畢業設計中的正向講解與反向糾錯
——以蘭州理工大學機械電子工程專業為例

閔為 劉新強

蘭州理工大學能源與動力工程學院，甘肅 蘭州 730050

高等學校著力培養學生服務國家和服務人民的社會責任感、勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力。大學開設的課程基本可以分為理論型和實踐型兩類，其中設計類課程屬于實踐型課程。高等理工科院校機械類本科生畢業設計（論文）教學過程是實現其本科培養目標的重要環節。

蘭州理工大學機械電子工程專業（以下簡稱“專業”）是首批國家級一流專業，通過了教育部工程教育認證，主要培養流體傳動與控制方面的高級專門人才。在六十余年的辦學過程中，專業形成了以液壓元件研發與設計為核心競爭力的人才培養特色，畢業設計環節采用一人一題的形式，要求學生以典型液壓元件為對象、以元件主要性能參數為設計任務，綜合運用所學基礎理論知識和現代工具完成設計工作，實現培養學生解決復雜工程問題的能力的課程目標。

筆者依據指導學生畢業設計的教學實踐與體會，闡述了畢業設計課程的性質及特點，并以蘭州理工大學機械電子工程專業畢業設計為例，在畢業設計教學環節中，結合設計內容分階段使用正向講解與反向糾錯兩種教學模式，實踐結果表明教學效果良好，可為綜合設計類課程的教學組織提供一定的參考。

一、畢業設計課程的性質及特點

（一）畢業設計課程的性質

蘭州理工大學機械電子工程專業培養方案明確指出，專業培養掌握機械、控制和流體傳動等領域的基礎理論與專業知識，能夠從事流體傳動與控制領域的產品研發、設計制造、生產管理及市場開發等工作，具備創新精神和國際視野，能適應社會、經濟、科技的發展，并通過不斷學習提高個人素養和專業技能的高級專業人才。

專業畢業設計課程的課程目標如下。

1.熟悉液壓元件和系統設計、生產、檢測、調試的各種技術標準和規范，能夠查閱文獻、收集資料，能夠根據設計要求確定設計方案，并進行可行性分析和論證。

2.能夠針對設計對象，選用滿足特定需求的現代工具模擬與預測專業問題，并能夠理解其局限性。

3.能在考慮社會、健康、安全、法律、文化及環境等現實約束條件后完成液壓元件及系統的設計工作，并在設計環節中體現創新意識。

4.具備以口頭、文稿、圖紙等方式與業界同行溝通交流的能力。

以上課程目標分別支撐畢業要求3（設計/開發解決方案）、畢業要求5（使用現代工具）、畢業要求6（工程與社會）和畢業要求10（溝通）。

為了培養學生解決復雜工程問題的能力，畢業設計課程教師在學生學習了一定的基礎理論后，以給定的設計要求為任務導向，要求學生在一定時間內完成方案設計、可行性分析與論證、理論分析與計算、工程圖繪制、設計說明書編撰以及答辯等任務。畢業設計課程具有知識綜合性強、工程問題復雜、設計任務量大等特點，因此要較好地實現課程目標就必須采用多種教學模式。

（二）畢業設計課程的特點

專業畢業設計是培養學生解決復雜工程問題能力的重要教學環節，目的是在教師的指導下，使學生完成工程師的基本訓練或從事科研工作的初步訓練，也是學生獲得學士學位的必要條件之一。

畢業設計選題主要涉及各種典型的液壓元件，現以軸向變量柱塞泵為例進行說明。軸向變量柱塞泵的主要設計內容包括：選擇泵的結構形式并進行論證、確定關鍵零部件的結構參數與校核、關鍵摩擦副的材料選配、變量機構的結構設計與靜動態性能分析以及設計結果的圖紙化表達。

以上設計內容涵蓋了機械、材料、力學、控制和流體傳動等多學科領域的知識，設計任務本身具有較強的綜合性，需要通過建立合適的抽象模型才能解決，且在方案論證、靜動態性能分析方面存在工程技術問題的相互沖突，要完成設計任務必須運用恰當的工程原理進行分析。因此，該畢業設計任務是典型的復雜工程問題。

畢業設計的考評以答辯的形式進行，最終成績需結合設計計算說明書、工程圖紙（包括詳細的二維設計圖紙、三維總裝與零件結構圖）、外文翻譯文獻以及平時表現予以評定。該畢業設計任務的完成足以支撐工程設計、使用現代工具、工程與社會以及溝通交流等各項畢業要求。

