雷達工程專業本科畢業設計指導模式探索

許河秀 王彥朝 彭 清 張 晶

(1. 空軍工程大學 防空反導學院, 西安 710051)(2. 空軍工程大學 基礎部, 西安 710051)

作為本科學習階段的收官之戰，本科畢業設計(本科畢設)不僅是對本科生四年學習的最終考核，同時也是對本科生基礎知識、專業素養、實踐能力等能力的全面錘煉[1-4]。《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》(教高〔2019〕6號)提出要落實本科畢業論文要求，加強本科人才培養質量監督[5]。高質量本科畢設不僅能升華學員的專業能力素養，還能使其掌握科學研究方法和扎實的專業技能，培養較強的系統思維和創新實踐能力，使其能夠綜合運用專業知識發現、分析和解決實際問題。但是，目前雷達工程專業本科畢設畢業論文質量不高、指導效率低等問題比較普遍，究其原因主要在以下兩方面：一方面，由于專業知識較難導致本科生沒有興趣也就沒有思路和方法，再加上學員專業基礎知識不扎實，雖然經過四年學習，但是還未能深入系統掌握專業知識內容，使其在選題時無法發揮自身主觀能動性，無法根據專長選取研究專題，導致對研究內容不清楚，選題創新性不足[6-8]；另一方面，受到傳統指導模式的影響，選題均由老師主觀出題，學生被動選題，整個本科畢設都是在老師給出的框架下完成，導致本科生畢設過程中過于依賴指導老師幫帶[9-10]。由此可見，指導老師參與度對本科畢設質量起到決定性作用，然而指導老師往往每年指導多個學生，再加上本身教學科研任務繁重，無法全身心投入到“一對一”指導工作中。因此傳統畢設指導模式與高質量本科畢設不再相適應，亟需建立一種高效、暢通的模式來提高本科畢設質量。

1 雷達工程專業特點和能力培養

所探索的指導模式是基于雷達工程專業提出的，該專業具有以下特點。

一是基礎理論涉及范圍廣，雷達工程專業對應研究生學科為電子科學技術、電子信息工程等，這些學科研究前沿性強，這也意味著學生應當具備完善的知識體系。雷達工程專業課程體系如圖1 所示，開設了諸如政治理論、自然科學、人文科學的通識類基礎課，還包括“數字電路”“模擬電路”在內的電子基礎課程、專業仿真軟件課程以及計算機等公共工具相關課程。這些課程是后續專業核心課程學習的基礎，通過基礎類課程的學習拓寬了學生視野，培養了學生邏輯思維及批判性思維，為后期專業課程學習及科研能力培養打下了堅實的基礎。

二是專業課程難度大，在前期學習基礎理論知識的基礎上，學生進入專業課程學習。如圖1 所示，雷達工程專業核心課程包括“數字信號處理”“電磁場與電磁波”“微波技術與天線”以及“雷達原理”“雷達數據處理”和“雷達電子戰”等，這些專業課程學習是對基礎理論知識進一步深化，并與基礎知識一同形成了知識閉環，相較于基礎課程的學習，專業核心課程學習難度不斷提升。

圖1 雷達工程專業課程體系

三是仿真困難和實驗復雜，對于雷達工程專業來說，仿真和實驗是研究中必不可少的關鍵環節[11]，而專業仿真數據量大，實驗步驟復雜。從結構仿真、優化到實物加工，再從實驗環境搭建、測試到最后的實驗數據處理和結果分析，畢業設計綜合考察了本科生的專業技能及實踐能力。

綜上不難看出，雷達工程專業培養過程與本科畢設具有非常緊密的關系，如圖2 所示。電子基礎課程不僅為畢設工作提供了理論儲備，還為專業課程掌握和仿真實驗操作奠定了扎實的理論基礎；通過學習有難度的專業課程可進一步鞏固深化專業知識體系，增強專業素養；同時復雜的仿真和實驗鍛煉了學生的實踐能力，不難看出，專業培養過程為高質量畢業設計工作提供實踐基礎。

