以提高其技术水平与管理能力。例如：组织实验员参加S7-1500 PLC技术培训、组织实验室相关技术人员参加数字化培训。针对大型仪器设备，在交付前要求厂家提供完整的技术资料并进校进行操作指导与技术培训。

在平台资源开放共享方面，为贯彻“开放、流动、联合、竞争”的方针，重点实验室设立开放课题基金，资助与计算机网络控制研究、复杂工业过程计算机控制系统集成及应用、生物信息处理与模式识别、机器人智能控制和军事测控及自动化等五个研究方向有关的具有重要科学意义的研究项目。积极开展国际和国内科研合作与学术交流，鼓励重点实验室人员参加国际与国内学术会议等学术交流活动，并为缺少基金或项目经费支持的年轻教师提供资金支持。邀请国内外知名学者担任客座教授。每年定期举办学术报告8～10场，学术会议1～2次。

大型仪器设备资源全校共享，针对价值大于40万元的科研设备，要求必须面向校内开放，并将开放程度纳入学院年度考核指标。科研平台定期进行检查和维护，保证安全正常使用。学生可自行申请对科研平台的使用，可以单人使用，也可以几人公用，使用方式较为灵活。学生基于科研平台操作规程及使用注意事项自行开展课题研究。每次使用需做好仪器设备使用记录，包括设备运行情况及使用机时等。与校内实践等培养模式相比，科研平台在使用上更加自主，除正常科研项目外导师基本不干预学生的使用。以科研指标和用户需求为动力，更加激励学生开拓思维，产生一些新想法，可以锻炼学生发现问题、分析问题、解决问题、合作交流、独立思考、思维创新、实践动手等能力。

在安全把控方面，强化师生的实验室安全意识，制定实验室安全管理制度并严格执行。对操作较复杂的大型仪器设备，在使用前对操作人员进行操作指导与安全培训。在学生进入实验室前进行安全教育。落实安全检查与值日制度，定期进行安全隐患自查并及时整改。

4 结语

科研平台是培养研究生科研水平和创新能力的主要载体，充足的学科建设经费，比较完善的科研设备、全方位的科研项目有利于现代化科研平台形成。从学生反馈情况可知，燕山大学科研平台对于研究生能力培养作出了很大贡献，并且相比固定式课程，更易调动学生主动性，开阔学生视野。通过平台研究生可以全面了解交叉学科的项目申请、论证、立项及结题验收过程，间接培养研究生科研能力内涵中的组织管理能力与表达交际能力，实现科研创新能力与工程实践能力的全面培养。然而单纯依靠科研平台进行专业硕士培养的方式也具有一定的局限性。为提高人才培养与社会需求的契合度，还需进一步规范专业学位研究生实践基地的建设和管理，结合有效的校外实践环节，培养学生良好的职业素养和较强的解决实际问题的能力。