張冠東

(上海第二工業(yè)大學(xué) 文理學(xué)部， 上海 201209)

0 引言

本科畢業(yè)論文是高校本科教學(xué)中的一項重要任務(wù)，它不但能夠起到檢驗即將畢業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，還能夠為未來高校教學(xué)工作的改進提供依據(jù)。作為高校中的一個重要學(xué)科，工科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計受到了高度的重視。最近一段時間以來，工科學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)象已經(jīng)越來越受到大家的關(guān)注。有些專家人士不但對畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的下滑深感焦慮，還對是否需要繼續(xù)進行本科畢業(yè)設(shè)計這一環(huán)節(jié)的工作提出了懷疑。然而，造成該問題的一個主要原因是作為本科畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)老師很難在短時間內(nèi)對所帶領(lǐng)的多個學(xué)生進行系統(tǒng)性的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)。雖然學(xué)生的專業(yè)背景相同，但是他們的學(xué)術(shù)特長卻是各不相同。雖然指導(dǎo)老師可以選擇對學(xué)生進行一對一的指導(dǎo)，但是在學(xué)生數(shù)量較多的情況下，老師通常無法對學(xué)生進行精確地輔導(dǎo)，從而導(dǎo)致學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量下降。特別是在新冠疫情發(fā)生以來，由于指導(dǎo)老師與學(xué)生之間無法見面或無法經(jīng)常見面，本科畢業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作面臨了更加艱巨的挑戰(zhàn)。雖然一些經(jīng)驗豐富的教師能夠得心應(yīng)手地開展畢業(yè)設(shè)計知道工作，但是有一部分教師由于經(jīng)驗不足，往往無法很好地把握畢業(yè)設(shè)計的模式以及如何高效地指導(dǎo)學(xué)生展開畢業(yè)設(shè)計工作。目前，大多數(shù)研究的關(guān)注點在于高校的課程建設(shè)[1-2]。很少有研究能夠?qū)た茖W(xué)生的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作提出一種統(tǒng)一的思路，以便成為指導(dǎo)老師的參照模式。本文從工科學(xué)生特長各異的角度出發(fā)，建立基于三層架構(gòu)(Three-Tier)理念的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)模式，以便提高本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。

1 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作研究思路

在軟件開發(fā)模式中，有一種比較流行的架構(gòu)模式：三層架構(gòu)模式(Three-Tier)。這種模式通常分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層[3]，但是這種設(shè)計模式很少被用于軟件設(shè)計之外的設(shè)計模式中。而工科學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作大體上包含以下3個部分：數(shù)據(jù)的收集整理、模型的研究和應(yīng)用成果的討論與演示。該三部分指導(dǎo)工作和軟件開發(fā)的三層架構(gòu)模式有相似之處，因此，本研究將軟件設(shè)計模式中的三層架構(gòu)體系應(yīng)用于工科學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作中，以便使得畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作更加規(guī)范和高效。根據(jù)高校畢業(yè)設(shè)計的基本要求，本研究將工科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作分為3個層次：論文成果展示指導(dǎo)、論文模型研究與應(yīng)用指導(dǎo)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備整理指導(dǎo)。在這3個層次中，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備整理指導(dǎo)是基礎(chǔ)，也可稱為數(shù)據(jù)層，其為另外兩個階段服務(wù)；論文模型研究與應(yīng)用指導(dǎo)描述了指導(dǎo)老師指導(dǎo)學(xué)生研究分析模型和業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，也可以稱為業(yè)務(wù)邏輯層；論文成果展示指導(dǎo)可稱為表示層，其用于指導(dǎo)學(xué)生展示畢業(yè)設(shè)計工作的成果。3個階段的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)層次模型

該層次模型描述畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作各部分之間的關(guān)系。由于不同的老師對畢業(yè)設(shè)計的要求不同，因此指導(dǎo)老師也可以通過模型層次的增加和刪減等操作使得模型能夠滿足自己的實際指導(dǎo)需求。

2 以提高畢業(yè)論文質(zhì)量為目的的設(shè)計指導(dǎo)改革

工科中包含的學(xué)科種類繁多。雖然不同學(xué)科對畢業(yè)設(shè)計的要求各不相同，但是這些學(xué)科的老師對畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)方式卻是大同小異。其一般都是要求作者利用模型或者理論對事物、現(xiàn)象或者數(shù)據(jù)進行分析，從而得出一定的結(jié)論或者做出一定的創(chuàng)新。根據(jù)本研究所提出的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)層次模型，其具體的做法在不同層面有以下幾點。

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層，即數(shù)據(jù)準(zhǔn)備整理的指導(dǎo)階段。該階段的指導(dǎo)工作，一般分為如下2個部分。

(1) 文獻閱讀指導(dǎo)

