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美国麻省大学(University of Massachusetts Amherst)阿默斯特校区(以下简称麻省大学)是马萨诸塞州立大学系统五个校园中的主校园,是美国知名的研究型大学。该校创办于1863年,坐落在美国东部美丽的新英格兰地区。
麻省大学计算机系成立于1964年,其研究生教育也有超过40年的发展历史。由最初的3名教授发展到现在拥有43名教授,其中包括9名ACM计算机学会(Association for Computing Machinery)院士(Fellow)、4名电子和电气工程师协会(IEEE)院士、5名人工智能学会(AAAI)院士和2名美国科学促进协会(AAAS)院士。麻省大学计算机系在人工智能、网络与分布式系统、计算理论等多个领域的研究处于世界领先水平。作为美国知名的计算机系,麻省大学计算机系的教育理念是“培养下一代能以创新的方法解决真实世界问题的计算机科学家”(cs.umass.edu/grads/msphd-requirements)。在这个核心思想的指导下,该系非常注重对博士研究生的培养,为了达到培养学生具备进行原创性科学研究(Original Research)的能力的教育宗旨,该系制定了一套非常严格的课程计划,以培养学生坚实而广博的基础知识、良好的科学研究方法和思维习惯。麻省大学计算机系每年大约会收到1000份左右来自世界各国的优秀学生的申请,攻读其博士学位,而录取的人数一般保持在30名左右。完善和严格的博士研究生培养体系、开放而先进的教育理念,使麻省大学计算机系成为全美最具有竞争力的计算机院系之一。
麻省大学计算机系招收两种形式的博士研究生:硕士/博士连读研究生和直博研究生。只有在美国其他大学获得相应计算机硕士学位,并修完麻省大学计算机系认可的相关课程的学生,才有资格申请直接攻读博士学位;否则,学生在录取后必须经过硕士/博士的连续培养才能获得博士学位。
无论哪种形式,麻省大学计算机系博士生培养大体分为两个阶段:博士生资格学习阶段和博士生研究阶段。博士生资格学习阶段主要是对学生进行基础知识培养和基本研究能力训练。学生只有在通过博士资格考试论证,成为正式博士候选(PhD Candidate)人后,才能进入下一步的博士论文研究阶段学习。以下是麻省大学计算机系对硕士/博士研究生的培养要求:
(1)Actively participate in research under the guidance of an advisor(在导师的指导下,积极参与研究)
(2)Satisfy 6 Core Requirements (完成6门核心课程的要求)
(3)Complete 42 course credits (core courses taken to satisfy core requirements are included)(完成42个课程学分,其中包括核心课程的学分)
(4)Complete a 6-credit MS Project (完成6个学分的硕士研究项目)
(5)Graduate with an M.S. Degree(申请获得硕士学位)
(6)Pass the Department Qualifying Exam- Portfolio(通过博士资格考试)
(7)Form a Committee(成立答辩委员会)
(9)Complete 18 Dissertation Credits (完成18个学分博士论文)
(10)Pass the Teaching Assistant Requirement(完成助教的工作要求)
(11)Pass the Residency Requirement (at least 9 credits in back-to-back semesters) (完成连续两个学期修9个学分的要求)
(12)Defend and Submit a Thesis (博士答辩和提交博士论文)
本文将以麻省大学计算机系为例,探讨美国计算机专业博士研究生培养的一个重要环节――博士研究生课程教育体系的特点,以期为提高我国的计算机专业博士生教育提供借鉴。
2掌握牢固的理论知识是培养优秀博士生的基础
