本書是一本為工程碩士專業(yè)學位研究生進行實驗課教學而編撰的一本實驗教材,涵蓋了工程碩士的十四個領域,包括計算機技術、船舶與海洋工程、材料工程、工業(yè)工程、機械工程、環(huán)境工程、電子與通信工程、建筑與土木工程、電氣工程、水利工程、光學工程、軟件工程、控制工程、集成電路工程等。實驗課程按照工程領域冠名為“xxx研究生專業(yè)實驗”,例如“計算機技術研究生專業(yè)實驗”。本書供選修相關實驗課程的工程碩士專業(yè)學位研究生和任課老師使用,亦可作為學術型研究生、高年級本科生、相關專業(yè)老師和工程技術人員的參考書目。工程碩士是涵蓋專業(yè)領域數(shù)量多的專業(yè)類別之一,領域之間的學科內涵差距較大。本書涉及的十四門課程,雖然具有工科的共同屬性,但內容是獨立的,相互之間并無必然的邏輯關聯(lián),讀者可根據(jù)自己的需要選擇精讀或泛讀其中的章節(jié)。
本書供選修相關實驗課程的工程碩士專業(yè)學位研究生和任課老師使用,亦可作為學術型研究生、高年級本科生、相關專業(yè)老師和工程技術人員的參考書目。
近年來,我國專業(yè)學位碩士研究生的招生規(guī);旧吓c學術學位研究生平分秋色。以華中科技大學為例,2017年在50個專業(yè)(領域)招收的專業(yè)學位碩士研究生,占碩士招生規(guī)模的50%左右。隨著規(guī)模的逐年擴大,培養(yǎng)質量能否滿足建設創(chuàng)新國家的要求和研究生自身創(chuàng)業(yè)、就業(yè)的需要,是培養(yǎng)單位面對的現(xiàn)實問題。其中,課程建設和課程教學毋庸置疑是基礎性的工作。以往專業(yè)學位研究生的課程體系,套用學術學位研究生課程內容、照搬其教學模式的現(xiàn)象較為普遍,導致絕大多數(shù)專業(yè)(領域)在實驗教學上基本是空白。在《教育部關于做好全日制碩士專業(yè)學位研究生培養(yǎng)工作的若干意見》(教研[2009]1號)中指出:專業(yè)學位研究生的培養(yǎng)目標是掌握某一專業(yè) (或職業(yè)) 領域堅實的基礎理論和寬廣的專業(yè)知識、具有較強的解決實際問題的能力,能夠承擔專業(yè)技術或管理工作、具有良好的職業(yè)素養(yǎng)的高層次應用型專門人才。實驗教學的空缺,使得這種培養(yǎng)目標難以實現(xiàn)。全日制專業(yè)學位碩士研究生的招生對象絕大多數(shù)為應屆本科畢業(yè)生,實踐經(jīng)驗少、應用能力差是其突出弱點。通過實驗課程教學來彌補和改善這些弱點,是一條行之有效的途徑。因此,建設一批高起點、高質量的實驗課程,是當前專業(yè)學位研究生培養(yǎng)中亟需解決的問題。
專業(yè)學位研究生的培養(yǎng)目標是通過學歷教育使其成為具有扎實理論基礎,并適應特定行業(yè)或職業(yè)實際工作需要的應用型高層次專門人才,強調面向行業(yè)、面向職業(yè)、面向應用、面向實踐,在培養(yǎng)上要充分考慮這“四個面向”。這其中,行業(yè)性和職業(yè)性是兩個重要特征。就專業(yè)學位研究生的群體而言,對其的培養(yǎng)具有鮮明的行業(yè)特性。如臨床醫(yī)學要面向醫(yī)療,法律碩士要面向司法,風景園林要面向園藝,教育碩士要面向教育。這就要求能將行規(guī)、行話、行業(yè)格局與視野等要素融入課程教學之中。就個體而言,又具有鮮明的職業(yè)特性。如臨床醫(yī)學要面向臨床醫(yī)生,法律碩士要面向法官和律師,教育碩士要面向教師,工程碩士要面向高級工程師。這就要求在課程教學中能夠包含職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)技能和職業(yè)意識規(guī)范等要素。所以,開拓行業(yè)視野,提升職業(yè)素養(yǎng),需要在專業(yè)學位研究生的培養(yǎng)中加以特別關注。
