新工科建設(shè)背景下水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計選題模式改革初探

于 騰 顧聲龍 吳玉帥 石旭芳

（青海大學(xué)水利電力學(xué)院 青海·西寧 810016）

0 引言

為主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，職稱服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，教育部于 2017年提出“新工科”建設(shè)理念，引起工程教育界的廣泛關(guān)注。高校，作為人才輸出的搖籃，自然承擔(dān)服務(wù)國家和地方經(jīng)濟建設(shè)的重任。水利水電工程作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，如何在新工科建設(shè)背景下激發(fā)活力，注入新的生機，是值得深入思考的問題，特別是為適應(yīng)未來水利工程建設(shè)培養(yǎng)怎樣的人才。

“新工科”背景下，本科工程教育模式是以學(xué)習(xí)者為中心，在夯實學(xué)生專業(yè)理論知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力。畢業(yè)設(shè)計作為本科生專業(yè)培養(yǎng)工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，能夠促進(jìn)學(xué)生工程實踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力，是水利水電工程專業(yè)學(xué)生獨立進(jìn)行工程勘察、規(guī)劃、設(shè)計、施工、監(jiān)理、管理、科研工作的起點，而畢業(yè)設(shè)計的選題環(huán)節(jié)決定了畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及方法，是關(guān)系畢業(yè)設(shè)計教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

科學(xué)的選題對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用。水利水電工程專業(yè)是涉及多學(xué)科知識體系，并與工程實踐緊密結(jié)合的綜合性學(xué)科，畢業(yè)設(shè)計的選題需注重理論知識與工程實踐相結(jié)合，體現(xiàn)專業(yè)特色，反應(yīng)學(xué)科前沿，面向企業(yè)需求，服務(wù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，從而確保設(shè)計水平和設(shè)計質(zhì)量。而畢業(yè)設(shè)計的選題環(huán)節(jié)決定了畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及方法，是關(guān)系畢業(yè)設(shè)計教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，對水利水電工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計選題進(jìn)行改革是時代使然。

1 本科畢業(yè)設(shè)計選題現(xiàn)狀和問題

目前，本科畢業(yè)設(shè)計從學(xué)生到教師，從選題到實施，從開題到答辯，均存在浮躁之風(fēng)：創(chuàng)新不足，質(zhì)量滑坡，更不乏學(xué)術(shù)不端行為。

（1）學(xué)生自身重視不夠，蒙混過關(guān)。隨著本科生人員數(shù)量的增加，師生比嚴(yán)重不足，特別是西北偏遠(yuǎn)地區(qū)的高校，人才引進(jìn)困難，對于本科生畢業(yè)設(shè)計更是疏于指導(dǎo)，專業(yè)教師力不從心，尾大不掉。

（2）選題應(yīng)注重工程實踐，可供選題量少，多與往年重復(fù)，容易造成抄襲成風(fēng)，畢業(yè)生數(shù)量龐大，制定設(shè)計題目難度大。設(shè)計既要保質(zhì)保量又要避免雷同，對于指導(dǎo)老師是艱難困苦的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致老師疲于應(yīng)付，工作熱情不高。

（3）教師資源不夠，多數(shù)選題來源與科研項目，難度較大，可實施性差。針對水利水電工程專業(yè)最近4年的畢業(yè)設(shè)計情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)選題存在以下幾個方面的問題。

一方面，選題陳舊，重復(fù)率高。近4年來，水利水電工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計的題目較多，但是設(shè)計內(nèi)容比較固定并且與往屆的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容有較大重復(fù)，這不利于學(xué)生的自主思考，為學(xué)生抄襲提供便利，促使學(xué)生消極應(yīng)對，使教師視覺疲勞。以擋水建筑物設(shè)計為例，設(shè)計包括整體布置設(shè)計、調(diào)洪演算、建筑物剖面設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計、地基處理等。在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生直接套用往屆的畢業(yè)設(shè)計，直接跳過較為重要部分，只做核心部分，更有甚者的原封照搬。這樣學(xué)生根本不清楚設(shè)計中的尺寸如何而來，非常不利用學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

另一方面，實際工程已不滿足需求。水利水電工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計是校企聯(lián)合實施的，但部分企業(yè)導(dǎo)師忙于工作，沒有較多精力指導(dǎo)學(xué)生，將以往的工程設(shè)計項目交于學(xué)生參考。隨著青海省內(nèi)大中型水利工程逐漸減少，可用于畢業(yè)設(shè)計的實際工程項目也不足支撐數(shù)量龐大的培養(yǎng)需求。小型水利工程設(shè)計內(nèi)容較為簡單，不能體現(xiàn)學(xué)生綜合能力運用的水平。

