閔為 劉新強(qiáng)

蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050

高等學(xué)校著力培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)國(guó)家和服務(wù)人民的社會(huì)責(zé)任感、勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。大學(xué)開(kāi)設(shè)的課程基本可以分為理論型和實(shí)踐型兩類，其中設(shè)計(jì)類課程屬于實(shí)踐型課程。高等理工科院校機(jī)械類本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)其本科培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。

蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“專業(yè)”）是首批國(guó)家級(jí)一流專業(yè)，通過(guò)了教育部工程教育認(rèn)證，主要培養(yǎng)流體傳動(dòng)與控制方面的高級(jí)專門(mén)人才。在六十余年的辦學(xué)過(guò)程中，專業(yè)形成了以液壓元件研發(fā)與設(shè)計(jì)為核心競(jìng)爭(zhēng)力的人才培養(yǎng)特色，畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采用一人一題的形式，要求學(xué)生以典型液壓元件為對(duì)象、以元件主要性能參數(shù)為設(shè)計(jì)任務(wù)，綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和現(xiàn)代工具完成設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力的課程目標(biāo)。

筆者依據(jù)指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)，闡述了畢業(yè)設(shè)計(jì)課程的性質(zhì)及特點(diǎn)，并以蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，在畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中，結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容分階段使用正向講解與反向糾錯(cuò)兩種教學(xué)模式，實(shí)踐結(jié)果表明教學(xué)效果良好，可為綜合設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)組織提供一定的參考。

一、畢業(yè)設(shè)計(jì)課程的性質(zhì)及特點(diǎn)

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)課程的性質(zhì)

蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)方案明確指出，專業(yè)培養(yǎng)掌握機(jī)械、控制和流體傳動(dòng)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)，能夠從事流體傳動(dòng)與控制領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)管理及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)等工作，具備創(chuàng)新精神和國(guó)際視野，能適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，并通過(guò)不斷學(xué)習(xí)提高個(gè)人素養(yǎng)和專業(yè)技能的高級(jí)專業(yè)人才。

專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程的課程目標(biāo)如下。

1.熟悉液壓元件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、調(diào)試的各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，能夠查閱文獻(xiàn)、收集資料，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行可行性分析和論證。

2.能夠針對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象，選用滿足特定需求的現(xiàn)代工具模擬與預(yù)測(cè)專業(yè)問(wèn)題，并能夠理解其局限性。

3.能在考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等現(xiàn)實(shí)約束條件后完成液壓元件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，并在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。

4.具備以口頭、文稿、圖紙等方式與業(yè)界同行溝通交流的能力。

以上課程目標(biāo)分別支撐畢業(yè)要求3（設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案）、畢業(yè)要求5（使用現(xiàn)代工具）、畢業(yè)要求6（工程與社會(huì)）和畢業(yè)要求10（溝通）。

為了培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)課程教師在學(xué)生學(xué)習(xí)了一定的基礎(chǔ)理論后，以給定的設(shè)計(jì)要求為任務(wù)導(dǎo)向，要求學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)完成方案設(shè)計(jì)、可行性分析與論證、理論分析與計(jì)算、工程圖繪制、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編撰以及答辯等任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)課程具有知識(shí)綜合性強(qiáng)、工程問(wèn)題復(fù)雜、設(shè)計(jì)任務(wù)量大等特點(diǎn)，因此要較好地實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)就必須采用多種教學(xué)模式。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)

專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是在教師的指導(dǎo)下，使學(xué)生完成工程師的基本訓(xùn)練或從事科研工作的初步訓(xùn)練，也是學(xué)生獲得學(xué)士學(xué)位的必要條件之一。

畢業(yè)設(shè)計(jì)選題主要涉及各種典型的液壓元件，現(xiàn)以軸向變量柱塞泵為例進(jìn)行說(shuō)明。軸向變量柱塞泵的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選擇泵的結(jié)構(gòu)形式并進(jìn)行論證、確定關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與校核、關(guān)鍵摩擦副的材料選配、變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與靜動(dòng)態(tài)性能分析以及設(shè)計(jì)結(jié)果的圖紙化表達(dá)。

