畢業設計教學改革與實踐

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［摘要］畢業設計一年制是機械電子工程專業畢業設計教學的一次嘗試性改革，取得了良好的教學效果。本文首先從機械電子工程專業畢業設計特點和學生特點等方面闡述實施畢業設計一年制的必要性；其次重點說明畢業設計一年制的具體改革措施如導師制、校企聯合和PPT答辯等；最后通過對學生的調查問卷所反饋信息的分析，證實畢業設計一年制的教學效果和明確持續改進的方向，對于機械電子工程及相關專業的畢業設計教學具有一定的參考價值。

［關鍵詞］畢業設計；一年制；機械電子工程；教學改革

畢業設計（論文）是本科專業人才培養計劃中最后一個綜合性實踐教學環節，是培養學生工程實踐能力、理論研究能力和創新意識的重要途徑，是學生畢業及學位資格認定的重要依據。做好畢業設計（論文）工作對培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才具有極其重要的意義［1］。機械電子工程專業培養掌握機械、電氣控制、流體傳動與控制等領域的基礎理論和專業知識，具有人文社會科學素養，能夠從事流體動力系統、機電系統及裝備等方面的產品研發、設計制造、生產管理及市場開發等工作，具有較強的工程素養和工程實踐能力，具有社會責任感、創新精神和國際視野的高級專門人才［2］。畢業設計是機械電子工程專業人才培養過程中極為重要的一門專業必修課程。為了進一步提高畢業設計質量，機械電子工程專業自2017年開始實施畢業設計一年制，目前，已經進行了第一屆學生的試驗教學，并取得良好的教學效果。本文首先從機械電子工程專業畢業設計特點和學生特點等方面闡述實施畢業設計一年制的必要性；其次重點說明畢業設計一年制的具體改革措施如導師制、校企聯合和PPT答辯等；最后通過對學生的調查問卷所反饋信息的分析，證實畢業設計一年制的教學效果和明確持續改進的方向，對于機械電子工程及相關專業的畢業設計的教學具有一定的參考價值。

一、實施畢業設計一年制的必要性

（一）機械電子工程專業畢業設計特點。目前，機械電子工程專業畢業設計以液壓元件和系統為主要的設計載體，學生必須先查閱文獻和收集資料并進行分析，了解國內外的研究現狀和相關產品結構及性能特點。然后根據給定關鍵參數，在熟悉液壓元件和系統設計、生產、檢測、調試的各種技術標準和規范基礎上，學生進行液壓元件及系統方案設計和理論計算，繪制總體裝配圖和零部件圖，撰寫設計說明書和進行畢業答辯，重點打造學生對于液壓元件及系統中微米-毫秒級摩擦副和閥控缸的設計的專業核心能力［3］。具體畢業設計任務、要求和時間進程安排如下（以XX斜軸式軸向柱塞泵的設計為例）：1.設計任務及要求（1）檢索閱讀液壓柱塞泵的論文，不少于10篇，其中外文資料不少于2篇。翻譯不少于1.5萬字符的有關液壓軸向變量柱塞泵方面的外文文獻。（2）收集斜軸式軸向變量柱塞泵方面的資料；進行斜軸式軸向變量柱塞泵結構參數計算；繪制裝配圖、零件圖。（3）若計算機條件允許，應盡量使用CAD制圖。（4）進行摩擦副受力分析與計算、軸承受力分析計算、關鍵零部件（比如缸體、泵軸等）結構強度計算。（5）撰寫畢業設計說明書。使用“蘭州理工大學畢業設計（論文）”統一封面及格式；說明書內容包括目錄、正文、參考文獻等，并按規定的順序裝訂（詳見《畢業設計（論文）過程記錄》（理工類）的末頁）；正文不少于2萬字；中、英文摘要約200字，關鍵詞3~5個。（6）圖紙工作量不少于4張A0紙。由畢業設計任務、要求和時間進程可以發現，機械電子工程專業畢業設計以液壓元件或系統為設計對象，側重于元件及系統的結構設計與計算、制圖等，工作量較大，具有很強的綜合性。因此，要求學生具備機械設計、電工電子、機械制圖、液壓元件及系統等方面的理論知識和計算機制圖能力，尤其是有關理論儲備和計算機制圖技能的掌握，需要較長時間的積累和訓練才能達到一定的水平。（二）學生特點。1.大三學生思想活躍，興趣愛好廣泛隨著知識的增長，大三學生對于政治、經濟、社會等領域出現的新事物、新情況等反應極為敏感，思想比較活躍，他們積極參加各種活動，重視培養各種能力［4］。因此，將第7學期（大三第2學期）設為畢業設計教學階段，符合學生自身發展特點，比如引導學生學習有關制圖軟件、仿真軟件的知識及操作等，對他們來講是很具有吸引力的，而且學生愿意接受挑戰和新事物，愿意掌握新技能。2.大四學生自主支配意識強，關注畢業去向從進入大四到大學畢業，是大學生從學校走向社會的心理準備期，也是大學教育的最后一個階段。此時，大學生的人生觀、世界觀已基本形成，思想趨于成熟，能夠比較客觀和理智地對待各種問題，具有一定的觀察、分析和解決問題的能力［4］。他們的注意力已經轉移到如何更好地完成學業、走向社會。畢業去向是他們最為關心和憂慮的問題，希望找一份理想的工作，學以致用，充分發揮自己的特長。目前，大多數學生畢業去向是就業、考研或者創業等。因此，在大四學年，由于大學所剩時光不多，學生心里充滿緊迫感。絕大多數學生精力集中于求職和考研復習，已經不像大三學年那樣能夠全身心投入專業學習中，這一點可以清楚地體現在往屆學生畢業設計過程中。因而，畢業設計時間前移是做好畢業設計的基礎。

