時間：2022-10-16 08:29:33
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學校承諾“春節(jié)前畢業(yè)”
記者昨天聯(lián)系上了南京理工大學的相關工作人員，校方表示，目前周建偉博士畢業(yè)的事情經(jīng)過機械學院的老師和他本人的溝通，已經(jīng)圓滿解決。學校承諾讓周建偉在春節(jié)前畢業(yè)。這位工作人員說，并不存在導師不讓周建偉畢業(yè)這回事，只是學生因為找到了工作后比較心急，要求立即答辯。學校的博士畢業(yè)也有一定的時間表安排，要按部就班地來。
記者隨后聯(lián)系到了周建偉的導師，這位博導還沒有聽完記者的問題，就在電話里咆哮著說：“我不想談這個事情?！闭f完就掛了電話。記者還發(fā)了短信給這位博導，想聽聽他的說法，但直到記者發(fā)稿時，也沒有收到他的任何回復。
讀博只為逃避現(xiàn)實壓力
據(jù)了解，周建偉從武漢理工大學本科畢業(yè)后，先在南京廣州路上一家軟件公司工作了五年，后因感到工作的壓力太大，于是考上了南航車輛工程的研究生，3年研究生畢業(yè)后，周建偉又輾轉(zhuǎn)到南理工的機械工程學院繼續(xù)攻讀車輛工程系的博士。
熟悉周建偉的同學說，周建偉的性格還算開朗，不像是那種想不開的人，平時大家聊天的時候，他聊過為什么要讀博的想法。他說工作的壓力比學習的壓力要大得多，他本科畢業(yè)后每個月的工資近5000塊錢，但他覺得在私營企業(yè)工作沒有保障，5000多元的收入在付完房租、水電以及平常的應酬后所剩無幾。
這位博士同學說，大家聽了他的話后都覺得不能理解，博士的月收入連補貼加上導師發(fā)的工資，也就900左右，怎么能和5000元比呢？周建偉則有著這樣的解釋：900多塊錢如果不談戀愛自己開銷也夠了，博士畢業(yè)后如果能到高校里工作，除了工資之外，學校還會給安家費30萬元，科研啟動經(jīng)費5到10萬元，這些都包括在收入之內(nèi)，比在軟件公司工作壓力小多了。讀博士也是對現(xiàn)實工作壓力的一種逃避吧。
博士就是替導師打工
“現(xiàn)在大家都叫導師為老板，博士其實就是替導師打工的?！痹凇蹲蛱炖砉ご蟛┦刻鴺鞘录嵟摹诽颖桓鞔笳搲D(zhuǎn)載之后，也有不少博士網(wǎng)友發(fā)出這樣的感慨。周建偉也和千千萬萬的博士一樣，拿著導師每個月給的300塊錢工資為導師“干活”。在4年博士生涯中，周建偉所做的一切都在為最后的博士論文服務。前三年過得還算 “滋潤”，博士論文的開題，發(fā)表小論文，做實物和試驗他都干得很順利。但到了最后一年，他開始焦慮，老婆整天催他趕緊寫論文，好早點出來工作養(yǎng)家糊口。他花了六七個月的時間完成了博士論文的寫作，在這期間，他經(jīng)常失眠，愁論文、愁畢業(yè)以及愁就業(yè)。
關鍵詞： 美國；博士生教育；培養(yǎng)模式
中圖分類號： G649.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-8381(2012)05-0060-04我國自1981年初正式實施《中華人民共和國學位條例》以來，博士生教育作為最高層次的研究生教育一直備受關注。經(jīng)過全國高校多年的努力，我國博士生培養(yǎng)規(guī)模現(xiàn)已躍居世界前列\(zhòng)[1\]，但是教育質(zhì)量沒有得到同步提高。博士生作為高端科技人才的領軍群體，其教育水平代表了一個國家高等教育發(fā)達程度、科研水平發(fā)展?jié)摿蛧液诵母偁幜?。目前，中國正處于從“制造大國”到“制造強國”的歷史性跨越階段，需要大量從事高新技術研發(fā)和交叉領域的創(chuàng)新型高水平科技人才，機械學科的博士生教育遇到了前所未有的契機和挑戰(zhàn)。培養(yǎng)模式是指為了培養(yǎng)學生具備特定的知識、能力和素質(zhì)，學校在特定教育經(jīng)驗基礎上以某種教學思想為指導、某些教育理論為依據(jù)建立的范型\[2\]?？茖W的培養(yǎng)模式是博士生教育質(zhì)量的保障。
美國擁有150多年的博士生教育經(jīng)驗，其培養(yǎng)模式經(jīng)過不斷改革和完善，日益獲得國際學術機構的認可和效仿。本文以美國機械工程專業(yè)具有代表性的佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology，簡記為GaTech）為例，探討美國機械學科博士生培養(yǎng)模式的特點，并結合我國現(xiàn)狀，提出建議，希望為我國博士生教育提供有益的參考。
一、 美國博士生培養(yǎng)模式
創(chuàng)建于1885年的佐治亞理工學院是一所以理工科見長的公立大學。根據(jù)US News & World Report的統(tǒng)計，其工程學院研究生教育在全美連續(xù)4年名列第4，機械學科（Mechanical Engineering，簡記為ME）研究生專業(yè)在全美排名第6。ME在讀博士生約300人。下面以GaTech ME為例，介紹美國博士生的培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方式、所包含的主要環(huán)節(jié)及其要求\[3\]。
（一） 培養(yǎng)目標和方式
學生在獲得博士學位時應達到以下目標：具有未來在工業(yè)界和學術界從事工作所需的基礎，并形成終生學習的意識和習慣；掌握先進的分析問題和解決問題的方法，包括數(shù)學、計算機、實驗方法和技術等；掌握堅實的深入的專業(yè)知識，能夠成為某一領域的專家；具有寬廣的相關學科的知識基礎，具有解決交叉領域問題的洞察力和技術；掌握科學研究所需的技能，包括任務規(guī)劃、信息集成與綜合、團隊合作、交流溝通、等；提升領導力、學術職業(yè)道德、社會責任感和服務意識。
博士生學習年限沒有特定要求，但要保證至少兩個學期為全日制注冊。博士生培養(yǎng)實行導師負責制，整個在讀期間可分為兩個階段：（1） 入學后第一個學期和導師共同制定培養(yǎng)計劃，開始課程學習、科研的前期準備和調(diào)研工作，并通過資格考試。（2） 以科研為主，同時完成規(guī)定學分、教學訓練、學術講座等環(huán)節(jié)，最終在論文和答辯通過論文指導小組審核后獲得學位。在學期間，導師有權根據(jù)學生的工作情況中止對學生的指導（經(jīng)濟資助保留至該學期末），學生有1個學期的時間尋找新的導師。如果學生是因為工作表現(xiàn)欠佳和學術紀律問題被淘汰，所在學院一般不再予以接收。學生也有權更換導師、轉(zhuǎn)換學校或系、休學、退學等。學生已經(jīng)獲得的學分可以轉(zhuǎn)至新的校系，資格考試成績是否有效取決于轉(zhuǎn)入校系的規(guī)定。
（二） 主要內(nèi)容與基本要求
1. 課程學習和其他環(huán)節(jié)學分要求。根據(jù)博士生培養(yǎng)計劃的要求，博士生應獲得不少于42學分的學位課程學分，其中本專業(yè)課程24學分，相關專業(yè)課程12學分，其他課程6學分。從課程難度上看，要求至少36學分的課程為6級或以上（課程難度共分為8級，難度逐級增大）。
另外還有5個非學位課程學分。為鼓勵博士生參加本專業(yè)的學術講座，設有2個學分，學生提供11個講座的題目、演講者和日期可獲得1個學分。教學訓練是博士生培養(yǎng)的另一個必修環(huán)節(jié)，占3個學分。學生在參加了教學培訓課程后，選取一門專業(yè)課程，參加以任課老師為主的教學全過程，包括答疑、批改作業(yè)、輔導實驗、考試等。最為重要的是博士生必須自己獨立準備并講授3節(jié)課。學期末任課老師和系里教學委員會共同評價博士生是否可以獲得該學分。
2. 資格考試。在入學1年（直博生兩年）后所有博士生都必須參加博士生資格考試，但前提條件是已修課程成績GPA不低于3.3。資格考試的重點是考察博士生是否掌握了堅實寬廣的學科基礎知識和專門知識，是否可以利用這些知識分析和處理問題，是否具有完成博士學業(yè)所需的工作能力。每人必須分別參加3門分屬3個不同專業(yè)方向的綜合性考試，每門考試都分筆試和口試。資格考試通過后方可進入以研究為主的第二個學習階段。如有一門課程的口試或筆試環(huán)節(jié)不通過，則在下次考試中有一次補考機會。補考仍不通過者，將強制中止博士學習。淘汰率一般在25％左右，有些專業(yè)甚至高于40％。
西安交通大學機械裝備診斷與控制研究所所長、機械基礎實驗教學國家級示范中心主任何正嘉，長期從事工礦企業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷研究及應用40余年，在機械設備結構裂紋定量識別、非平穩(wěn)信號故障診斷和智能預示等方面開展了基礎理論研究和重要工程應用，取得了諸多創(chuàng)新性成果，對推動我國機械設備故障診斷與運行安全保障作出了突出貢獻。
潛心探索提出故障診斷新方法
重大裝備的各類故障中，因結構裂紋導致的失效占60%以上。裂紋這一“隱形殺手”被形象地稱為重大裝備安全運行的“癌癥”，具有難發(fā)現(xiàn)、易擴展、強破壞的特點。何正嘉帶領課題組于上世紀90年代中后期重點研究裂紋動態(tài)定量診斷新技術，經(jīng)過10余年的潛心研究和探索，發(fā)現(xiàn)并揭示了裂紋位置、裂紋深度與裂紋動態(tài)響應信號之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)明了基于小波有限元模型的三線相交結構裂紋的動態(tài)定量診斷方法，實現(xiàn)了大型回轉(zhuǎn)機械結構裂紋動態(tài)定量診斷，解決了裂紋動態(tài)定量診斷這一國內(nèi)外故障診斷領域的前沿與挑戰(zhàn)性難題。
在研究過程中，何正嘉首先建立了適宜結構裂紋故障診斷的小波有限元理論，采用多分辨多尺度小波函數(shù)替代傳統(tǒng)有限元的多項式插值函數(shù)，實現(xiàn)了結構裂紋的高精度建模。最終何正嘉研發(fā)出了機械結構裂紋定量診斷儀，可應用于汽輪機和航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子等結構的裂紋診斷，對關鍵設備安全運行與避免災難性事故產(chǎn)生意義重大。
目前，該成果從基礎理論、技術實現(xiàn)到儀器開發(fā)，已經(jīng)形成了一整套技術，在東方汽輪機公司、某航空發(fā)動機維修廠、西門子信號有限公司、上海寶鋼等50余家企業(yè)得到應用，獲得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。針對某型號航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)部裂紋因探頭不可到達而難以無損探傷的問題，利用小波有限元建模和動態(tài)測試，實現(xiàn)了裂紋定量診斷，成為某廠航空發(fā)動機安全保障中一種重要檢測技術。實踐證明，何正嘉所研制的機械結構裂紋定量診斷儀對裂紋位置與深度的定量識別誤差均在5%以內(nèi)。這一成果填補了國內(nèi)外在機械結構裂紋動態(tài)定量診斷領域的技術空白，能夠確保設備安全運行，避免因裂紋引起的災難性事故發(fā)生。