以上設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋了機(jī)械、材料、力學(xué)、控制和流體傳動(dòng)等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，設(shè)計(jì)任務(wù)本身具有較強(qiáng)的綜合性，需要通過(guò)建立合適的抽象模型才能解決，且在方案論證、靜動(dòng)態(tài)性能分析方面存在工程技術(shù)問(wèn)題的相互沖突，要完成設(shè)計(jì)任務(wù)必須運(yùn)用恰當(dāng)?shù)墓こ淘磉M(jìn)行分析。因此，該畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是典型的復(fù)雜工程問(wèn)題。

畢業(yè)設(shè)計(jì)的考評(píng)以答辯的形式進(jìn)行，最終成績(jī)需結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、工程圖紙（包括詳細(xì)的二維設(shè)計(jì)圖紙、三維總裝與零件結(jié)構(gòu)圖）、外文翻譯文獻(xiàn)以及平時(shí)表現(xiàn)予以評(píng)定。該畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的完成足以支撐工程設(shè)計(jì)、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)以及溝通交流等各項(xiàng)畢業(yè)要求。

畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)本身的復(fù)雜性和對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的多樣性決定了該教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施的難度，要切實(shí)完成該環(huán)節(jié)的課程目標(biāo)，并保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，靠單一的教學(xué)方法較難實(shí)現(xiàn)。

筆者在畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)過(guò)程中，結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容分階段運(yùn)用正向講解與反向糾錯(cuò)兩種模式組織教學(xué)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，取得了較好的教學(xué)效果。

二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的正向講解模式

正向講解的教學(xué)模式就是指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生先進(jìn)行比較系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)理論及方法的講解，然后安排學(xué)生根據(jù)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、方案設(shè)計(jì)、工程制圖、說(shuō)明書(shū)編撰等。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是指導(dǎo)教師先教會(huì)學(xué)生“怎么做”，再讓學(xué)生自己去實(shí)踐。這種教學(xué)模式在其他課程教學(xué)中比較常見(jiàn)，比如計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)中，教師往往先對(duì)學(xué)生講解一類算法，然后讓學(xué)生以某個(gè)具體問(wèn)題為實(shí)例，自己動(dòng)手編程計(jì)算結(jié)果。正向講解模式的特點(diǎn)如下。

（一）基本知識(shí)講解較為系統(tǒng)全面

在正向講解的教學(xué)模式中，教師有充足的時(shí)間向?qū)W生講解畢業(yè)設(shè)計(jì)課程前期需要掌握的基本知識(shí)和技能。在專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)教師可以針對(duì)小組設(shè)計(jì)任務(wù)（某種典型液壓元件），講解其結(jié)構(gòu)組成、工作原理及性能特點(diǎn)、現(xiàn)有典型產(chǎn)品特點(diǎn)；設(shè)計(jì)基本流程，包括文獻(xiàn)檢索、方案確定、參數(shù)計(jì)算、工程制圖和說(shuō)明書(shū)編撰等環(huán)節(jié)，其中加強(qiáng)文獻(xiàn)與情報(bào)檢索是搞好畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的關(guān)鍵所在。另外，指導(dǎo)教師應(yīng)提醒學(xué)生掌握必要的計(jì)算或繪圖軟件?？梢?jiàn)，學(xué)生在動(dòng)手設(shè)計(jì)前已經(jīng)具備了較為系統(tǒng)完善的知識(shí)和較高的技能。

（二）訓(xùn)練針對(duì)性強(qiáng)

經(jīng)過(guò)指導(dǎo)教師系統(tǒng)而全面的正向講解，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)流程和注意事項(xiàng)都已比較清楚，因此訓(xùn)練的針對(duì)性就比較強(qiáng)。在具體實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生收到指導(dǎo)教師發(fā)給的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)后，查閱文獻(xiàn)、搜集資料，進(jìn)行綜合分析、方案擬定、理論設(shè)計(jì)、工程繪圖，最后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)和論文等。其中每個(gè)執(zhí)行環(huán)節(jié)都可以與講解內(nèi)容印證。

