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)計是高校機(jī)械、化工、電子等工科類專業(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、基本知識和技能去分析、解決工程領(lǐng)域問題的能力。同時，通過畢業(yè)設(shè)計，也可鍛煉學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實、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)生對畢業(yè)設(shè)計的興趣。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、實習(xí)等都會擠占了本來用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的時間，也使得學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計的興趣越來越弱。同時，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)計選題老舊、生均指導(dǎo)時間減 少等現(xiàn)象，也進(jìn)一步削弱了學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計的興趣，例如多年沿用的畢業(yè)設(shè)計選題與時代發(fā)展需求脫節(jié)，這使很多學(xué)生感到畢業(yè)設(shè)計的實用性不強(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)計質(zhì)量。

畢業(yè)設(shè)計是工科類專業(yè)學(xué)生邁向社會的最后一道門檻，改善學(xué)生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量刻不容緩。

眾所周知，我國學(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踐少。

教學(xué)與科研都是高校教師的本職，著名科學(xué)家錢偉長曾指出，“教學(xué)沒有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒有觀點(diǎn)的教育”。因而，如果無科研做基礎(chǔ)，本科教學(xué)就會失去"靈魂"。將科研融入到教學(xué)中，可以保證教學(xué)與時代貼合，使學(xué)生將所學(xué)的課本知識加以實際運(yùn)用，加深對知識的理解，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)實際相關(guān)，具有較強(qiáng)的實踐性及綜合性。為此，本文探討了將畢業(yè)設(shè)計指導(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)計質(zhì)量，并實現(xiàn)教學(xué)與科研同步發(fā)展。

1 結(jié)合科研課題的工科類專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)具體方法

1.1 前期學(xué)生的培養(yǎng)

由于本科生的專業(yè)知識基礎(chǔ)相對較為薄弱，也沒有經(jīng)過嚴(yán)格的工程實踐及科研鍛煉，僅在大學(xué)第四年匆忙挑選學(xué)生基于科研課題展開畢業(yè)設(shè)計一般效果較差。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)隊中，作前期的科研與工程實踐培養(yǎng)，使其在展開畢業(yè)設(shè)計之前，對未來畢業(yè)設(shè)計所涉及到的內(nèi)容有充分的了解，并掌握從事畢業(yè)設(shè)計的相關(guān)軟、硬件工具以及方法。具體措施如下：

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

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、簡易程序編寫、制作試樣等簡單工作，并逐步過渡到讓學(xué)生參與到從機(jī)構(gòu)甚至設(shè)備的設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試、工藝實驗、實驗樣品測試分析、完善修改的全部流程中。如此通過實踐，鍛煉學(xué)生掌握從事科研及工程實踐工作所需的工具及才能。

(2)老師應(yīng)對參與項目團(tuán)隊的學(xué)生進(jìn)行定期考核，可采用寫報告、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。

(3)可引導(dǎo)學(xué)生就科研課題相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，申報大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練計劃項目、挑戰(zhàn)杯等學(xué)生科研課題，通過學(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)生申報了兩項大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練計劃項目，目前都已立項同，分別是2014年廣東省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目"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(項目編號：201410576040)"、2017年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目"單缸漏斗式金屬零件3D打印設(shè)備的集成優(yōu)化設(shè)計(項目編號：201710576008)"，這兩個項目申請書及合同書中都有明確的技術(shù)路線及考核指標(biāo)，可以有效鍛煉學(xué)生的科研與工程實踐能力。實踐表明，兩組同學(xué)，都在項目展開過程中得到了良好的鍛煉。

1.2 基于科研課題的畢業(yè)設(shè)計選題設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計選題對象為早期進(jìn)入項目組的，并且愿意繼續(xù)在項目組內(nèi)從事畢業(yè)設(shè)計的學(xué)生。但是，畢業(yè)設(shè)計選題可由學(xué)生根據(jù)其參與項目的實際情況主動提出，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?？傮w而言，畢業(yè)設(shè)計選題應(yīng)結(jié)合科研課題內(nèi)容、學(xué)生的特長愛好進(jìn)行。并且應(yīng)因才設(shè)題，對學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，有較強(qiáng)創(chuàng)新意識的同學(xué)，可以適當(dāng)增加畢業(yè)設(shè)計選題難度；對于基礎(chǔ)較差的同學(xué)，則適當(dāng)降低畢業(yè)設(shè)計選題難度。

例如：作者近年來持續(xù)展開增材制造(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”、“用于SLM 3D打印的螺桿式供粉機(jī)構(gòu)設(shè)計”、“激光掃描振鏡自動防塵機(jī)構(gòu)設(shè)計”、“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”等一系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計選題。

1.3 設(shè)計過程管理及指導(dǎo)

基于科研課題的畢業(yè)設(shè)計展開，亦需要教師、學(xué)生大力配合，共同管理，使畢業(yè)設(shè)計順利展開，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，處理好畢業(yè)設(shè)計協(xié)作問題