為將“開拓行業(yè)視野,提升職業(yè)素養(yǎng)”的培養(yǎng)理念融入實驗課程建設之中,我們提出了“高起點、創(chuàng)新性、行業(yè)性、專業(yè)化”的課程建設思路。高起點是指,研究生的實驗課程,要顯著區(qū)別于本科的實驗課程,屬于高等級的課程,要有高水平的建設目標。需要高水平的學者、編寫出高水平的實驗教材、以高質量的授課,取得滿意的教學效果。因此,要動員在科研一線的教師,結合自己的科研實踐,開設實驗課程中的實驗項目,將優(yōu)質科研資源轉化為優(yōu)質教學資源,實現(xiàn)高等級課程的建設。創(chuàng)新性是研究生實驗課程建設的關鍵,要以激發(fā)研究生的原創(chuàng)沖動為目標,使其能夠在原理、技術、工藝、方法、過程或用料等某些細微處有所創(chuàng)新,據(jù)此提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。行業(yè)性是指,將行規(guī)、行話、行業(yè)格局與視野等要素貫穿在實驗課程教學的全過程,強化職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)技能和職業(yè)意識的培養(yǎng),促使研究生從“知識本位”向 “行業(yè)本位”進行轉化。專業(yè)化是指,要按一門課程,而不是任意設置的研究方向來組織實驗內容。在強調高起點和創(chuàng)新性的時候,往往會使課程建設陷入數(shù)個科研課題組按自己的研究興趣分別或打包設置實驗項目的誤區(qū)。因此,應該在一個專業(yè)領域內,原則上只建一門課程,將本專業(yè)領域內共性的內容納入實驗課程,讓研究生修課后能在多方向上受到本專業(yè)領域綜合和系統(tǒng)的創(chuàng)新訓練,據(jù)此提升其總體職業(yè)技能和素養(yǎng),更好地體現(xiàn)課程的行業(yè)性和職業(yè)性。
以上述理念和思路為指導,結合“雙一流”建設,華中科技大學啟動了專業(yè)學位研究生實驗課程建設工作。首批在32個專業(yè)(領域)建設了32門專業(yè)學位研究生實驗課程,本套叢書就是與之相配套的實驗教材,包含三個分冊。第yi分冊為《專業(yè)學位研究生實驗課程——工科篇》,涵蓋了工程碩士中工科屬性較強的十四個領域,主編為劉勁松教授。第二分冊為《專業(yè)學位研究生實驗課程——薈萃篇》,涉及建筑學、金融、新聞與傳播等十個專業(yè)類別,主編為張昆教授。第三分冊為《專業(yè)學位研究生實驗課程——醫(yī)科篇》,涉及醫(yī)學中的五個專業(yè)類別和工程碩士中與生物醫(yī)學相關的三個領域,主編為張必翔教授。全校28個學院的36位老師主持了32門實驗課教材的編撰,共計近兩百位老師參與了編寫工作,具體名單見每門課程的參編人員。編委會愉快地邀請到華中科技大學校長、工程院院士丁烈云教授為叢書作序,邀請到本書作者之一——同濟醫(yī)院主任醫(yī)師、中國科學院院士陳孝平教授為《專業(yè)學位研究生實驗課程——醫(yī)科篇》作序。作為叢書總主編,在此向兩位院士和全體作者付出的辛勞表示衷心的感謝!
