卓越工程師背景下的機械專業畢業設計教學改革與實踐

范佳藝 李明昊 孫巖 葉長龍 馬寧

摘 要：機械專業的畢業設計是專業培養計劃中最后一個教學實踐環節，也是培養學生工程實踐能力、融合創新能力、應用理論能力的重要環節。文章針對機械專業畢業設計的教學改革背景進行了分析，提出了實施方案。基于產教融合，建議建立三指導教師制度，通過加強過程管理，提高指導教師的綜合能力，建立可持續循環的畢業設計教學改革監控機制，形成產教融合的畢業設計培養和過程管理機制，提高畢業設計質量和學生解決工程問題的能力，達到培養 “卓越工程師”的教學目的。

關鍵詞：機械；畢業設計；產教融合；教學改革；實踐

Reform and Practice of Graduation Design Teaching for Mechanical MajorsUnder the Background of Excellent Engineers

Fan Jiayi1 Li Minghao2 Sun Yan1 Ye Changlong1 Ma Ning1

（1.School of Mechanical & Electrical Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang 110136；2.School of Mechanical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159）

Abstract：The graduation design of mechanical major was the last teaching practice link in the professional training plan，and it was also an important link to train students engineering practice ability，integration and innovation ability，and application theory ability.This paper analyzes the teaching reform background of graduation design of mechanical specialty，and put forward the implementation plan.Based on the industry-education integration，three tutor system should be set up to improve the comprehensive ability of teachers through strengthening the process management.The sustainable circulation monitoring system of graduation design teaching reform should be established to form the management mechanism of graduation design training and process of industry-education integration to improve the quality of graduation design and the? ability of students to solve engineering problems，and achieves the teaching purpose of cultivating “excellent engineers” in schools.

Key words：machinery;graduation design;the industry-education integration;teaching reform;practic

“卓越工程師”計劃是我國促進工程教育由大向強轉變所提出的培養模式，到現在，全國已經有300多所高校，共400多個本科專業、120多個研究生專業加入了“卓越工程師”計劃。

機械專業作為“卓越工程師”計劃的典型工科專業，經過幾十年的發展，已涵蓋工程力學、機械設計、機械制造、自動化控制、測試系統和現代機械設計方法等眾多知識體系，涉及交叉學科復雜。機械專業的畢業設計是學生學習完成所有理論課程和實踐課程之后，綜合利用所學知識進行復雜機械設備的設計與研發，專業培養體系課時最長，是培養計劃中最后一個教學實踐環節，也是培養學生工程實踐能力、融合創新能力、應用理論能力的重要環節。學生在經過畢業設計環節之后，即將授予學位，進入用人單位參加工作或者升學深造學習，在學校和企業用人單位之間起到承上啟下的作用。因此，認真做好機械專業畢業設計教學改革與探索工作，對培養“卓越工程師”具有重要的作用。［1-2］目前，學生完成畢業設計的質量已經出現瓶頸，因此，如何有效提高畢業設計質量，形成可持續循環改進的畢業設計教學改革模式和監控機制是目前高校面對的問題。本文結合沈陽航空航天大學人才培養方案特色，分析制約畢業設計質量的因素，提出有效的畢業設計教學改革措施和監控機制。

一、機械專業畢業設計的教學改革背景

（一）專業學科層面

機械設計制造及其自動化專業的核心課程包括工程制圖、機械工程材料、材料力學、機械原理、機械設計、機械工程控制基礎、計算機程序設計和機械制造裝備設計等。相對于其他專業，畢業設計題目涵蓋專業知識點廣，學科之間交叉點多，雖然畢業設計題目要求3年內不重復，且需要一人一題，但是在經過統計和調研發現，仍存在畢業設計題目陳舊、缺乏時代創新性、重計算輕實踐的問題。陳舊的題目使學生可以利用發達的互聯網尋找相關資料，出現過度借鑒甚至抄襲的情況。［3］另外，機械專業設計知識點眾多，導致畢業設計題目類型較多，在學生進行選題時，由于學生對知識體系了解得不夠深入，選題具有一定程度的主觀性和隨意性。

