韓東太，宋正昶，陳 寧，晁 陽(yáng)

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 電力學(xué)院，江蘇 徐州221116)

0 引 言

畢業(yè)設(shè)計(jì)是提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，它不僅能夠反映個(gè)體的全面素質(zhì)，而且在總體上也能夠折射出學(xué)校的辦學(xué)水平實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)質(zhì)量［1］。畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生培養(yǎng)所起的作用，從智力因素上講，可以幫助實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)變:從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”的轉(zhuǎn)變，從“會(huì)學(xué)”到“會(huì)用”轉(zhuǎn)變，從“會(huì)用”到“會(huì)創(chuàng)”的轉(zhuǎn)變，畢業(yè)設(shè)計(jì)是它們之間轉(zhuǎn)化的平臺(tái)和接口［2］;從非智力因素上講，畢業(yè)設(shè)計(jì)有助于品質(zhì)和素養(yǎng)的養(yǎng)成，比如持之以恒的鉆研精神，謙虛謹(jǐn)慎的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，協(xié)同合作的團(tuán)隊(duì)精神。

1 當(dāng)前畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的突出問題

1.1 選題與實(shí)踐脫節(jié)，缺乏創(chuàng)新

近幾年來(lái)，由于高校擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)急劇增加，每名教師平均指導(dǎo)十幾名學(xué)生，很難做到1 人1 題，選題題目陳舊，重復(fù)性高［3］;新進(jìn)的青年教師學(xué)歷層次較高，但由于缺乏工程實(shí)踐背景和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，一般選題避實(shí)就虛，或沿以往的研究課題和興趣來(lái)選題，忽略了學(xué)生自身的理論知識(shí)技能，學(xué)生選題之后不知道自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容該做什么，無(wú)所適從。

1.2 指導(dǎo)教師、學(xué)生雙方精力投入不夠

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，畢業(yè)設(shè)計(jì)一般在大學(xué)四年級(jí)最后一個(gè)學(xué)期［4］，在此期間，有的學(xué)生四處求職應(yīng)聘，有的學(xué)生埋頭考研或公務(wù)員考試，有的簽約單位還要求提前上崗實(shí)習(xí)，多方因素致使學(xué)生無(wú)暇全身心投入畢業(yè)設(shè)計(jì)，另一方面，指導(dǎo)教師集中指導(dǎo)10 多名學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)還要承擔(dān)其他的教學(xué)科研任務(wù)，精力有限。繁重的教學(xué)科研任務(wù)、就業(yè)形勢(shì)的沖擊、考研壓力造成教師和學(xué)生雙方都無(wú)法全身心地投入畢業(yè)設(shè)計(jì)。

1.3 缺少真實(shí)的工程環(huán)境、真實(shí)課題

高校擴(kuò)招，教育資源并未按相應(yīng)的比例增加，畢業(yè)設(shè)計(jì)缺乏應(yīng)有的環(huán)境條件，包括場(chǎng)地緊張、設(shè)備陳舊、經(jīng)費(fèi)投入不足、實(shí)習(xí)單位困乏等因素［5］。畢業(yè)設(shè)計(jì)選題雖然有真實(shí)工程背景，但無(wú)法經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，只能將設(shè)計(jì)內(nèi)容虛擬化、模擬化，學(xué)生只需參照或直接照搬設(shè)計(jì)手冊(cè)中的案例，套用其中的公式和圖表，就可以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)［6］，更有甚者，有的干脆對(duì)往屆畢業(yè)生的設(shè)計(jì)論文和圖紙略作改動(dòng)，由參考變?yōu)椤皡⒊?，造成畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量下滑嚴(yán)重。

2 畢業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相結(jié)合的必要性

高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)一樣，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)室開放建設(shè)的目標(biāo)是改變演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，構(gòu)建由設(shè)計(jì)性與綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)組成的實(shí)踐教學(xué)新體系，與畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終培養(yǎng)目標(biāo)向一致［7-9］。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課以演示性、驗(yàn)證型為主，實(shí)驗(yàn)手段落后，綜合設(shè)計(jì)性開放實(shí)驗(yàn)開出率低，很難激發(fā)學(xué)生興趣低，學(xué)生獨(dú)立分析，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的主觀能動(dòng)性沒有得到充分挖掘，并且缺乏高水平教師的指導(dǎo)，以及有效的監(jiān)督考核評(píng)價(jià)體系［10-11］。實(shí)驗(yàn)室向畢業(yè)設(shè)計(jì)開放，畢業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相結(jié)合，既可以提供理論聯(lián)系實(shí)際的工程環(huán)境，讓學(xué)生在開放的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)和創(chuàng)新訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，又可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開放建設(shè)，提高專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