在裂紋動態(tài)定量診斷新技術研究的同時，何正嘉的主攻方向是機械故障非平穩(wěn)高精度診斷領域。他在長期的研究中發(fā)現(xiàn)，傅里葉變換、小波變換、第二代小波變換、多小波變換等的共同本質(zhì)是數(shù)學上的內(nèi)積變換，由此揭示了不同機械故障高精度診斷的內(nèi)積變換數(shù)學原理，并指出，構造和運用性能優(yōu)良的基函數(shù)與動態(tài)信號進行內(nèi)積變換，是提高機械監(jiān)測診斷合理性和準確性的關鍵技術。
何正嘉率先將先進的非平穩(wěn)信號處理方法引入機械監(jiān)測診斷領域，提出了變工況非平穩(wěn)機械設備運行故障診斷方法，從多尺度、多分辨時頻域提取故障信號特征，克服了采用傳統(tǒng)平穩(wěn)信號診斷方法難以準確提取變工況運行設備非平穩(wěn)故障特征的不足；最終開發(fā)了機械故障非平穩(wěn)高精度診斷系列新技術。開發(fā)了機車走行部、發(fā)電機組等關鍵機械設備運行監(jiān)測診斷系列實用技術和在線監(jiān)測診斷網(wǎng)絡系統(tǒng)，開拓了機械故障非平穩(wěn)高精度診斷的新領域。
繼往開來科研團隊促發(fā)展
何正嘉教授治學嚴謹，倡導團隊精神，在學術梯隊建設方面成績突出。擔任機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室系統(tǒng)監(jiān)控與診斷方向?qū)W術帶頭人，負責建設機械基礎實驗教學國家級示范中心。創(chuàng)建的“裝備智能診斷與控制”科研教學團隊擁有教授16名，其中教育部長江學者1名、教育部新世紀優(yōu)秀人才6名、全國百篇優(yōu)秀博士論文獲得者1名、交大騰飛教授3人；承擔國家級精品課程3門。為裝備制造學科發(fā)展凝聚了CAD/CAM、數(shù)控技術、故障診斷和減振降噪等一批骨干力量。他為人師表，舉賢薦能，甘為人梯，樂于奉獻，扶持青年學者成長為學科發(fā)展帶頭人，支持和幫助青年骨干教師主持或參與各類重大項目申報，在教學科研方面多次取得國家級成果獎勵。教學中，他負責并組織建設了機械基礎實驗教學國家級示范中心和3門國家級精品課程，何正嘉教授獲2008年陜西省師德標兵稱號、2010年全國優(yōu)秀科技工作者稱號。
何正嘉在指導研究生的過程中投入巨大的精力，同步嚴格要求研究生不斷提升道德品質(zhì)和學術水準。培養(yǎng)的博士研究生陳雪峰獲得了2007年全國百篇優(yōu)秀博士學位論文，2008年入選教育部新世紀人才、2009年入選陜西省科技新星、2010年入選西安交通大學騰飛人才，陳雪峰教授已成為我校機械工程學科的教學科研骨干，主持2項國家自然科學基金、1項863項目以及多項橫向合作課題。培養(yǎng)的博士研究生訾艷陽教授2010年入選教育部新世紀人才，主持3項國家自然科學基金、1項863項目以及多項橫向合作課題，2009年當選機械工程學院分黨委副書記。培養(yǎng)的博士研究生向家偉先后以德國洪堡學者和日本JSPS學者的身份，出國深造。培養(yǎng)的胡橋博士2006年畢業(yè)后在西安705所工作，工作業(yè)績突出，目前擔任總工程師助理；祁克玉博士在212所勤奮工作，獲得了單位高度好評。
在科研中，他以西安交通大學機械裝備診斷與控制研究所所長、機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室系統(tǒng)監(jiān)控與診斷方向?qū)W術帶頭人的身份，領導開創(chuàng)了諸多創(chuàng)新性理論、技術與系統(tǒng)，推動了中國機械設備故障診斷的發(fā)展，被評為“全國優(yōu)秀科技工作者”。他從事工礦企業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷研究及應用四十余年，在機械設備結構裂紋定量識別、非平穩(wěn)信號故障診斷和智能預示等方面開展基礎理論研究和重要工程應用，取得創(chuàng)新性成果。主持2項國家自然科學基金重點項目“大型復雜機電系統(tǒng)早期故障智能預示的理論與技術”(50335030，2004―2007)和“關鍵設備故障預示與運行安全保障的新理論和新技術”(51035007，2011―2014)以及4項國家自然科學基金面上項目；主持2項高等學校博士學科點專項科研基金資助項目“小波有限元理論與轉(zhuǎn)子橫向裂紋故障診斷的研究”（20040698026，2005―2007）和“優(yōu)良特性多小波構造原理與機電設備復合故障診斷”(200806980011，2009―2011)；參加2項國家973項目“數(shù)字化制造基礎研究（2005CB724100, 2006―2010）”和“超高速加工及其裝備基礎研究”(2009CB724405，2009-2014)；負責20余項與企業(yè)合作項目。以第一完成人獲國家技術發(fā)明二等獎1項(2009年)、國家科技進步三等獎1項(1999年)和省部級一等獎2項、二等獎1項。授權發(fā)明專利6項。出版著作7部，350篇，其中SCI收錄72篇、EI收錄100篇，論著被國內(nèi)外引用3613次。
“天時不如地利，地利不如人和”何正嘉和他的科研團隊，淋漓盡致的詮釋了這一真理。正是他執(zhí)著探索、無私奉獻，才有了我國機械故障診斷事業(yè)的發(fā)展。中國機械設備故障診斷的進步是一個的長期艱巨的過程，這漫漫路程中深深地烙著他們艱辛的腳印，這是歷史的見證，未來的階梯，而這樣的精神，需要我們繼續(xù)傳承、創(chuàng)新，并肩求索下去。
勤于鍛煉，增強體質(zhì)
每天清晨天剛微亮，在清華大學南面的中老年網(wǎng)球場上，就有不少老同志開始打網(wǎng)球，如此的運動，他們風雨無阻地已經(jīng)堅持了幾十年。在這個健康、團結、快樂的集體中，有一位白發(fā)長者：他是這個老年團隊中年齡最大(82歲)、球齡最短(10年)、球藝進步最快(這是球友們公認的)、堅持最好的(幾乎不請假)的好隊員。要問這位長者是誰?他就是中國科學院院士，清華大學工程力學系教授黃克智先生。
黃克智院士今年82歲，他從40歲開始堅持每天清晨跑步，一跑就跑了26年，累計里程估計已繞地球好幾圈了。當他66歲時，有人勸他老年人鍛煉方式以太極拳最適宜，于是他66歲開始學習太極拳，并把楊氏、陳氏等各式太極拳都學了一遍，這樣堅持了幾年，他又發(fā)現(xiàn)太極拳對他來說運動量不夠，雖然自己已到70高齡，但精力還是非常充沛，體力也比一般同齡人要好。于是黃克智又想給自己加碼，換個運動量大些的鍛煉方式――在古稀之年，他參加清華大學初級游泳班，和一批孫子輩的小學生們在同一個游泳池內(nèi)接受從零開始的訓練；游了2年，他又感到不滿意，這次可不是鍛煉的方式，而是時間不合適(因為清華游泳池只有中午對老年人開放)，游泳一次幾乎要花掉他3個小時的工作時間，這讓他覺得時間上付出太多，必須另找出路。于是在72歲高齡時，黃克智又干了一件讓人吃驚的事―學習打網(wǎng)球。從那時起，他每天堅持，至今已10年有余。按照黃克智自己的說法：“這是我最后一次選擇，網(wǎng)球給了我極大的快樂，那就是健康與友誼。打網(wǎng)球，這也是我最滿意的一次選擇?！?/p>
自從堅持打網(wǎng)球以來，黃克智自己覺得受益匪淺。體重減輕了，大肚子消失了，原有的三高老年病(高脂血癥、高血壓，高血糖)都控制住了。雖已82高齡，但他精力充沛，目前仍在教學、科研第一線滿負荷地工作。當黃克智嘗到了堅持鍛煉的甜頭，他就覺得必須把這件事告訴年輕人，讓他們認識到堅持鍛煉，注重健康要從年輕時做起。于是他一方面教育自己在國外的兩個兒子，要求他們每天鍛煉?，F(xiàn)在在美國當教授的兒子，也和他一樣帶著妻子每天堅持鍛煉1小時；黃克智自己早晨和夫人(77歲)每天打網(wǎng)球1小時，他們真可稱得上模范的鍛煉之家了。另一方面，黃克智動員工作組里的年輕人參加鍛煉。介紹他們參加網(wǎng)協(xié)，幫助他們聯(lián)系球場；起步時，幫他們配置球拍、網(wǎng)球；親自上場檢查他們出席情況，有時他自己也會充當教練。
自從打網(wǎng)球以來，黃克智夫婦感到晚年生活十分充實。這是一個非常快樂、和諧的團隊。真如他自己所說：“打球增強了我的體質(zhì)，增加了快樂，增進了友誼，保證了我精力充沛的一天工作?！?/p>
健康是工作成就的保證
現(xiàn)在許多同志，人未老，心先老，只要一退休，就認為自己的一切都快結束，手腳懶了，不愿動了，頭腦懶了，不再考慮問題了，于是真的很快出現(xiàn)老態(tài)了，并且各種老年病也相繼而來了。在黃克智身上永遠看不到“老的心態(tài)”――他自己從不服老。黃克智的一生，是不停學習、不停研究新科學技術的一生。
他的生活十分規(guī)律：清晨4點半起床就開始工作1.0～1.5小時，然后迎著晨曦前往球場鍛煉1小時。出一身大汗，回家洗澡，吃早點，然后休息半小時，上午9～12時開始工作。午睡1.0～1.5小時后，下午3～6時工作，傍晚6～7時散步。晚上除了特別任務，黃克智一般不工作，彈1小時鋼琴，晚10點開始準備休息。目前他的生活非常單一，除了工作就是打球，對于社會上的花花綠綠新聞，從不關心。他常勸有些年輕人，要看準目標，努力地、安心地工作；要做到功到自然成，不要太刻意地去追求回報，否則自己活得很累，別人還不見得對你很認可。
由于黃克智一生不懈地努力，他的工作成績顯善培養(yǎng)了77位研究生(兩位已當上中科院院士，兩個學生獲百篇優(yōu)秀博士論文獎)，獲得過40余項國內(nèi)外學術獎；出版過7部教材與專著，300多篇學術論文。他自己在學習上從不滿足，永遠要向新的學科領域進軍。平均每10年他都要更換一個新的學科方向(而且在每一個學科方向都作出了出色的成果)，緊緊跟上國際先進水平。在上世紀60年代，黃克智主要研究殼體理論；70年代研究壓力容器；在改革開放后，他主要研究斷裂力學、宏細觀力學等新領域；80年代黃克智研究智能材料相變力學，成功地與他的學生根據(jù)熱力學、細觀力學和材料相變物理機制提出了一個新的相變本構模型，解釋了屈服應力依賴于溫度曲線在轉(zhuǎn)變溫度處的異?，F(xiàn)象，并應用于陶瓷的相變增韌。70歲以后，他轉(zhuǎn)向了微米力學和納米尺度力學的研究，并在這兩個領域的研究中，與合作者發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造了很多新的知識和理論。他在國際頂級力學雜志中發(fā)表的論文，多次在每年超過9000篇力學論文中被引用率位列前10名，獲得美國機械工程師協(xié)會(ASME)2004年唯一Melville大獎。80歲以后的他，又開始轉(zhuǎn)向可伸展電子元件的力學，我們相信他在這方面也一定會取得好的成果!
