基于科研平臺的研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

劉福才 李 倩 劉 林 魏立新 張秀玲

(燕山大學 電氣工程學院自動化系， 秦皇島 066004)

研究生教育已從傳統(tǒng)的知識教育教學轉(zhuǎn)為能力教育教學，能力教學主要是自主學習能力、實踐創(chuàng)新能力等。研究生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)備受國家、學校和企業(yè)的關(guān)注。專業(yè)碩士作為一種全新的研究生培養(yǎng)形式，近些年發(fā)展很快。在課程體系改革上，建立知識與能力并重的課程體系，以“技能為核心”，取代“以知識為核心”；整個課程體系要體現(xiàn)出“技能優(yōu)先”“動手能力優(yōu)先”的原則[1]。山東建筑大學的控制科學與控制工程專業(yè)創(chuàng)建了考慮創(chuàng)新性、學科交叉性等因素的研究生實踐能力培養(yǎng)體系[2]。張東海對國內(nèi)56所高校專業(yè)碩士研究生實踐能力培養(yǎng)情況進行調(diào)查，研究生反映校外導師培養(yǎng)不利于能力培養(yǎng)，效果不佳。學生更傾向于校內(nèi)實踐能力培養(yǎng)方式[3]。東北大學結(jié)合專碩培養(yǎng)目標進行多層次校內(nèi)研究生實踐教學[4]。邵光華等指出應(yīng)增加實踐課程的比例。應(yīng)培養(yǎng)學生知識的實際應(yīng)用能力[5]。郭曉峰等對20所高校進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前實踐教學存在體系不夠完善、教學內(nèi)容不夠豐富、能力培養(yǎng)不夠全面、學生滿意度低等問題[6]。

科研平臺是進行科研項目時搭建的平臺，可鍛煉寫作交流能力、問題分析解決能力等。科研平臺都是交叉學科的平臺，更有利于研究生各方面能力的培養(yǎng)[7]。研究生教育的關(guān)鍵是創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，肖福坤等構(gòu)建學科交叉的科研平臺，注重利用科研平臺實現(xiàn)對研究生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，此方式也大大提高了研究生能力培養(yǎng)質(zhì)量[8]。南京中醫(yī)藥大學為高校科研平臺新體系提供決策方向[9]。南京陸軍指揮學院搭建了數(shù)字化教學科研平臺[10]。武漢理工大學在平臺建設(shè)上投入三千多萬元用于研究生實踐能力培養(yǎng)[11]。文獻[7]中提到以科研平臺為基礎(chǔ)，設(shè)計了3種培養(yǎng)途徑用于碩士研究生實踐能力的培養(yǎng)[12]。羅海榮等指出江蘇省農(nóng)業(yè)科學院科研平臺帶來了能力培養(yǎng)成效，但在科研平臺運營管理時也存在一定的問題，需改善平臺管理機制[13]。安徽農(nóng)業(yè)大學科研平臺的使用存在管理效率低、開放不全面等問題[14]。以下以燕山大學電子信息類控制工程領(lǐng)域科研平臺及研究生實踐能力培養(yǎng)為例進行分析研究。

1 研究生實踐能力培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

目前,全日制工程碩士實踐能力培養(yǎng)的主要方式有：以校內(nèi)實踐基地為基礎(chǔ)，培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新實踐能力；與企業(yè)建立聯(lián)合培養(yǎng)實踐基地，培養(yǎng)研究生的工程實踐能力；以橫、縱向科研項目為媒介，培養(yǎng)研究生的科研實踐能力[15]。

1.1 校內(nèi)實踐基地培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

在校內(nèi)實踐基地建設(shè)中，較有建設(shè)成效的高校包括哈爾濱工業(yè)大學、東北大學、北京理工大學、北京科技大學、燕山大學等[16]。校內(nèi)實踐基地的建設(shè)在提高研究生的實踐動手能力方面起到了至關(guān)重要的作用。以燕山大學為例，目前國內(nèi)控制工程領(lǐng)域?qū)嵺`基地主要建設(shè)的內(nèi)容包括：PLC控制技術(shù)、交直流傳動控制技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)等；實訓場地、規(guī)模較大，可接受以班級為單位的研究生實訓。對于從入門角度培養(yǎng)研究生的動手能力起到了很好的作用，但這種能力培養(yǎng)方式也有其不足之處。如實訓設(shè)備臺套數(shù)較多，沒有個性化設(shè)計，而且結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，幾十名學生分組后要完成的實訓任務(wù)是基本一樣的，對于培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力、科研能力和工程實踐能力具有一定的局限性。