基于同一科研課題確立的畢業(yè)設(shè)計選題，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)同開發(fā)。同時這些畢業(yè)設(shè)計選題者都是同專業(yè)同學(xué)，相互熟悉易交流勾通。為此，為保證畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，加快畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度，可以讓基于科研課題的畢業(yè)設(shè)計選題學(xué)生組織起來，形成一個小組，并確立小組長，自我管理，協(xié)同處理畢業(yè)設(shè)計過程遇到的一些問題。例如，共同測繪一臺設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)、共同展開一個實驗、軟硬件協(xié)同開發(fā)、相互探討設(shè)計難題等。

1.3.2 查找補(bǔ)充文獻(xiàn)，完成開題報告

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

1.3.3 督促學(xué)生定期匯報設(shè)計進(jìn)展，實時引導(dǎo)學(xué)生克服技術(shù)難題

一般通過每周畢業(yè)設(shè)計小組會議的形式，讓學(xué)生匯報畢業(yè)設(shè)計進(jìn)展；也可以通過讓同學(xué)參加科研課題組學(xué)術(shù)交流會的形式，與指導(dǎo)教師通過PPT演示匯報的方式匯報畢業(yè)設(shè)計進(jìn)展。在匯報過程中，指導(dǎo)教師需要及時引導(dǎo)學(xué)生克服畢業(yè)設(shè)計過程遇到的技術(shù)難題，防止學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中遇到困難，進(jìn)展長久停滯。

1.3.4 涉密處理

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

1.4 反復(fù)修改，保證畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量

好的畢業(yè)設(shè)計，應(yīng)是反復(fù)修改形成的，指導(dǎo)教師應(yīng)對畢業(yè)設(shè)計結(jié)果進(jìn)行審查，反復(fù)提出修改意見，以保證畢業(yè)設(shè)計質(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)計初稿提交時間。學(xué)生按時提交畢業(yè)設(shè)計初稿，由指導(dǎo)教師提出前期修改意見，前期修改一般是形式審查，內(nèi)容主要包括：

設(shè)計是否嚴(yán)格按學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(論文)指導(dǎo)規(guī)范展開：確保提交的文檔是按學(xué)校的格式要求的，同時在數(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)、實驗數(shù)據(jù)等進(jìn)行合理性審核：對論文的結(jié)構(gòu)布局、邏輯性是否合理進(jìn)行審核；對圖紙的格式是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審核；對實驗數(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

對學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計提出技術(shù)性修改意見，主要是對技術(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)計在技術(shù)上是可行的為止。

2 具體案例

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

該選題來源于作者的關(guān)于激光增材制造的科研課題，項目需要采用到逆向工程技術(shù)，對復(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)計零件并展開金屬零件的增材制造。在前期的工作中，讓學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計，探索并掌握整個基于激光掃描儀的物體三維圖形重建、零件設(shè)計以及采用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)計選題為：擴(kuò)音機(jī)攜帶扣零件的三維設(shè)計及FDM增材制造。

選題者對畢業(yè)設(shè)計選題先展開了文獻(xiàn)查找工作，熟悉了增材制造、逆向工程、FDM等技術(shù)知識，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)的逆向工程實驗，采集到擴(kuò)音機(jī)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)→在Geomagic studio軟件平臺上處理數(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，利用擴(kuò)音機(jī)的三維模型的曲面特征，設(shè)計出擴(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，對選題十分感興趣，表現(xiàn)積極，很快高質(zhì)量地完成了畢業(yè)設(shè)計，該設(shè)計還被評為韶關(guān)學(xué)院2014屆本科生優(yōu)秀畢業(yè)論文(設(shè)計)。通過該畢業(yè)設(shè)計，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，能自如地實現(xiàn)從反求建模到零件三維設(shè)計，再到二維草圖生成，零件3D打印的整個流程，提高了學(xué)生的個人技術(shù)及社會競爭力，取得了良好的培養(yǎng)成果。同時教師也借助該生的畢業(yè)設(shè)計流程，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

針對當(dāng)前高校工科類專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)出現(xiàn)的學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計興趣感弱、畢業(yè)設(shè)計選題陳舊、畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量下滑的現(xiàn)象，探討了將畢業(yè)設(shè)計與科研課題相結(jié)合的辦法，結(jié)合實例，從學(xué)生前期培養(yǎng)、畢業(yè)設(shè)計選題設(shè)計、設(shè)計展開等方面進(jìn)行了有益探索。實踐表明，這種方法是行之有效的，提升了學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，并實現(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)工作規(guī)定.百度文庫[DB/OL].https://wenku.baidu.com/view/a4913aea6f1aff00bed51eb1.html.2018.1.25.

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

[3] 張定邦,程 濤,吳 潔.科研型課題在土建類專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用效果[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報, 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)識和處理教學(xué)與科研的關(guān)系[J].高等財經(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)計及FDM增材制造[D].廣東：韶關(guān)學(xué)院，2014年.