由于在科研和教學過程中的突出表現(xiàn)，黃克智連續(xù)獲得了多項獎勵，包括清華大學2004―2005年度首屆突出貢獻獎，“首屆孺子牛金球杰出獎”，“國家普通高校優(yōu)秀教學成果特等獎”，“國家自然科學二等、三等獎(各兩項)”等獎項。在80華誕之際，黃克智榮獲“2007年中國十大教育英才”稱號，2008年11月5日，黃克智又榮獲第四屆全國老教授協(xié)會“科教興國貢獻獎”。
以上提到的是他個人的一些成果，但正如黃克智自己說的：“我認為我最主要的成果是我以一生的努力，和其他老師一起，帶出一支老中青相結合的高水平、團結向上的學術骨干隊伍，在清華大學形成了一支實力比較雄厚的固體力學博士生指導力量?！?/p>
“直接面向國家需求，直接解決國家重大工程問題，直接貢獻國防重點工程，直接服務行業(yè)、服務區(qū)域經(jīng)濟，依靠產(chǎn)學研強強合作，發(fā)揮大兵團作戰(zhàn)的優(yōu)勢，為國民經(jīng)濟的發(fā)展做出重大貢獻?！边@就是中南大學產(chǎn)學研合作模式。正是在這種模式的引領下，才有了此次鐘掘院士領銜的國家科技進步一等獎的榮譽。
“治有色學、興有色業(yè)、鑄有色魂。”這就是中南人的精神。也正是在這種精神的激勵下，才會有中南大學今日的成果與明日的輝煌。
她是中國機械領域惟一女院士。她長期從事機械工程和材料制備領域的教學與科研工作。她的研究成果共獲國家科技進步一等獎等有關獎勵20余項。她被授予“全國先進工作者”、“全國十佳女職工”、國家有突出貢獻科技專家等榮譽稱號……她就是2007年度國家科技進步一等獎“鋁資源高效利用與高性能鋁材制備的理論與技術”項目的主持人、中國工程院院士、中南大學教授鐘掘。
帶著一份敬仰與好奇，本刊記者采訪到了這位傳說中的巾幗院士。雖已年過古稀，但在她的臉上依然可見年輕時的美麗；而更深深打動記者的則是她言談舉止中透露出的親和與真誠。
集聚各方優(yōu)勢力量 攻克鋁工業(yè)三大難題
當前，我國鋁工業(yè)的發(fā)展面臨著鋁資源日益短缺、鋁先進材料無法滿足國家重大戰(zhàn)略需求、金屬鋁發(fā)展存在高消耗和高污染的嚴峻挑戰(zhàn)。
中國鋁業(yè)公司作為我國鋁行業(yè)參與全球化競爭的領航者，迫切需要構筑一個基于全球化的公司技術戰(zhàn)略，但是要迅速提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力，又不可能完全模仿西方老牌跨國企業(yè)，在較短時間內(nèi)花費大量的財力、人力和物力建立起自己強大的研究機構。因此。構建產(chǎn)學研聯(lián)盟，依托優(yōu)勢高校建立研發(fā)基地。成為中鋁公司的必然選擇，而中南大學則是強有力的戰(zhàn)略伙伴。
中南大學擁有世界上最完整的有色金屬學科群。涵蓋了地質(zhì)、采礦、選礦、冶金、材料、裝備等國家重點學科(而中鋁公司也擁有資源勘探、采礦、選礦、冶金、材料、裝備等子公司，為學科鏈與產(chǎn)業(yè)鏈結合提供了最好的合作基礎和合作空間)；擁有以國家重點實驗室、國防科技重點實驗室、國家工程研究中心為主體的有色金屬技術創(chuàng)新平臺；擁有13位兩院院士(占全國有色金屬領域兩院院士的一半)。形成了一批以“長江學者”為代表的中青年學術帶頭人和學術骨干；為“兩彈一星”、神舟飛船等國家重大戰(zhàn)略工程提供了關鍵有色金屬材料；國家在鋁工業(yè)領域部署的兩個戰(zhàn)略性重大基礎研究計劃(“973”計劃)項目全部交給中南大學主持。為解決上述制約我國鋁工業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，中南大學鐘掘院士率領一個由在金屬鋁資源高效利用和高性能鋁材制備的基礎研究和產(chǎn)業(yè)化實施方面最優(yōu)秀人才組成的強大隊伍。依靠產(chǎn)學研強強合作，歷時十年，充分發(fā)揮高校學科群與中鋁公司的產(chǎn)業(yè)群協(xié)同與集聚優(yōu)勢，構成了一套完整的產(chǎn)業(yè)技術攻關鏈。發(fā)明了選礦拜耳法?？梢越?jīng)濟利用占我國鋁土礦儲量80％約20億噸的中低品位鋁土礦，極大地延長了我國鋁土礦資源保障年限；發(fā)明了抗氧化低電阻炭素陽極制備等技術，使冶煉過程節(jié)能減排達10％上。年節(jié)電量140億度；發(fā)明了多場調(diào)控半連鑄及多尺度多相強韌化等技術，生產(chǎn)出一系列高性能鋁材，解決了我國對高性能鋁材重大需求問題，打破了國外技術與材料的封鎖，為保證國家國防和經(jīng)濟安全提供了高性能鋁材保障。
該項目共獲得67項發(fā)明專利、7項成套技術和16種高性能鋁合金材料與構件。解決了現(xiàn)階段鋁工業(yè)持續(xù)發(fā)展的三大難題。有力地推動了我國鋁工業(yè)的技術進步，推進了我國鋁工業(yè)由完全依賴技術引進型向技術出口的重大變革，所研發(fā)的技術出口到國外建廠14家，近三年創(chuàng)利稅116.75億元。
“顯著提高產(chǎn)業(yè)技術水平、增強科技競爭力要通過多部門協(xié)作、多學科集成。共同搞好重大科技攻關。突破核心技術，建設重大工程，形成戰(zhàn)略產(chǎn)品。同時，培養(yǎng)一批杰出的科學家和學科帶頭人，鍛煉和凝聚一支高素質(zhì)的人才隊伍?！边@是總理在今年國家科學技術獎頒獎大會上的講話中所強調(diào)的。鐘掘院士帶領這支隊伍所取得的成就正好印證了多部門協(xié)作、多學科集成的重要性。
“這次一等獎的獲得。是中國鋁業(yè)公司、東北大學、北京工業(yè)大學等單位和學校合作的成果，是十年磨一劍辛勤汗水的結晶，是十年眾志成城的結果，是產(chǎn)學研合作取得巨大成功的典范。”這是中南大學校長黃伯云院士在校慶功表彰大會上對此項成果的精辟總結。
談到產(chǎn)學研結合的重大意義。鐘院士不無感慨“高校要想在科研上出成就，絕不能閉門造車。一定要瞄準國家重大戰(zhàn)略需求，立足解決實際問題。服務于行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟。中南大學一直都有跟企業(yè)緊密合作、為其解決實際問題的傳統(tǒng)。因為企業(yè)的需求反映的就是國家的需求。我們跟企業(yè)合作。就是把國家的需求落到實處。另外，高校在校企合作、產(chǎn)學研結合的過程中。一定要有準確的定位。高校對技術是敏感的。主要任務是致力于為企業(yè)解決關鍵技術上的原理性問題。只有基本的原理弄清楚，才能產(chǎn)生成熟的技術和工藝，最后組裝到整個生產(chǎn)線中才能出產(chǎn)品，變成現(xiàn)實的生產(chǎn)力。”
嚴格求實的學術態(tài)度 與人為善的待人方式
“這么大的項目，這么多的單位、這么多的人員是如何組織起來的?”當談到最初立項的經(jīng)過時。鐘院士回憶說：“為了解決我國鋁工業(yè)發(fā)展面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，國家決定在‘973’計劃項目立項。當時，各個單位都在爭取首席這個位置。中南大學憑借著在有色金屬研究方面的歷史和成就。以及其與企業(yè)結合的緊密程度。終于拿到了首席的位置。我作為項目的領銜人，深深地感到了責任的巨大。3000萬元這樣重大的項目、這樣艱巨的任務。這在當時是絕無僅有的?！?/p>
立項只是起點。為了避免各個單位關起門來自己搞自己的事。無法明確到國家的總體目標上來。鐘院士組織國內(nèi)有色金屬領域的專家們一起研究確定項目的大主題?！敖?jīng)過專家們的多次探討。最后確定了項目的三大主題，即：要解決鋁資源缺乏的問題、要解決能耗過高的問題、要解決鋁材的品質(zhì)趕不上國家重大工程和國防需求的問題。只有符合這三大主題的才可以加入，不符合的就堅決請走。為此，我們又重新組織進行項目的投標申請與答辯，由權威專家們來評審決定哪個單位留、哪個單位走。就這樣，這支隊伍一步一步地凝聚起來，大家共同朝著一個目標奮斗。”
“到了項目中期評估時，再逐個檢查，發(fā)現(xiàn)還是有拿著錢不干活或者沒有進展的，又請走了一
批?！辩娫菏啃χf：“現(xiàn)在，像我這么嚴厲的首席恐怕不多見了。”本著對國家負責、對工作精益求精的態(tài)度，鐘院士一直以來都非常嚴格地要求這支隊伍。
“外人看我都說我挺慈祥的，節(jié)假日里還經(jīng)常跟學生們在一起玩兒。然而如果他們在學習和工作上出錯，我就很嚴厲，經(jīng)常把我的博士生說得流眼淚。不這么做的話，他們很難接受教訓：不嚴格要求自己，將來做出來的東西如果有虛假，怎樣向國家交待!年輕人要培養(yǎng)自己的思維模式和鍥而不舍的精神。我的每個博士生論文我最少要親自看三遍，有的基礎差點兒的，都會看六七遍。對于一個博士生來講，最后的畢業(yè)論文應該反映出他明確的學術思想。如果我馬虎了他的博士論文，那么對其今后一生的影響都不好?！?/p>
鐘院士帶過的博士生透露說：“鐘老師在學術上對我們要求非常嚴格，不允許有半點錯誤和虛假存在；然而在生活上卻非常關心我們，盡量給我們提供一些好的條件。聽說。有些年輕的老師要買房子錢不夠，她還很慷慨地把錢借給他們?！?/p>
“在學術上要絕對實事求是、不能有半點虛假；待人要與人為善、助人為樂、成人之美，要理解、寬容別人。”這就是鐘院士的處世之道?！拔移鋵嵤翘胀?，只不過認真一點而已。”也許正是這份認真，才成就了這位巾幗院士今日的輝煌。
問到下一步的工作計劃時，鐘院士不假思索地說：“鋁工業(yè)還有更艱巨的任務等著我們?nèi)プ?。我們還要上大飛機、要上第四代坦克、要上核潛艇，這些都對鋁材提出了新的更高的要求。所以現(xiàn)在我們面臨著新一輪的挑戰(zhàn)。這是我們下一個‘973’計劃項目的任務，已經(jīng)立項啟動了。在接下來的工作中。這支隊伍將在原有的基礎上更加強大和凝聚，還會不斷地有年輕人加入進來?！辩娫菏空f她沒有退休的概念，有機會就會繼續(xù)科研。只要能夠為國家做貢獻、為國家的科技進步服務。這就是她一生最大的滿足。這其間，人生的價值才能真正體現(xiàn)。人活著才有意義。
無悔投入“硬冷”世界 愛國情懷伴隨一生
1955年，鐘掘在填報高考志愿時選擇了機械專業(yè)，順利考入北京鋼鐵學院機械系，成為學習鋼鐵專業(yè)的少數(shù)女生之一。談及當初的選擇，鐘院士神采飛揚：“上中學時，總理作了關于第一個五年計劃的工作報告，我在字里行間找到未來生活的方向。當時說，國家現(xiàn)在要重點發(fā)展工業(yè)。工業(yè)里面的重點又是重工業(yè)，而機械工業(yè)是重工業(yè)的基礎。所以我當時就下定決心，高考填志愿時就填上了將重工業(yè)和機械工程整合的冶金機械專業(yè)?！辩娫菏坷^續(xù)回憶：“之后。我到冶金廠去實習，看到工人在那樣艱苦的條件下仍奮不顧身地工作，那種豪情感染了我。我當時就想到我們國家整個的冶金工藝過程需要改革，要機械化，要讓工人的工作條件好一些?！闭沁@份愛國情懷。讓鐘掘堅定地走向了機械工程這個“硬冷”的世界。從搞冶金機械到現(xiàn)在研究鋁資源高效利用和高性能鋁材制備，盡管專業(yè)有所變化，但都是國家最需要的基礎工業(yè)。
“現(xiàn)在的很多年輕人缺乏一種愛國情懷，缺乏對國家的責任感。有一些搞科研的人，總是先以經(jīng)濟目標為準，這只能是短期行為。我經(jīng)常教育我的學生不要總是好高騖遠，不要總是想著能得到多少經(jīng)濟回報、得到多少獎勵。只要用心去做事、把問題解決了，人家自然會記得你，國家也自然會表彰你。年輕人要樹立一種自強不息，對國家、對人民負責的精神，這是第一位的。有了這種精神熏陶，總會找到事情做，總會把事情做好。”這是鐘院士對年輕人的諄諄教誨。
“此外，年輕人還必須要腳踏實地?！辩娫菏拷榻B說，中南大學一直以來都有一種立足實際、腳踏實地做實事的傳統(tǒng)校風。學生的每一個培養(yǎng)環(huán)節(jié)都始終跟實際緊密結合，從實習、課題設計到畢業(yè)設計。都有很多實戰(zhàn)任務。“除了負責國家的縱向課題外，我們還經(jīng)常跟一些大工廠緊密合作，做一些橫向課題。因為工廠在生產(chǎn)上所反應出的問題總是最前沿、最活躍的。做橫向課題能夠真正了解生產(chǎn)第一線需要解決的實際問題，反過來再反映到國家的縱向課題上去，兩者相輔相成?！?/p>
走進鐘院士所在的中南大學機電工程學院教學樓，映入眼簾的是一塊寫有“自強不息”四個大字的匾額。“自強不息，這是一種民族精神。年輕人必須要擁有這種精神?！辩娫菏空f。教學樓外面的大石頭上，刻著“鬼斧神工。人天合一”八個大字?！斑@是我建議刻上去的。我們搞機械、搞裝備的，在技術上一定要做到鬼斧神工、精益求精；此外。還要主動地跟天、也就是跟自然融合在一起，要不斷地創(chuàng)新。這就是我所倡導的我們學院的文化?！?/p>
正是這種愛國的情懷、自強不息的精神和精益求精的態(tài)度。讓鐘院士幾十年如一日地奮斗在國家最需要的領域。解決國家的燃眉之急，攻克了一道又一道科研難關、取得了一個又一個舉世矚目的成就。我們期待著鐘院士和她帶領的這支精干隊伍能為國家的下一個重大需求交上更加圓滿的答卷。
采訪手記
采訪鐘院士，收獲的更多是感動。鐘院士舉止隨和、言談親切、開朗直率、風趣幽默，絲毫沒因為院士的身份而高不可攀。
關鍵詞：工科教育；比較；創(chuàng)新人才
Comparison of engineering educations between Chinese and British universities and thinking about training of innovative talents
Zhang Jun
Jimei university, Xiamen, 361021, China
Abstract: The comparison of engineering educations between Chinese and British universities was carried out. The training mode of innovative talents was discussed and some suggestions were proposed, according to characteristics of teaching of British universities in engineering and my own teaching situation.