3 實(shí)驗(yàn)室面向畢業(yè)設(shè)計(jì)開放的實(shí)踐

課題組以電力學(xué)院熱能動(dòng)力工程專業(yè)為試點(diǎn)，結(jié)合電力學(xué)院下屬能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)中心的現(xiàn)狀，從2009 年起，由專業(yè)課教師和實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員組成課題組，探索畢業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合的新模式。經(jīng)過3年的實(shí)踐，效果顯著。課題組指導(dǎo)的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文連續(xù)3 年都獲得了省級(jí)和校級(jí)“優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文”，畢業(yè)設(shè)計(jì)有3 項(xiàng)作品在全國(guó)大學(xué)生節(jié)能大賽獲獎(jiǎng)，1 項(xiàng)獲得全國(guó)大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽二等獎(jiǎng)，公開發(fā)表11篇學(xué)術(shù)論文，其中有2 篇被EI 全文檢索，6 名同學(xué)先后免試推薦為研究生;實(shí)驗(yàn)室新開發(fā)了16 個(gè)自主設(shè)計(jì)型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，包括“傳熱學(xué)”和“熱工儀表”課程虛擬實(shí)驗(yàn)。研制完成了6 臺(tái)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其中毛細(xì)管換熱試驗(yàn)臺(tái)獲得了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備二等獎(jiǎng)，另外兩臺(tái)獲得了三等獎(jiǎng)。

3.1 選題提前到大三第1 學(xué)期

課題組將選題提前到大學(xué)三年級(jí)第一學(xué)期，學(xué)生的公共基礎(chǔ)課已經(jīng)完成，進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)階段，對(duì)所學(xué)的專業(yè)具有濃厚的興趣，課程任務(wù)并不重，自由支配時(shí)間較多［12］。畢業(yè)設(shè)計(jì)選題與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革相結(jié)合、與自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備相結(jié)合、與開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，由國(guó)家修購(gòu)專項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)室開放基金、教改項(xiàng)目提供經(jīng)費(fèi)保證，能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)中心成立大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，提供基本實(shí)驗(yàn)條件。課題組按照學(xué)生自愿報(bào)名、任課教師推薦、指導(dǎo)教師擇優(yōu)挑選的原則，安排選題。首先由課題組在學(xué)院網(wǎng)頁(yè)上公布實(shí)驗(yàn)研究課題目錄及指導(dǎo)教師名單，學(xué)生根據(jù)研究課題目錄，在網(wǎng)上選擇自己感興趣的題目，也可自行擬訂題目，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)選題情況進(jìn)行分組，落實(shí)指導(dǎo)教師，并通知學(xué)生，學(xué)生在教師指導(dǎo)下擬定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃［13］。選題階段的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，內(nèi)容包括:實(shí)驗(yàn)的研究意義、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并附主要參考文獻(xiàn)及出處、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、擬采取的實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析等內(nèi)容。

選題時(shí)不能簡(jiǎn)單地套用依托的項(xiàng)目名稱，因?yàn)榭蒲许?xiàng)目受客觀條件的限制，其目標(biāo)主要定位在項(xiàng)目任務(wù)的完成，與本科設(shè)計(jì)的培養(yǎng)初衷有一定分歧［14］。其次，就項(xiàng)目本身而言，一般都是學(xué)科交叉，涉及知識(shí)面寬，有一定的深度，靠學(xué)生獨(dú)立完成顯然不現(xiàn)實(shí)［15］。課題組需要對(duì)課題進(jìn)行篩選甄別，從教學(xué)角度出發(fā)，對(duì)研究?jī)?nèi)容作適當(dāng)改動(dòng)，或從項(xiàng)目可執(zhí)行力考慮，將一個(gè)項(xiàng)目分解成若干個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，由團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，共同完成。選題既有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研實(shí)踐能力，降低了難度和風(fēng)險(xiǎn)，又有利于完成科研任務(wù)。學(xué)生真題真作，會(huì)具有高度的責(zé)任感和成就感，極大發(fā)揮主觀能動(dòng)性和潛能，全身心融入到科研實(shí)踐當(dāng)中去。

3.2 指導(dǎo)教師督、導(dǎo)并重，鼓勵(lì)大膽創(chuàng)新

指導(dǎo)教師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，充當(dāng)一個(gè)監(jiān)督和向?qū)У慕巧?，為保證畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)質(zhì)量，課題組組織指導(dǎo)教師在論文開題、中期檢查、論文評(píng)閱、預(yù)答辯、答辯等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)共同參與會(huì)商，嚴(yán)格把關(guān)。在設(shè)計(jì)過程中讓學(xué)生唱主角，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，給學(xué)生以自由發(fā)揮的空間［16］。開題時(shí)，教師重點(diǎn)對(duì)技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估，提出質(zhì)疑，幫助學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證其正確性和可行性。實(shí)驗(yàn)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些前期未曾考慮的因素和意外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指導(dǎo)教師要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵(lì)學(xué)生大膽思考，拓寬思路，及時(shí)對(duì)技術(shù)路線提出調(diào)整和修改意見，解決問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，指導(dǎo)教師應(yīng)幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，并對(duì)論文的規(guī)范進(jìn)行必要的指導(dǎo)。