在文獻閱讀階段，指導(dǎo)老師需要根據(jù)研究興趣為學(xué)生選擇一定數(shù)量和類別的學(xué)術(shù)論文，從而確定所要做的具體課題。該階段是畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作的最初階段。通過大量的文獻閱讀，學(xué)生能夠了解目前的研究趨勢，從而確立畢業(yè)設(shè)計的具體研究。文獻閱讀是畢業(yè)設(shè)計過程的必要階段，不同的指導(dǎo)老師會根據(jù)其自身研究方向的不同，來指導(dǎo)學(xué)生閱讀不同的文獻。

(2) 數(shù)據(jù)收集整理指導(dǎo)

畢業(yè)設(shè)計所收集的數(shù)據(jù)一般分為2種情況：可直接用于分析研究和不可直接用于分析研究。對于不可直接用于畢業(yè)設(shè)計的數(shù)據(jù)，我們需要對它進行清洗整理，從而得到可用于分析的數(shù)據(jù)。其操作流程，如圖2所示：

數(shù)據(jù)清洗整理是畢業(yè)設(shè)計前期工作的必要階段，其指的是識別并改正數(shù)據(jù)中的錯誤，包括檢查數(shù)據(jù)一致性，處理無效值和缺失值等。數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到后續(xù)畢業(yè)設(shè)計研究的質(zhì)量。因此，指導(dǎo)老師需要根據(jù)研究的需要指導(dǎo)學(xué)生完成高質(zhì)量的數(shù)據(jù)清洗整理，使得后續(xù)的研究工作更加順暢和高效。

圖2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段流程圖

2.2 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層，即指導(dǎo)老師對畢業(yè)設(shè)計所采用模型的研究和應(yīng)用的指導(dǎo)階段。在該階段中，學(xué)生需要運用各種創(chuàng)新模型來分析數(shù)據(jù)。由于在軟件設(shè)計過程中，該層面主要聚焦于業(yè)務(wù)需求的設(shè)計，軟件業(yè)務(wù)的規(guī)劃以及軟件業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)。因此，在畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)過程中，該階段可以相應(yīng)地將指導(dǎo)工作分為研究目標(biāo)的設(shè)定，研究模型的篩選以及新模型或理論的推導(dǎo)。在該層面，是整個畢業(yè)設(shè)計部分的核心價值體現(xiàn)，與整個畢業(yè)設(shè)計所對應(yīng)的研究領(lǐng)域相關(guān)。

(1) 研究目標(biāo)的設(shè)定

由于數(shù)據(jù)整理清洗是按照具體的需求來進行的，因此，在獲得“干凈”有序的數(shù)據(jù)以后，指導(dǎo)老師需要將研究目標(biāo)按照研究方向進行細(xì)化和具體化，以便學(xué)生能夠有目的地開展研究工作。研究目標(biāo)的設(shè)定應(yīng)該把問題分割成幾個小目標(biāo)。這樣不但便于各個解決，而且還易于控制，并有利于研究方向的把握，同時，可以在完成過程中對小目標(biāo)進行微調(diào)。畢業(yè)設(shè)計的研究目標(biāo)設(shè)定的具體過程，如圖3所示。

圖3 研究目標(biāo)設(shè)定

這種做法的優(yōu)勢在于，這些小的研究目標(biāo)難易程度不同，指導(dǎo)老師和學(xué)生都可以通過逐個完成目標(biāo)的過程從而控制畢業(yè)設(shè)計的進度。即使有些小目標(biāo)無法完成，其也不會影響整體目標(biāo)的進度。

在將總體研究目標(biāo)分割成多個子目標(biāo)的過程中，可以根據(jù)研究需求來不斷地修正子目標(biāo)，從而使得子目標(biāo)能夠符合實際的需求。

(2) 研究模型的篩選

研究模型的篩選類似于軟件業(yè)務(wù)的規(guī)劃，主要工作就是將適合做當(dāng)前數(shù)據(jù)分析的模型篩選出來。由于不同學(xué)生的知識面廣度和深度不同，他們的研究重點也不相同，因此他們所選取模型的研究側(cè)重點也不同。但是，由于研究數(shù)據(jù)已經(jīng)確定，因此，所選用的模型的范圍也是可以確定下來。針對畢業(yè)設(shè)計學(xué)生能力的高低，我們可以將學(xué)生的能力分為3個層次：一般能力型、中等能力型和優(yōu)秀能力型。對于一般能力型學(xué)生，指導(dǎo)老師在指導(dǎo)過程中應(yīng)該注重為其選擇簡單易懂的數(shù)學(xué)模型，同時為其指定較低水平的學(xué)術(shù)論文和相應(yīng)的算法教材加以學(xué)習(xí)，使其能夠快速地掌握模型并開展研究；對于中等能力型學(xué)生，指導(dǎo)老師在指導(dǎo)過程中應(yīng)該嘗試讓其自己挑選研究模型，并注重其研究模型的可用性和可行性的把關(guān)；對于優(yōu)秀能力型學(xué)生，指導(dǎo)老師在指導(dǎo)過程中應(yīng)該為其做方向性的選擇，同時引領(lǐng)其向更加深入的領(lǐng)域做創(chuàng)新性的研究。

