毕业设计教学改革与实践

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［摘要］毕业设计一年制是机械电子工程专业毕业设计教学的一次尝试性改革，取得了良好的教学效果。本文首先从机械电子工程专业毕业设计特点和学生特点等方面阐述实施毕业设计一年制的必要性；其次重点说明毕业设计一年制的具体改革措施如导师制、校企联合和PPT答辩等；最后通过对学生的调查问卷所反馈信息的分析，证实毕业设计一年制的教学效果和明确持续改进的方向，对于机械电子工程及相关专业的毕业设计教学具有一定的参考价值。

［关键词］毕业设计；一年制；机械电子工程；教学改革

毕业设计（论文）是本科专业人才培养计划中最后一个综合性实践教学环节，是培养学生工程实践能力、理论研究能力和创新意识的重要途径，是学生毕业及学位资格认定的重要依据。做好毕业设计（论文）工作对培养具有创新精神和实践能力的高素质人才具有极其重要的意义［1］。机械电子工程专业培养掌握机械、电气控制、流体传动与控制等领域的基础理论和专业知识，具有人文社会科学素养，能够从事流体动力系统、机电系统及装备等方面的产品研发、设计制造、生产管理及市场开发等工作，具有较强的工程素养和工程实践能力，具有社会责任感、创新精神和国际视野的高级专门人才［2］。毕业设计是机械电子工程专业人才培养过程中极为重要的一门专业必修课程。为了进一步提高毕业设计质量，机械电子工程专业自2017年开始实施毕业设计一年制，目前，已经进行了第一届学生的试验教学，并取得良好的教学效果。本文首先从机械电子工程专业毕业设计特点和学生特点等方面阐述实施毕业设计一年制的必要性；其次重点说明毕业设计一年制的具体改革措施如导师制、校企联合和PPT答辩等；最后通过对学生的调查问卷所反馈信息的分析，证实毕业设计一年制的教学效果和明确持续改进的方向，对于机械电子工程及相关专业的毕业设计的教学具有一定的参考价值。

一、实施毕业设计一年制的必要性

（一）机械电子工程专业毕业设计特点。目前，机械电子工程专业毕业设计以液压元件和系统为主要的设计载体，学生必须先查阅文献和收集资料并进行分析，了解国内外的研究现状和相关产品结构及性能特点。然后根据给定关键参数，在熟悉液压元件和系统设计、生产、检测、调试的各种技术标准和规范基础上，学生进行液压元件及系统方案设计和理论计算，绘制总体装配图和零部件图，撰写设计说明书和进行毕业答辩，重点打造学生对于液压元件及系统中微米-毫秒级摩擦副和阀控缸的设计的专业核心能力［3］。具体毕业设计任务、要求和时间进程安排如下（以XX斜轴式轴向柱塞泵的设计为例）：1.设计任务及要求（1）检索阅读液压柱塞泵的论文，不少于10篇，其中外文资料不少于2篇。翻译不少于1.5万字符的有关液压轴向变量柱塞泵方面的外文文献。（2）收集斜轴式轴向变量柱塞泵方面的资料；进行斜轴式轴向变量柱塞泵结构参数计算；绘制装配图、零件图。（3）若计算机条件允许，应尽量使用CAD制图。（4）进行摩擦副受力分析与计算、轴承受力分析计算、关键零部件（比如缸体、泵轴等）结构强度计算。（5）撰写毕业设计说明书。使用“兰州理工大学毕业设计（论文）”统一封面及格式；说明书内容包括目录、正文、参考文献等，并按规定的顺序装订（详见《毕业设计（论文）过程记录》（理工类）的末页）；正文不少于2万字；中、英文摘要约200字，关键词3~5个。（6）图纸工作量不少于4张A0纸。由毕业设计任务、要求和时间进程可以发现，机械电子工程专业毕业设计以液压元件或系统为设计对象，侧重于元件及系统的结构设计与计算、制图等，工作量较大，具有很强的综合性。因此，要求学生具备机械设计、电工电子、机械制图、液压元件及系统等方面的理论知识和计算机制图能力，尤其是有关理论储备和计算机制图技能的掌握，需要较长时间的积累和训练才能达到一定的水平。（二）学生特点。1.大三学生思想活跃，兴趣爱好广泛随着知识的增长，大三学生对于政治、经济、社会等领域出现的新事物、新情况等反应极为敏感，思想比较活跃，他们积极参加各种活动，重视培养各种能力［4］。因此，将第7学期（大三第2学期）设为毕业设计教学阶段，符合学生自身发展特点，比如引导学生学习有关制图软件、仿真软件的知识及操作等，对他们来讲是很具有吸引力的，而且学生愿意接受挑战和新事物，愿意掌握新技能。2.大四学生自主支配意识强，关注毕业去向从进入大四到大学毕业，是大学生从学校走向社会的心理准备期，也是大学教育的最后一个阶段。此时，大学生的人生观、世界观已基本形成，思想趋于成熟，能够比较客观和理智地对待各种问题，具有一定的观察、分析和解决问题的能力［4］。他们的注意力已经转移到如何更好地完成学业、走向社会。毕业去向是他们最为关心和忧虑的问题，希望找一份理想的工作，学以致用，充分发挥自己的特长。目前，大多数学生毕业去向是就业、考研或者创业等。因此，在大四学年，由于大学所剩时光不多，学生心里充满紧迫感。绝大多数学生精力集中于求职和考研复习，已经不像大三学年那样能够全身心投入专业学习中，这一点可以清楚地体现在往届学生毕业设计过程中。因而，毕业设计时间前移是做好毕业设计的基础。