3.3 組建畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)

組建畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)目的是成員分工合作，共同開展實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)協(xié)作意識(shí)和能力。學(xué)生在完成個(gè)人子課題同時(shí)，與其他同學(xué)進(jìn)行交流，分享他人的經(jīng)驗(yàn)和成果，全面了解項(xiàng)目涉及的各個(gè)領(lǐng)域，可以達(dá)到事半功倍的效果。依托能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，以大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)室開放建設(shè)教學(xué)改革項(xiàng)目為支撐，課題組組建了2011 屆熱動(dòng)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。設(shè)計(jì)分為基于理論和實(shí)踐相結(jié)合的強(qiáng)化換熱實(shí)驗(yàn)和基于“傳熱學(xué)”、“動(dòng)力測(cè)試技術(shù)及儀表”兩大專業(yè)主干課程的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)兩大方向。題目分別為:“非對(duì)稱肋管強(qiáng)制對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬”、“管內(nèi)插入物對(duì)流傳熱強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)研究及分析”、“傳熱學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”以及“動(dòng)力測(cè)試技術(shù)及儀表虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”四個(gè)子課題。前兩個(gè)課題需要設(shè)計(jì)搭建兩個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)—“非對(duì)稱肋管強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)”和“管內(nèi)插入物對(duì)流傳熱強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)”，兩者有很多共同點(diǎn)，比如水箱的設(shè)計(jì)、球閥的連接等等。在虛擬化設(shè)計(jì)時(shí)，需要采集前面兩個(gè)課題的實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)參數(shù)，使軟件運(yùn)行結(jié)果真實(shí)可靠，達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的目的。同時(shí)強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)需要借助于后者的數(shù)值模擬軟件，借助于數(shù)值模擬，真實(shí)的模擬出實(shí)驗(yàn)臺(tái)強(qiáng)制對(duì)流傳熱的流場(chǎng)，從理論上驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。整個(gè)團(tuán)隊(duì)成員既有分工又有協(xié)作，最終交上一份令人滿意的答案，每個(gè)人都很好地完成了各自負(fù)責(zé)的子課題，并且都順利通過了申優(yōu)答辯，被推薦為2011 年“省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。團(tuán)隊(duì)的物化成果如圖1 ～4 所示。

圖1 非對(duì)稱肋管強(qiáng)制對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)

圖2 管內(nèi)插入物對(duì)流傳熱強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)

圖3 《傳熱學(xué)》課程虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖4 動(dòng)力測(cè)試技術(shù)及儀表虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.4 結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開放

課題組通過對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更新改造、自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)、學(xué)生自擬題目為切入點(diǎn)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)，開發(fā)完成了20 個(gè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，每學(xué)年增加了6 000 實(shí)驗(yàn)人時(shí)數(shù)。傳統(tǒng)的壓力表校核實(shí)驗(yàn)、流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)都是機(jī)械式測(cè)量，誤差較大，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，引入傳感器等現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)代化改造;學(xué)生通過在離心風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)的風(fēng)道里設(shè)計(jì)加裝了各種節(jié)流元件，不僅可以進(jìn)行常規(guī)的風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)，還可以進(jìn)行流場(chǎng)阻力性能實(shí)驗(yàn)。電廠仿真實(shí)驗(yàn)室以往只能按照操作規(guī)程進(jìn)行電廠機(jī)組啟動(dòng)和停止操作，課題組指導(dǎo)學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)出機(jī)組各種故障和事故診斷及對(duì)策模擬實(shí)驗(yàn)。依靠教師縱向項(xiàng)目開發(fā)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、對(duì)旋風(fēng)機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、新型太陽(yáng)能集熱器也已對(duì)低年級(jí)學(xué)生進(jìn)行開發(fā)。學(xué)生自擬題目自主設(shè)計(jì)的通風(fēng)管道在線測(cè)量機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)演示獲得成功，被推薦為“江蘇省優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)”。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)室向畢業(yè)設(shè)計(jì)開放是一條真題真作，是培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效途徑之一。反過來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，也加快了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的步伐。同時(shí)也迫使指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員不斷提高自身科研能力和教學(xué)水平，實(shí)現(xiàn)新的跨越。

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