美国的计算机博士教育非常注重对学生基础理论知识的培养,为了使学生掌握牢固而广博的基础知识,麻省大学计算机系要求每个硕士/博士研究生必须修完6门博士核心课程,而且成绩必须达到B+以上。这些核心课程分别属于计算机科学的三大领域:理论(Theory)、系统(Systems)和人工智能(Artificial Intelligence),课程设置具体如下:
(1) 理论核心课:计算理论(Computation Theory)、高级算法(Advanced Algorithms)
(2) 系统核心课:有三组课程,分别是:
编译技术(Compiler Techniques)、现代计算机体系结构(Modern Computer Architecture)
数据库设计和实现(Database Design and Implementation)、高级计算机网络(Advanced Computer Networking)、操作系统(Operating Systems)
高级软件工程I(Advanced Software Engineering: Synthesis and Development)、高级软件工程II(Advanced Software Engineering: Analysis and Evaluation)、程序设计语言(Programming Languages)
(3) 人工智能核心课程:高级人工智能(Artificial Intelligence)、机器人学(Robotics)、信息检索(Information Retrieval)、不确定环境下的推理(Reasoning and Acting under Uncertainty)、增强型学习(Reinforcement Learning)、机器学习(Machine Learning: Pattern Classification)
根据不同的研究方向,学生可以在六门核心课程的选择上有所不同,但为了加强理论基础和掌握知识的广度,无论哪个研究方向的学生,都必须修完两门理论核心课程和一门高级人工智能课程,同时,再根据自己的研究方向选修其他三门核心课程。例如,一个系统方向的博士研究生除了修完以上两门理论和一门人工智能课程以外,还必须修完来自于系统方向不同组的三门系统方向的课程;而一个人工智能方向的博士生则必须修完另外两门人工智能方向的核心课程和一门系统方向的核心课程。
每门核心课程由教师讲授一学期,其中每星期2次课,每次2小时,3个学分。根据内容不同,每门课程一般要安排5~8次书面作业、1次期中考试和1次期末考试。其中,对系统方向的课程来说,每个章节完成后一般还有一次课程项目设计(Course Project),主要要求学生实现相应的算法和进行性能评价。由于核心课程要求高,课程学习内容多,导师和系里会建议学生每学期选学不超过一门的核心课程,所有6门核心课程则在三年内完成。如果成绩没有达到B+,麻省大学计算机系允许学生重修该核心课;但是,如果学生在规定的博士资格考试申请时间前没有通过全部的6门核心课,则不再具备继续攻读博士的资格。
严格的核心课程作业、考试制度和淘汰制度,不但使学生牢固掌握了计算机科学各领域的基础知识,培养了学生勤奋刻苦的专研精神,而且极大地丰富了学生的视野,为学生进入实际科学研究打下了坚实的基础。
3灵活而完善的博士生选修课程体系是培养创新型人才的重要途径
美国一流研究型大学博士生教育的目标是培养世界一流的科学家和拔尖创新型人才,为了实现这个目标,美国的博士生教育除了注重培养学生扎实和精深的基础知识外,还非常注重培养学生的创新思维和发现新问题的探索精神及能力。
如果核心课程体系的设置是培养优秀博士生的基础,是向学生传授学科领域的重要基本知识和原理与技术,是学生全面掌握计算机基本理论与方法的重要途径,那么,选修课的设置则是对学科基本知识的补充,是培养学生学习新的知识和了解并探索前沿研究方向,从而成为创新型人才的重要手段。
麻省大学计算机系的做法是,在博士研究阶段,除了要求学生完成18个学分(6门)的核心课程学习以外,还要求完成24个学分(8门)的非核心课程(或称为选修课)学习。这些选修课大多是关于本学科及相关专业前沿领域近3~5年的新研究方向、研究方法或新技术的相关内容的介绍,一般由教师在每学期开学前提出新的课程计划,学生则根据自己的研究兴趣和职业目标自由选课。通过课程的学习,学生能在最短的时间内了解本学科相关领域的最新研究现状,更重要的是,在课程的学习过程中,教授会将许多新出现的问题在课堂上和学生讨论,同时,通过2~3个课程项目培养学生独立(或合作)解决新问题的能力,以及教会学生各种探索问题的研究方法。