Key words: engineering education; comparison; innovative talents
受國家留學基金的資助，筆者有幸于2006年在英國University of Newcastle upon Tyne大學進行為期1年的訪問合作。在這期間，利用閑余時間對該大學工科專業(yè)教學活動的各個環(huán)節(jié)進行了調(diào)研，也認真聽了多節(jié)本專業(yè)本科生及研究生的課程，進行了課堂教學觀摩比較。同時，也走訪了Cambridge University，Nottingham University等其他幾所知名大學，調(diào)研了他們的教學情況，對中英高等工程專業(yè)的教育理念、人才培養(yǎng)模式及教學改革等方面進行了一些比較，并對工科專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)進行了一些淺顯的思考。
1 英國大學的一些特點
1.1 學位及學制
英國大學學位包括學士、碩士及博士學位。本科大多數(shù)為三年制(少數(shù)地區(qū)大學本科為四年，如蘇格蘭一些大學)。碩士分為授課式碩士(Taught Course)和研究式碩士(Research Course)，授課式碩士學位課程以教學為主，主要是課堂講授，專題討論，考試及畢業(yè)論文等，一般為1年。研究式碩士主要以課題研究為主，學生在導師的指導下，選定研究課題并展開研究，時間一般為1～2年。博士主要是研究式的，學生在導師的指導下對某一課題進行獨立研究，并完成博士論文，時間一般為3～4年。英國碩士研究生教育體制具有一定的靈活性，授課式碩士可以滿足那些在本科階段后希望能在知識上進一步深化、但不愿意以后發(fā)展成為專業(yè)研究人員的學生的愿望，而研究式碩士則為那些以后希望從事專業(yè)領域研究的學生提供準備，這些學生往往轉(zhuǎn)化為博士。
1.2 導師制
英國作為現(xiàn)代大學的發(fā)祥地，高等教育有800多年的歷史，其在人才培養(yǎng)上的一個突出特點就是導師制[1]。每位教師作為2～3名學生的導師，有的大學每位教師帶5～6名學生。每周導師都會安排半天或1天的時間與學生進行一對一的會面，回答學習上的疑難，師生之間進行平等的爭論，學生可以挑戰(zhàn)教師的權威。導師制注重培養(yǎng)學生的自學能力、動手能力及創(chuàng)新能力，通過導師的言傳身教使學生養(yǎng)成批判地思辨、求證及創(chuàng)新的能力意識。導師制的好處在于導師對學生的學習情況及特長興趣等了如指掌，可以因材施教。
1.3 開放性及國際化
歐美國家高校的另一個突出特點就是開放性及國際化，教師及學生來源、學派關系、思想表達等方面呈現(xiàn)出開放的特征。如University of Newcastle共有學生17 000多人，其中就有4 000多海外學生，約占總學生數(shù)的24%，筆者所在課題組有5名教師，2名博士后，其中1名教師來自俄羅斯，1名博士后為荷蘭人，另外，還聘有挪威一所大學的教授為兼職教師。當然這種情況有其經(jīng)濟、文化語言上的優(yōu)勢(如英語在國際上的通用性、歐美國家經(jīng)濟發(fā)達等)，但從另一方面也說明了他們的文化包容性以及學術上的開放自由性。另外，這種開放性還體現(xiàn)在廣泛的交流合作上，大學內(nèi)部各學院之間、大學與大學之間、大學與工業(yè)界、大學與社區(qū)之間以及與海外大學之間在教學、科研、管理的各個層面都有著廣泛的合作與交流。如筆者所在的研究組就與德國、美國、日本及瑞士等許多大學和研究院有著廣泛的科研合作，筆者的合作導師還和意大利及印度的大學聯(lián)合培養(yǎng)博士生，研究組內(nèi)的所有教師每年都會參加各種形式的國際學術會議。 幾乎每年也都有來自其他國家的訪問教授或客座人員來研究組從事合作項目研究，筆者所處的學院每周三都有教師或研究人員(本院、本校、外校或國外)作學術報告。正是這種開放性、交流與合作性才使學校更富有生機，也更具競爭力。
1.4 工科專業(yè)教學上的一些特點
英國是個傳統(tǒng)的工業(yè)強國，在大學工科專業(yè)教學上有自己的一些獨特之處，大致體現(xiàn)在以下幾個方面。
1.4.1 分層次、分類型的多樣化培養(yǎng)模式
在學位類型、專業(yè)方向、課程教學上都體現(xiàn)出明顯分層次、分類型的多樣化培養(yǎng)模式上。如研究生分為授課式、研究式類型。專業(yè)也根據(jù)學生興趣而有不同方向，如Newcastle大學機械工程專業(yè)分微機電、生物工程、設計及制造等不同方向。在課程教學上，也分階段及層次進行。如Newcastle大學機械工程的工程數(shù)學、材料科學等課程都分2個階段，在不同學年進行教學，這樣可以滿足不同專業(yè)學生的要求。這種分層次、分類型的多樣化培養(yǎng)模式為學生提供了廣闊的發(fā)展空間。
1.4.2 實踐性強
在工科專業(yè)學生學習中，30%～60%的課程內(nèi)容為實驗課、課程設計、工程設計等，這是教學內(nèi)容最核心的部分，其作用不僅僅是鍛煉學生的動手能力及實驗技能，更重要的是鍛煉學生自主解決實際工程問題的能力。一個實驗或設計題目往往要用到很多學科的知識，為了完成題目，學生就要自學很多知識，進行實驗方案確定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析及實驗結論、完成實驗報告等。
1.4.3 教學內(nèi)容新，信息量大
英國大學很少有材，教師在教學內(nèi)容上有較大的自主性。有時上課往往采用很多教材及文獻，教學內(nèi)容更新較快，教師往往會融合一些自己的學習及科研心得在里面。
1.4.4 教學及考核形式多樣化
教學上有課堂講授、分組討論、專題講座、輔導課、課程設計等多種形式，其中課堂講授所占比重不大，更多的是分組討論、專題講座、輔導課。教學過程輕松自由，注重學生的廣泛參與及調(diào)動學生的自主學習精神。在考核方式上也體現(xiàn)出多樣化，如綜合性作業(yè)、論文、口試、演講等，其中論文、口試及演講占較大比重。
2 有關創(chuàng)新人才培養(yǎng)上的一些思考
2006年，國家制定了三大戰(zhàn)略和三大規(guī)劃，即《國家中長期科學技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》，目標中都明確提出高校要培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型人才，要把我國建設成為創(chuàng)新型科技強國。以下結合自己的教學實踐及所了解的英國工科教育特點談談自己的感想。
2.1 有關創(chuàng)新性人才的理解
實際上我國從20世紀80年代中期開始倡導培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。2006年，在國家中長期發(fā)展規(guī)劃中明確提出“培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，建設創(chuàng)新型國家”。許多學者給出創(chuàng)新性人才的定義[2]，如“所謂創(chuàng)造型人才，是指富于獨創(chuàng)性，具有創(chuàng)造能力，能夠提出、解決問題，開創(chuàng)事業(yè)新局面，對社會物質(zhì)文明和精神文明建設作出創(chuàng)造性貢獻的人。這種人才，一般是基礎理論堅實、科學知識豐富、治學方法嚴謹，勇于探索未知領域，同時又具有為真理獻身的精神和良好的科學道德”。再如“創(chuàng)新型人才，是既能繼承前人的知識和成果，又能超越前人的成果，能創(chuàng)造性地分析問題和解決問題，具有首創(chuàng)精神的人才”。這里更多地強調(diào)了人才的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力。對于創(chuàng)新性人才，國外沒有專門地提及。英國大學對培養(yǎng)“人才”的定義是“學會思考、推理、比較、辨別和分析，情趣高雅，判斷力強，視野開闊的人”。牛津大學校長魯卡斯要求大學培養(yǎng)的人才“要有很高的技術，非常寬的知識基礎，有很強的個人責任感、革新能力和靈活性。個人能夠不斷地獲取新的技術以適應其需要”[2,3]。對比可以看出，國外對人才除了有創(chuàng)新能力的要求之外，還強調(diào)所應具有的知識體系、個人品德及對社會的責任感等。蘋果公司創(chuàng)始人喬布斯說過：“最永久的發(fā)明創(chuàng)造都是藝術與科學的嫁接。”誰都不否認喬布斯是一個創(chuàng)造天才，他不但是個技術天才，本人也有多方面的愛好，他崇尚東方的佛教，他還具有很高的藝術潛質(zhì)。正是由于他身上的多種文化素養(yǎng)及資源才使得他不斷迸發(fā)出創(chuàng)造的火花，也成就了蘋果的輝煌。因此，知識體系、個人素養(yǎng)及人文品質(zhì)也應是創(chuàng)新性人才不可或缺的要素。
2.2 自由開放的學術氛圍
自由開放的學術氛圍是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的沃土，與美國及其他歐洲高校一樣，英國高校普遍具有較高的國際化程度，當然這種情況有其經(jīng)濟、文化語言上的優(yōu)勢(如英語在國際上的通用性、歐美國家經(jīng)濟發(fā)達等)，但從另一方面也說明了他們的文化包容性以及學術上的自由性。文化層面的問題不是我們所能探討的，但良好的學術氛圍，來自不同國度的學者能在一起探討學術問題，能深入交換自己的觀點和對某一問題的看法，這時所有人沒有任何身份上的差別，教授、研究助理、學生在討論學術問題時都是平等的， 這種氛圍確實對研究者和學生有一定的吸引力，也更容易產(chǎn)生創(chuàng)新性的火花。所以，如何在大學內(nèi)營造一種良好的文化氛圍與學術氛圍，對一所大學而言是極為重要的。
2.3 課程體系及教學方式改革