二、毕业设计一年制教学改革措施

（一）导师制。本科生导师制是指组织高校内从事教学、科研方面的骨干教师，结合自己的研究方向，在专业高年级本科生中实施对专人进行因材施教的一种制度［1］。在本次毕业设计一年制教学中，全过程实施导师制培养，进行学生-导师的双向选择，通过导师教学科研特长的自我介绍，学生依据自己的意愿自主选择，导师根据学生的平时表现也进行选择，建议一些有考研意愿的学生优先选择具有研究生培养资格的教师，为具有深造潜力的学生提供适合的学习成长环境，一般每一小组9人左右。对于进行校企联合毕业设计的学生，为充分利用企业资源和弥补校内不足，实施双导师制即设定一位校内导师和一位企业导师。由校内导师和企业导师共同确定学生的题目，一般是企业的工程实践项目或者在研项目子课题。企业导师主要负责学生在毕业设计过程中的细节问题指导，校内导师与学生也定期进行交流，如利用电话、QQ、微信或者电子邮件，与学生共同探讨毕业设计中的问题，同时进行进度督促。导师制毕业设计过程中，前期（第7学期），导师根据毕业设计题目的需要，将任务分解，引导学生收集文献资料，分析国内外有关研究现状和产品结构性能，学习液压元件及系统有关理论知识，系统学习和训练学生工程制图能力，定期组织小组组会，相互交流阶段性成果和讨论有关问题，为后期毕业设计的进行奠定良好的基础。后期（第8学期），校内导师下达毕业设计任务书，学生根据毕业设计要求和进度安排，在设计方案-几何尺寸计算-强度校核-绘制装配图-绘制零件图-撰写设计说明书的整个过程中，导师全程与学生交流。（二）校企联合。兰州理工大学机械电子工程专业（原流体传动与控制专业）一直在我国流体传动及控制领域具有重要影响和地位，形成了“甘工大液压”品牌，专业与我国装备制造业、工程机械、车辆、重工、军工、航空航天等领域的相关企业建立了良好的合作关系，为校企联合毕业设计提供了丰富的企业资源。校企联合毕业设计充分利用学校与企业、科研单位等多种不同的教育环境和教育资源以及在人才培养方面的各自优势，把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产、科研实践有机结合于学生的培养过程之中。本次毕业设计一年制教学中，部分设计小组将企业毕业实习与毕业设计一体化，即学生的毕业实习和毕业设计都在校外同一企业进行，学生前期在企业能够联系生产实际获取液压元件、系统设计制造和试验研究的相关知识，印证和巩固已学的专业理论知识。这样，可使学生在实习中得到对液压元件及系统生产的准确认识，并从生产工艺上初步了解液压元件及系统的加工制造工序，为后期毕业设计的开展奠定实践基础，而不停留于理论层面。校企联合毕业设计一般是以企业工程实际问题或者研发项目为背景，培养学生深入运用工程原理和各种工程知识，分析和解决复杂工程问题的能力［5］。要求学生在学中干、干中学，不怕没做过，就怕往后缩。本次毕业设计中，如“3.5吨液压挖掘机回转与动臂偏转液压系统的设计”“高压大流量乳化液泵设计及其校准”“超疏水沟槽表面通气减阻特性的试验研究”“液压双足仿人机器人电液驱动系统设计及其仿真分析”等题目，紧密围绕所在企业或科研院所的生产实际，针对企业关心的实际工程问题，进行有一定深度的计算与分析，达到了多方共赢：学生受益，企业单位受益，教师学校受益。（三）PPT答辩。毕业要求中沟通能力要求为：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，其中包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。往年毕业设计答辩中一般流程为：学生自我介绍—答辩老师提问—学生回答，其中自我介绍中一般对照图纸和说明书口头表述，部分学生陈述不清、表述不当甚至没有充足自信。本次毕业设计部分小组试行PPT答辩，学生的重视程度明显提高，学生将一年来所得成果通过PPT的形式进行讲解，表述条理清晰，同时也增强了自信。PPT答辩给学生营造了一种浓厚的学术氛围和仪式感，使学生具有一定的成就感和获得感。