本叢書供選修相關實驗課程的專業(yè)學位研究生和任課老師使用,亦可作為學術學位研究生、高年級本科生、相關專業(yè)人員的參考書目。本叢書涉及的32門課程,內容是獨立的,相互之間并無必然的邏輯關聯(lián),讀者可根據(jù)自己的需要選擇精讀或泛讀其中的章節(jié)。本叢書中可能存在一些不足和錯誤,懇請閱讀和使用本書的讀者對發(fā)現(xiàn)的問題不吝指正,以便再版時修訂。
劉勁松,工學博士,華中科技大學光電學院/武漢光電國家實驗室二級教授,博士生導師,華中科技大學研究生院培養(yǎng)處處長。全國工程專業(yè)學位研究生教育指導委員會委員,中國學位與研究生教育學會工科工作委員會委員。寶鋼優(yōu)秀教師獎獲得者,獲中國學位與研究生教育學會研究生教育成果二等獎1項,湖北省高等學校教學成果一等獎2項。在空間光孤子、隨機激光和太赫茲科學與技術等領域主持國家自然科學基金7項,發(fā)表學術論文330余篇,翻譯出版《太赫茲輻射物理及應用》,參編《激光技術》和《物理光學》等教材。
第1章緒論/ 3
第2章計算機系統(tǒng)結構實驗/ 9
第3章數(shù)據(jù)中心構建實驗/ 14
第4章大數(shù)據(jù)存儲技術實驗/ 19
第5章大數(shù)據(jù)處理技術及應用實驗/ 26
課程名稱船舶與海洋工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 35
第2章水下結構物附連水質量試驗/ 36
第3章無軸輪緣推進器水動力性能試驗/ 39
第4章破損后海洋平臺適應性試驗/ 42
課程名稱材料工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 47
第2章功能材料實驗/ 49
第3章納米材料制備與成形實驗/ 55
第4章材料數(shù)字化成形實驗/ 57
第5章快速成形與快速制模實驗/ 63
第6章精密成形工藝與裝備實驗/ 64
第7章電子封裝技術實驗/ 66
第8章材料分析測試實驗/ 70
課程名稱工業(yè)工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 81
第2章UR5工業(yè)機器人的操作實驗/ 83
第3章基于ROS的抓取操作實驗/ 91
第4章Kinect攝像頭的圖像采集與處理實驗/ 98
第5章基于EtherCAT總線的伺服系統(tǒng)控制實驗/ 104
課程名稱機械工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 113
第2章三相交流異步電機的變頻器調速實驗/ 115
第3章PLC的基本使用實驗/ 126
第4章PLC高速脈沖輸入、輸出實驗 / 146
第5章PLC的模擬量輸入輸出及PID控制實驗/ 157
第6章人機界面組態(tài)實驗/ 174
第7章工業(yè)觸摸屏實驗/ 197
課程名稱環(huán)境工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 235
第2章環(huán)境科學與工程研究生專業(yè)實驗/ 237
課程名稱電子與通信工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 257
第2章通用軟件無線電TDLTE物理層軟件仿真實驗/ 259
第3章基于DSP的TDLTE物理層硬件實現(xiàn)實驗/ 308
課程名稱建筑與土木工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 347
第2章隔震減震結構震動臺實驗/ 349
第3章減隔震裝置性能研究實驗/ 355
第4章結構抗震性能擬靜力實驗/ 361
課程名稱電氣工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 371
第2章電力系統(tǒng)微機保護實驗/ 375
第3章電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制實驗/ 383
第4章智能電網(wǎng)實驗/ 400
第5章柔性輸電系統(tǒng)實驗/ 412
課程名稱水利工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 429
第2章水電機組運行與控制實驗/ 431
第3章水電機組狀態(tài)監(jiān)測與診斷實驗/ 434
第4章水電站廠內經(jīng)濟運行實驗/ 437
第5章分布式水文模型應用實驗/ 441
課程名稱光學工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 447
第2章太赫茲系列實驗/ 450
第3章半導體激光器參數(shù)系列實驗/ 464
第4章激光技術系列實驗/ 470
第5章光電技術系列實驗/ 479
課程名稱軟件工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 493
第2章系統(tǒng)需求分析實驗/ 501
第3章系統(tǒng)設計實驗/ 506
第4章系統(tǒng)實現(xiàn)/ 511
第5章系統(tǒng)測試實驗/ 514
第6章 附錄實訓中的項目管理過程說明/ 518
課程名稱控制工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 525
第2章控制系統(tǒng)綜合設計實驗/ 527
第3章檢測系統(tǒng)綜合設計實驗/ 546
第4章數(shù)字圖像處理綜合設計與實驗/ 553
第5章基于物聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)物流系統(tǒng)綜合實驗/ 570
第6章計算機視覺綜合設計與實驗/ 594
第7章附錄/ 602
課程名稱集成電路工程研究生專業(yè)實驗
第1章緒論/ 613
第2章微電子(光電子)建模與部分電學參數(shù)仿真/ 615
第3章半導體工藝設計、仿真/ 619
第4章結構應力、可靠性仿真/ 623
第5章現(xiàn)場參觀及VR實驗課程展示/ 626