在教学模式上,可以采用由教授主讲的传统方式,也可以采用以讨论为主的方式。以教授为主讲的教学模式在此就不再赘述,以下着重描述以讨论为主的选修课教学模式。
以讨论为主的Seminar是美国计算机院系的教授最常用的选修课教学模式。Seminar的课程设置没有固定模式,但通常有以下几方面的特点。
第一,课程的选题一般是近年新出现的有代表性的前沿研究课题。
第二,课程内容的选择一般来自近年来该领域顶级国际会议的专题论文。
第三,课程内容的组织由教师完成。教师在确定题目后,一般会根据论文的情况将讨论的内容分为多个子专题,每个子问题由3~4篇论文组成。课程的开始一般是综述性的论文或在该领域出现的最早的学术论文,其目的是探讨该研究方向出现的新的应用背景需求和所带来的新的挑战。其后的每个子专题则将对具体问题和方法进行深入探讨。
第四,选课的学生人数一般在20~30人左右,而且通常是由学完了核心课程以后的高年级博士生组成。学生人数太少,论文的覆盖面可能太小;学生太多,可能导致讨论的深度不够。同时,只有学完了基本理论后,学生才有可能具备较深入分析问题的能力。在Seminar的学习讨论中,找到新的研究问题也是该课程设置的重要目的之一。
第五,课堂教学的模式基本上是教师和学生互动的教学方式。教师在第一节课引导学生对该领域的基本问题有了初步认识后,学生将对每篇论文进行评估(Review)、宣讲(Presentation)和进行课堂讨论。每篇论文的宣讲时间是25~30分钟,课堂讨论时间是10~15分钟。其中教师将引导学生对论文中所研究的问题和关键技术进行深入讨论,学生参与讨论的情况将作为课程考核的重要依据。
选择合适的题目并对教学讨论的内容(论文)进行筛选和组织对开课教师的要求非常高。为了准备一门新的Seminar课,教师一般需要预先通读该研究方向所有重要国际会议的相关论文,然后根据不同的研究问题对论文分类,并将其中有代表性的论文提炼出来,作为课程学习的论文。在课程项目的设置上,教师会事先准备一些题目,如对某些算法的实现、评估和改进,实现原形系统等,同时也非常鼓励学生在论文讨论的过程中有针对性地提出自己的见解和新的解决问题的方法。
4合理的课程学习安排是培养高质量博士生的有效保证
美国的博士教育是以博士生的最终质量为评判标准,而不是以年限来规定学生的毕业时间。在美国计算机专业,培养一个硕士/博士生一般需要至少5年时间。由于强调博士生专业知识学习的深度和广度,在整个博士学习阶段,博士生都会积极参与课程的学习,并尽可能地将研究项目中的问题和课程学习联系起来,用所学到的方法或思路来解决新问题。
以麻省大学计算机系为例,虽然学生的背景不同,但为了在保证质量的前提下帮助学生用最短的时间顺利完成博士课程要求和博士论文要求,系里建议学生按如表1所示的时间表安排整个博士阶段的学习计划。
麻省大学计算机系不但在本系有完善的研究生课程体系,学生可以根据自己的研究兴趣和职业规划来自由选课,而且也鼓励学生在其他相关院系选修本系没有开设但对研究有用的课,如数学系或电子工程系的高级课程。总之,美国博士教育的一个重要特点是强调基础知识的学习,鼓励学生以积极的态度参与到课程的学习中,同时训练学生在课程学习的过程中逐步学会发现问题和研究问题的方法。
5启示和建议
美国的博士教育强调坚实的基础理论知识、完善的知识体系和用于探索与创新的研究能力,而这些恰恰是决定博士毕业生日后发展潜力的关键。长期以来,我国计算机博士教育主要是通过参与科研项目的形式来对学生进行培养,这种“研究项目驱动型教育”在我国恢复研究生教育的初期起到了很好的推动作用,培养了大批科研人才。但随着教育本质的回归和创新型人才培养的需要,从总体来看,我国的这种单纯强调研究项目的教育模式培养的博士生,质量与国际先进水平相比还有一定的差距。由于没有严格的博士课程要求和淘汰制度,学生在学习阶段往往会忽略对基础知识的学习和对知识结构的完善。长此以往,必然会影响博士生的研究水平和发展潜力,最终将会影响国家的整体创新能力。
笔者建议,为了使学生掌握牢固的专业基础知识,同时培养学生在某一学科领域的研究兴趣和基本的研究能力,应该首先强调核心课程体系的建设,不论哪个方向的学生都必须通过一定数量的核心课程的学习,如算法、分布式操作系统、人工智能等,这些核心课程应由教师来讲授;同时,应严格课程的考核制度和课程评价体系。对于选修课,由于其主要目的是扩展学生的视野,培养学生分析问题和研究问题的能力,所以应借鉴国内外Seminar课程的成功经验,积极有效地激励教师和学生共同上好Seminar课。