三、教学效果反馈

为了切实了解毕业设计一年制的教学效果，在毕业设计结束后对本专业学生进行了一次调查问卷，主要设置以下问题：（1）你是在校内进行的毕业设计，还是在企业或科研院所？（2）毕业设计前半年你有什么收获？（3）本次毕业设计你最大的收获是什么？（4）你期望在校内进行毕业设计还是在企业？（5）你对毕业设计过程中教师的指导有什么建议或意见？统计分析结果如下：（一）毕业设计前半年学生的收获。从图1可以看出，在毕业设计一年制的前半年中，学生的主要收获在于综合应用能力、制图能力和设计及制造能力得到培养与锻炼。其中综合应用能力方面学生系统地掌握了有关液压元件及系统理论知识、设计、加工、试验等。学生利用课余时间根据指导教师安排，自主系统学习CAD二维制图、Pro/E等三维制图工具并了解相关制图标准和规范，后期毕业设计中发现学生的制图能力和水平有了大幅度提升。部分学生通过企业实习，对于液压元件及系统的设计和制造过程有了进一步的深入了解，为后期毕业设计的开展奠定良好基础。图1毕业设计前半年学生的收获（二）毕业设计一年制学生最大的收获。从图2可以看出，毕业设计一年制中学生最大的收获主要有设计能力、制图能力以及受挫能力的提升。机械电子工程专业的毕业设计就是通过液压元件及系统方案设计和理论计算、绘制总体装配图和零部件图、撰写设计说明书和毕业答辩等环节，重点打造学生对于液压元件及系统中微米-毫秒级摩擦副和阀控缸的设计的专业核心能力，设计和制图能力方面收获占比65%也证实了这一点。另外，部分学生在毕业设计中因为进行挑战性较大的课题如“机器人液压系统”的设计研发，面临液压技术在前沿领域的应用，充满无形的压力，但同时也激发了学生的潜能，使他们懂得遇到困难一定要尝试着自己先解决，办法总比困难多的道理。（三）期望校内毕业设计还是企业毕业设计。从图3可以看出，学生对于校内毕业设计和校外毕业设计的期望基本持平。因此，在充分发挥校企联合毕业设计优势的同时，要对校内毕业设计进行升级改进，在传统毕业设计中鼓励学生进行创新设计，比如将液压元件看作一个集成系统，如鼓形空心柱塞、带有节流槽的变量阀阀芯等，对于关键零件进行多方案设计，再进行整体组合优化创新设计。另外，引导学生使用计算软件进行一些建模仿真计算如液压变量泵变量机构的动态特性，开展有关摩擦副和阀控缸特性的模型化试验等。

四、总结

毕业设计（论文）是本科专业人才培养计划中最后一个综合性实践教学环节，是对大学阶段学习内容的总结，全面展现学生的专业核心能力和综合能力。通过毕业设计一年制的教学改革试验，提出导师制、校企联合和PPT答辩等具体有力措施，通过学生反馈，进一步检验教学效果，也找到了毕业一年制持续改进的方向，为机械电子工程及相关专业的毕业设计教学提供一定的参考。

［参考文献］

［1］胡爱江.本科毕业设计与大学生创新能力培养［J］.东南大学学报（哲学社会科学版）,2011（S2）:126-128.

［2］兰州理工大学.机械电子工程指导性培养计划（2017版）［Z］.2017.

［3］兰州理工大学.机械电子工程毕业设计教学大纲（2017版）［Z］.2017.

［4］谢安邦主编.高等教育学（修订版）［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［5］林健.如何理解和解决复杂工程问题——基于《华盛顿协议》的界定和要求［J］.高等工程教育研究,2016（5）:17-26，38.

作者:刘新强 王峥嵘 闵 为 冀 宏 张继铭 单位:兰州理工大学能源与动力工程学院