筆者來英國之前一直認為中國學生的基本理論要比國外學生扎實。來英國之后專門比較了一下中、英學生的學習情況及對所學課程的掌握程度，發(fā)現(xiàn)實際情況并非如此。英國學生普遍對所學課程的基本概念、基本理論要比中國學生掌握得深入透徹，他們對某一種理論(或公式)的來龍去脈及該理論的適用情況非常清楚。他們推導公式非常嚴謹，推導過程非常清楚，邏輯性很強。對這一現(xiàn)象筆者開始非常困惑，因為從中、英學生的學習年限上，中國學生占有很大優(yōu)勢，如英國大學上3年、研究碩士以及博士基本沒有課程學習，只是做課題，而中國大學上4年，碩士、博士還要修很多學位課程。所以，中國學生的課程學習時間遠遠多于英國學生，為什么還會出現(xiàn)這種情況？筆者后來，仔細觀察和分析，并和一些英國教師交流后認為主要有這樣一些原因：(1)中國學生課程學習時間雖然長，但非專業(yè)課程占去很多課時，如中國學生要在英語學習上花費很多時間(對于本科生，很多學校的英語課程占總學時的1/4～1/3)，另外很多國內(nèi)大學過于注重市場效應，開設很多計算機等應用性課程，而學生為了畢業(yè)能找到好的工作，將很多時間都用于英語、計算機等專業(yè)和技能的學習上。這樣算來，中國學生花費在專業(yè)課程上的學習時間其實比英國學生少。(2)由于國內(nèi)各大學最近幾年普遍擴招，使師生比遠遠小于英國大學的師生比(如筆者目前研修的紐卡斯爾大學師生比約為1:12，有的大學甚至達到1:9，而國內(nèi)大學為1:16～1:18)。在紐卡斯爾大學，常常能看到一個教授在辦公室輔導1～2名本科學生，而在中國這種情況很少，教師平均花費在每名學生身上的輔導時間極為有限，而且很多知名教授很少出現(xiàn)在本科生的教學課堂，這必然造成教學質(zhì)量下降。(3)在教學方法及課程設置上，英國教師的授課形式很多，如講授、分組討論、實踐，有些課程甚至在實驗室上，教師在講授一門課程的主要的概念、理論時，準備得非常充分，除了講稿外，還準備了很多相關的論文，講得也非常仔細，將理論的產(chǎn)生背景、推導過程以及應用情況介紹得非常詳盡，下課后還會推薦很多相關論文及資料讓學生閱讀，而對于課程的非重要內(nèi)容很少講授，完全讓學生自學，當然教師會提出一定的要求。課程考試的方式也很多，有筆試、大作業(yè)、論文、還有口試。記得筆者的合作導師辦公室有一塊黑板，他講授的課程結束時，所有學生都要在他辦公室一個一個將他們的大作業(yè)在黑板上給他演示。在課程設置上，英國學生的實踐環(huán)節(jié)很多，很多本科生都能自由進入實驗室，根據(jù)自己所學理論自行設計一些實驗方案，進行一些綜合性實驗，這進一步加深了學生對基本理論的理解，也了解了這些理論的應用。另外，英國學生參加課外科研活動的機會很多，除了參加一些教師的科研項目外，也可以申請學生科研課題，并且有機會得到大學或一些公司的資助。當然還有其他一些原因造成中、英學生的差距，這里無法一一細說。除了一些客觀原因之外(如教育經(jīng)費投入、英國學生的語言優(yōu)勢等)，筆者覺得我們在現(xiàn)有條件下至少在如下方面可以做一些改進：(1)合理、科學地設置課程，避免短期的市場效應，保障專業(yè)課程的學習
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時間。隨著大學教育國際化、科技交流的日益增多，英語學習也確實很重要，提高英語教學效果不一定要占去如此多的學時，而應該在實效性上下工夫。(2)為了提高學生的動手能力，很多大學工科專業(yè)都增大了實踐教學的比重(如增加實驗項目、課程設計等等)，這當然是必要的，但更重要的是如何提高實踐教學的質(zhì)量及效果。如何使得學生能夠獨立完成查閱資料、擬定實驗方案、選定實驗方法、擬訂實驗步驟、分析系統(tǒng)性能、設計系統(tǒng)結構參數(shù)、構建或自行設計、制作實驗平臺并實際操作運行等實驗的全過程，同時形成完整的實驗報告。整個實驗過程不應僅僅局限于學生動手能力的提高上，而應使學生能夠具有獨立解決實際工程問題的能力，形成良好的工程設計素養(yǎng)。(3)在課程教學及考核上，應給教師一定的自由度，盡可能多樣化，注重培養(yǎng)學生對某一問題的獨立思維及辨別能力，使學生的自我學習、獨立思考、動手能力及創(chuàng)新能力得到綜合發(fā)展。(4)國內(nèi)有一些大學也開始實行導師制，這當然也是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一個很好的嘗試，但這不應該只是形式上的導師制，學校應該提供相應的配套資源，如提供場所及經(jīng)費，明確導師的權利及義務，導師也不應只是學業(yè)上的導師，還應對學生的道德形成、個人素養(yǎng)以及人生規(guī)劃起到積極的表率作用。
3 結束語
有關創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)是一個很大的課題，對高校而言，也是一個長期的工作。如何借鑒國外經(jīng)驗，結合自身特點，探索適合我國工科教育特色的人才培養(yǎng)途徑，仍需要高校及教師不斷探索人才培養(yǎng)規(guī)律，深化教學改革，才能最終形成適合自身發(fā)展的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。
參考文獻
[1] 應躍興.英國本科生導師制的嬗變及啟示[J].浙江社會科學,2009,3:87-92.
多年從事陶瓷的相變與韌化，陶瓷復合材料的抗熱震與耐燒蝕性能及其在航天防熱部件上的應用等方面的研究工作。1996年被評為航天總公司“有突出貢獻中青年專家”和國家“有突出貢獻的中青年專家”；1997年獲得國家杰出青年科學基金資助；1998年獲航天總公司“航天獎”，同年獲第四屆“中國青年科學家獎”。曾獲國家技術發(fā)明二等獎1項；省部級科技獎7項；國家發(fā)明專利5項；出版專著及教材5部，獲全國普通高校優(yōu)秀教材一等獎1項；發(fā)表主要學術論文被SCI收錄200余篇。EI收錄200余篇，論著被國內(nèi)外同行引用2000余次。已培養(yǎng)博士研究生32名，碩士研究生30余名。
2009年當選中國工程院院士。
“扎扎實實做事，踏踏實實做人”，是周玉說得最多的一句話?！盁o論做什么事情，都要老老實實，不要投機，一分勤力一分酬?！敝苡竦鴪远ǖ卣f。對于此次當選院士，他說：這要感謝國家、感謝學校、感謝前輩、感謝導師和自己的團隊，沒有大環(huán)境及大家的支持就不會有今天的結果。
周玉的“勤”
1978年，周玉考入哈工大金屬材料及熱處理專業(yè)學習。1984年，周玉從金屬材料及熱處理專業(yè)碩士畢業(yè)后留校任教。1985年，周玉開始在職攻讀博士學位，師從著名材料學家、中國工程院院士雷廷權教授。從此，周玉開始了他的陶瓷人生。
1986年6月，雷廷權教授為周玉確定了陶瓷材料研究的博士論文研究方向，并與日本東北大學著名陶瓷專家佐久間健人教授取得聯(lián)系。1987年，周玉作為國家教委中日聯(lián)合培養(yǎng)的博士生，來到了東京大學。見過佐久教授的第二天他就開始了實驗工作。周玉工作十分勤奮，每天早出晚歸。實驗室晚上的電壓比較穩(wěn)定，有利于電子顯微鏡觀測，許多重要的實驗周玉就在夜晚完成，有時通宵達旦。
由于在國內(nèi)準備充分，國內(nèi)外導師悉心指導，再加上勤奮的工作，僅用一年多的時間，周玉就完成了博士學位論文的兒乎全部試驗工作，受到了雙方導師的好評。
1988年10月，周玉回國的日期到了。當一些中國學生為回國還是留在日本而痛苦抉擇時，周玉帶著自己的全部實驗結果資料按時回到了母校。
回憶起這件事，周玉說，當時我沒有想什么，只覺得時間到了，就回來吧!日本的科研環(huán)境和條件雖然比較優(yōu)越，但母校哈工大有我的老師、同事，他們替我承擔著我應該承擔的任務，讓我出國學習。母校有我的學生，還有我的工作、我的責任。
回國后，周玉充分利用自己對電子透射顯微技術的技能，同時發(fā)揮金屬材料專業(yè)對相變研究和微觀組織結構分析的特長來研究陶瓷材料的相變，與硅酸鹽專業(yè)相互補充。在涉及高溫區(qū)的c-t相變和低溫區(qū)的t-m相變兩個方面，主要研究了相變過程、化學成分和熱處理工藝等對相變及其產(chǎn)物微觀組織結構的影響規(guī)律與機理。
對于自己在氧化鋯基陶瓷領域的研究帶來的國際影響是周玉開始時沒有想到的。1991年，世界著名的美國《陶瓷學報》高度評價并且刊登了他從事的氧化鋯基陶瓷無擴散相變方面的論文。英國的《材料科學學報》、《國際陶瓷》、《機械工程學報》、《硅酸鹽學報》、《航空學報》也分別刊登了周玉關于氧化鋯基陶瓷研究的多篇論文。
周玉的“聚”
金屬材料及熱處理教研室第一代主任雷廷權院士，學術成果享譽國內(nèi)外，是出名的“伯樂”。1997年5月，周玉繼楊德莊教授后擔任了第三任教研室主任。
周玉用個人的人格魅力感召凝聚著特種陶瓷研究所團隊中的每位成員。目前研究所的許多老師都是因為周玉的熱情相約而留了下來。1996年，賈德昌在攻讀博士學位期間提前留校了。當時，博士生找工作非常容易，很多同學不愿意留校，賈德昌也找好了北京一家研究院。周玉覺得在課題組的建設中，急需一個像賈德昌這樣的助手，希望他留下來工作。賈德昌說：“當時，周老師找我談話后。我覺得雖然條件艱苦了一些，但能和周老師一起從事先進陶瓷材料方面的科研工作有挑戰(zhàn)、有意思，就義無反顧地留下了?！币舱缰苡袼Ｍ?，他日后成了課題組科研及管理的骨干，并逐漸成長為所里多功能航天防熱陶瓷復合材料及應用研究方向的帶頭人。
洪堡學者、黑龍江省杰出青年基金獲得者、教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”人選者葉楓教授是雷廷權院士的博士生，畢業(yè)后到西北工業(yè)大學張立同院士手下作博士后，1999年到德國卡爾斯魯厄大學陶瓷研究所作洪堡學者，2002年又在日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所JSPS作高級訪問科學家。2004年，正當葉楓教授在國外項目即將結束，面臨是繼續(xù)在國外打拼還是回國效力的抉擇時，周玉教授及時和他取得聯(lián)系，向他介紹了學校良好的發(fā)展環(huán)境，說研究所的后續(xù)發(fā)展需要他的加盟，動員他回校效力。于是，葉楓在結束相關的合同后，很快就登上了歸國的航班，成為黑龍江省最早回國工作的洪堡學者之一，成為所里塞隆陶瓷及其復合材料研究方向的帶頭人。
同樣被周玉教授吸引回國的還有歸國洪堡學者、教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”入選者歐陽家虎教授，他曾在美國、德國、日本留學工作，在高溫陶瓷涂層方面取得了不少成果。2004年，周玉教授利用到日本開會的機會同歐陽家虎見了面，動員他回校效力。在周玉的鼓勵下，2005年，歐陽家虎重新回到了闊別已久的哈工大。歐陽家虎回校當年就申請了一項國家自然科學基金，2006年又申請了一項“863”項目，已經(jīng)進入了工作狀態(tài)，成為所里熱障涂層和高溫自陶瓷涂層研究方向的帶頭人。
