結(jié)合科研課題的工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)探索

吳偉輝，黃晨華

(韶關(guān)學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是高校機(jī)械、化工、電子等工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的最重要環(huán)節(jié)之一，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和技能去分析、解決工程領(lǐng)域問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，也可鍛煉學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、刻苦鉆研、勇于探索和創(chuàng)新的從事科學(xué)研究的基本精神和能力[1]。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本科畢業(yè)生面臨的選擇及壓力也在增多，這影響了學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣。例如當(dāng)前許多學(xué)生的考研準(zhǔn)備工作、公務(wù)員考試備考、應(yīng)聘、實(shí)習(xí)等都會(huì)擠占了本來(lái)用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間，也使得學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣越來(lái)越弱。同時(shí)，隨著地方本科院校招生數(shù)量的增加，大部分本科高校都出現(xiàn)了教師指導(dǎo)壓力大、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題老舊、生均指導(dǎo)時(shí)間減 少等現(xiàn)象，也進(jìn)一步削弱了學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣，例如多年沿用的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題與時(shí)代發(fā)展需求脫節(jié)，這使很多學(xué)生感到畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)用性不強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生的積極性和創(chuàng)新欲望不高[2-3]。上述現(xiàn)象直接影響了畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生邁向社會(huì)的最后一道門(mén)檻，改善學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量刻不容緩。

眾所周知，我國(guó)學(xué)生是世界公認(rèn)學(xué)習(xí)能力最強(qiáng)的學(xué)生之一，但也是最缺乏創(chuàng)造性和創(chuàng)新性的學(xué)生[4]。其主要原因就是學(xué)生參與科研以及工程實(shí)踐少。

教學(xué)與科研都是高校教師的本職，著名科學(xué)家錢(qián)偉長(zhǎng)曾指出，“教學(xué)沒(méi)有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒(méi)有觀點(diǎn)的教育”。因而，如果無(wú)科研做基礎(chǔ)，本科教學(xué)就會(huì)失去"靈魂"。將科研融入到教學(xué)中，可以保證教學(xué)與時(shí)代貼合，使學(xué)生將所學(xué)的課本知識(shí)加以實(shí)際運(yùn)用，加深對(duì)知識(shí)的理解，并激發(fā)其創(chuàng)造性和創(chuàng)新性[5]。當(dāng)前，許多高校工科專(zhuān)業(yè)教師都有自己的研究方向與科研課題，這些研究方向與科研課題多與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性及綜合性。為此，本文探討了將畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)與教師科研課題相結(jié)合的方法，以便有效提升學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研同步發(fā)展。

1 結(jié)合科研課題的工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)具體方法

1.1 前期學(xué)生的培養(yǎng)

由于本科生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)較為薄弱，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工程實(shí)踐及科研鍛煉，僅在大學(xué)第四年匆忙挑選學(xué)生基于科研課題展開(kāi)畢業(yè)設(shè)計(jì)一般效果較差。為此，最好在前期適當(dāng)引導(dǎo)，將一些感興趣的同學(xué)盡早引入科研課題團(tuán)隊(duì)中，作前期的科研與工程實(shí)踐培養(yǎng)，使其在展開(kāi)畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，對(duì)未來(lái)畢業(yè)設(shè)計(jì)所涉及到的內(nèi)容有充分的了解，并掌握從事畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)軟、硬件工具以及方法。具體措施如下：

(1)通過(guò)老師引導(dǎo)、自我推薦等方式，吸引部分大學(xué)二年級(jí)或三年級(jí)的同學(xué)進(jìn)入科研課題團(tuán)隊(duì)，利用空余時(shí)間協(xié)助老師展開(kāi)科研工作。

學(xué)生早期參與科研課題，需循序漸進(jìn)，先從查找文獻(xiàn)，了解科研課題的背景、意義著手，然后幫助教師從事圖紙繪制、資料查找、簡(jiǎn)易程序編寫(xiě)、制作試樣等簡(jiǎn)單工作，并逐步過(guò)渡到讓學(xué)生參與到從機(jī)構(gòu)甚至設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試、工藝實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)試分析、完善修改的全部流程中。如此通過(guò)實(shí)踐，鍛煉學(xué)生掌握從事科研及工程實(shí)踐工作所需的工具及才能。