(3) 新模型或理論的推導(dǎo)

新模型或者理論應(yīng)該以所篩選的模型為基礎(chǔ)進行推導(dǎo)或創(chuàng)新的。指導(dǎo)老師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)的推導(dǎo)的方法和步驟，并指導(dǎo)學(xué)生尋找相應(yīng)的評價指標(biāo)，使得學(xué)生能夠合理地評估其所建立的新模型的正確性。新模型或理論既需要符合實際情況，又要展現(xiàn)出和其他候選模型相比的優(yōu)越性。

2.3 應(yīng)用層

在軟件架構(gòu)中，應(yīng)用層是一種交互界面，其離用戶最近，用于顯示數(shù)據(jù)的運算結(jié)果并接收用戶輸入的數(shù)據(jù)。根據(jù)該理念，指導(dǎo)老師可以將論文成果的展示部分歸類為應(yīng)用層。應(yīng)用層一般寫在畢業(yè)設(shè)計論文的結(jié)尾部分，其主要包括兩個部分：成果討論和成果演示。

(1) 研究成果討論

成果討論是一種有效的研究展示手段。由于很多研究成果無法全面體現(xiàn)模型或者算法的優(yōu)越性，因此，我們需要討論所開發(fā)模型或者算法的優(yōu)缺點，以便讀者了解算法的適用范圍。

(2) 成果展示

畢業(yè)設(shè)計論文成果的表現(xiàn)形式，一般分為三種：數(shù)據(jù)表格、圖形展示和圖表融合可視化。數(shù)據(jù)表格是一種定量的表現(xiàn)形式，其主要作用是將數(shù)據(jù)運算結(jié)果的精確展示；圖形展示是一種定性的可視化表現(xiàn)手段，能夠形象直觀地表現(xiàn)研究成果。這兩種表現(xiàn)形式各有優(yōu)劣：數(shù)據(jù)表格的展示形式準(zhǔn)確度高且容易使讀者信服；圖形可視化展示易于理解，以便不同種類的讀者理解研究成果。因此，圖表融合可視化是今后畢業(yè)設(shè)計成果展示的一種重要方式。目前流行的的圖表融合可視化控件有：EChart、D3等。這些控件能夠被用于多種編程語言中，例如JSP、HTML、JavaScript等。很多研究也已經(jīng)將過程或者成果可視化作為一種悠閑的手段。黃惠榕等[4]對CNKI 數(shù)據(jù)庫收錄的外科護理教學(xué)模式的文獻進行了可視化展示，清晰地描述了當(dāng)前的研究現(xiàn)狀、熱點和前沿技術(shù)。張文德和黃禹[5]以中國大學(xué)的MOOC (慕課)平臺為基礎(chǔ)，介紹了一種可視化分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠直觀地展示慕課課程的一些數(shù)據(jù)特性以及對課程評論的主題信息。圖表融合可視化的優(yōu)勢是，這些控件既能夠直觀地展現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計研究成果，又能將實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)在圖形上的具體位置展示出來；既能夠在數(shù)據(jù)上說明問題，又能夠顯示各種邏輯關(guān)系。

3 討論和應(yīng)用

基于T—T理念的畢業(yè)論文指導(dǎo)模式在總體上給出了一種畢業(yè)論文的指導(dǎo)框架，可以作為工科指導(dǎo)老師開展畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作的指導(dǎo)依據(jù)。對于其它學(xué)科的畢業(yè)設(shè)計(例如，文科或藝術(shù)類學(xué)科)，該理論中的3個層次可根據(jù)學(xué)科要求做相應(yīng)的調(diào)整，從而使得其適合于不同學(xué)科的需要。因此該框架的整體結(jié)構(gòu)具有一定的通用性，能夠應(yīng)對不同學(xué)科的需要。該理論在本校應(yīng)用統(tǒng)計專業(yè)的學(xué)生做數(shù)據(jù)分析畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作中得到了實踐并且取得了良好的效果。在該框架下，指導(dǎo)老師對多個學(xué)生進行畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)時，老師的工作效率以及學(xué)生畢業(yè)設(shè)計完成進度均有了明顯的提升。

4 總結(jié)

以T—T為理念的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)模式將軟件設(shè)計理念運用于畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)工作中，使得工科畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)工作有了參照模板。這種模式能夠提供畢業(yè)設(shè)計的參照依據(jù)，使得畢業(yè)設(shè)計工作開展更加規(guī)范和高效。T—T理念使得畢業(yè)設(shè)計工作能夠模塊化地進行，即使有的部分沒有完成，也不會影響其它已經(jīng)完成的設(shè)計工作。這種方式不但能夠提高教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計工作的效率，也能夠提高學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量。