現(xiàn)以燕山大學控制工程領(lǐng)域2009-2018級研究生為研究對象，針對選定的研究對象的實踐能力培養(yǎng)情況進行研究。研究生實踐能力培養(yǎng)主要有以下途徑：進入企業(yè)實習、參與導師項目、參加校內(nèi)實訓、使用科研平臺等。對于前三種培養(yǎng)方式，根據(jù)歷年工程碩士實踐能力集中培養(yǎng)期間學生對培養(yǎng)方式選擇的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，繪制折線圖如圖1所示。

從圖1可知，在實踐能力集中培養(yǎng)期間，校內(nèi)實訓培養(yǎng)方式占據(jù)主要地位，并且隨著招生人數(shù)的增加，選擇通過參加校內(nèi)實訓培養(yǎng)實踐能力的學生越來越多，反觀參與導師項目及企業(yè)實習的學生占極少數(shù)，且并沒有隨研究生總?cè)藬?shù)的增加有明顯變化。產(chǎn)生這樣現(xiàn)象的原因主要有以下幾點：一是導師項目有限，且一般都是研究方向相關(guān)的研究生才會參與到項目的實施中。二是愿意接受實習生的企業(yè)不多，并且很多學生沒有實踐經(jīng)驗，對于外出實習也比較抵觸。三是校內(nèi)實訓平臺越來越完善，同樣可以培養(yǎng)學生的實踐能力，且校內(nèi)環(huán)境更熟悉更安全，所以，越來越多的人選擇在校內(nèi)實習。但是校內(nèi)實訓只是集中在某幾周的教學活動中，不能達到長期實時地對研究生實踐能力進行培養(yǎng)的目的。且校內(nèi)實訓每個實訓模塊的內(nèi)容不同，內(nèi)容之間基本沒有交叉，所以對學生實踐能力的全面培養(yǎng)有一定的局限性。相比之下，科研平臺就在日常的實踐能力全面培養(yǎng)中扮演起重要的角色。

圖1 2009-2018級控制工程專業(yè)碩士實踐情況

1.2 產(chǎn)學研合作基地培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

在與企業(yè)共建實踐基地的過程中，雖然高校與許多著名企業(yè)建立了實踐基地，但由于高校建設(shè)實踐基地數(shù)量不多、學校對實踐基地建設(shè)投入不足、企業(yè)缺乏聯(lián)合高校共建實踐基地的動力、雙導師合作留于表面、配套的國家政策法規(guī)不到位等問題[17]，共建實踐基地在研究生聯(lián)合培養(yǎng)方面起到的效果也大打折扣。例如：有些學生到實踐基地后，實習內(nèi)容和專業(yè)相關(guān)性不大，并不能被編入到企業(yè)的研發(fā)隊伍中，甚至有的是從事資料整理，設(shè)備裝配等實習內(nèi)容，導致學生的創(chuàng)新與實踐能力無法得到有效的鍛煉與提升。

