結合科研課題的工科類專業本科畢業設計指導探索

吳偉輝，黃晨華

(韶關學院 物理與機電工程學院，廣東 韶關 512005)

本科畢業設計是高校機械、化工、電子等工科類專業培養學生的最重要環節之一，目標是培養學生綜合運用所學基礎理論、基本知識和技能去分析、解決工程領域問題的能力。同時，通過畢業設計，也可鍛煉學生嚴謹求實、刻苦鉆研、勇于探索和創新的從事科學研究的基本精神和能力[1]。

隨著社會經濟的發展，本科畢業生面臨的選擇及壓力也在增多，這影響了學生對畢業設計的興趣。例如當前許多學生的考研準備工作、公務員考試備考、應聘、實習等都會擠占了本來用于學生畢業設計的時間，也使得學生對畢業設計的興趣越來越弱。同時，隨著地方本科院校招生數量的增加，大部分本科高校都出現了教師指導壓力大、畢業設計選題老舊、生均指導時間減 少等現象，也進一步削弱了學生對畢業設計的興趣，例如多年沿用的畢業設計選題與時代發展需求脫節，這使很多學生感到畢業設計的實用性不強，導致學生的積極性和創新欲望不高[2-3]。上述現象直接影響了畢業設計質量。

畢業設計是工科類專業學生邁向社會的最后一道門檻，改善學生畢業設計質量刻不容緩。

眾所周知，我國學生是世界公認學習能力最強的學生之一，但也是最缺乏創造性和創新性的學生[4]。其主要原因就是學生參與科研以及工程實踐少。

教學與科研都是高校教師的本職，著名科學家錢偉長曾指出，“教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育”。因而，如果無科研做基礎，本科教學就會失去"靈魂"。將科研融入到教學中，可以保證教學與時代貼合，使學生將所學的課本知識加以實際運用，加深對知識的理解，并激發其創造性和創新性[5]。當前，許多高校工科專業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實際相關，具有較強的實踐性及綜合性。為此，本文探討了將畢業設計指導與教師科研課題相結合的方法，以便有效提升學生的畢業設計質量，并實現教學與科研同步發展。

1 結合科研課題的工科類專業本科畢業設計指導具體方法

1.1 前期學生的培養

由于本科生的專業知識基礎相對較為薄弱，也沒有經過嚴格的工程實踐及科研鍛煉，僅在大學第四年匆忙挑選學生基于科研課題展開畢業設計一般效果較差。為此，最好在前期適當引導，將一些感興趣的同學盡早引入科研課題團隊中，作前期的科研與工程實踐培養，使其在展開畢業設計之前，對未來畢業設計所涉及到的內容有充分的了解，并掌握從事畢業設計的相關軟、硬件工具以及方法。具體措施如下：

(1)通過老師引導、自我推薦等方式，吸引部分大學二年級或三年級的同學進入科研課題團隊，利用空余時間協助老師展開科研工作。

學生早期參與科研課題，需循序漸進，先從查找文獻，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，并逐步過渡到讓學生參與到從機構甚至設備的設計、制造、裝配、調試、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)老師應對參與項目團隊的學生進行定期考核，可采用寫報告、任務完成情況考核等方式，并保持適當的監督與指導，幫助學生快速成長。

(3)可引導學生就科研課題相關聯的內容，申報大學生創新設計訓練計劃項目、挑戰杯等學生科研課題，通過學生科研課題強制約束，讓學生得到嚴格的科研鍛煉。

例如，作者目前已成功引導學生申報了兩項大學生創新設計訓練計劃項目，目前都已立項同，分別是2014年廣東省級大學生創新創業訓練計劃項目"基于振鏡掃描的Q235 碳素結構鋼激光快速熔覆強化工藝研究(項目編號：201410576040)"、2017年國家級大學生創新創業訓練計劃項目"單缸漏斗式金屬零件3D打印設備的集成優化設計(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路線及考核指標，可以有效鍛煉學生的科研與工程實踐能力。實踐表明，兩組同學，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設計選題設計

畢業設計選題對象為早期進入項目組的，并且愿意繼續在項目組內從事畢業設計的學生。但是，畢業設計選題可由學生根據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，但必須與學生充分溝通，在其愿意前提下確定。總體而言，畢業設計選題應結合科研課題內容、學生的特長愛好進行。并且應因才設題，對學習能力強，有較強創新意識的同學，可以適當增加畢業設計選題難度；對于基礎較差的同學，則適當降低畢業設計選題難度。

例如：作者近年來持續展開增材制造(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構設計”、“用于SLM 3D打印的螺桿式供粉機構設計”、“激光掃描振鏡自動防塵機構設計”、“基于離心風機的3D打印成型室一體式氣氛凈化裝置設計”等一系統畢業設計選題。

1.3 設計過程管理及指導

基于科研課題的畢業設計展開，亦需要教師、學生大力配合，共同管理，使畢業設計順利展開，并保證培養質量。具體方法包括：

1.3.1 形成自我管理團隊，處理好畢業設計協作問題

基于同一科研課題確立的畢業設計選題，盡管具體選題不同，但一般在技術領域都有著很大的關聯性，有些畢業設計選題之間還需要大量的配合，例如需要軟件與硬件協同開發。同時這些畢業設計選題者都是同專業同學，相互熟悉易交流勾通。為此，為保證畢業設計質量，加快畢業設計進度，可以讓基于科研課題的畢業設計選題學生組織起來，形成一個小組，并確立小組長，自我管理，協同處理畢業設計過程遇到的一些問題。例如，共同測繪一臺設備的外形結構、共同展開一個實驗、軟硬件協同開發、相互探討設計難題等。