博士生教育是一项复杂而艰巨的系统工程,而其中的课程学习是研究生培养中非常重要的一个环节,如何通过严格的培养机制和灵活的培养方法,在给学生传授基础知识的同时培养学生分析问题和解决问题的能力;如何将合理的研究生课程体系和研究项目结合起来,严格博士生培养机制,完善博士生资格评估体系,从制度上保障博士研究生的质量;以及如何真正教会学生探索科学基本问题的方法,培养学生良好的科研习惯和勇于开拓创新的精神等,是我们在计算机学科建设中应该进一步思考的问题。
一
、教学任务:
1.本年主要继续担任科技英语的教学。第一学期继续承担的是《电子商务》的教学。这是我第二次带这门课,这次除了认真备好课外,继续不断扩展和电子商务相关的课外知识,争取在讲好课文本身的同时,给学生介绍和电子商务有关的基础知识。这次比上次讲解更详细,而且讲解章节覆盖更广,取得较好的效果。第二学期承担的是《计算机科学概论》的教学。这是我第四次带这门课。但是为了精益求精,我把课本详细地进行了整理,充分利用网络的资源,在课件上补充了一些图片,丰富了教学的内容,使得教学内容更直观,增加讲授课人工智能这一部分,并且沿承以前的方式,针对大一新生英语基础比较薄弱的特点,每节课布置作业,坚持批改,及时了解学生听课的情况,对问题比较集中的地方重点讲解,比较圆满地完成了教学任务。
但是教学过程中仍然有许多不足之处。一方面自己的专业知识比较有限,在讲授计算机和电子商务相关知识中不能做到深入和精确,另一方面在教学进度和学生所要求的教学速度上未找到合适的平衡点。这些问题是在新学年中我要努力攻克的,希望能在同事和自己的帮助下使得科技英语的教学更上一个台阶。
2. 担任了信管0834班的英语教学工作。信管0834班是我从大一第二学期接班的,针对这种情况,积极和班主任沟通交流,了解他们以前的成绩,课下也和学生保持交流,了解他们的思想和学习情况,尽快完成我和学生互相的了解与适应。在这种情况下,系统地完成了从比较基础的《新概念英语》到难度加大的《新视野英语》再到四级强化的教学任务。结合上次的经验,针对各个学生鼓励教学,及时总结学生成绩情况。
在公共英语的教学中,深刻地体会到
了和以前上科技英语课的不同。公共英语课强调的是英语基础词汇和应用的培养,而且小班教学更需要老师及时了解学生学习的反馈情况。所以虽然担任的都是英语课的教学,但是要因材施教,学会在不同的课程中转换角色,以期达到良好的教学效果;
3. 承担了06级英语专业汉英翻译和07级英语专业汉英翻译的教学任务,翻译是英语专业所开设的一门重要的课程。对于这门课之前请教了同事,参考了多本资料,教学中补充了许多课本以外的知识点,通过大量的例子讲解翻译的理论,注重培养学生实践能力。由于这是第一次上这门课,还有许多问题亟待解决,尤其面对英语专业的学生,这意味着需要更加提高自己的专业水准,改进教学方法;
总体来说,作为一名英语老师,尤其是科技英语老师,在教学上不能浅尝辄止,要不断探索新的教学方法,了解学生的心理状态,努力提高教学水平。
4.毕业论文指导
圆满完成了2010届毕业生论文指导的工作。这次所带论文涉及经管类经济、电子商务、企业管理等方面,在与学生的交流中也加强了这方面的涉猎,从开题报告到论文的初稿、中期到终期答辩都给予学生认真的指导,最后十个学生都在学校规定的时间内完成了论文,并有几名同学获得优秀论文的荣誉。学生们普遍存在的问题是针对性不强,都选择了大方向、大角度入手,缺少贴身的、时效性强的、具有普遍意义的案例分析。所以,在论文的深度把握上还有一定的欠缺。学生毕业论文指导工作不仅帮助学生完成一门学业,我觉得,在这个过程当中,也让我们老师也看到了学生们是如何看这个世界,感受着每一位即将步入社会的学子心灵闪现的火花。与其说是老师指导学生,还不如说是我们师生共同上了一回社会大讲堂。
二、班主任工作:
10年下半年接任了英语0612班的班主任工作。这对我而言是一项全新的工作领域。刚接班就面临着校区搬迁的工作。在学
校和系部的缜密安排下,我积极和同学沟通,向同事请教带班过程中遇到的问题,使得搬迁的任务得到圆满的完成。后来在学校的严密部署下,在甲流期间坚持每天按时到教室测量体温。后半学期和考研学生一起拼搏考研,及时了解毕业班学生的心理压力,与他们及时交流,不时为他们鼓劲。在这虽然不长的一学期的工作中,深深体会到了一名班主任的责任重大和工作的不易。