在周玉的推動下，在雷廷權院士和周玉1985年創(chuàng)建的材料科學系陶瓷材料課題組的基礎上，哈工大特種陶瓷研究所于2002年5月成立了?，F(xiàn)在特陶所主要從事新型航天防熱材料、先進結構陶瓷、信息功能陶瓷、納米材料、生物材料等方面的科研與教學工作。特陶所先后承擔國家自然科學基金、國家“863計劃”、國家高新工程及航天工業(yè)部門科研項目40余項。出版專著／教材7部，500余篇(SCI收錄350余篇、EI收錄350余篇)，論著被引用2600余次；獲國家和省部級科技獎勵10余項、申報國家專利50余項(已授權10余項)；培養(yǎng)博士40余名、碩士96名，出站博士后3名；畢業(yè)生遍及美、英、澳等國及國內(nèi)著名高校、研究所和大中型企業(yè)，絕大多數(shù)已成為所在單位的中堅力量。
特種陶瓷研究所副所長賈德昌教授非常感慨地說：“當時包括雷廷權院士、周玉教授，整個課題組一張桌兒就能坐下，現(xiàn)在整個所已有師生近百人，其中教授5人、副教授6人，博士生導師6人；這里有‘中國青年科學家獎’獲得者、國家級有突出貢獻的中青年專家，省級優(yōu)秀中青年專家、國家杰出青年科學基金獲得者，教育部跨世紀及新世紀優(yōu)秀人才支持計劃
入選者、歸國洪堡學者等等……”
2008年1月，特種陶瓷研究所入選國防科工委優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊。
周玉的“智”
從最初的先進陶瓷材料相變與韌化研究，到防熱復合材料設計、制備、抗熱震和耐燒蝕性能研究及其在航天防熱部件上的應用研究，周玉不斷拓展著課題組和自己的研究方向，而這正是周玉不斷智克難關、時刻把握科學和尖端工程應用前沿的結果。
1992年12月，當周玉的課題組從事設計研制項目后，面臨著一個新的考驗。設計部門提出的設計要求十分苛刻：短短的一兩秒鐘內(nèi)，氣動熱使防熱部件表面要由室溫乃至零下幾十度升到很高溫度，防熱部件面臨的熱沖擊非常惡劣，同時還要經(jīng)受高溫速氣流的沖刷燒蝕。
先進陶瓷材料與傳統(tǒng)的金屬材料相比在耐高溫、耐燒蝕方面得天獨厚，但如何提高抗熱震性，是擺在課題組面前必須解決的關鍵問題。
從1992年冬開始，周玉的課題組飽嘗了--失敗的痛苦。挑戰(zhàn)不僅來自技術難度大，更來自于對研究人員毅力和心理因素的考驗?！坝绕涫窃诎l(fā)動機震耳欲聾的怒吼聲中，透過觀察窗眼見自己煞費苦心制成的樣件，一下子就被高溫高壓燃氣流吹得炸裂粉碎的時候，心都要跟著碎裂了，對身心真是一種摧殘和蹂躪!”參與項目的賈德昌這樣說。
周玉意識到了這種心理上的危機，他鼓勵課題組人員要有信心。參與項目的溫廣武教授說：“當我們都感到成功那么遙遠的時候，周玉老師卻十分自信。他說，必須要有自信，只要方向?qū)︻^，方案正確，就一定能夠成功。他那種樂觀的態(tài)度和拼搏的精神感染了大家。”在雷廷權院士的共同指導下，從材料體系的選擇優(yōu)化，到制備工藝與材料性能之間的關系，再到一次性部件的熱壓成型的完成，多少個日日夜夜的實驗與重復，多少次肯定與否定……
冬去春來，寒暑易節(jié)。1995年9月，經(jīng)過大量有規(guī)律的實驗和嚴格的科學篩選，努力終于有了回報。
利用他們的科研成果的陶瓷基復合材料制造出的航天器防熱部件模擬件，先后5批次通過小樣、中樣及1：1樣件的地面模擬試驗，達到了預研的設計要求，最后被確定為惟一方案。相關成果獲得了1996年航天工業(yè)總公司科技進步一等獎。
在配套研制階段，從初樣到中樣、再到正樣，由于設計方案變化，設計部門不斷提出一個又一個新的技術要求：由不透波到透波又回到不透波，足寸由小到大……在周玉的骷領下，課題組不斷地改進和修正實驗方案，終于克服了產(chǎn)品在批量化生產(chǎn)過程中存在的增強相均勻分散、構件燒結成型、抑制基體析晶、構件機械加工、產(chǎn)品無損檢測等多項技術難關……產(chǎn)品又先后多次順利通過地面臺架試驗，并最終通過多次實際飛行考核。在此基礎上，課題組進行了深入研究，相關產(chǎn)品獲得正式應用，獲得較高評價。因此，上述成果獲得2005年國家技術發(fā)明二等獎。
“教學科研要強調(diào)投入產(chǎn)出比，在提高成果水平和創(chuàng)新上下功夫。要把工作重心由爭取經(jīng)費的數(shù)額轉(zhuǎn)移到高質(zhì)量地完成任務、出高水平的成果上?！庇梢粤咳?，到以質(zhì)稱雄，當許多人還沉浸在成績中時，周玉等教師卻在思索教學、科研中普遍存在的一個深層次問題。學校的教學科研成果水平較高，但出類拔萃、能夠“問鼎中原”的一流成果卻相對較少。如何出“問鼎中原”的一流成果呢?周玉思索著。正是這樣的思索，讓周玉帶著課題組取得了一個又一個成果。
周玉的“勇”
“當初我們課題組實驗室還在機械樓地下室時，對面實驗室的隔壁就是學校的配電房。有一次，大家正在做實驗，突然聽見外面有人喊失火了。當時，正好在實驗室的周玉老師，還在大家發(fā)愣的時候，二話沒說，抄起滅火器，跳出對面屋的窗戶，沖進了往外冒煙的隔壁配電房……”周玉的勇敢至今仍讓賈德昌記憶猶新。而周玉的勇敢卻不僅僅表現(xiàn)在生活中，在科研中，他更是敢于迎接挑戰(zhàn)。
雞西柳毛碳素公司有亞洲最大的優(yōu)質(zhì)天然石墨礦。20世紀90年代初，經(jīng)過國內(nèi)專家充分論證，公司確立了生產(chǎn)天然石墨電極、代替人工石墨電極的構想。為實現(xiàn)這個振興地方經(jīng)濟的計劃，雞西市政府和民間共計籌措了資金約1.2億元。然而生產(chǎn)線建成后，生產(chǎn)出的天然石墨電極卻不合格。企業(yè)陷入了困境，心急火燎地派人四處求援。國內(nèi)許多高校、科研院所以及俄、德等國的專家都對這項生產(chǎn)技術難題束手無策。
1997年下半年的某一天，碳素公司的代表焦急地來到哈工大，找到了周玉。當時，周玉課題組的幾個重要的科研項目正處在攻關階段，任務十分緊。他詳細了解情況后對公司代表說；“讓我們試試吧，我們會利用掌握的所有技術能力，盡最大的努力解決這個問題，但是我們沒有十足的把握!”
接下了這個項目就等于埋藏下一個潛在的危機。如果這個項目失敗，勢必對課題組的信譽造成一定的負面影響。
周玉對課題組人員說：“如果這個項目搞成功了，就會給雞西多少工人帶來工作和希望，給地方帶來多少財政收入啊!科研工作者不能忘記自己的使命，我們身上同樣肩負著重大的社會責任!”
在周玉的指導下，課題組從1997年9月開始接手這個項目，經(jīng)過一年多艱苦的技術攻關，終于在提高導電性和抗氧化性等方面取得了突破，勝利完成了項目的預期目標。雖然后來由于種種原因，項目未能順利投入中試，他也深表遺憾。但他勇往直前、不畏艱險的精神還是深深打動了合作組雙方的每位成員。
周玉的“勇”還表現(xiàn)在他敢于承擔重責，在國際學術舞臺充分展示中國學者的風范。作為我國陶瓷界的知名年輕學者的代表之一，周玉在國際陶瓷界具有一定的影響力。他多次應邀參加國際學術會議并擔任組織／學術委員會主席、委員或作邀請報告，包括連續(xù)4次擔任亞太斷裂與強度國際會議(APCFS)組織／學術委員會委員，并擔任APCFS 2006大會主席、APCFS 2009副主席；分別在第8屆環(huán)太平洋陶瓷與玻璃技術國際會議、2008年第9屆國際能源與環(huán)境陶瓷材料及構件研討會等國際會議上作邀請報告。
周玉的“嚴”
采訪周玉的學生時，他們反映最多的是周玉老師的“嚴”。
周玉十分信任學生，沒有太多的框框，他經(jīng)常和學生一起制定實驗方案，然后讓學生自己動手去獨立完成。周玉對學生要求十分嚴格，他定期檢查學生的課題進展情況，如果學生沒有按時完成任務，他就會給予嚴厲批評。
當論文工作接近后期的時候，他勉勵教導學生，越到后期，越是收獲的“季節(jié)”，但不能急于收秋，要乘勝追擊打殲滅戰(zhàn)，以求論文的成果和自身科研能力的提高獲得最好效果。周玉的博士生馮海波在論文初稿完成后提出答辯要求。看了馮海波的論文，周玉提出，你的論文還有很大的挖掘空間，如果再深入分析一下，效果會更好!后來，馮海波通過努力鉆研，論文最后獲得校優(yōu)秀論文
周玉“嚴”，但更善于因材施教。他的博士生、2007年入學的孫振淋告訴筆者，他非常感謝他的導師周玉老師和賈德昌老師。他的論文是關于用化學法制備一種耐高溫抗氧化的新型陶瓷材料方面的。前一年多的時間一直在失敗一探索一失敗中徘徊，結果并不理想。但兩位導師不僅沒有給他壓力，而且還經(jīng)常鼓勵他。孫振淋還記得2008年的一次組內(nèi)匯報，由于沒有經(jīng)驗，孫振淋報告作得不好，但周玉鼓勵他說：“這種材料，在一個相對低的溫度下能夠長期使用，也是有成果的!”這句話讓他備受鼓舞。孫振淋說：“這句話我會記住一輩子!”目前，經(jīng)過不斷探索，他的論文已經(jīng)有了頭緒。此后，孫振淋又作了一次報告，周玉提出了中肯的意見和建議，認為他在方法和穩(wěn)定性等方面做得比較好，但要進一步研究工藝的可重復性、材料的抗氧化性、應用前景……周玉的教導讓孫振淋很受啟發(fā)。
周玉還充分利用學術會議、學術交流，開闊學術視野，為學生開出新的專業(yè)和研究方向。他說：“我認為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力非常重要，要讓學生不斷地接受國內(nèi)、國際先進的東西，開拓創(chuàng)新?！睔W陽家虎說：“近3年來，所里請了近30名中外知名學者來作報告，這為學生提供了良好氛圍，讓學生對學術前沿有了更多更好的理解?！?/p>
關鍵詞： DVD光學讀取頭；非接觸探頭；納米三坐標測量機
中圖分類號：TH741 文獻標識碼：A
A Non-contact Trigger Probe Based on DVD Pick-up Head
GAO Wei， CHEN Xiao-huai， CHEN He
（School of Instrument Science and Opto-electric Engineering， Hefei University of Technology， Hefei Anhui 230009， China）
Abstract： This paper presents a non-contact trigger probe based on the commercial DVD pick-up head. The focus sensor and the mechanism have been designed and manufactured. Experimental results show that the non-contact trigger probe can obtains 1nm resolution and a repeatability of 12nm. The non-contact trigger probe can be used on a micro/nano CMM.