圖2 雷達工程專業課程體系與本科畢設關系

2 雷達工程專業本科畢設現狀及特點

本科畢設具有明確時間節點，雷達工程專業存在著基礎范圍廣、專業難、仿真困難和實驗復雜的特點，故在文獻調研、仿真實驗、論文撰寫等環節都需要投入大量時間和精力去指導。教育部辦公廳在2020年發布了《本科畢業論文(設計)抽檢辦法(試行)》進一步提高對畢業論文(設計)要求，特別是對選題意義、寫作安排、邏輯構建、專業能力以及學術規范等進行“合格性”考察[12]。因而疏于管理將導致本科畢業論文質量很難滿足新標準和嚴要求。目前畢業設計指導工作主要存在以下問題：

一是學生專業能力及實踐能力水平參差不齊，選題難成為畢業設計工作的第一道難關。選題是畢業設計工作非常重要的一個環節，由于學生在理論儲備、實踐能力、專業素養和創新能力等方面存在較大差異，這意味著在畢業設計指導工作中，需盡可能針對不同特點的學生“量身定制”選題。傳統模式下選題是由指導老師提供詳細的指導書，學生在該框架下開展畢設工作，容易導致以下兩個方面的問題：①學員過于依賴指導老師的指導，不利于激發學員的主觀能動性進而難以培養其創新思維；②選題不一定是學員的興趣及專長所在，難以高質量完成畢設任務。

二是指導老師難以保證充足時間和精力進行一對一指導和溝通。由于畢設導師往往指導人數多，另外需承擔繁重的教學、科研任務及研究生指導工作，難以保證充足的時間和精力對本科學生進行“一對一”實時指導。溝通不便使得本科學生在畢業設計中遇到的問題難以獲得即時解答，造成有效指導效率低，進而影響了畢業設計工作進度并降低了畢業設計質量。

三是畢業設計工作保障不完備。由于雷達專業需要進行大量模型計算仿真，對于計算機性能要求較高，而學生普遍采用個人筆記本，無法支撐相關仿真工作，容易拖延畢設完成時間；還有部分應用型選題需實驗研究數據支撐，實驗資源緊張也將導致畢業設計質量下降。

3 多層次、模塊化和場景化指導模式

針對上述傳統本科畢設指導模式存在的不足，基于實際師資力量，結合畢業學生特點，圍繞專業課題，設計建立了“導師主導——研究生輔助——本科生合作”多層次、模塊化和場景化本科畢設指導模式。多層次指依托課題組資源建立指導老師、研究生助教、研究小組等多個層次來保障畢設質量；模塊化指通過選題、開題、中期、后期、答辯、成果等模塊采用知識和技能培訓的方式實現全過程立體化保障；場景化指構建高質量畢設所需硬件和軟件環境，如提供“學術大餐”的學術平臺、高端實驗室平臺搭建以及“你追我趕”氛圍營造、“暢通無阻”討論機制和“互幫互助、高效合作”團隊氛圍構建等。

3.1 多層次

多層次本科畢設指導模式機制如圖3 所示，主要基于實際情況，指導老師與本科學生進行雙選，通過座談的方式進行一對一溝通共同確立畢設選題。指導老師主要把握研究方向和方案的可行性；根據不同選題由導師指派選題方向有經驗的研究生擔任助教輔助指導，搭建起有效溝通的“橋梁”；根據選題方向組建合作研究小組，發揮團隊合作精神攻克難題。

選題成為構建該模式的重要前提，為避免指導老師主觀出題的現象，課題組依據科研項目實行多樣化選題，前期根據不同類型和難度級別對選題進行篩選，保證選題涵蓋課題組科研項目的各個方面，包括學術基礎理論研究和工程應用研究，難度也由淺入深有不同級別，具體根據學生情況經座談后定題。需要強調的是，課題組僅提供選題方向指南和相關參考文獻而非固定選題供感興趣的學生進行選擇，通過座談的方式進行雙向選擇，一方面了解學生的專業知識掌握情況，另一方面深入挖掘其特長以及興趣點，最終由指導老師和學生共同確定畢設選題。

圖3 多層本科畢設次指導模式機制圖

多樣化選題的另一個特點是對不同背景的學生采用不同選題導向，例如鼓勵保守型學生深入研究傳統題目；為創新型學生提供實驗平臺激勵其大膽進行創新研究；對于打算在課題組攻讀研究生的學生，讓其提前進入研究生課題以實現“一體化”培養；對于參加過電子類學科競賽、創新課題或科研訓練的畢設生，使其基于已有研究成果進一步深入創新研究。對于難度較大的課題可以將同一方向指南拆分多個子選題，通過學術理論研究和工程實踐研究相搭配，并依此建立研究小組加強合作研究。