[关键词] 三创教育 人才培养 自动化专业
一、引言
21世纪初,我国高教界提出了“三创”教育的理念,即在学科教育、学术教育、专业化教育、通识教育、文理融合及成功教育的基础上,使创造、创新与创业“三创”理念逐渐进入到高等教育的主体,甚至成为高等教育的灵魂。“三创”教育绝不是创造教育、创新教育与创业教育三者的简单相加,而是对传统教育从系统到要素的全面改革,从而创建一种与传统教育既互补又超越,且能反映民族、时代和未来精神的新型教育;是创造教育、创新教育与创业教育三者的重新整合和有机结合,是结构性、系统性的重组。
我校历来有教育创新的传统。作为全国高校最早实行学分制、选修制、导师制、创新学分制等创新制度的高校,我校率先明确提出“三创教育”新理念,并将“三创教育”作为学校长期的办学特色和指导思想,以培养“厚基础、宽口径、高素质、创新型”人才为目标,积极探索适应经济与社会发展的人才培养模式。我们自动化系在发展的过程中紧跟学校步伐,大力推进“三创”教育,通过优化师资队伍,加强课程与教材建设,广泛开展学生科研活动等举措,努力培养富有创造、创新、创业精神和能力的复合型高级人才,形成了具有鲜明特色的“三创”人才培养模式。
二、人才培养目标探讨
自动化学科是理论和技术发展十分迅速的领域,它以信息技术为基础,与电力电子技术、通信技术、人工智能、计算机技术与网络、生命科学等的发展有着密切的联系。面对自动化技术不断更新、自动化对象不断扩大、自动化理论不断发展的今天,我系立足于本专业的传统优势领域――火力发电厂过程检测与控制,以热力过程控制理论、自动检测与仪表、DCS集散控制系统和计算机应用等作为技术基础,培养能够在大型火力发电厂从事热工测量与控制、系统运行管理与决策等方面工作的高级工程技术人才;同时我系又不失时机的向信息与微电子领域转型,以电子技术、信息处理、系统工程和计算机网络等技术基础,培养能够在自动化工程公司、通讯以及网络公司从事系统分析、设计、科技开发及研究等方面工作的高级技术人才。
据统计,我系本科毕业生一般超过半数就业于国内较好的火力发电厂,近三成选择继续深造,其余学生就职于通信、网络等公司。根据以往企业对我系毕业生的反馈,我系以“精”与“活”、“准”与“拓”、“用”与“新”的标准来培养人才,以符合企业的要求。“精”与“活”――要有扎实的专业基础,不仅要精通理论知识,还必须要能灵活运用到工程实践之中,强调掌握理论知识的“精”与“活”;“准”与“拓”――要能抓住工程实践中的问题,准确找出问题与理论知识的关系,提出严谨的改进方法,强调解决工程实际问题的“准”与“拓”;“用”与“新”――要能对当前新的装置、设备的使用有较为深刻的了解,强调在“用”的层面上开创自己的“新”。基于此,我系近几年的就业率均达到90%以上。
三、人才培养模式实践
我系从培养学生“三创”能力的角度出发,抓住“一个转变”,即教育观念的转变;优化“两个环节”,即师资队伍的建设、课堂内外教学的主渠道;在抓住转变和优化环节中融入“三个重点”,即提高学生的创新精神、创造能力和创业意识;从而在整体上形成一种无论过程还是结果都具有“三创”特征的教育氛围。
1.转变教育观念
传统的大学教育强调知识教育,忽视学生综合素质和能力的培养,所培养的人才是知识蓄积型人才,这种人才适应性不强,缺乏创新意识和创造精神,更缺乏创业的魄力。随着我国社会主义市场经济体制的不断发展和完善,传统的教育已不再适应当今信息时代社会发展变化的要求,转变教育观念势在必行。
我系正是深刻认识到这一点,因此强调教师要重视发挥学生在学习中的主体作用,充分培养学生的学习兴趣,对学生“重过程,轻结论;重方法,轻知识”,在帮助学生规划大学四年目标的同时,鼓励学生参与科技创新竞赛,从实践中锻炼和提高创新创业能力,逐步从传授已有知识为中心的传统教育转变为着重培养学生“三创”精神的现代教育,从而真正实现从“要我学”到“我要学”,从“学会”到“会学”,进而到“会创造”的转变。
2.优化师资队伍的建设
发展应用型本科教育归根结底也要靠人才,靠一支思想品德优良、专业水平精湛的师资队伍。
优化师资队伍的建设,一方面,要积极引进高层次高水平的学科学术带头人;另一方面,也要充分发挥现有师资队伍的作用,要通过激励机制,不断在教学内容、课程体系、教学方法等方面进行改革和创新,提高青年教师的业务素质和教学水平。