畢業設計任務本身的復雜性和對學生能力培養的多樣性決定了該教學環節實施的難度，要切實完成該環節的課程目標，并保證人才培養質量，靠單一的教學方法較難實現。

筆者在畢業設計指導過程中，結合設計內容分階段運用正向講解與反向糾錯兩種模式組織教學，揚長避短，取得了較好的教學效果。

二、畢業設計的正向講解模式

正向講解的教學模式就是指導教師對學生先進行比較系統完整的設計理論及方法的講解，然后安排學生根據給定的設計任務進行參數計算、方案設計、工程制圖、說明書編撰等。簡單來講，就是指導教師先教會學生“怎么做”，再讓學生自己去實踐。這種教學模式在其他課程教學中比較常見，比如計算機語言教學中，教師往往先對學生講解一類算法，然后讓學生以某個具體問題為實例，自己動手編程計算結果。正向講解模式的特點如下。

（一）基本知識講解較為系統全面

在正向講解的教學模式中，教師有充足的時間向學生講解畢業設計課程前期需要掌握的基本知識和技能。在專業畢業設計中，指導教師可以針對小組設計任務（某種典型液壓元件），講解其結構組成、工作原理及性能特點、現有典型產品特點；設計基本流程，包括文獻檢索、方案確定、參數計算、工程制圖和說明書編撰等環節，其中加強文獻與情報檢索是搞好畢業設計選題的關鍵所在。另外，指導教師應提醒學生掌握必要的計算或繪圖軟件?？梢?，學生在動手設計前已經具備了較為系統完善的知識和較高的技能。

（二）訓練針對性強

經過指導教師系統而全面的正向講解，學生對設計目的、設計流程和注意事項都已比較清楚，因此訓練的針對性就比較強。在具體實施過程中，學生收到指導教師發給的畢業設計任務書后，查閱文獻、搜集資料，進行綜合分析、方案擬定、理論設計、工程繪圖，最后撰寫設計計算書和論文等。其中每個執行環節都可以與講解內容印證。

（三）學生探索創新性不足

在教師的正向講解下，學生常處于被動接受知識和機械式實踐操作驗證的狀態，對于設計活動中的“異常情況”（即正向講解中未涉及的問題）往往顯得不知所措，學生的主動探索和創新能力不夠。畢業設計涉及機械、材料、數學、力學、控制等多學科領域的知識，指導教師自身知識結構也可能存在缺陷，因此僅僅依靠教師所講授的內容是不夠的。

正向講解是比較傳統的畢業設計教學模式，但其極大地限制了學生在設計過程中的自主性和創新性，難以較好地滿足課程目標的要求。

三、畢業設計的反向糾錯模式

反向糾錯的教學模式是指導教師在設計前只講基本的任務要求和總體流程，要求學生主動設計，自主查詢文獻、設計方案、計算參數、制圖等。在這些環節中，教師監督、檢查、發現學生設計中的問題并及時引導學生糾正。簡單來講，反向糾錯模式就是“學生先做，教師再糾錯”，其特點如下。

（一）學生主動性強

在反向糾錯教學模式中，幾乎沒有教師的直接講授，相關文獻及知識需要學生根據實際需要去查詢獲取，同時學生自己還得思考、加工，然后再加以應用。在指導教師檢查—發現問題—改錯的過程中，學生不斷思考和積累，在設計中的主動性很強。

（二）訓練效率較低

在畢業設計的每個環節，學生都要經歷自我探究—應用—糾錯—改錯過程，比如關鍵零件設計環節，學生可能依據某本參考書上的設計計算流程確定一種零件的設計方案，然后計算其主要幾何參數，再繪制三維圖或工程圖，但可能在裝配過程中會出現閥芯零件之間空間干涉或者校核強度不夠等情況，原因就是考慮因素不全面或者計算公式有誤，進而導致設計進度較慢，整個訓練效率較低。

（三）知識結構不夠系統

由于指導教師只針對學生出現的問題進行糾錯，學生對于有錯的地方掌握得很好，卻對沒有出差錯的地方缺少深入的思考。相對于正向教學，這可能會導致學生對設計中所涉及的知識掌握得不系統、不完整。