1.3 以科研平臺為媒介培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

在以科研平臺為媒介的研究生實踐能力培養(yǎng)中，科研平臺建設(shè)的初衷是導師為了承擔基礎(chǔ)研究、技術(shù)基礎(chǔ)研究課題以及與國有大中型企業(yè)、高新技術(shù)企業(yè)合作的工程應(yīng)用研究項目。經(jīng)費來源包括國家及省部級縱向科研經(jīng)費、省級科研平臺運行經(jīng)費、國家及省級重點科研建設(shè)經(jīng)費、與企業(yè)合作的橫向科研經(jīng)費等。科研平臺建設(shè)的出發(fā)點是解決國內(nèi)控制領(lǐng)域技術(shù)難題或滿足企業(yè)需求，平臺里融合了創(chuàng)新意識、科研水平、工程能力等因素，因此對于培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新、科研、工程能力起到了至關(guān)重要的作用。研究生一直是高校科研的主力軍，研究生通過參與科研平臺的搭建、技術(shù)攻關(guān)和升級改造等環(huán)節(jié)，大大提高了自身的創(chuàng)新能力、工程實踐能力和科研水平。然而科研平臺建設(shè)完畢后，需持續(xù)進行平臺維護與技術(shù)升級改造，后續(xù)如果缺乏科學的管理與運營，會出現(xiàn)平臺維護成本高、利用率低等問題。

表1 典型科研平臺在研究生實踐能力培養(yǎng)中的作用分析表

2 科研平臺在能力培養(yǎng)中的作用

科研平臺既是利用實驗設(shè)備圍繞科學問題進行研究的場所，也是大學研究人員研究和研究生培養(yǎng)的基地，支撐平臺有重點實驗室和多學科交叉融合的平臺。重點實驗室具備高水平的科研平臺資源，將科學研究導向原則貫穿研究生教育教學全過程，有利于加速培養(yǎng)高水平研究生[8]。

燕山大學自動化系在1999年獲得工程碩士學位授予權(quán)，2009年開始招收第一批全日制專業(yè)學位碩士。為河北省強勢特色學科和“十三五”國際一流建設(shè)學科。學科依托“國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心”“極端條件下機械結(jié)構(gòu)和材料科學國防重點學科實驗室”“智能控制系統(tǒng)與智能裝備教育部工程研究中心”“河北省工業(yè)計算機控制工程重點實驗室”“河北省智能康復及神經(jīng)調(diào)控重點實驗室”，形成了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)分析、設(shè)計與優(yōu)化，生物信息處理與模式識別，復雜機電控制系統(tǒng)集成設(shè)計及應(yīng)用，復雜機械機構(gòu)設(shè)計及智能控制，新能源控制技術(shù)與應(yīng)用等五個有特色的研究方向。近五年，學科通過河北省強勢特色學科、河北省創(chuàng)新團隊、中央支持地方、河北省重點實驗室、省雙一流學科建設(shè)等項目投入建設(shè)經(jīng)費2000多萬元，分階段有計劃地圍繞五個研究方向進行了系統(tǒng)的科研平臺建設(shè)。目前學科有20萬元以上設(shè)備30多臺套，這些科研平臺的建設(shè)對于學科發(fā)展及研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到了重要作用。典型科研平臺在研究生實踐能力培養(yǎng)中的作用及取得成效如表1所示。

燕山大學控制工程領(lǐng)域科研平臺還包括：汽車混合動力科研平臺、微電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)、火電機組仿真支撐平臺、水下移動探測系統(tǒng)、水下通信系統(tǒng)、空間捕獲協(xié)同控制平臺、串聯(lián)機構(gòu)實驗演示裝置、電液系統(tǒng)可靠性平臺、機器視覺智能平臺等。

圖2 氣動變載荷摩擦磨損試驗機

圖3 多變量協(xié)同控制平臺

圖4 氣動直角型復合運動平臺

圖5 力反饋遙操作控制系統(tǒng)

圖6 仿人機器人自主航行實驗平臺

基于上述科研平臺，燕山大學控制工程領(lǐng)域近五年承擔國家級縱向課題120余項，省部級課題130余項，與企業(yè)合作橫向課題120余項；發(fā)表高水平論文800余篇，申請發(fā)明專利300余項，授權(quán)100余項；研究生參與的各類科技賽事300多人次，在各類賽事中獲獎多100人次。極大地提高了研究生的實踐動手能力與科研水平。