3.加强课程与教材建设
我系根据国家及湖北省精品课程建设和评价指标体系,在强化数学基础上,确定了信号与系统、自动控制原理、计算机控制等一批重点专业主干课程建设课程,不断整合、更新课程体系;同时改变过去教学内容划分过细,各门课程过分强调各自的完整性的状况,加强不同学科之间的交叉,让学生活学、精学以及博学。
我系还积极推进相关重点建设课程的教材编著,由长期在一线教学、具有丰富教学经验的教授与实验员编写,在教材中尝试加入启发学生创造性思维的元素。教材初稿交由学生试用,针对学生在学习过程中遇到的问题和学习障碍再进行反复修改,使这些教材能够真正启发学生的“三创”思维,指导学生实践。
4.强化实践教学环节
针对学生普遍重理论轻应用的现状,我系在基础课程都配有相应的实验,在理论课学习到一定程度时,由学生亲自动手实验,融理论与实践,与实践中积累经验,加深对理论知识的理解。
我系还为即将毕业的学生安排生产实习,以弥补课堂和实验室教学的不足。在生产实习中,通过现场参观,熟悉典型企业的生产工艺流程;通过听取工程技术人员和企业管理者的报告,熟悉现代企业自动控制和生产组织管理系统的组成结构和典型的自动控制设备。生产实习既使学生能够学会运用所学知识分析现场实际问题,又能培养学生积极探索和不断进取的创新创业精神,因此受到学生普遍好评。
5.广泛开展学生科研活动
科研活动是培养学生科技创新能力的重要载体,是激发学生自主创造、创业的良好平台。我系十分重视学生科研,取得了十分骄人的成果,也积累了一定的经验。
对于低年级学生,着重培养创新意识和科技价值观。学生刚入学就组织参观系里的实验室和创新基地,并依托学生社团和科学文化素质教育基地开展丰富多彩的课外科技文化活动,让高年级的学生与低年级学生座谈交流,激发低年级学生的科研兴趣。
对高年级学生,为引导他们深入科学探索,培养科技创造力,我系对他们开放实验室,鼓励他们参与到校级和国家级的科研项目中;我系还专门成立了机器人兴趣小组和智能汽车兴趣小组,吸收那些既有兴趣,又有一定基础的学生,经过大约一年的理论学习和实战,选拔出其中最优秀的学生代表学校参加机器人大赛和智能汽车大赛。这个过程,即使那些最终没能参赛的学生,能力也得到了较大的提高。
刚接触科研的学生,对科技创新还有很多疑惑,需要老师的指点。我系在培养学生科技创造力过程中实行“导师制”,鼓励学生自主联系指导老师。让具有较强科研能力的教授担任指导老师,负责学生科研项目的选题、立项,开展平时的研究及成果申报等方面的指导工作。这样既能及时解决学生在研究过程中遇到的困难与问题,又使学生较快掌握正确的科研方法,确保学生学会学习,学会应用,学会探索,学会创造。
对于在科技创新过程中取得突出成绩的学生,我系建立评价、激励机制予以奖励,如奖励创新学分、破格保送研究生等,并以此激发学生的科研热情。
6.提高毕业设计质量
毕业设计是学生锻炼综合能力的最后环节,也是学生在校期间为数不多的体验完整科研过程的机会,因此保证毕业设计的质量就显得尤为重要。
我系在学生毕业设计过程中始终强调真刀真枪。毕业设计的课题大多结合工程实际,并配套有相应的经费,以便学生更好的开展课题的研究。毕业设计采用导师引导与学生自主学习相结合的方式,坚持文献综述与开题报告、中期考核和最后学位论文答辩等环节的严格规范化管理。
经过我系近几年的实践证明,高质量的毕业设计确实提高了学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力,对于学生后来的工作或者科研都奠定了良好的基础。
四、结语
近几年来,我们自动化系秉承“三创”教育理念及其实践,通过增强学生自主学习能力、研究性学习能力以及学生的创新、创造和创业能力,使学生无论在专业基础还是动手能力等方面都有明显提高,取得了十分显著的成绩。
越来越多的成果表明,我系已经逐渐形成并完善了“三创”人才培养模式,在教学和科研环节中,“三创”人才培养已经取得了可喜的成绩。
参考文献:
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关键词:安置交点偏角法圆曲线测设
前言
《礼记》有云:大学之道,在明德,在亲民。在提笔撰写我的毕业设计论文的时候,我也在向我的大学生活做最后的告别仪式。我不清楚过去的一切留给现在的我一些什么,也无从知晓未来将赋予我什么,但只要流泪流汗,拼过闯过,人生才会少些遗憾!