Keywords： DVD optical pickup head； non-contact probe； Nano-CMM
引 言
近年來，微納米三坐標測量機整機及其接觸式探頭技術得到了快速發(fā)展，世界上許多國家和地區(qū)的研究機構都公布了自己研制的三坐標觸發(fā)探頭，比如德國PTB[1-2]、英國國家物理實驗室[3-4]、荷蘭Eindhoven大學[5-6]、臺灣大學[7]、合肥工業(yè)大學[8]等。
本研究采用日立公司的DVD讀取頭HOP-1000作為開發(fā)對象，如圖1 所示，應用于納米三坐標測量機非接觸觸發(fā)探頭上，并對其運作機理以及測量原理進行了應用性研究。
1 DVD激光讀取頭聚焦原理
DVD激光頭組件中包括激光二極管，為讀取頭提供穩(wěn)定的測量用激光光源；光學組件中包括穿透式光柵、分光鏡、四分之一波片、聚焦物鏡、光電傳感器等，光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，由光電傳感器輸出的電壓信號的強弱可判斷出入射光的光強度[9]。本研究中所使用的DVD激光頭的內(nèi)部傳感器由四片面積相同且光電形式相同的光電傳感器所組成，稱為四象限傳感器（Quadrant detector）。當光點打在檢測器上時，光點落在各檢測組件上的能量不等，因此其信號輸出也不同，利用電子線路，比較各檢測組件的輸出，就可獲知光點位置差。激光讀取頭就是利用四象限傳感器來偵測四個象限分別的感光強度，并進而經(jīng)由后續(xù)的電路信號來計算聚焦誤差信號（focus error signal，F(xiàn)ES）。
激光讀取頭的聚焦光點大小及品質(zhì)決定資料讀取的正確性，同時也影響聚焦誤差信號FES的判斷，決定了我們在測量應用時的精度。本研究中所使用的DVD讀取頭性能參數(shù)有：NA=0.6，λ=650nm，光點直徑約為0.86μm。
DVD激光讀取頭的聚焦原理為像散法（Astigmatic Method）。像散是指光線經(jīng)過像散透鏡，造成成像時橫向與縱向的放大率不同，因此造成像點的失真。利用此像散特性作為測量依據(jù)，并結合感測組件四象限傳感器，當透鏡的垂直焦距與水平焦距不同，如圖2所示，則物體若偏離透鏡前焦平面位置時，在四象限光傳感器上的成像光點呈現(xiàn)橢圓變化，當物體處于透鏡的正焦平面位置時，成像光點呈現(xiàn)圓形（FES=0），經(jīng)信號處理，即四象限的（A+C）-（B+D），失焦信號對失焦位移量的關系成一曲線，即所謂的S 曲線，如圖2所示。
2 DVD激光探頭系統(tǒng)測量原理
2.1 DVD讀取頭運作原理
如圖3所示，激光二極管在加電以后發(fā)射約為0.5mW的650nm波長紅激光光束，經(jīng)光柵衍射后形成三束檢測光，再經(jīng)分光鏡、反射鏡、準直透鏡，將激光束變成準直光束。準直光束經(jīng)過鏡片中央呈現(xiàn)有間隔幾十數(shù)百微米同心圓溝槽的全息透鏡后，使準直激光束聚焦成適合DVD光盤信息讀取的焦點。經(jīng)光盤反射的光束沿圓光路再經(jīng)過準直透鏡、反射鏡和分光鏡后穿越柱面像散透鏡，投射到四象限光電二極管傳感器（four-quadrant photodetector）A、B、C、D 上。四象限光電二極管傳感器根據(jù)光點在四個象限上的分布，輸出一聚焦誤差電壓信號FES（B+D）-（A+C）。
這個聚焦誤差信號經(jīng)過運算放大，補償處理，驅(qū)動音圈馬達VCM（Voice Coil Motor），將固定在音圈馬達上的全息物鏡推到可以聚焦光盤平面的位置，達到自動鎖焦的目的[10]。
在DVD激光讀取頭實際讀取光盤數(shù)據(jù)的過程中，光盤除正常旋轉(zhuǎn)運動外，也會產(chǎn)生上下抖動以及偏心旋轉(zhuǎn)等不規(guī)則運動。讀取頭必須不斷將位置誤差信號反饋給伺服系統(tǒng)，通過音圈馬達驅(qū)動器實時修正聚焦鏡組的位置，使物鏡回到聚焦面，以讀取正確信號。由于自動聚焦的緣故，物鏡始終隨著光盤反射面的表面起伏，如果可以得知物鏡位移的方法，就能了解工件表面的輪廓分布甚至粗糙度。
2.2 自動聚焦與測量原理
自動聚焦是指待測物的反射面總是可以鎖在激光讀取頭的物鏡焦平面上，也就是說當物體表面有起伏時，讀取頭的物鏡會隨之起伏，以便讓物鏡與物體表面間的相對距離不變，而這個相對距離就是該物鏡的焦距。
如圖4所示，在自動聚焦的過程中，當物體反射面位于物鏡的焦點時，經(jīng)過像散法處理，失焦信號為零，軌跡落在S曲線的中點。當物體反射面離開焦平面，無論是逼近還是遠離物鏡，都會使失焦信號輸出一個不為零的值，這個值經(jīng)過控制法則處理后，回去驅(qū)動音圈馬達，使物鏡超失焦信號為零的方向移動，最后到達平衡位置。此時維持物鏡不動所需的電流轉(zhuǎn)換成可讀取的電壓信號，即音圈馬達的驅(qū)動電壓信號。由于推動物鏡回到平衡位置的過程是實時現(xiàn)象，光電信號的反饋運作與支撐物鏡的彈簧微量運動的配合都是在非常短的時間內(nèi)完成，所以在靜態(tài)觀察下，只能看到平衡后的結果，也就是物鏡位移量對音圈馬達驅(qū)動電壓信號的關系。
在實驗驗證中，這個關系為近似直線的變化，因此音圈馬達的驅(qū)動電壓會隨著表面高低而有線性的變化，只要測量到音圈馬達驅(qū)動電壓的變化，就可以依照這個線性關系求得物鏡的位移量，也就得出物體表面的輪廓。因此，如果將物鏡固定，根據(jù)輸出電壓的變化，就可以得到物體表面的形貌高低變化，成為位移測量的感測元件。
3 非接觸式聚焦探頭及應用
3.1 主軸系統(tǒng)設計
主軸系統(tǒng)提供Z方向運動，實現(xiàn)10mm行程范圍，并能保證精密的測頭瞄準功能，因此需要精密機械傳動機構的設計。
圖5所示為主軸機械結構設計效果圖[11]，蓋板固定在拱形橋架對稱中心上，使橋架受力產(chǎn)生的變形集中在其中心部位，由前面章節(jié)敘述得知其對測頭測量精度產(chǎn)生的影響很小。壓電陶瓷納米電機驅(qū)動精密滑動導軌的滑動塊，將精密運動傳給與滑動塊相連接的中心軸，從而帶動探頭系統(tǒng)上下運動，使得探頭在一定運動范圍內(nèi)實現(xiàn)納米級的位移分辨率。中心軸通過滑輪和配重系統(tǒng)進行重量平衡，移動距離通過平面鏡激光干涉儀基準進行精密位移感測。結構設計過程中兼顧激光干涉儀的測量軸與測頭的測量軸重合，消除阿貝誤差，提高探頭系統(tǒng)的測試精度。
3.2 DVD聚焦探頭改裝
研究中使用的是DVD激光讀取頭的聚焦功能，因此將DVD探頭進行初步改裝。將音圈馬達部分拆除，測量物鏡可以獨立出來，加夾持鏡筒，可以使物鏡測頭部分的直徑減小，如圖6所示。并且合理調(diào)整物鏡對準位置，并進行性能測試，其分辨率與測量重復精度與初裝DVD讀取頭相比并沒有改變。這為將其組裝入接觸觸發(fā)式測頭時進行空間體積上的改裝提供了便利，物鏡可調(diào)整與物鏡鏡筒的可伸長行為將來接觸觸發(fā)式測頭微型化打下基礎。
DVD探頭實物圖如圖7所示。
4 實 驗
實驗架構示意圖如圖8所示，采用PI納米驅(qū)動臺作為位移基準，PI驅(qū)動臺采用電容傳感器的位移反饋標準，其重復性精度為2nm。實驗架設實物圖如9所示。
重復進行6次實驗，得出聚焦信號FES如圖10所示。從圖中我們可以看出，1μm至3μm段線性比較好，F(xiàn)ES電壓變化量為8V，F(xiàn)ES線性斜率為0.25nm/mV。從圖11可以得知，F(xiàn)ES信號噪聲低于4mV，因此我們可以推斷此非接觸探頭的分辨率優(yōu)于1nm。
FES電壓為零點為觸發(fā)點，我們可以得到6組觸發(fā)點數(shù)據(jù)，如表1所示，觸發(fā)重復性精度低于12nm。
5 結 論
本文介紹了基于商用DVD讀取頭開發(fā)的非接觸式激光探頭的開發(fā)，對DVD讀取頭的運作原理進行了介紹，闡述了其光學測量原理、自動聚焦原理以及性能校正。拆除音圈馬達，固定物鏡，將DVD探頭改裝為非接觸式光學聚焦探頭，作為開發(fā)接觸觸發(fā)式微型探頭的位移感測系統(tǒng)，通過實驗室驗證，具有高分辨率（0.25nm/mV）、高測量精度（測量重復精度
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逆境中長大
殷建華教授的人生經(jīng)歷了曲折、艱苦和成功的喜悅。殷建華教授出身于湖北省崇陽縣白霓鎮(zhèn)。白霓鎮(zhèn)是鄂南因橋而興的湖北古鎮(zhèn),歷史悠久,源遠流長,明嘉靖四十年(1561年)邑商熊白霓為方便百姓,捐資建橋于高堤河上,為銘善舉,故以“白霓”命名,至今已有四百多年歷史。白霓文化深厚,景觀璀璨,是中國民間藝術――提琴戲之鄉(xiāng),廣泛流傳民間敘事詩《鐘九鬧漕》的產(chǎn)生之地。1977年在該鎮(zhèn)大市出土的商代銅鼓,距今已有3000多年歷史,成為崇陽古代文明象征。1979年,治內(nèi)出土的獸面紋提梁卣是青銅藝術瑰寶,鎮(zhèn)西南金城山上有宋太史黃庭堅讀書的遺跡――金城墨沼,為“崇陽古八景”之一。建于后唐和宋代的崇陽歷史上著名的水利工程石枧堰,遠陂堰,至今已越千年;三國時期,東吳大將陸遜曾屯兵金城山;清朝晚期,將士與清軍血戰(zhàn)歇馬山。建于明清時代的石板街,全長317米,青石路、朱大門、馬頭墻、斗拱楣,雕欄畫柱,檐牙高啄,古樸黃雅,巷道曲折,斬紉巳,是中華傳統(tǒng)民居之寶貴遺產(chǎn)。
殷建華教授小時候,在石板街上古色古香的居屋長大。他在鎮(zhèn)上就讀于白霓小學,1968年底隨母親李鳳儀和哥哥殷建國從白霓鎮(zhèn)下放到堰下鄉(xiāng)第一生產(chǎn)隊務農(nóng),便在這里上金城中學,之后去白霓高中上學,1975年高中畢業(yè)后回到堰下鄉(xiāng)第一生產(chǎn)隊。他在農(nóng)村種過田,在大市渡槽工地當農(nóng)民工,之后到青山第三級水電站工地指揮部當文宣員,直到1977年冬季參加“”后的第一次高考,考上重慶建筑工程學院(現(xiàn)并入重慶大學)。
刻苦學習
批判性思維 創(chuàng)新性實踐
殷建華在重慶建筑工程學院水港系讀航道與港口工程專業(yè),以優(yōu)秀的成績于1981年底畢業(yè),同年考上中國科學院武漢巖土力學研究所碩士研究生。從師于中國著名的巖土力學袁建新先生、袁先生1948考入土木系――1952年獲學士學位。1956年入美國路易維爾大學土木系,1957年獲碩士學位并受聘于美國波音飛機公司任副工程師。1958年底,袁建新先生通過印度駐華盛頓大使館與中國國務院取得了聯(lián)系,他沖破了重重阻撓,終于經(jīng)香港于1959年元月抵達祖國。
殷建華在導師袁建新教授的指導下,順利完成了他的碩士論文《土的非線性剪脹應力-應變模型》。他指出了當時非常流行的用于土石壩和地基有限元分析的鄧肯-張非線性應力-應變本構模型中的缺點:此模型不能描述土的剪脹性和剪縮性。由此,殷建華提出了新的土的非線性剪脹應力-應變模型,作了試驗驗證,并將新的模型用于土石壩和巖土工程限元分析計算分析。
碩士畢業(yè)后,殷建華留在武漢巖土力學所工作,任助理研究員。作為“”后培養(yǎng)的第一批碩士生和年青研究人員,他參加了“”后的第一次全國土的剪切強度與本構關系會議。會議在湖北省武當山附近的老河口市召開。在會上,殷建華組織青年論臺,積極發(fā)言,受到老一輩的歡迎與肯定。
1986年9月,殷建華通過考試與挑選,得到中國科學院的獎學金,被公派到加拿大曼尼托巴大學土木系攻讀博士學位。在曼尼托巴大學他所有學的總共6門課,取得3個A+和3個A的優(yōu)秀成績,是班上第一名。由此,他得到大曼尼托巴大學外國學生獎學金。他的博士學位研究是在著名的James Graham 教授指導下完成的。James Graham 教授曾任加拿大巖土工程學會主席和加拿大巖土工程刊物的主編。殷建華博士論文題目是《土的時間有關的應力應變本構模型》。對于土的時間有關的應力應變特性的建模研究是一個活躍的有著長期歷史的研究領域。早期的研究得追溯到十八世紀的Maxwell的流變模型和Kelvin的流變模型,許多中國學者在這個領域上也作出了巨大的貢獻。但先前的工作或模型都有一些局限性。殷建華基于前人的工作、科學原理和對土的蠕變行為的基本理解,建立了一個新的一維彈粘塑性本構模型,即非線性流變模型,是對線性的Maxwell的流變模型重大發(fā)展。該模型描述了土在一維任意荷載條件下與時間有關的非線性應力應變關系。模型被試驗數(shù)據(jù)驗證并用于固結分析中。殷建華教授歸納和闡述了一個重要的土的蠕變特性,即土單元的蠕變率僅與應力-應變狀態(tài)有關,而與加載路徑(或加載歷史)無關。該模型在提出之后又進一步得到發(fā)展,得到了更廣泛的應用。他只用了3年7個月的時間便完成了博士學位課程與研究,取得博士學位。當時在土木系,他是最短時間內(nèi)取得博士學位的研究生。
博士畢業(yè)后,殷建華博士在加拿大東海岸一顧問設計公司工作兩年多,后在一研究中心工作兩年,于1994年來到香港一顧問設計公司工作,1995年9月加入香港理工大學,從助理教授,副教授,到2002年成為正教授。
殷建華教授現(xiàn)成為香港屈指可數(shù)的專業(yè)人士、工程師。他的人生之路真實地寫滿了努力與奮斗!