二、畢業設計一年制教學改革措施

（一）導師制。本科生導師制是指組織高校內從事教學、科研方面的骨干教師，結合自己的研究方向，在專業高年級本科生中實施對專人進行因材施教的一種制度［1］。在本次畢業設計一年制教學中，全過程實施導師制培養，進行學生-導師的雙向選擇，通過導師教學科研特長的自我介紹，學生依據自己的意愿自主選擇，導師根據學生的平時表現也進行選擇，建議一些有考研意愿的學生優先選擇具有研究生培養資格的教師，為具有深造潛力的學生提供適合的學習成長環境，一般每一小組9人左右。對于進行校企聯合畢業設計的學生，為充分利用企業資源和彌補校內不足，實施雙導師制即設定一位校內導師和一位企業導師。由校內導師和企業導師共同確定學生的題目，一般是企業的工程實踐項目或者在研項目子課題。企業導師主要負責學生在畢業設計過程中的細節問題指導，校內導師與學生也定期進行交流，如利用電話、QQ、微信或者電子郵件，與學生共同探討畢業設計中的問題，同時進行進度督促。導師制畢業設計過程中，前期（第7學期），導師根據畢業設計題目的需要，將任務分解，引導學生收集文獻資料，分析國內外有關研究現狀和產品結構性能，學習液壓元件及系統有關理論知識，系統學習和訓練學生工程制圖能力，定期組織小組組會，相互交流階段性成果和討論有關問題，為后期畢業設計的進行奠定良好的基礎。后期（第8學期），校內導師下達畢業設計任務書，學生根據畢業設計要求和進度安排，在設計方案-幾何尺寸計算-強度校核-繪制裝配圖-繪制零件圖-撰寫設計說明書的整個過程中，導師全程與學生交流。（二）校企聯合。蘭州理工大學機械電子工程專業（原流體傳動與控制專業）一直在我國流體傳動及控制領域具有重要影響和地位，形成了“甘工大液壓”品牌，專業與我國裝備制造業、工程機械、車輛、重工、軍工、航空航天等領域的相關企業建立了良好的合作關系，為校企聯合畢業設計提供了豐富的企業資源。校企聯合畢業設計充分利用學校與企業、科研單位等多種不同的教育環境和教育資源以及在人才培養方面的各自優勢，把以課堂傳授知識為主的學校教育與直接獲取實際經驗、實踐能力為主的生產、科研實踐有機結合于學生的培養過程之中。本次畢業設計一年制教學中，部分設計小組將企業畢業實習與畢業設計一體化，即學生的畢業實習和畢業設計都在校外同一企業進行，學生前期在企業能夠聯系生產實際獲取液壓元件、系統設計制造和試驗研究的相關知識，印證和鞏固已學的專業理論知識。這樣，可使學生在實習中得到對液壓元件及系統生產的準確認識，并從生產工藝上初步了解液壓元件及系統的加工制造工序，為后期畢業設計的開展奠定實踐基礎，而不停留于理論層面。校企聯合畢業設計一般是以企業工程實際問題或者研發項目為背景，培養學生深入運用工程原理和各種工程知識，分析和解決復雜工程問題的能力［5］。要求學生在學中干、干中學，不怕沒做過，就怕往后縮。本次畢業設計中，如“3.5噸液壓挖掘機回轉與動臂偏轉液壓系統的設計”“高壓大流量乳化液泵設計及其校準”“超疏水溝槽表面通氣減阻特性的試驗研究”“液壓雙足仿人機器人電液驅動系統設計及其仿真分析”等題目，緊密圍繞所在企業或科研院所的生產實際，針對企業關心的實際工程問題，進行有一定深度的計算與分析，達到了多方共贏：學生受益，企業單位受益，教師學校受益。（三）PPT答辯。畢業要求中溝通能力要求為：能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，其中包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令。往年畢業設計答辯中一般流程為：學生自我介紹—答辯老師提問—學生回答，其中自我介紹中一般對照圖紙和說明書口頭表述，部分學生陳述不清、表述不當甚至沒有充足自信。本次畢業設計部分小組試行PPT答辯，學生的重視程度明顯提高，學生將一年來所得成果通過PPT的形式進行講解，表述條理清晰，同時也增強了自信。PPT答辯給學生營造了一種濃厚的學術氛圍和儀式感，使學生具有一定的成就感和獲得感。

