工程专业学位硕士研究生创新实践能力培养体系构建

来源:用户上传      作者:黄景涛　王勇　梁云朋　邱联奎

　　摘  要 结合电气工程领域专业学位硕士研究生培养过程，探讨工程类专业学位研究生创新实践能力培养的有效路径，探索贯穿课程学习、专业实践和课题研究全过程的创新实践能力培养体系。充分发挥课程教学在创新实践能力训练中的基础性地位，倡导理论联系实际的教学方法，依托校内实践教学资源，构建面向专业学位研究生的创新实践平台，倡导学生开展创新性的研究与实践，构建课内外融合、校内外协同的创新实践能力培养体系。
　　关键词 专业学位;创新实践能力;培养体系;硕士研究生;创新实践平台;倒立摆系统
　　中图分类号：G643.7    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2020）06-0123-03
　　Training System of Innovation Practice Ability for Professional Degree in Engineering//HUANG Jingtao， WANG Yong， LIANG Yunpeng， QIU Liankui
　　Abstract Combined with the training process of professional degree
　　in electrical engineering， the effective path of innovation and practice
　　ability training of master degree in electrical engineering is discussed
　　to explore the innovative practical ability training system throughout the whole process of curriculum learning， professional practice and
　　thesis research. the basic position of curriculum teaching in innova-tive practical ability training should be given fully attention. The instantiation teaching method is advocated to combine theory with practice more closely. Relying on the practical teaching resources in the campus， an innovation practice platform is built for professional degree graduates， and advocate students to carry out innovative research and practice. By this way， a training system of innovative practice ability is constructed that integrates in and out of class and cooperates in and out of school.
　　Key words professional degree; innovative practical ability; trai-ning system; master degree; innovation practice platform; inverted pendulum system
　　1 引言
　　随着我国新时代经济社会发展，产业转型升级持续推进，对高层次工程技术人才提出新要求。全日制专业学位研究生在我国研究生培养中占有重要地位，已成为我国研究生教育层次的主要类型。以社会需求为导向推进应用型高层次人才的培养，成为硕士生教育的重中之重[1]。其中，创新实践能力的培养是专业学位研究生培养的重要方面，也是区别于学术学位研究生的主要特征。