人們都說,三分天注定,七分靠打拚。殷建華教授的人生恰如其分地演繹了這句話的含義,從而給我們一個有力地啟發(fā)――做事情也好,做學問也罷,最重要的是靠自己的努力,堅持選擇,并拿出堅持不懈的努力和奮斗的勇氣!
而這,對于當下那些在生活面前彷徨無助,甚至開始困惑于自己專業(yè)選擇的年輕學子們,尤其有值得思索的意義。
努力成材學貫中西
2004年7月19日。這一天,殷建華教授應邀回到他曾經(jīng)讀碩士和工作過的中科院武漢巖土力學所,為該所科研人員和研究生作了一場題目為“巖土工程發(fā)展過程研究方法、經(jīng)驗總結和個人體會”的學術報告。報告中,殷建華教授從土力學的發(fā)展過程、個人的求學經(jīng)歷、生活家庭的變化情況等幾個方面向該所在座的師生們作了生動具體的介紹,并號召學生們抓住現(xiàn)在的好機會,努力學習,為國爭光。
作為香港理工大學教授,知名的巖土工程師,殷建華教授經(jīng)常應邀前往各高校作學術演講或者學術報告,往往能夠在高校引起強烈的反響,達到增進友誼、擴大共識、合作交流與共同發(fā)展的學術交流目的。但是,在中科院巖土所的這一場學術報告,帶給學生們的意義卻全然不同。
在中科院武漢巖土力學所學子們的心中,除了在學術的交流中增長見識外,他們的心中更受到一種精神的激勵,情不自禁地升起對上進的強烈渴望,因為為他們作學術報告的那一位教授,曾經(jīng)就是他們的校友――1984年的碩士研究生。殷建華教授于2002年被聘為武漢巖土所巖土力學重點實驗室兼職研究員。在殷建華教授的心中,對中科院武漢巖土力學所是充滿了感情,所以這樣一場學術報告,他將自己的求學經(jīng)歷和學術結合在一起,濃縮了自己這一段學術生涯的風雨歷程。那就是,從求學起,殷建華教授就一直用“努力”詮釋著自己的人生價值,正如同他自己所說:“人的一生,全靠自身努力,唯有努力不懈,才能成功。”
縱觀殷建華教授的求學經(jīng)歷,從學士到碩士再到博士,字面上一切一帆風順,但是在實際生活中,卻是要付出許多努力和汗水。
殷建華教授在大學時選擇的專業(yè),就是巖土工程。而巖土工程是一門很博大、很深奧的學問,以大學有限的知識面,去探索里面的奧秘,顯然是很艱難的。因為一個系統(tǒng)的科學,就好像源頭活水,支流旁支駁雜,衍生出很多很細的專業(yè),讓人難以一一追根尋源。殷建華教授坦白說:“在進大學之前,對于這個專業(yè),其實我不大懂?！?/p>
但是進了這個專業(yè),真正了解了這個專業(yè)博大的系統(tǒng)之后,殷建華教授也依然是坦然面對,在研究生專業(yè)的選擇上,依然是選擇巖土工程,只不過,這個時候經(jīng)過大學的系統(tǒng)學習,對這個專業(yè)有了一個一般的了解,殷建華教授因此朝著專業(yè)細化地方向發(fā)展。對此,殷建華教授作了一個形象的比喻:“就好像建房子,不是一家兩家公司,也不是一個兩個專業(yè)就可以做出來的。建房子,除了地基和結構,還涉及到建筑學、機械工程、通風等一系列的學問。”
有人說,學習是一顆辛苦、無味的種子,埋藏在你人生路上,你只有用汗水澆灌,才能結出美味可口的果實。的確,在一般人心中,巖土工程這樣的專業(yè),每天要與數(shù)據(jù)打交道,時間長了會覺得索然無味,失去學習的興趣。殷建華教授在選擇武漢的中國科學院研究所之后,也是有過一陣子的迷惑,因為專業(yè)的細分遠遠不是大學時候所學可以比擬的。但是殷建華教授很快愛上了自己的專業(yè),在他看來,這個專業(yè)是用來解決實際問題的,并不是很抽象,因此在長時間的學習中,他并沒有覺得枯燥?；蛟S是抱著這樣的學習心態(tài),加上自身刻苦的努力,殷建華教授取得了自己的進步,取得了讓別人看得見的進步。因此在拿到碩士學位之后,得到中科院的選派和獎學金前往加拿大攻讀博士學位。
努力付出往往和收獲成正比。在加拿大留學的日子,殷建華教授不負眾望,拿到了加拿大 Manitoba 大學優(yōu)秀外國學生獎學金,所有功課都是班上第一名。之后,殷建華教授順利地拿到了博士學位,成為一名學貫中西的專家學者。而對于許許多多正在求學的學子們來說,殷建華教授的這一段求學經(jīng)歷,卻如同一盞明燈,驅(qū)散了那些學生心中的迷惘,激勵著學生們努力、努力、再努力。
傳道授業(yè)不懈求索
古人曰:師者,所以傳道授業(yè)解惑也;現(xiàn)在我們說:教師是人類靈魂的工程師。從古到今,教師這個職業(yè)都是高尚的,受人尊重的。作為一名學貫中西的專家學者,殷建華教授最終將自己的角色定位在教師這個位置上,值得人尊敬。
選擇在香港理工大學任教,殷建華教授并不自恃學問高就傲物,而是從低做起,踏踏實實,一步一個腳印,對自己負責,也對自己的學生負責,從助理教授很快升到了副教授,隨后又在2002年升為正教授。
職稱的飛快提升,是香港理工大學作為一所名牌大學,對殷建華教授最大的肯定;而殷建華教授在教書育人的同時,也真正實現(xiàn)了自己的人生價值,將自己的專業(yè)作出了最大的貢獻。
當初,獲得博士學位后,殷建華教授并沒有急于回到國家,而是在加拿大東部城市的一個顧問設計諮詢公司和一研究中心分別工作過兩年。而移居香港后,也在一個顧問設計諮詢公司工作接近一年。可以說,這幾年的工作經(jīng)歷,使得殷建華教授所學的理論知識,在實踐中得到了很好地印證,也很好地鍛煉了自己的能力,更增強自己解決實際問題的能力。而這些,更為他成為一名優(yōu)秀的教授打下了良好的理論與實際相結合的基礎。
據(jù)了解,殷建華教授所指導的兩大學生畢業(yè)論文連續(xù)兩年 (1999-2000年, 2000-2001年)被香港工程師學會評為第一名,并得到獎金和證書。殷建華教授介紹說:“我們對教學很重視,也重視跟學生溝通。我們學校教學有一整套系統(tǒng),很完善,也很出色,所以本科生從我們這里畢業(yè)都很有收獲,在社會上也很有改變?！?/p>
優(yōu)秀的教師,培養(yǎng)出優(yōu)秀的學生,但本質(zhì)上,殷建華教授也是一名優(yōu)秀的學者。他擔任高校聯(lián)工程師聯(lián)合會主席,將香港高校的許多工程界的朋友,匯聚在一起,在專業(yè)的碰撞間,實現(xiàn)聯(lián)會對香港、對國家更大的貢獻。
可以說,殷建華教授是國際巖土力學界十分活躍的青年專家學者,目前不僅擔任國際巖土力學計算方法與進展學會副主席、國際巖土力學與工程學會會員、中國力學學會巖土力學專業(yè)委員會委員、中國巖石力學與工程學會及地面巖石力學與工程專業(yè)委員會委員、中國地質(zhì)學會及工程地質(zhì)專業(yè)委員會委員、香港力學學會委員等職務,同時還擔任《加拿大巖土工程》學報副主編、國際《巖土力學與巖土工程》學報主編之一,美國《國際巖土力學》學報編委、國際《海洋地球資源與巖土工程》學報編委、《防災減災工程學報》編委、《巖土力學與工程學報》編委、《巖土工程界》編委、《結構工程進展》國際雜志編委。
積極參與國內(nèi)、國際學術的同時,殷建華教授也有自己的學術研究,在科研上取得豐富的成果:首創(chuàng)性地給出等效時間定義和土的一維、三維粘塑性模型,并應用于土體完全耦合的固結分析;首創(chuàng)性地將Timoshenko Beam Model用于土工布加筋土地基模擬;提出有排水板和用非線性土的本構方程(維彈粘塑性模型)完全耦合的固結分析的有效的有限元方法;首創(chuàng)性地將填海造地工程和土的固結理論及分析與互聯(lián)網(wǎng)結合。
其中,殷建華教授取得4項專利,出版了2本專著和編輯了3本書籍,發(fā)表了300多篇學術論文, 其中102篇學術論文在國際科學引文索引數(shù)據(jù)庫中的科學期刊(Journals in Science Citation Index )上發(fā)表。
現(xiàn)在,殷建華教授碩果累累,榮譽滿身,卻依然在學術的海洋里遠航。作為學者、專家、教授,他對年輕人寄語:成功是通過后天的努力――奮斗,尤其在年輕的時候要做到最好。