反向糾錯教學模式可有效地提高學生設計的主動性和創新性，但其訓練效率低和運用知識不夠系統的缺點使得單純地使用這一教學模式亦具有較大的局限性。

四、分階段運用正向講解與反向糾錯模式的探索

根據兩種教學模式的特點，結合畢業設計的具體內容，課程組在不同的任務階段采用了不同的教學模式，以有效實現畢業設計的課程目標。

（一）總體結構方案設計與可行性論證階段

總體結構方案設計與可行性論證階段是畢業設計前期的重要工作，完成該任務需要學生具備綜合運用機械設計、力學、數學、流體傳動基本原理以及充分使用各種網絡和電子數據庫資源的能力，同時兼顧工程與社會、技術經濟性分析等各方面的因素，比較容易激發學生設計的主動性和創造性。因此，在該任務階段可以采用反向糾錯的教學模式，鼓勵學生大量查找相關產品資料和學術研究論文，使學生熟悉該領域產品的技術現狀和研究熱點，并培養學生的創新性設計能力。

在該任務階段采用反向糾錯教學模式過程中，筆者發現，學生在實現柱塞泵功能的前提下，通常能提出一些比較新穎的設計方案，但在設計過程中不太注意加工工藝的實現，缺乏控制生產成本的觀念。因此，在反向糾錯的教學過程中，指導教師應針對具體的問題與學生進行深入交流與討論，在方案論證時，應提醒學生注意設計方案的技術可行性和經濟可行性。

（二）關鍵零部件的結構參數確定與校核階段

以學習變量柱塞泵關鍵零部件的結構參數確定與校核為例，需要學生運用機械設計、力學以及流體傳動基本原理等相關理論知識對關鍵零部件進行設計與校核。學生在前期已經通過具體課程的學習具有了一定的理論與實踐工作基礎，因此在該階段主要采用正向講解的模式進行教學。在詳細講解設計流程的前提下，學生能以最高的效率完成該階段的工作。

（三）關鍵摩擦副設計階段

變量柱塞泵的三大摩擦副是影響該元件主要性能參數、可靠性和壽命的關鍵部分，涉及工程材料和機械設計方面的基礎知識，其設計理論相對比較成熟，學生需要了解更多的工程材料方面的信息與研究進展。因此，該設計任務階段宜采用正向講解的模式進行教學實踐，以提醒學生將更多的精力花在工程材料的前沿信息收集方面。

（四）變量機構設計與性能分析階段

變量機構的結構設計與靜動態性能分析是該畢業設計環節的一大難點，要求學生運用機械設計、力學、數學、控制理論對變量機構進行結構設計、數學建模及性能分析。該部分的工作需要學生綜合考慮變量機構的工作穩定性和響應速度的矛盾性，從而合理設計控制閥閥口的結構。因此，在實際教學過程中筆者綜合采用正向講解與反向糾錯相結合的模式進行。

在正向講解階段，主要跟學生講解變量機構的結構設計流程、數學建模方法以及靜動態性能分析思路，具體的設計和分析由學生根據自己的理解獨自完成。在學生得到具體的結構性能參數和靜動態性能指標以后，采用反向糾錯的模式，結合不同的設計結果，與學生進行深入分析和交流，找到影響變量機構綜合性能的控制閥關鍵參數，并實現結構設計的優化。

該階段采用正向講解和反向糾錯兩種教學模式，雖然比較耗時，但是由于該部分內容是多學科知識綜合應用的典型代表，是培養學生“液壓元件本身就是一個復雜的系統”觀念的生動實例，也是專業打造液壓元件研發與設計核心競爭力的有效手段，本階段兩種教學模式的綜合應用可切實提高學生解決復雜工程問題的能力。

（五）工程制圖階段

工程制圖是設計結果的圖紙化表達，學生在畢業設計之前就具有機械制圖的基礎，在指導過程中不需要進行正向講解，因此主要運用反向糾錯的模式進行指導，以加深學生對關鍵零部件加工工藝及材料選型的理解。

五、結語

畢業設計教學環節是大學本科階段的最后一次綜合性實訓環節，具有知識綜合性強、任務量大等特點，著力于培養學生解決復雜工程問題的能力。畢業設計任務本身的復雜性和對學生能力培養的多樣性決定了該教學環節實施的難度，靠單一的教學方法較難實現課程目標。本文以蘭州理工大學機械電子工程專業畢業設計為例，在具體指導過程中，綜合運用正向講解和反向糾錯兩種教學模式進行有益探索。實踐表明，該方法可較好地完成課程目標要求，實現畢業設計課程目標對畢業要求的有效支撐，其經驗對于綜合設計類課程的教學組織具有一定的指導意義。