(2)老師應(yīng)對(duì)參與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的學(xué)生進(jìn)行定期考核，可采用寫(xiě)報(bào)告、任務(wù)完成情況考核等方式，并保持適當(dāng)?shù)谋O(jiān)督與指導(dǎo)，幫助學(xué)生快速成長(zhǎng)。

(3)可引導(dǎo)學(xué)生就科研課題相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯等學(xué)生科研課題，通過(guò)學(xué)生科研課題強(qiáng)制約束，讓學(xué)生得到嚴(yán)格的科研鍛煉。

例如，作者目前已成功引導(dǎo)學(xué)生申報(bào)了兩項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，目前都已立項(xiàng)同，分別是2014年廣東省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目"基于振鏡掃描的Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼激光快速熔覆強(qiáng)化工藝研究(項(xiàng)目編號(hào)：201410576040)"、2017年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目"單缸漏斗式金屬零件3D打印設(shè)備的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)(項(xiàng)目編號(hào)：201710576008)"，這兩個(gè)項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)及合同書(shū)中都有明確的技術(shù)路線及考核指標(biāo)，可以有效鍛煉學(xué)生的科研與工程實(shí)踐能力。實(shí)踐表明，兩組同學(xué)，都在項(xiàng)目展開(kāi)過(guò)程中得到了良好的鍛煉。

1.2 基于科研課題的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)選題對(duì)象為早期進(jìn)入項(xiàng)目組的，并且愿意繼續(xù)在項(xiàng)目組內(nèi)從事畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生。但是，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題可由學(xué)生根據(jù)其參與項(xiàng)目的實(shí)際情況主動(dòng)提出，并由教師修改形成；也可以由教師具體指定，但必須與學(xué)生充分溝通，在其愿意前提下確定。總體而言，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)結(jié)合科研課題內(nèi)容、學(xué)生的特長(zhǎng)愛(ài)好進(jìn)行。并且應(yīng)因才設(shè)題，對(duì)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，有較強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)的同學(xué)，可以適當(dāng)增加畢業(yè)設(shè)計(jì)選題難度；對(duì)于基礎(chǔ)較差的同學(xué)，則適當(dāng)降低畢業(yè)設(shè)計(jì)選題難度。

例如：作者近年來(lái)持續(xù)展開(kāi)增材制造(3D打印)研究。因此，基于3D打印科研課題，已成功制訂了“用于SLM 3D打印的螺桿式供粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”、“用于SLM 3D打印的螺桿式供粉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”、“激光掃描振鏡自動(dòng)防塵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”、“基于離心風(fēng)機(jī)的3D打印成型室一體式氣氛凈化裝置設(shè)計(jì)”等一系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)選題。

1.3 設(shè)計(jì)過(guò)程管理及指導(dǎo)

基于科研課題的畢業(yè)設(shè)計(jì)展開(kāi)，亦需要教師、學(xué)生大力配合，共同管理，使畢業(yè)設(shè)計(jì)順利展開(kāi)，并保證培養(yǎng)質(zhì)量。具體方法包括：

1.3.1 形成自我管理團(tuán)隊(duì)，處理好畢業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)作問(wèn)題

基于同一科研課題確立的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，盡管具體選題不同，但一般在技術(shù)領(lǐng)域都有著很大的關(guān)聯(lián)性，有些畢業(yè)設(shè)計(jì)選題之間還需要大量的配合，例如需要軟件與硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)。同時(shí)這些畢業(yè)設(shè)計(jì)選題者都是同專(zhuān)業(yè)同學(xué)，相互熟悉易交流勾通。為此，為保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，可以讓基于科研課題的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題學(xué)生組織起來(lái)，形成一個(gè)小組，并確立小組長(zhǎng)，自我管理，協(xié)同處理畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的一些問(wèn)題。例如，共同測(cè)繪一臺(tái)設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)、共同展開(kāi)一個(gè)實(shí)驗(yàn)、軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)、相互探討設(shè)計(jì)難題等。