針對以上存在的畢業(yè)設(shè)計選題弊端，對水利水電工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計選題進(jìn)行改革是勢在必行的。

2 新工科建設(shè)背景下畢業(yè)設(shè)計選題的改革探索

準(zhǔn)確把握新時代對工程人才培養(yǎng)的要求，對傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行合適定位和改革，本文基于VBA建立水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)庫及選題系統(tǒng)，用于形成重復(fù)率較低的逼近工程實際的模擬選題。開發(fā)的自動選題系統(tǒng)，能夠依據(jù)學(xué)生興趣隨機生成多個畢業(yè)設(shè)計題目供學(xué)生選擇，以此提高學(xué)生綜合知識運用的能力及自主學(xué)習(xí)的積極性。

2.1 基礎(chǔ)資料

圖1：畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)操作流程圖

圖2：畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)應(yīng)用案例

圖3：選題數(shù)據(jù)組合

圖4：參考規(guī)范數(shù)據(jù)庫

圖5：典型水文數(shù)據(jù)

本文中所建立的畢業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)庫總共包括四大部分，分別為地形數(shù)據(jù)庫、水文數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫及水工建筑物數(shù)據(jù)庫。其中地形數(shù)據(jù)庫由30個可以實施中大型水利工程的地形資料真實數(shù)據(jù)構(gòu)建，水文數(shù)據(jù)庫由20個典型水文資料構(gòu)建。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫由15個可以實施中大型水利工程的地質(zhì)資料構(gòu)建，水工建筑物數(shù)據(jù)庫則根據(jù)地形、地質(zhì)資料，構(gòu)建主要建筑物或附屬建筑物的關(guān)鍵信息。

2.2 系統(tǒng)組成

水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)的編制是基于VBA，簡單易用，擴展性與兼容性好。系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)庫讀寫模塊、隨機組合模塊、查重模塊，選題系統(tǒng)通過調(diào)用各類數(shù)據(jù)庫、形成畢業(yè)設(shè)計選題，并給出相應(yīng)的關(guān)鍵信息，供學(xué)生參考。

畢業(yè)設(shè)計選題數(shù)據(jù)庫在水利水電工程專業(yè)近十年的本科畢業(yè)設(shè)計資料基礎(chǔ)之上，分別采用GoogleEarth、公共DEM數(shù)據(jù)或高分辨率DEM數(shù)據(jù)構(gòu)建地形數(shù)據(jù)；利用水文年鑒和其他公開的水文信息，構(gòu)建典型的水文資料；利用往屆的畢業(yè)設(shè)計中的地質(zhì)資料和已建水利工程區(qū)域的地質(zhì)資料，構(gòu)建典型的地質(zhì)資料。根據(jù)地形數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的資料構(gòu)建水工建筑物數(shù)據(jù)，最終分類形成水文、地質(zhì)、地形、水工建筑物數(shù)據(jù)庫。

2.3 案例應(yīng)用效果

該選題系統(tǒng)具有實用性強、操作簡便的特點，通過將工程應(yīng)用（防洪、灌溉、發(fā)電、供水、治澇）和設(shè)計內(nèi)容（壩體、溢洪道、導(dǎo)流洞）中關(guān)鍵詞進(jìn)行一個或多個進(jìn)行自由組合，然后錄入選題數(shù)量，即可一鍵生成畢業(yè)設(shè)計選題及其必備基礎(chǔ)資料，如：設(shè)計相關(guān)的水文資料、工程地質(zhì)資料、DEM高程數(shù)據(jù)和參考規(guī)范等。選題系統(tǒng)操作流程如圖1所示：

本文的畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是依據(jù)青海地區(qū)已建或在建的大型工程初設(shè)資 料構(gòu)建，通過將同類的不同水利工程設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機組合，形成全新的工程設(shè)計初始資料。共有在內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫容量上逐年進(jìn)行補充，便于維護(hù)。對于工程用途和建設(shè)目標(biāo)需要指導(dǎo)教師根據(jù)地方經(jīng)濟建設(shè)背景進(jìn)一步假設(shè)給定（見圖2）。

圖6：抓取高程圖系統(tǒng)界面

圖7：Global mpper獲取地形等高線數(shù)據(jù)