（三）學(xué)生探索創(chuàng)新性不足

在教師的正向講解下，學(xué)生常處于被動(dòng)接受知識(shí)和機(jī)械式實(shí)踐操作驗(yàn)證的狀態(tài)，對(duì)于設(shè)計(jì)活動(dòng)中的“異常情況”（即正向講解中未涉及的問(wèn)題）往往顯得不知所措，學(xué)生的主動(dòng)探索和創(chuàng)新能力不夠。畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及機(jī)械、材料、數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，指導(dǎo)教師自身知識(shí)結(jié)構(gòu)也可能存在缺陷，因此僅僅依靠教師所講授的內(nèi)容是不夠的。

正向講解是比較傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，但其極大地限制了學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的自主性和創(chuàng)新性，難以較好地滿足課程目標(biāo)的要求。

三、畢業(yè)設(shè)計(jì)的反向糾錯(cuò)模式

反向糾錯(cuò)的教學(xué)模式是指導(dǎo)教師在設(shè)計(jì)前只講基本的任務(wù)要求和總體流程，要求學(xué)生主動(dòng)設(shè)計(jì)，自主查詢文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)方案、計(jì)算參數(shù)、制圖等。在這些環(huán)節(jié)中，教師監(jiān)督、檢查、發(fā)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)中的問(wèn)題并及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生糾正。簡(jiǎn)單來(lái)講，反向糾錯(cuò)模式就是“學(xué)生先做，教師再糾錯(cuò)”，其特點(diǎn)如下。

（一）學(xué)生主動(dòng)性強(qiáng)

在反向糾錯(cuò)教學(xué)模式中，幾乎沒(méi)有教師的直接講授，相關(guān)文獻(xiàn)及知識(shí)需要學(xué)生根據(jù)實(shí)際需要去查詢獲取，同時(shí)學(xué)生自己還得思考、加工，然后再加以應(yīng)用。在指導(dǎo)教師檢查—發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—改錯(cuò)的過(guò)程中，學(xué)生不斷思考和積累，在設(shè)計(jì)中的主動(dòng)性很強(qiáng)。

（二）訓(xùn)練效率較低

在畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生都要經(jīng)歷自我探究—應(yīng)用—糾錯(cuò)—改錯(cuò)過(guò)程，比如關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生可能依據(jù)某本參考書(shū)上的設(shè)計(jì)計(jì)算流程確定一種零件的設(shè)計(jì)方案，然后計(jì)算其主要幾何參數(shù)，再繪制三維圖或工程圖，但可能在裝配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)閥芯零件之間空間干涉或者校核強(qiáng)度不夠等情況，原因就是考慮因素不全面或者計(jì)算公式有誤，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)進(jìn)度較慢，整個(gè)訓(xùn)練效率較低。

（三）知識(shí)結(jié)構(gòu)不夠系統(tǒng)

由于指導(dǎo)教師只針對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行糾錯(cuò)，學(xué)生對(duì)于有錯(cuò)的地方掌握得很好，卻對(duì)沒(méi)有出差錯(cuò)的地方缺少深入的思考。相對(duì)于正向教學(xué)，這可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及的知識(shí)掌握得不系統(tǒng)、不完整。

反向糾錯(cuò)教學(xué)模式可有效地提高學(xué)生設(shè)計(jì)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，但其訓(xùn)練效率低和運(yùn)用知識(shí)不夠系統(tǒng)的缺點(diǎn)使得單純地使用這一教學(xué)模式亦具有較大的局限性。

四、分階段運(yùn)用正向講解與反向糾錯(cuò)模式的探索

根據(jù)兩種教學(xué)模式的特點(diǎn)，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，課程組在不同的任務(wù)階段采用了不同的教學(xué)模式，以有效實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的課程目標(biāo)。

（一）總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與可行性論證階段

總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與可行性論證階段是畢業(yè)設(shè)計(jì)前期的重要工作，完成該任務(wù)需要學(xué)生具備綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、流體傳動(dòng)基本原理以及充分使用各種網(wǎng)絡(luò)和電子數(shù)據(jù)庫(kù)資源的能力，同時(shí)兼顧工程與社會(huì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析等各方面的因素，比較容易激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。因此，在該任務(wù)階段可以采用反向糾錯(cuò)的教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生大量查找相關(guān)產(chǎn)品資料和學(xué)術(shù)研究論文，使學(xué)生熟悉該領(lǐng)域產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)能力。