　　与学术学位研究生教育相比，专业学位研究生教育在培养目标、培养标准、培养条件、培养模式、课程体系、质量保证、质量评价考核等方面的差异化不够突出，专业学位研究生与学术学位研究生的差异化培养是研究生教育改革的“深水河”[2]。工程类专业学位硕士研究生培养应强调工程性、实践性和应用性，而现有全日制专业学位研究生在课程设置、专题研究以及学位论文选题、研究、写作与指导上，往往是在相应学科学术学位研究生培养经验的基础上修改而来的，这就使得培养过程与学术学位研究生培养的差异难以落到实处，应用型实践特色不够鲜明，毕业研究生与产业領域对高层次应用型人才的需求还有一定偏离。因此，需要持续探索专业学位研究生教育培养的特点与规律，加强专业学位研究生教育过程中的创新实践教育，以更好地适应新时代经济社会发展对高层次应用型人才培养提出的新要求。
　　马永红等[3]认为，专业学位研究生教育应具有“内部适应性”和“外部适应性”的双适性特征，将专业学位研究生培养的投入分为教学培养和实践培养两大方面进行考量。刘国靖等[4]探讨了以横向课题牵引提高专业学位研究生培养质量的内涵与特征，并给出具体实施措施。彭芳等[5]探索了以践应用能力培养为导向的课程教学方法。针对专业学位硕士研究生专业实践的探索有多种形式，但课程学习环节对于研究生创新实践能力培养中的基础性作用体现不够。本文在总结河南科技大学电气工程领域专业学位硕士研究生培养经验的基础上，对研究生创新实践能力培养途径进行探讨。
　　2 实践创新能力培养环节设置
　　工程类全日制专业学位研究生培养与学术学位研究生培养机制类似，采取导师负责制，实践创新能力的培养应贯穿课程学习、专业实践、课题研究等主要培养环节。工程类专业学位在创新实践能力培养环节设置上遵循先进性、复合性、工程性和创新性，以社会需求和学生个性化培养的要求为引导，从课程设计、教学过程等方面进行设计。针对能源动力类电气工程方向（原电气工程领域工程硕士）社会对人才的需求，结合学校实际情况，设计贯穿课程教学、专业实践、课题研究全过程的创新实践能力培养环节。创新实践能力培养矩阵如表1所示。 　　如表1所示，根据电气工程专业学位研究生培养目标，设置的培养环节主要包括课程学习、专业实践和论文研究。其中课程分为思政类课程，英语、数学等基础课程，信息检索、知识产权、科技论文写作等工程基础素养课程，以及专业知识课程模块，不同课程模块对于学生的知识、能力、素质的支撑度不同。实践能力培养模块包括企业专业实践、课程实验与实践教学环节。需要说明的是，课程教学环节中实践创新能力的培养对于增强企业专业实践效果、顺利开展课题研究起着基础性作用，在研究生课程教学环节往往容易被忽视。
　　在实际教学过程中，如何设计课程实验与实践环节是一个值得重视的课题。由于研究生教育实行导师负责制，不同导师科研方向存在差异，势必影响学生投入具体实践项目上精力的差异。因此，课程实践项目应尽可能选择相对基础的实践内容，同时能切实起到强化训练的目的，需要学生投入较多精力在课外时间完成。
　　3 创新实践能力培养平台构建
　　为加强课程教学环节在专业学位硕士研究生创新实践能力培养中的作用，构建校内实践创新平台显得尤为重要。工程类专业学位硕士研究生创新实践能力培养必然需要设计一些能够让学生实际动手操作、实践的教学项目，需要为学生开展创新实践类教学项目提供必要的仪器设备、场地及电子元器件等耗材的支持。为此，依托学校实验与实践教学资源，整合构建面向电气工程专业学位硕士研究生创新实践能力培养的实验与实践教学平台，配备示波器、信号源、稳压电源、计算机、恒温焊台、电工工具等仪器设备。依托“河南科技大学—Rockwell Automation电气自动化实验室”“河南科技大学—ETAP电力系统仿真分析联合实验室”等资源，构建创新实践配套，面向研究生开放共享。
　　如图1所示，创新实践平台依托学校电工电子实验教学中心、电气工程实验中心、电力电子装置与系统河南省工程实验室、电气电子河南省虚拟仿真实验中心构建而成，可支撑专业相关课程实验与课外实践。通过在校内实践创新平台开展课程学习环节的实验与实践项目，夯实基础，为后续开展系统化专业实践打好基础。在此基础上，通过开展与研究课题相关的专业实践，促进课题研究工作更深入、更贴近行业工程实际，更好地达成培养目标。
　　以电力系统创新实践为例，该平台既有国际领先的电力系统仿真分析软件ETAP，又有电力系统综合自动化、继电保护、光伏发电、直驱式风力发电等实验系统，可支撑“线性动态系统理论与设计”“电力自动化技术”“新能源发电技术”等课程的实验与实践教学。比如，配备的直驱式风力发电实验装置包括7.5 kW的模拟风力发电机组及相应的控制器、变频器，还配有快速原型控制系统（rapid con-