由于選題大部分基于課題組的研究項目或已有研究基礎的工作，每個選題基本都能對應一位有經驗的研究生，自選題結束后便可指派研究生助教，使其擔任溝通“橋梁”的角色，根據時間要求及時督促本科生畢業設計進展，并承擔文獻推薦、仿真及實驗指導、論文修改等工作。本科學生在畢設過程中遇到問題時，首先將問題反饋給研究生助教，簡單問題可實現即時解決，疑難問題由研究生助教匯總在組會上向導師匯報討論，由指導老師給出解決方法，之后由研究生助教反饋給學生，若是共性問題，則對全體畢設學生進行培訓。多層次指導模式優勢在于研究生助教擁有更充足的時間和精力，能夠實現畢設的“一對一”指導，在指導的過程中不僅能即時解決畢設問題，提高畢設工作效率，同時還能提高自身學術科研能力，實現雙向提高。

3.2 模塊化

在選題后可以根據時間順序按照開題、中期、后期、答辯及成果等各個模塊進行模塊化本科畢設指導，如圖4 所示。

首先要規范畢設流程，通過以往優秀案例來解答如何正確面對本科畢設，打消畢設學生的疑慮和不良心態，提高其對畢設的重視程度，使其結合畢業設計指導手冊按時間節點完成相關模塊任務，同時建立有效反饋機制，為高質量完成本科畢設做好準備。

圖4 模塊化本科畢設指導模式流程圖

在初始開題階段進行文獻調研預實踐，首先幫助本科學生掌握文獻搜索和文獻閱讀方法，實行研究小組共享機制，在小組群內共享組內經典文獻，學員基于共享文獻進行發散性閱讀，總結研究思路和研究方法；結合小組文獻匯報講座，幫助組員掌握基礎知識以及研究方向前沿知識，為開題答辯做好準備。

中期階段主要進行仿真軟件使用指導和實驗技能培訓，建立“指導-匯報-監督”的工作閉環，研究生助教對本科生采用線下線上相結合的方式進行日常輔導答疑；本科畢設的階段性工作進展需定期通過組會匯報，由指導老師進行階段性檢查和把關，研究生助教共同監督。學員再對該階段完成的工作進行總結，保證畢業設計穩步推進，為中期答辯做鋪墊。

在論文撰寫階段，首先對論文寫作格式進行培訓，并由指導老師把握初稿結構、脈絡和邏輯；在后期查重檢測階段，為杜絕畢設論文抄襲現象，端正學術態度，在組內提前督促學員進行論文查重，研究生助教負責監督并對查重結果進行及時反饋，查重率低于15%的繼續沖擊優秀論文，查重率不過關的，及時督促學員進行修改和降重；在校外評審前，先進行組內修改，采取合作小組內論文互改模式，并對修改典型案例進行說明。

在答辯階段，舉行組內預答辯為最終答辯提前打下良好基礎。為進一步為提高研究生助教的積極性，推行優秀論文獎勵制度。加大研究成果轉化力度，提供經費進行實驗加工，資助參加學術會議，最終將畢設成果凝練總結，完成學術論文和專利撰寫，以畢業設計反哺科研，為課題組添磚加瓦。

3.3 場景化

實現高質量本科畢設需要提供“學術大餐”的學術平臺，將本科學生加入課題組學術交流群，定期在線上推送優秀學術論文，推薦新媒體平臺上的優質學術報告，如雷達學報、電子信息學報、蔻享學術網絡直播平臺、線上學術會議等讓其了解前沿動態，拓展視野；同時向畢設學生開放組會平臺進行交流討論，邀請知名專家學者來做講座，提高其專業素養，拓寬其學術視野。

保障高質量本科畢設還需要良好的實驗室平臺。課題組提供高性能工作站以支持畢設生進行仿真工作，并提供設施完備的實驗室條件，如果畢設選題來源于本組的科研項目，還可得到科研經費的支持，鼓勵學生加工實物并進行實驗驗證，讓研究生助教對其進行一對一指導，幫助其掌握實物加工流程和實驗技能，最后完成成果總結，如發表論文、申請專利等。

