引入培养工科研究生工程实践和创新能力

引入Project培养工科研究生工程实践和创新能力

电子信息工程学院　张荷芳

摘　要　研究生的素质培养涉及多个层面，其中工程实践能力和创新能力是研究生培养的主要目标。通过对我校研究生教改项目“专业课程教学中引入Project，培养研究生工程实践和创新能力”的研究和实践，对培养研究生工程实践和创新能力的方式方法进行了一些探索。

关键词　研究生教育；工程实践能力；创新能力；Project

研究生教育是高等教育的重要部分，是培养高层次专业人才的主要途径。研究生将成为我国在新世纪科学技术高速发展中的骨干力量。知识的创新作为一个重要因素强烈而深刻地影响着一个国家的综合国力和国际竞争能力，在很大程度上决定一个国家、一个民族的前途和命运。因而研究生教育必须强调创新意识和创新能力的培养。

在国外，每一门研究生课程学习中，都有大量的Project提供给学生自由选择，学生们选择了Project后，就会查阅大量的有关资料，根据Project提出的要求，对其进行分析综合，提出自己的分析设计方法，进行一些实际的仿真实验，得出自己的结论，在这一过程中，学生的各方面能力都得到相当的锻炼，其收获应该是很大的。

文中讨论在研究生专业课程中如何引入Project，引入Project后的实施过程以及对提高研究生工程实践和创新能力的意义。

一、瞄准国际先进水平，选择合理的Project

研究生教育阶段的实践性，同本科生相比较，有很大的不同。本科教育中也强调理论联系实际，但它一般是简化了的实际，其目的是传授前人已经获得的知识，或者是验证已知的，重复科学发展中的某些重要实验。而在研究生教育阶段，除课堂实验、习题练习之外，还有由学生自己命题、自己设计的一些实验，从事论文或设计的实验。在专业课程教学过程中引入的Project就是针对国际的先进水平，利用先进的计算机软件，对自动控制中的热点工程问题进行模拟仿真分析和设计。通过这些Project的实践，学生们不仅能掌握先进的计算机应用软件和工程控制算法，而且可以通过大量阅读文献资料，跟踪当前国际先进水平，了解该学科的一些前沿知识和技术，提高综合科研能力和创新能力。

下面是在2005年提供给学生的部分Project，学生也可以通过查找资料，选择自己更感兴趣的题目。

2005年Project列表

P1.一级与二级倒立摆控制

1）问题背景资料与控制方法参考文献查找：

①Matlab Simulink中的一级倒立摆仿真程序。

②……

2）建立一级与二级倒立摆的数学模型，在Matlab Simulink下做动画仿真。

3）控制方案分析和设计。

4）算法实现与仿真结果。

……

P3.Yaw damper design for 747jet aircraft.

1）题目来源：case study in matlab control toolbox.

2）参考文献及问题背景资料查找。

3）数学模型的建立与分析，在Matlab Simulink下仿真。

4）控制方案的设计及仿真实现。

P4.Digital servo control of a hard－disk drive

1）题目来源：case study in matlab control toolbox.

2）参考文献及问题背景资料查找。

3）数学模型的建立与分析，在Matlab Simulink下仿真。

4）控制方案的设计及仿真实现。

……

P6.序优化方法求解Witsenhausen问题

1）参考文献及问题背景资料查找。

①Prof.Ho序优化讲义。

②Deng，M.and Ho，Y.（1999）.An Ordinal Optimization Approach to Optimal Control Problems.AUTOMATICA，35（2）.

2）序优化算法的实现。

3）仿真实现。

……

限于篇幅，不一一列出，在2006年和2007年的最优控制课程中又重新挑选了一些Project，每年都会有所更新。可以看出这些Project都是控制领域中较先进的课题，有一定难度，学生也喜欢这样的挑战，他们从这些设计过程中可以学到很多东西，并了解该学科的发展方向。

二、Project的目标及实施过程

最优控制课程一般是在研究生的第二学期进行，在课程进行到大约1/3的时候把Project布置下去，并提出要求，下面是一学期的安排。

Project要求及时间安排：

1）课程项目设立的目的是为了培养学生对具体问题的分析研究能力。希望各位同学深入分析研究问题的本质，灵活运用最优控制课程中已介绍的和将介绍的各种方法，给出多种可能的解决方案和结果，并进一步分析对比各种方案的优劣。

2）本次课程项目采用分组方式进行，每组3－4人，组员之间应分工合作，共同研究探讨，完成项目要求。

3）鼓励各组同学结合自己的经验、未来的课题方向或自己的兴趣自己找项目。所找项目需上报并经过认可，截止时间为课程开始后的第七周末。

4）鼓励采用本课程之外的其他方法更好地解决问题。

5）课程项目总时间为7周。进度安排如下：

①04/29，接受项目。

②05/13，第一次进展报告。每组10分钟：报告8分钟，提问2分钟。采用PowerPoint形式。重点介绍问题分析与解决方案。

③06/03，第二次进展报告。每组10分钟：报告8分钟，提问2分钟。采用PowerPoint形式。全面介绍项目：问题分析、解决方案、仿真结果和结论。接受各组同学的现场评分。

④06/10，交项目报告。

6）项目的评分按组给出，占总分数的20%，各组员的分数相同。

7）请各位同学认真对待，这是一次难得的锻炼自己展示自己研究能力的机会。

在Project实施过程中，学生有两次答辩机会，也是老师检查学生的过程，通过这两次答辩，同学们互相帮助，相互了解每组的课题内容，学到更多的知识。

三、效果分析及学生的体会

经过多年的研究与实践，在培养工科研究生的工程实践和创新能力方面做了一些探索，取得了一些成效，学生对这样的Project非常有兴趣，认为可以锻炼他们的动手能力、工程实践能力、在实践中运用理论知识解决实际问题的能力、相互合作的能力、系统分析规划能力和总结表达能力。

参考文献：

［1］　Bryson A E.Applied Linear Optimal Control［M］.Cambridge：Cambridge University Press，2003.

［2］　Benner P，Laub A J，Mehrmann V.Benchmarks for the Numerical Solution of Algebraic Riccati Equations［J］.IEEE Control Systems Magazine，1997（7）：18.

［3］　李国勇.最优控制理论与应用［M］.北京：国防工业出版社，2008.

［4］　Deng M，Ho Y C.An Ordinal Optimization Approach to Optimal Control Problems［J］.Automatica，1999（35）：331.