　　trol prototype，RCP），可进行风力发电先进控制策略的研究性学习和实践。
　　4 实例化教学模式推广
　　传统的课程教学环节以讲授相关知识、理论和方法为主，多数课程知识及理论是高度抽象化的，与工程实际存在一定的差异。建立起基础理论与工程实际间的联系，对于学生深入掌握理解相关知识至关重要，尤其对于提高学生后续开展课题研究甚至走上工作岗位后运用相关理论方法解决实际问题的能力极为重要。
　　以基础理论课程“线性动态系统理论与设计”为例，该课程理论性较强，同时在实际工程系统中广泛应用。以清华大学郑大中教授编写的经典教材《线性系统理论》和Chi-Tsong Chen编写的Linear system： theory and design为例，课程内容围绕现代控制理论的主要内容展开，但绝大部分内容是抽象的数学运算，以矩阵的代数及求逆运算为主，理论分析严谨。但在学习过程中容易使学生陷入几乎纯数学运算与分析，而忽视背后所代表的动态系统。如果能设计教学实例，贯穿课程始终，那么学生在学习基本理论的同时，更易于建立抽象的数学描述与具体的实际系统之间的联系。
　　在教学过程中选取倒立摆这一典型系统作为教学实例，从系统状态空间模型建立、运动分析、能控性分析、能观测性分析、稳定性分析到倒立摆控制器设计，涵盖课程主要内容。在讲述相关概念和理论方法的同时，结合该实例进行分析，使学生建立起理论方法与实际系统间的联系。
　　以倒立摆系统控制为例，除了集中体现上述理论性较强的专业基础课主要内容外，还可以贯通到其他课程中，并开展实验与实践学习。比如“现代电力电子与电力传动技术”课程，可结合倒立摆系统中电机的驱动与控制问题进行课程相关内容的讲授，并要求学生设计相关的电路。再如在“DSP与可编程器件应用”课程中，可结合倒立摆系统控制问题，讲述基于DSP的控制系统软硬件设计。
　　以倒立摆作为教学实例的教学设计如图2所示。首先通过形象直观的图片、短视频等形式，展示实际生活中人们所熟知的机器人、平衡车、杂技等，分析其本质上可看作一个等效的倒立摆系统，而作为实验装置的倒立摆正是研究该类系统特性及控制方法的物理验证平台。在讲授系统建模方法时可结合该实例建立其模型，并进行特性分析，进一步设计使其能够稳定运行的控制器。完成控制器的理论设计后，借助MATLAB/Simulink平台搭建仿真系统进行仿真分析，在仿真系统中验证所设计控制器的控制效果，分析其控制性能。得到满意的仿真结果后，可以将控制方案移植到倒立摆物理平台上进行实验研究，通过分析实际实验结果与仿真系统中结果的异同，引导学生了解实际工程系统中可能影响控制器性能的主要因素。经实验验证，可进一步指导实际的机器人、平衡车等类似系统的工程设计。其中涉及系统建模、特性分析、控制器设计、仿真分析、实验研究等实际工程领域技術开发的主要环节。
　　通过接近工程实际的实例化教学，极大地提高学生学习的兴趣，让学生在不断解决问题的过程中有一定的成就感，进一步激发学习热情，形成从让学生学到学生本人想学的转变，可有效促进学生创新实践能力的培养。
　　5 结语
　　面向电气工程领域行业需求，探索工程专业学位硕士研究生创新实践能力培养路径，初步构建贯通课程学习、专业实践和课题研究的创新实践能力培养体系，通过搭建面向专业学位硕士研究生的校内创新实践平台，为切实加强课程教学环节对研究生创新实践能力的基础性训练提供条件。在教学过程中倡导实例化教学模式，选择设计能够集中体现主要教学内容、贯穿教学全过程的案例进行教学设计。实践表明，通过这种方式可有效提高教学效率，促进专业学位研究生创新实践能力的提高，初步形成课内外融合、校内外协同的创新实践能力培养体系。
　　参考文献
　　[1]王宇昕，王传毅.中国硕士培养定位的变迁：基于历史制度主义的分析[J].学位与研究生教育，2019（6）：45-52.
　　[2]赵沁平.研究生教育领域仍需摸着石头过的三条河[J].研究生教育研究，2019（1）：1-2.
　　[3]马永红，刘润泽，于苗苗.专业学位研究生教育质量指数研究[J].研究生教育研究，2019（5）：9-15，37.
　　[4]刘国靖，胡亚男.聚焦实践问题以横向课题牵引提升专业学位研究生培养质量[J].研究生教育研究，2019（5）：65-69.
　　[5]彭芳，吴军，马健，等.以实践应用能力培养为导向的专业学位研究生课程教学改革研究[J].中国教育技术装备，2018（20）：80-84.
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