從青海大學(xué)水利水電工程本科生畢業(yè)設(shè)計情況來看，每屆約140人，而專業(yè)指導(dǎo)教師僅有15人，每位學(xué)生畢業(yè)設(shè)計選題不可重復(fù)，指導(dǎo)老師為學(xué)生制定畢業(yè)設(shè)計題目有很大的難度和壓力。而本文的選題系統(tǒng)可以很輕松的解決這個難題，指導(dǎo)老師可以將更多精力投入到指導(dǎo)學(xué)生的設(shè)計過程中，同時避免學(xué)生選題重復(fù)或內(nèi)容相近而進(jìn)行抄襲，影響本科生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。通過簡化選題的流程來充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生做到主動學(xué)習(xí)、研究和討論，徹底改變以往的拖拉、消極的態(tài)度，徹底消除個別學(xué)生在臨近答辯時向老師索要設(shè)計成果，自己稍作修改應(yīng)付了事的現(xiàn)象，杜絕“拿來主義”。

圖3中展示了10個畢業(yè)設(shè)計題目分別對應(yīng)的水文、地質(zhì)和地形資料編號，一目了然。通過上述介紹可知，畢業(yè)設(shè)計自動選題系統(tǒng)在使用過程中會在一定程度上增加設(shè)計的難度和加大設(shè)計的工作量，但這會是對本科生四年專業(yè)知識學(xué)習(xí)的一個非常好的檢視過程，考驗學(xué)生對專業(yè)知識的融合消化的能力，對于提高學(xué)生創(chuàng)新能力具有很大的推動作用。同時，對于指導(dǎo)老師也是一個挑戰(zhàn)，它需要指導(dǎo)老師全過程參與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)，不僅體現(xiàn)在專業(yè)能力上，更體現(xiàn)責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。如此，便會消除部分教師指導(dǎo)學(xué)生懈怠、不作為的行為，在根本上做好立德樹人，把好出口最后一關(guān)，做好培養(yǎng)出具有一定創(chuàng)新能力的人才的現(xiàn)代高等教育工作。

通過圖4，可知本選題系統(tǒng)錄入了現(xiàn)有最新的絕大多數(shù)專業(yè)技術(shù)規(guī)范，在生成畢業(yè)設(shè)計選題案例的同時，為相應(yīng)的每個選題推薦出設(shè)計所需使用的規(guī)范。但同時也需要指導(dǎo)老師與學(xué)生共同制定設(shè)計目標(biāo)，根據(jù)工程選址的具體情況進(jìn)行方案比選，選擇經(jīng)濟合理的壩型。圖5中的水文數(shù)據(jù)是通過水文年鑒和其他公開的水文信息獲取，保證了數(shù)據(jù)來源的真實性和可靠性。

上文中的圖6為自主開發(fā)了地形抓取程序，通過設(shè)定一定的范圍，可以一鍵啟用Google Earth自動獲取區(qū)域內(nèi)的DEM高程圖。并通過Global mapper處理為等高線數(shù)據(jù)，如圖7所示。通過上述的自動化形式有效解決了圖紙獲取困難的窘境，并且保證地形地貌的原始性，確保學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計工作從最為初始的勘察選址階段開始，重視工程選址等一系列的關(guān)鍵設(shè)計環(huán)節(jié)，保證學(xué)生全過程參與設(shè)計工作，提高其專業(yè)知識的認(rèn)知和學(xué)習(xí)能力。這種不同于傳統(tǒng)的限定工程規(guī)模與位置的設(shè)計模式，增加學(xué)生對水利工程建設(shè)系統(tǒng)的認(rèn)知和新體驗，深度體現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在設(shè)計過程中，教師的作用不可替代，但學(xué)生作為整個學(xué)習(xí)過程中的主體，由完全“自上而下”的灌輸式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為“自下而上”的在自主體驗、實踐、探索中學(xué)習(xí)的新模式。

3 總結(jié)與討論

本改革項目改變了根據(jù)實際工程進(jìn)行選題的傳統(tǒng)模式，采用水文、地質(zhì)、地形資料的隨機組合形成模擬選題，強化了選題的多變性，可提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，降低了選題的重復(fù)率和學(xué)生的抄襲率。同時，對提高指導(dǎo)教師的專業(yè)能力和道德素養(yǎng)起到了一定的積極推動作用，把好高等教育的出口最后一關(guān)，“以本為本、回歸本科教育”，從根本上做好立德樹人，培養(yǎng)出具有一定創(chuàng)新能力的新工科人才，促使高等工程教育邁向更高的一步。

此畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)不僅僅可用于水利水電工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計，還可為本專業(yè)的課程設(shè)計提供良好的選擇，由于基于VBA的畢業(yè)設(shè)計選題系統(tǒng)擴展性及兼容性強，在已建立的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上進(jìn)行改動也可滿足于其它專業(yè)畢業(yè)設(shè)計選題的需求，具有一定的借鑒意義。