在該任務(wù)階段采用反向糾錯(cuò)教學(xué)模式過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在實(shí)現(xiàn)柱塞泵功能的前提下，通常能提出一些比較新穎的設(shè)計(jì)方案，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中不太注意加工工藝的實(shí)現(xiàn)，缺乏控制生產(chǎn)成本的觀念。因此，在反向糾錯(cuò)的教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)教師應(yīng)針對(duì)具體的問(wèn)題與學(xué)生進(jìn)行深入交流與討論，在方案論證時(shí)，應(yīng)提醒學(xué)生注意設(shè)計(jì)方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。

（二）關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定與校核階段

以學(xué)習(xí)變量柱塞泵關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定與校核為例，需要學(xué)生運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)以及流體傳動(dòng)基本原理等相關(guān)理論知識(shí)對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與校核。學(xué)生在前期已經(jīng)通過(guò)具體課程的學(xué)習(xí)具有了一定的理論與實(shí)踐工作基礎(chǔ)，因此在該階段主要采用正向講解的模式進(jìn)行教學(xué)。在詳細(xì)講解設(shè)計(jì)流程的前提下，學(xué)生能以最高的效率完成該階段的工作。

（三）關(guān)鍵摩擦副設(shè)計(jì)階段

變量柱塞泵的三大摩擦副是影響該元件主要性能參數(shù)、可靠性和壽命的關(guān)鍵部分，涉及工程材料和機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，其設(shè)計(jì)理論相對(duì)比較成熟，學(xué)生需要了解更多的工程材料方面的信息與研究進(jìn)展。因此，該設(shè)計(jì)任務(wù)階段宜采用正向講解的模式進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，以提醒學(xué)生將更多的精力花在工程材料的前沿信息收集方面。

（四）變量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析階段

變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與靜動(dòng)態(tài)性能分析是該畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的一大難點(diǎn)，要求學(xué)生運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、控制理論對(duì)變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模及性能分析。該部分的工作需要學(xué)生綜合考慮變量機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性和響應(yīng)速度的矛盾性，從而合理設(shè)計(jì)控制閥閥口的結(jié)構(gòu)。因此，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中筆者綜合采用正向講解與反向糾錯(cuò)相結(jié)合的模式進(jìn)行。

在正向講解階段，主要跟學(xué)生講解變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、數(shù)學(xué)建模方法以及靜動(dòng)態(tài)性能分析思路，具體的設(shè)計(jì)和分析由學(xué)生根據(jù)自己的理解獨(dú)自完成。在學(xué)生得到具體的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)和靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)以后，采用反向糾錯(cuò)的模式，結(jié)合不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，與學(xué)生進(jìn)行深入分析和交流，找到影響變量機(jī)構(gòu)綜合性能的控制閥關(guān)鍵參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

該階段采用正向講解和反向糾錯(cuò)兩種教學(xué)模式，雖然比較耗時(shí)，但是由于該部分內(nèi)容是多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的典型代表，是培養(yǎng)學(xué)生“液壓元件本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)”觀念的生動(dòng)實(shí)例，也是專業(yè)打造液壓元件研發(fā)與設(shè)計(jì)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段，本階段兩種教學(xué)模式的綜合應(yīng)用可切實(shí)提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

（五）工程制圖階段

工程制圖是設(shè)計(jì)結(jié)果的圖紙化表達(dá)，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)之前就具有機(jī)械制圖的基礎(chǔ)，在指導(dǎo)過(guò)程中不需要進(jìn)行正向講解，因此主要運(yùn)用反向糾錯(cuò)的模式進(jìn)行指導(dǎo)，以加深學(xué)生對(duì)關(guān)鍵零部件加工工藝及材料選型的理解。

五、結(jié)語(yǔ)

畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)是大學(xué)本科階段的最后一次綜合性實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，具有知識(shí)綜合性強(qiáng)、任務(wù)量大等特點(diǎn)，著力于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)本身的復(fù)雜性和對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的多樣性決定了該教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施的難度，靠單一的教學(xué)方法較難實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。本文以蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，在具體指導(dǎo)過(guò)程中，綜合運(yùn)用正向講解和反向糾錯(cuò)兩種教學(xué)模式進(jìn)行有益探索。實(shí)踐表明，該方法可較好地完成課程目標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的有效支撐，其經(jīng)驗(yàn)對(duì)于綜合設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)組織具有一定的指導(dǎo)意義。