提高指導效率需要“你追我趕”氛圍營造、“暢通無阻”討論機制和“互幫互助、高效合作”團隊氛圍構建等。由于部分畢設難度和工作量對于畢設生來說較大，需要拆分多個子課題進行并行研究，可通過組建研究小組的方式將選取同一指南不同題目的畢設生聚集起來，形成由指導老師主導，研究生助教負責的研究小組，加強相關課題的討論交流。此外，實驗環節往往也需要多人合作才能完成，這樣在提升綜合實踐能力的同時還能鍛煉畢設生團隊合作精神。

4 典型案例分析

下面以一個案例來具體說明該模式的應用，首先經過座談由指導教師和畢設生共同確定了以《基于透射超表面的陣列天線設計》為題的畢業設計工作，并指派經驗豐富的研究生做助教；在開題前通過培訓和答疑使本科學生了解相關理論基礎和前沿知識，完成開題答辯后進行入仿真和實驗階段，通過研究生助教“一對一”指導使本科學生迅速掌握CST、Matlab、CAD宏建模等建模仿真軟件的使用，提升了其軟件編程能力。由于該生具有一定創新精神，在研究生助教的幫助下基于超表面設計了具有聚焦功能的透射型陣列天線，其主要工作的模型設計及仿真結果如圖5所示，可以明顯的看出當入射波為平面波時，通過陣列天線的相位補償性能后，產生了明顯的聚焦現象。提高了分析問題的能力，所設計的天線在28 GHz中心頻點處增益為25.6 dBi，進一步提高了天線增益，可以適用于5 G通信技術中的天線設計，滿足預定設計指標要求，達到很好的預期效果。課題組在論文撰寫階段對其進行了寫作格式和Origin科技繪圖軟件的培訓，并由指導老師把握整體邏輯結構，研究生助教督促和指導修改，并通過查重對畢設論文質量進行把關，在研究小組進行預答辯，由導師提出修改意見和注意事項并最終完善畢設論文和答辯PPT，最終取得了優異成績。使其不僅在知識儲備和專業素養上有較大提升，也鍛煉了其溝通表達能力及團隊協作能力。課題組依照獎勵制度對研究生助教給予了獎勵，極大提升了研究生參與指導的積極性，同時也提高了研究生助教的學術科研能力，并為其日后科研課題工作提供了新思路。

(a)超表面單元設計圖 (b)仿真模型示意圖

(c)透射衰減及相移圖 (d)xoy面電場分布圖

(e)空間陣列天線增益圖圖5 本科畢業學生畢設工作案例

5 實踐效果與評價

課題組通過將該模式運用于實踐，取得了以下成效：首先基于該模式形成了《課題組畢業設計(論文)指導手冊》，該指導手冊從畢設流程、指導機制、工作方法、工作保障、檢查標準和畢業要求等方面對畢設進行說明，保證了畢設的各個流程高質量運行；其次，課題組提供了多個方向不同難度的本科畢設選題，如電磁隱身、可控電磁散射、共形超表面、渦旋波束通信、透射型及反射型陣列天線、折紙超材料以及吸波體等，利于學生發揮自身主觀能動性根據自身專長進行選題。三是所指導畢設均取得了優異成績，所有畢業生畢設成績評定均為良好以上，自2016年以來優秀率(90分以上)達50%，遠遠高于學校平均水平。以2020屆本科畢業生的畢業設計(論文)為例，畢設平均分為89.4分，最低分為85分，優秀率50%以上，最終查重率平均保持在15%以下；最后，在課題組的資助下，已有部分畢設生在學術會議如天線年會上展示研究成果，激發了科研成就感和獲得感，并為后續科研打下堅實基礎。

6 結語

基于雷達工程專業特點對本科畢業設計指導模式進行了探索，有效解決了“選題難、指導難、保障難”三大痛點。首先，實行了選題多樣化，并通過“雙選”機制進一步提升學生的主動性和選題適配度；其次，創建了多層次指導模式，“導師主導——研究生輔助——本科生合作”模式大大提高了指導效率；然后，再通過模塊化指導貫穿全程，使本科畢設有章可循；最后通過場景化構建高端學術平臺、工程實驗平臺和高效合作團隊氛圍，為全方位保障高質量本科畢設提供硬件和軟件環境。該模式下畢設生的專業素養和實踐能力得到顯著提升，畢設質量得到顯著提高，可為其他電子類工科專業畢業設計指導提供借鑒。