1.3.2 查找補(bǔ)充文獻(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告

盡管學(xué)生已在前期培養(yǎng)中對(duì)自己的選題已有了較多的認(rèn)識(shí)，但確立畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后，指導(dǎo)教師仍需要指導(dǎo)學(xué)生查找補(bǔ)充文獻(xiàn)，同時(shí)，應(yīng)就研究重點(diǎn)、難題向?qū)W生講解，使其高質(zhì)量完成開(kāi)題報(bào)告，并迅速進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)。

1.3.3 督促學(xué)生定期匯報(bào)設(shè)計(jì)進(jìn)展，實(shí)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生克服技術(shù)難題

一般通過(guò)每周畢業(yè)設(shè)計(jì)小組會(huì)議的形式，讓學(xué)生匯報(bào)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展；也可以通過(guò)讓同學(xué)參加科研課題組學(xué)術(shù)交流會(huì)的形式，與指導(dǎo)教師通過(guò)PPT演示匯報(bào)的方式匯報(bào)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展。在匯報(bào)過(guò)程中，指導(dǎo)教師需要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生克服畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的技術(shù)難題，防止學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到困難，進(jìn)展長(zhǎng)久停滯。

1.3.4 涉密處理

由于畢業(yè)設(shè)計(jì)選題是基于科研課題展開(kāi)的，因此，可能部分設(shè)計(jì)選題以及后續(xù)設(shè)計(jì)成果涉及到技術(shù)機(jī)密。為此，在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)展開(kāi)過(guò)程中，應(yīng)督促學(xué)生做好保密工作，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專(zhuān)利申報(bào)、軟件版權(quán)登記等處理，防止畢業(yè)設(shè)計(jì)因查重、答辯等公開(kāi)環(huán)節(jié)泄漏科研團(tuán)隊(duì)的技術(shù)機(jī)密，造成損失。

1.4 反復(fù)修改，保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量

好的畢業(yè)設(shè)計(jì)，應(yīng)是反復(fù)修改形成的，指導(dǎo)教師應(yīng)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行審查，反復(fù)提出修改意見(jiàn)，以保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，具體措施包括：

1.4.1 前期修改：形式審查

指導(dǎo)教師應(yīng)提前公布畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿提交時(shí)間。學(xué)生按時(shí)提交畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿，由指導(dǎo)教師提出前期修改意見(jiàn)，前期修改一般是形式審查，內(nèi)容主要包括：

設(shè)計(jì)是否嚴(yán)格按學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)規(guī)范展開(kāi)：確保提交的文檔是按學(xué)校的格式要求的，同時(shí)在數(shù)量上達(dá)到學(xué)校的要求(例如論文字?jǐn)?shù)、圖紙數(shù)量等)，此外還應(yīng)確保符合學(xué)術(shù)規(guī)范，防止學(xué)術(shù)道德失準(zhǔn)。

論文、圖紙結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行合理性審核：對(duì)論文的結(jié)構(gòu)布局、邏輯性是否合理進(jìn)行審核；對(duì)圖紙的格式是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核；對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性、可靠性進(jìn)行審核等。

1.4.2 后續(xù)修改：技術(shù)性修改

對(duì)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出技術(shù)性修改意見(jiàn)，主要是對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)是否可行進(jìn)行再次論證，盡量避免不可行的技術(shù)細(xì)節(jié)出現(xiàn)。萬(wàn)一技術(shù)細(xì)節(jié)不合理，應(yīng)讓學(xué)生反復(fù)修改調(diào)整，直到畢業(yè)設(shè)計(jì)在技術(shù)上是可行的為止。

2 具體案例

畢業(yè)設(shè)計(jì)選題：擴(kuò)音機(jī)攜帶扣零件的三維設(shè)計(jì)及FDM增材制造[6]。

該選題來(lái)源于作者的關(guān)于激光增材制造的科研課題，項(xiàng)目需要采用到逆向工程技術(shù)，對(duì)復(fù)雜外形物體進(jìn)行掃描，生成三維模型，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)零件并展開(kāi)金屬零件的增材制造。在前期的工作中，讓學(xué)生通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，探索并掌握整個(gè)基于激光掃描儀的物體三維圖形重建、零件設(shè)計(jì)以及采用FDM進(jìn)行塑料零件增材制造的工藝技術(shù)。