非常幸运能够加入水利工程这个古老而又新兴的行业,即将走向工作岗位的时刻,我仿佛感受到水利行业对我赋予新的历史使命,水利是一项以除害兴利、趋利避害,协调人与水、人与大自然关系的高尚事业。水利工作,既要防止水对人的侵害,更要防止人对水的侵害;既要化解自然灾害对人类生命财产的威胁,又要善待自然、善待江河、善待水,促进人水和谐,实现人与自然和谐相处。这种使命,更让我用课堂中的知识用于实际生产中来。特别是这两个月来的毕业设计,我越发感觉到学会学精测量基础知识对于我贡献水利是多么的重要。所以,我越发不愿放弃不多的大学时光,努力提高自己的实践动手能力,而本学期的毕业设计,为我提供了绝好的机会,我又怎能放弃?
刚刚从老师那里得到毕业设计的题目和任务时,我的心里真的没底。作为毕业设计的主体工作,我们主要运用电子水准仪对某幢建筑物进行变形观测与计算,布设控制点进行平面控制测量和高程控制测量;用全站仪进行了中心多边行角度和距离的测量,并用条件平差原理进行平差,通过控制点的放样来计算土的挖方量,还有圆曲线的计算与测设。而我研究的毕业课题是圆曲线测设。
大学的最后一个学期过得特别快,几乎每天扛着仪器,奔走在校园的每个角落,生活亦很有节奏。今天我提笔写毕业论文,我的毕业设计也接近尾声。不管成果如何,毕竟心里不再是没底了,挑着两个多月的辛苦换来的数据和成果,并不断的完善他们,心里感觉踏实多了。
在本次毕业设计论文的设计中要感谢水利系为我们的工作提供了测量仪器,还有各指导老师的教导和同学的帮助。
开题报告
一、研究课题:《微分曲线的应用》
二、学科地位和研究应用领域
1.学科定义
工程测量学是研究地球空间中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。
2.学科地位
测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。该学科无论怎样发展,服务领域无论怎样拓宽,与其他学科的交叉无论怎样增多或加强,学科无论出现怎样的综合和细分,学科名称无论怎样改变,学科的本质和特点都不会改变。
3.研究应用领域
目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分;也有按行业划分成:线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量等,几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。
国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会,过去它下设4个工作组:测量方法和限差;土石方计算;变形测量;地下工程测量。此外还设了一个特别组:变形分析与解释。现在,下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是:大型科学设备的高精度测量技术与方法;线路工程测量与优化;变形测量;工程测量信息系统;激光技术在工程测量中的应用;电子科技文献和网络。2个专题组是:工程和工业中的特殊测量仪器;工程测量标准。
工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。
工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障,满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。
工程测量仪器的发展工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件,向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术,可实现测量的全自动化,被称作测量机器人。
三、工程测量理论方法的发展
1.测量平差理论最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型,它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上,主要包括:平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断;模型误差对参数估计的影响,对参数和残差统计性质的影响;病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要,导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论,以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。
2.工程控制网优化设计理论和方法网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件,解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是:根据设计资料和地图资料在图上选点布网,获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。值精度,可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。
3.变形观测数据处理工程建筑物及与工程有关的变形的监测、分析及预报是工程测量学的重要研究内容。其中的变形分析和预报涉及到变形观测数据处理。但变形分析和预报的范畴更广,属于多学科的交叉。
(1)变形观测数据处理的几种典型方法根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法,由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算,可得到变形与显著性因子间的函数关系,除作物理解释外,也可用于变形预报。