1.3.2 查找補充文獻，完成開題報告

盡管學生已在前期培養中對自己的選題已有了較多的認識，但確立畢業設計課題后，指導教師仍需要指導學生查找補充文獻，同時，應就研究重點、難題向學生講解，使其高質量完成開題報告，并迅速進入設計狀態。

1.3.3 督促學生定期匯報設計進展，實時引導學生克服技術難題

一般通過每周畢業設計小組會議的形式，讓學生匯報畢業設計進展；也可以通過讓同學參加科研課題組學術交流會的形式，與指導教師通過PPT演示匯報的方式匯報畢業設計進展。在匯報過程中，指導教師需要及時引導學生克服畢業設計過程遇到的技術難題，防止學生在畢業設計過程中遇到困難，進展長久停滯。

1.3.4 涉密處理

由于畢業設計選題是基于科研課題展開的，因此，可能部分設計選題以及后續設計成果涉及到技術機密。為此，在學生畢業設計展開過程中，應督促學生做好保密工作，并指導學生進行專利申報、軟件版權登記等處理，防止畢業設計因查重、答辯等公開環節泄漏科研團隊的技術機密，造成損失。

1.4 反復修改，保證畢業設計質量

好的畢業設計，應是反復修改形成的，指導教師應對畢業設計結果進行審查，反復提出修改意見，以保證畢業設計質量，具體措施包括：

1.4.1 前期修改：形式審查

指導教師應提前公布畢業設計初稿提交時間。學生按時提交畢業設計初稿，由指導教師提出前期修改意見，前期修改一般是形式審查，內容主要包括：

設計是否嚴格按學校畢業設計(論文)指導規范展開：確保提交的文檔是按學校的格式要求的，同時在數量上達到學校的要求(例如論文字數、圖紙數量等)，此外還應確保符合學術規范，防止學術道德失準。

論文、圖紙結構、實驗數據等進行合理性審核：對論文的結構布局、邏輯性是否合理進行審核；對圖紙的格式是否符合國家標準進行審核；對實驗數據的完整性、可靠性進行審核等。

1.4.2 后續修改：技術性修改

對學生的畢業設計提出技術性修改意見，主要是對技術細節是否可行進行再次論證，盡量避免不可行的技術細節出現。萬一技術細節不合理，應讓學生反復修改調整，直到畢業設計在技術上是可行的為止。

2 具體案例

畢業設計選題：擴音機攜帶扣零件的三維設計及FDM增材制造[6]。

該選題來源于作者的關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，對復雜外形物體進行掃描，生成三維模型，然后在此基礎上設計零件并展開金屬零件的增材制造。在前期的工作中，讓學生通過畢業設計，探索并掌握整個基于激光掃描儀的物體三維圖形重建、零件設計以及采用FDM進行塑料零件增材制造的工藝技術。

由此確立的畢業設計選題為：擴音機攜帶扣零件的三維設計及FDM增材制造。

選題者對畢業設計選題先展開了文獻查找工作，熟悉了增材制造、逆向工程、FDM等技術知識，然后和指導教師協商，制定了以下工藝路線：

在韶關學院的非接觸式DAVID SLS-1掃描儀上完成擴音機的逆向工程實驗，采集到擴音機的點云數據→在Geomagic studio軟件平臺上處理數據，修整并擬合數據后生成擴音機三維模型→導入到Solidworks軟件平臺，利用擴音機的三維模型的曲面特征，設計出擴音機的攜帶扣的三維模型→應用韶關學院FDM 3D打印設備打印出該三維模型→將3D打印件與擴音機裝配，演示使用效果。

學生選擇該課題以來，對選題十分感興趣，表現積極，很快高質量地完成了畢業設計，該設計還被評為韶關學院2014屆本科生優秀畢業論文(設計)。通過該畢業設計，學生掌握了逆向工程設備、Geomagic studio 12逆向工程軟件、Solidworks軟件、FDM 增材制造設備等的使用，能自如地實現從反求建模到零件三維設計，再到二維草圖生成，零件3D打印的整個流程，提高了學生的個人技術及社會競爭力，取得了良好的培養成果。同時教師也借助該生的畢業設計流程，掌握了科研所需的工藝流程。達到了教學與科研的雙贏。圖1～圖4是其畢業設計結果展示。

圖1 由逆向工程獲得數據擬合生成的擴音機三維模型

圖2 在擴音機三維模型基礎上設計得到的攜帶扣的三維模型

圖3 攜帶扣FDM增材制造結果

圖4 擴音機攜帶扣的裝配

3 結語

針對當前高校工科類專業本科畢業設計教學出現的學生對畢業設計興趣感弱、畢業設計選題陳舊、畢業設計質量下滑的現象，探討了將畢業設計與科研課題相結合的辦法，結合實例，從學生前期培養、畢業設計選題設計、設計展開等方面進行了有益探索。實踐表明，這種方法是行之有效的，提升了學生的畢業設計質量，并實現了教學與科研同步發展。

[1] 深圳大學本科生畢業論文(設計)工作規定.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設計質量[J].科技、經濟、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本科畢業設計中的應用效果[J].湖北理工學院學報, 2016, 32(2):64-68.

[4] 劉 岱,周德新,詹湘琳.基于教學與科研相結合的本科畢業設計研究[J].教育教學論壇, 2015(33):66-67.

[5] 郝玉柱.高校教師如何認識和處理教學與科研的關系[J].高等財經教育研究, 2010, 13(2):63-65.

[6] 黎賀昌.擴音機攜帶扣零件的三維設計及FDM增材制造[D].廣東：韶關學院，2014年.