由此確立的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題為：擴(kuò)音機(jī)攜帶扣零件的三維設(shè)計(jì)及FDM增材制造。

選題者對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)選題先展開(kāi)了文獻(xiàn)查找工作，熟悉了增材制造、逆向工程、FDM等技術(shù)知識(shí)，然后和指導(dǎo)教師協(xié)商，制定了以下工藝路線：

在韶關(guān)學(xué)院的非接觸式DAVID SLS-1掃描儀上完成擴(kuò)音機(jī)的逆向工程實(shí)驗(yàn)，采集到擴(kuò)音機(jī)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)→在Geomagic studio軟件平臺(tái)上處理數(shù)據(jù)，修整并擬合數(shù)據(jù)后生成擴(kuò)音機(jī)三維模型→導(dǎo)入到Solidworks軟件平臺(tái)，利用擴(kuò)音機(jī)的三維模型的曲面特征，設(shè)計(jì)出擴(kuò)音機(jī)的攜帶扣的三維模型→應(yīng)用韶關(guān)學(xué)院FDM 3D打印設(shè)備打印出該三維模型→將3D打印件與擴(kuò)音機(jī)裝配，演示使用效果。

學(xué)生選擇該課題以來(lái)，對(duì)選題十分感興趣，表現(xiàn)積極，很快高質(zhì)量地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)還被評(píng)為韶關(guān)學(xué)院2014屆本科生優(yōu)秀畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))。通過(guò)該畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生掌握了逆向工程設(shè)備、Geomagic studio 12逆向工程軟件、Solidworks軟件、FDM 增材制造設(shè)備等的使用，能自如地實(shí)現(xiàn)從反求建模到零件三維設(shè)計(jì)，再到二維草圖生成，零件3D打印的整個(gè)流程，提高了學(xué)生的個(gè)人技術(shù)及社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力，取得了良好的培養(yǎng)成果。同時(shí)教師也借助該生的畢業(yè)設(shè)計(jì)流程，掌握了科研所需的工藝流程。達(dá)到了教學(xué)與科研的雙贏。圖1～圖4是其畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)果展示。

圖1 由逆向工程獲得數(shù)據(jù)擬合生成的擴(kuò)音機(jī)三維模型

圖2 在擴(kuò)音機(jī)三維模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)得到的攜帶扣的三維模型

圖3 攜帶扣FDM增材制造結(jié)果

圖4 擴(kuò)音機(jī)攜帶扣的裝配

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前高校工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)出現(xiàn)的學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)興趣感弱、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題陳舊、畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量下滑的現(xiàn)象，探討了將畢業(yè)設(shè)計(jì)與科研課題相結(jié)合的辦法，結(jié)合實(shí)例，從學(xué)生前期培養(yǎng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)展開(kāi)等方面進(jìn)行了有益探索。實(shí)踐表明，這種方法是行之有效的，提升了學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與科研同步發(fā)展。

[1] 深圳大學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))工作規(guī)定.百度文庫(kù)[DB/OL].https://wenku.baidu.com/view/a4913aea6f1aff00bed51eb1.html.2018.1.25.

[2] 吳君華,陳興林,葛 飛.從科研項(xiàng)目中選題來(lái)提高本科畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量[J].科技、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng), 2015(3):209-210.

[3] 張定邦,程 濤,吳 潔.科研型課題在土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2016, 32(2):64-68.

[4] 劉 岱,周德新,詹湘琳.基于教學(xué)與科研相結(jié)合的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)研究[J].教育教學(xué)論壇, 2015(33):66-67.

[5] 郝玉柱.高校教師如何認(rèn)識(shí)和處理教學(xué)與科研的關(guān)系[J].高等財(cái)經(jīng)教育研究, 2010, 13(2):63-65.

[6] 黎賀昌.擴(kuò)音機(jī)攜帶扣零件的三維設(shè)計(jì)及FDM增材制造[D].廣東：韶關(guān)學(xué)院，2014年.