三、教學效果反饋

為了切實了解畢業設計一年制的教學效果，在畢業設計結束后對本專業學生進行了一次調查問卷，主要設置以下問題：（1）你是在校內進行的畢業設計，還是在企業或科研院所？（2）畢業設計前半年你有什么收獲？（3）本次畢業設計你最大的收獲是什么？（4）你期望在校內進行畢業設計還是在企業？（5）你對畢業設計過程中教師的指導有什么建議或意見？統計分析結果如下：（一）畢業設計前半年學生的收獲。從圖1可以看出，在畢業設計一年制的前半年中，學生的主要收獲在于綜合應用能力、制圖能力和設計及制造能力得到培養與鍛煉。其中綜合應用能力方面學生系統地掌握了有關液壓元件及系統理論知識、設計、加工、試驗等。學生利用課余時間根據指導教師安排，自主系統學習CAD二維制圖、Pro/E等三維制圖工具并了解相關制圖標準和規范，后期畢業設計中發現學生的制圖能力和水平有了大幅度提升。部分學生通過企業實習，對于液壓元件及系統的設計和制造過程有了進一步的深入了解，為后期畢業設計的開展奠定良好基礎。圖1畢業設計前半年學生的收獲（二）畢業設計一年制學生最大的收獲。從圖2可以看出，畢業設計一年制中學生最大的收獲主要有設計能力、制圖能力以及受挫能力的提升。機械電子工程專業的畢業設計就是通過液壓元件及系統方案設計和理論計算、繪制總體裝配圖和零部件圖、撰寫設計說明書和畢業答辯等環節，重點打造學生對于液壓元件及系統中微米-毫秒級摩擦副和閥控缸的設計的專業核心能力，設計和制圖能力方面收獲占比65%也證實了這一點。另外，部分學生在畢業設計中因為進行挑戰性較大的課題如“機器人液壓系統”的設計研發，面臨液壓技術在前沿領域的應用，充滿無形的壓力，但同時也激發了學生的潛能，使他們懂得遇到困難一定要嘗試著自己先解決，辦法總比困難多的道理。（三）期望校內畢業設計還是企業畢業設計。從圖3可以看出，學生對于校內畢業設計和校外畢業設計的期望基本持平。因此，在充分發揮校企聯合畢業設計優勢的同時，要對校內畢業設計進行升級改進，在傳統畢業設計中鼓勵學生進行創新設計，比如將液壓元件看作一個集成系統，如鼓形空心柱塞、帶有節流槽的變量閥閥芯等，對于關鍵零件進行多方案設計，再進行整體組合優化創新設計。另外，引導學生使用計算軟件進行一些建模仿真計算如液壓變量泵變量機構的動態特性，開展有關摩擦副和閥控缸特性的模型化試驗等。

四、總結

畢業設計（論文）是本科專業人才培養計劃中最后一個綜合性實踐教學環節，是對大學階段學習內容的總結，全面展現學生的專業核心能力和綜合能力。通過畢業設計一年制的教學改革試驗，提出導師制、校企聯合和PPT答辯等具體有力措施，通過學生反饋，進一步檢驗教學效果，也找到了畢業一年制持續改進的方向，為機械電子工程及相關專業的畢業設計教學提供一定的參考。

［參考文獻］

［1］胡愛江.本科畢業設計與大學生創新能力培養［J］.東南大學學報（哲學社會科學版）,2011（S2）:126-128.

［2］蘭州理工大學.機械電子工程指導性培養計劃（2017版）［Z］.2017.

［3］蘭州理工大學.機械電子工程畢業設計教學大綱（2017版）［Z］.2017.

［4］謝安邦主編.高等教育學（修訂版）［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［5］林健.如何理解和解決復雜工程問題——基于《華盛頓協議》的界定和要求［J］.高等工程教育研究,2016（5）:17-26，38.

作者:劉新強 王崢嶸 閔 為 冀 宏 張繼銘 單位:蘭州理工大學能源與動力工程學院