3 科研平臺的運營與管理

燕山大學控制工程科研平臺采用校院兩級管理模式。學校負責國家級和省(部)級重點實驗室和工程技術(shù)研究中心(以下稱重點實驗室)的直接管理，成立由副校長負責的，由科技、人事、財務(wù)、國有資產(chǎn)處、學院參加的重點實驗室建設(shè)領(lǐng)導小組，設(shè)學術(shù)委員會、實驗室主任及副主任。在日常管理中，實驗室主任是重點實驗室日常管理和業(yè)務(wù)工作的負責人。

在人才隊伍建設(shè)方面，實施“燕山學者”高層次人才支持計劃，積極引進海內(nèi)外高層次人才。定期組織實驗室管理人員及技術(shù)人員的培訓學習，以提高其技術(shù)水平與管理能力。例如：組織實驗員參加S7-1500 PLC技術(shù)培訓、組織實驗室相關(guān)技術(shù)人員參加數(shù)字化培訓。針對大型儀器設(shè)備，在交付前要求廠家提供完整的技術(shù)資料并進校進行操作指導與技術(shù)培訓。

在平臺資源開放共享方面，為貫徹“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的方針，重點實驗室設(shè)立開放課題基金，資助與計算機網(wǎng)絡(luò)控制研究、復雜工業(yè)過程計算機控制系統(tǒng)集成及應(yīng)用、生物信息處理與模式識別、機器人智能控制和軍事測控及自動化等五個研究方向有關(guān)的具有重要科學意義的研究項目。積極開展國際和國內(nèi)科研合作與學術(shù)交流，鼓勵重點實驗室人員參加國際與國內(nèi)學術(shù)會議等學術(shù)交流活動，并為缺少基金或項目經(jīng)費支持的年輕教師提供資金支持。邀請國內(nèi)外知名學者擔任客座教授。每年定期舉辦學術(shù)報告8～10場，學術(shù)會議1～2次。

大型儀器設(shè)備資源全校共享，針對價值大于40萬元的科研設(shè)備，要求必須面向校內(nèi)開放，并將開放程度納入學院年度考核指標。科研平臺定期進行檢查和維護，保證安全正常使用。學生可自行申請對科研平臺的使用，可以單人使用，也可以幾人公用，使用方式較為靈活。學生基于科研平臺操作規(guī)程及使用注意事項自行開展課題研究。每次使用需做好儀器設(shè)備使用記錄，包括設(shè)備運行情況及使用機時等。與校內(nèi)實踐等培養(yǎng)模式相比，科研平臺在使用上更加自主，除正常科研項目外導師基本不干預學生的使用。以科研指標和用戶需求為動力，更加激勵學生開拓思維，產(chǎn)生一些新想法，可以鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、合作交流、獨立思考、思維創(chuàng)新、實踐動手等能力。

在安全把控方面，強化師生的實驗室安全意識，制定實驗室安全管理制度并嚴格執(zhí)行。對操作較復雜的大型儀器設(shè)備，在使用前對操作人員進行操作指導與安全培訓。在學生進入實驗室前進行安全教育。落實安全檢查與值日制度，定期進行安全隱患自查并及時整改。

4 結(jié)語

科研平臺是培養(yǎng)研究生科研水平和創(chuàng)新能力的主要載體，充足的學科建設(shè)經(jīng)費，比較完善的科研設(shè)備、全方位的科研項目有利于現(xiàn)代化科研平臺形成。從學生反饋情況可知，燕山大學科研平臺對于研究生能力培養(yǎng)作出了很大貢獻，并且相比固定式課程，更易調(diào)動學生主動性，開闊學生視野。通過平臺研究生可以全面了解交叉學科的項目申請、論證、立項及結(jié)題驗收過程，間接培養(yǎng)研究生科研能力內(nèi)涵中的組織管理能力與表達交際能力，實現(xiàn)科研創(chuàng)新能力與工程實踐能力的全面培養(yǎng)。然而單純依靠科研平臺進行專業(yè)碩士培養(yǎng)的方式也具有一定的局限性。為提高人才培養(yǎng)與社會需求的契合度，還需進一步規(guī)范專業(yè)學位研究生實踐基地的建設(shè)和管理，結(jié)合有效的校外實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生良好的職業(yè)素養(yǎng)和較強的解決實際問題的能力。