(2)变形的几何分析与物理解释传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性,主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期观测下,参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取,也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。
(3)变形分析与预报的系统论方法用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统,它具有多层次高维的灰箱或黑箱式结构,是非线性的,开放性(耗散)的,它还具有随机性,这种随机性除包括外界干扰的不确定性外,还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外,还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征。
四、工程测量学的发展展望展望21世纪,工程测量学在以下方面将得到显著发展:
1.测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强;
2.在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合,解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
3.工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量,如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理;
4.多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用,如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成,可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。
5.GPS、GIS技术将紧密结合工程项目,在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。
6.大型和复杂结构建筑、设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。
7.数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。综上所述,工程测量学的发展,主要表现在从一维、二维到三维、四维,从点信息到面信息获取,从静态到动态,从后处理到实时处理,从人眼观测操作到机器人自动寻标观测,从大型特种工程到人体测量工程,从高空到地面、地下以及水下,从人工量测到无接触遥测,从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。
工程测量学的上述发展将直接对改善人们的生活环境,提高人们的生活质量起重要作用。文献综述
一、圆曲线的详细测设
在各类线路工程弯道处施工,常常会遇到圆曲线的测设工作。目前,圆曲线测设的方法已有多种,如偏角法、切线支距法、弦线支距法等。然而,在实际工作中测设方法的选用要视现场条件、测设数据求算的繁简、测设工作量的大小,以及测设时仪器和工具情况等因素而定。另外,上述的几种测设方法,都是先根据辅点的桩号(里程)来计算测设数据,然后再到实地放样。因此,在实际工作中利用上述传统测设方法,有时会因地形条件的限制而无法放样出辅点(如不通视或量距不便等),或放样出的辅点处无法设置标桩。
在本次毕业设计的论文课题中介绍的几种圆曲线测设的新方法,不仅计算简单、测设便捷,而且可在不需要知道曲线上某点里程的情况下进行,从而避免了按预先给定的曲线点反算的测设数据放样不通视而转站的麻烦。同时,利用本文介绍的新方法,还可以根据线路工程施工进度的要求,灵活地选择性地放样出部分曲线;也可以用于快速地确定曲线上某一加桩的位置;若用于线路验收测量,则更加方便,验测结果更具有代表性、更可靠。
二、全站仪在任意站测设圆曲线及方法交点偏角法测设方法
用全站仪任意站测设圆曲线,安置一次仪器就能完成全部工作。虽然外业计算麻烦,但对于不能设站的转点,可谓方便灵活。但它的不足之处仍然是计算烦锁,对于不熟悉内业的外业工作者,很难实际操作。如果利用一些程序计算器,编制输入:AB的四组坐标和半径、九个数据的程序,可迅速得出放样数据,简化了外业工作。
为了放样工作的便利,可在平面控制网中纳入一些放样点,构成GPS同级全面网。由于放样点间距离较近,在进行同步环和闭合环检验时可仅考虑各分量的较差,而不考虑相对闭合差。因为,用相对闭合差来衡量是不合理的。由于GPS接收机的固定误差,相位中心偏差以及观测时的对中误差均在1mm~5mm之间,对于几十米的短边,其相对闭合差值势必较大。3)平面控制网的设计主要考虑独立基线的选择以及异步闭合环的设计,要考虑构成尽可能多的闭合图形,并将网中处于边缘的观测点用独立基线连接起来,形成封闭图形。
同理,采用上述思路,也可测设缓和曲线。
在道路、渠道、管线等工程建设中,受地形、地质等条件的限制,线路总是不断转向。为使车辆、水流等平稳运行或减缓冲击,常用圆曲线连接,因而圆曲线测设是线路测设的重要内容。在公路、铁路的路线圆曲线测设中,一般是在测设出曲线各主点后,随之在直圆点或圆直点进行圆曲线详细测设。其测设的方法很多,诸如偏角法、切线支距法、弦线支距法、延弦法等。这些方法有一个共同点:均是在定测阶段放样出的线路交点处设站,以路线后视方向定向,在实地定出曲线主点,然后将仪器置于曲线主点(一般是在曲线起点)处,以路线交点为后视方向定向,进行圆曲线详细测设。这些方法在实际施测过程中,由于各种地形条件的限制以及施测方法的特点,可能会出现以下三种情况:
(1)在曲线主点处无法设站。
(2)后视方向太近,定向不准。
(3)误差积累较大。
为此,在交点可以设站的情况下,可以采用一种新的测设方法—交点偏角法。
本文提出的交点偏角法详细测设圆曲线方法,从上述的计算,测设的方法得知,它具有以下优点: