增材制造领域工程硕士专业基本能力培养方法.doc

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1、增材制造领域工程硕士专业基本能力培养方法摘 要 针对当前增材制造领域工程硕士培养中存在的专业认知程度不深、工程基本能力不强等问题，深入发掘增材制造理念内涵与外延，强化锻炼工程思维与能力，严格夯实基础能力培养，切实提升工程创新能力。提出了“内涵深化工程思维基础涵盖创新提升”的四维培养方法体系，提升该领域工程硕士培养能力和水平，提升该专业工程硕士的基本能力和工程创新能力。相关研究为应用型院校工程硕士专业基本能力的培养，提供理论依据和方法参考。 关键词 增材制造；工程硕士；专业基本能力；培养方法 基金项目 2021年度江苏省研究生教育教学改革项目“面向新工科的硕士专业学位研究生工程实践教育体系与实践

2、平台构建”（18&ZD076） 作者简介 任维彬（1983），男，黑龙江鸡西人，工学博士，江苏理工学院机械工程学院讲师，硕士生导师，主要从事激光成形形状与性能控制研究；雷卫宁（1963），男，江苏金湖人，工学博士，江苏理工学院机械工程学院研究生处处长，教授，硕士生导师，主要从事精密与特种加工研究。 中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1674-9324（2022）02-0130-04 收稿日期 2021-08-19 引言 在“双一流”和高水平大学建设的新时期，作为教育结构中最高层次的研究生教育质量尤为重要，是国家高层次人才培养成败的关键1。近年来，增材制造专业领域工程硕士培养需

3、求急剧增加，而该领域工程硕士培养阶段普遍存在新兴领域专业认知程度不深、工程基本能力培养不够等难点，体现在以下方面：（1）不能与传统的焊接成形与质量控制形成明显区分，无法体现专业特色；（2）工程理念及专业特点体现不充分，与学术硕士的差异性不明显，工程相关基本能力培养不足，工程创新能力培养弱化；（3）专业体系内涵与单纯增材制造工艺本身区分不明显，对于增材制造全工艺流程理解不充分。该领域工程硕士培养过程中亟待解决的问题。 针对上述问题，高校教育工作者开展了广泛而深入的研究，例如哈工大电子与信息工程学院采用“大师+科研团队”、科教融合、科研育人的专业人才培养模式2。四川大学匹兹堡学院与增材制造解决方案

4、供应商Stratasys采用校企合作的方式，开展校企协同育人，探索和试点3D打印考试认证项目，推动增材制造教学实践3。北方民族大学陈宇红提出通过依托开放实验室，为研究生提供开放空间，利用实验室的设备资源优势，为研究生创新提供条件支撑和对外合作交流窗口4。李奇林等提出构建大学生科技创新能力评价体系，以科技竞赛为载体，探索应用型学生专业基本能力及创新能力5。清华大学紧密结合工程前沿，发挥校企、课题组复合导师制的指导作用，强化培养实践能力和职业素质6。杨关等教育者指出研究生培养中需注重学科必修与方向选修结合，突出学科交叉培养跨界复合型人才7，8。尽管上述研究取得了一定进展，但仍存在以下局限性：（1）

5、针对增材制造专业领域工程硕士的培养体系及方法未建立；（2）对学生自身整体知识能力及水平有一定要求，不具有各层次工程硕士培养的普适性；（3）未能真正在“工程应用”研究过程中，实现创新能力的培养与提升。综上，文章提出了“内涵深化工程思维基础涵盖创新提升”的四维培养方法体系，多层次发掘该专业领域工程硕士的专业基本能力。 一、专业内涵认识深化 增材制造区别于传统制造方式，具有“从无到有”的特点，其主要技术方式构成如图1所示。 学生对上述增材制造概念都具有一定理解。但对增材制造专业的“工程”理念并o深入体会，而增材制造工程涵盖工艺及方法的全流程，是一个闭合的制造体系流程，具体包括以下主要阶段。 1.评估

6、与设计阶段。包括增材制造的可行性评估、安全及风险性评估、工艺流程设计、材料成分设计与制备、制造结构分析与校核、增材装备设计与构建、相关工装夹具设计等。 2.增材制造准备阶段。包括部件的拆解与解离、三维结构反求测量、数模比对与验证、材料准备与前处理、装备与工艺调试、优化工艺及参数试验、人员准备及方案商定。 3.增材制造实施阶段。包括优化工艺参数实现、成形高度及熔池温度控制、实时在线闭环控制、气体保护氛围施加以及烟尘蒸汽过滤吸除等。 4.增材制造完成阶段。包括去应力退火、机加前热处理、整体及局部形变测量、覆层组织分析、力学性能试验、防腐与特殊功能验证、全过程整体评估及工艺定型等。 上述四个阶段是以

7、工程理念深化学生对增材制造的认识与理解，与现有的狭义的增材制造概念本身相区别。从广义内涵理解培养学生的“工程”整体化思维，可以建立学生更广泛的专业的工程化认识，“全流程”且“系统性”的锻炼，提升学生的“工程化”思维与能力。 二、工程思维能力的培养 笔者始终以“5个为什么”，牵引学生进行工程化思维锻炼，以某学生课题工程化思维启发过程为例，该生课题为“某高温合金激光增材制造覆层性能研究”，其工程化思维启发引导流程如图 2所示。上述辩证思维过程培养学生形成一种工程化思维习惯，始终围绕“5个为什么”开展课题研究，即“为什么做”“怎么做”“做的过程是什么”“做的结果如何”“做的结果有什么用”。将上述5个问题贯穿学生课题的全过程，任何环节的问题无法阐述清楚，不得进入下一问题所涉及的课题环节，以此考查和培养学生的工程化思维和能力。 三、夯实专业基础能力 本专业领域涉及计算机编程、机器人控制、数学算法研究、工装夹具设计、材料分析基础等多学科知识与能力的交互运用，而工程硕士在本科阶段通识教育培养过程中显然无法满足上述需求，笔者在学生的指导过程中采用了“针对目标，专项涵盖；反复运用，夯实基础”的方法。具体实现过程举例如下。 第 5 页 共 5 页