（二）學生層面

教師經過多輪次的畢業設計指導經歷，通過調查問卷和隨訪的方式了解到：大四學生認為最后一個學期沒有理論課，產生大學課程已經學習完成和畢業設計是復雜的課程設計的錯誤心理，主觀上對畢業設計不重視；由于畢業設計涉及的理論課程距離畢業設計時間較久，例如機械專業畢業設計涉及的工程力學分析課程在大二學期已經完成，導致畢業設計過程中存在理論基礎不扎實的問題，因此不能及時將理論與實踐相結合以解決畢業設計中的工程問題；由于機械專業的畢業設計對學生要求較高，需要綜合運用所學知識解決復雜機械設備的實際工程問題，學生任務量大，時間跨度小，投入精力有限。［4］在時間安排上與實習、就業和考研復試等有一些沖突，在調研和開題報告階段，學生不能投入全部精力，指導教師也無法滲透到每一個環節監控學生學習情況，對學生的畢業設計情況掌握不夠深入，致使畢業設計前期基礎不牢、后期完成質量較低。

（三）教師層面

由于高校中部分教師在一定程度上缺乏企業實踐經歷，導致畢業設計題目工程應用性不強。且目前高校教師要面對科研、學術研究、教學、項目與競賽等各種活動，壓力較大，投入到畢業設計的精力不足。當指導教師疏于管理和減少督促，畢業設計的完成質量必然出現下降。另外，青年博士教師設計的畢業設計選題存在理論計算難、學生理解差、工程應用性不強的問題。在學生畢業設計完成的后期，學生的就業去向大都已經明確，當畢業設計題目與其就業去向不是完全符合甚至相悖時，學生會出現消極應對的心理，主觀態度不積極致使畢業設計完成質量較低。［5］

（四） 管理層面

盡管學校和學院積極推動和制定了畢業設計的工作流程，在各環節規定了考核標準，但是由于標準不明確，執行存在滯后，致使規定不能貫徹全過程。同時，指導教師的畢業設計培訓學時和機會較少，目前網絡培訓或者線下培訓大多針對單一課程或者課程群的內容，面向畢業設計開展的教學改革研討會較少，指導教師不能得到及時且持續的培訓，不能準確把握畢業設計各環節。畢業設計所在的大四下學期是學生就業的關鍵時期，學生有時候疲于就業面試，基于此，指導教師一般采用寬容遷就的態度，不能過于嚴格要求時間，也致使畢業設計最終完成質量不高。

綜上所述，突破畢業設計質量的瓶頸期，全方位提高畢業設計的質量，要解決多方面的問題，既要從學生的角度入手，也要考慮指導教師和管理者的難處。要實現培養高素質應用型人才的目標，迫切地需要從各角度進行畢業設計的教學改革與探索，使培養的學生更加符合“卓越工程師”的定位和企業用人的需求。

二、 產教融合促進機械專業畢業設計教學改革的實施方案

產教融合促進機械專業畢業設計教學改革的實施方案主要從畢業設計選題、提高指導教師的綜合能力、企業參與畢業設計過程的教學改革、利用互聯網技術、完善畢業設計過程管理體系等措施，［6-7］如圖1所示。

（一） 畢業設計選題內容和選題方式的改革

機械設計制造及其自動化專業畢業設計的選題內容應著重圍繞解決實際機械工程實踐問題來選取。畢業設計的選題圍繞指導教師近3年的科研課題展開，畢業設計題目應該具有創新性和可操作性，達到科研反哺教學的目的。同時，要因材施教地確定畢業設計題目。

畢業設計的選題在大四上學期末進行，該階段，有的學生已經簽約了工作單位，有的學生已經完成了考研初試。筆者通過調研問卷的方式，在畢業設計選題之前，預先了解學生實際情況，針對已經就業的同學，指導教師預先調研該學生的就業單位。例如在2022年指導的學生中，有一位同學已經簽約某航天電器股份有限公司，指導教師通過調研發現，該用人單位與學院的科研課題組有科研項目合作。指導教師通過產教融合的方式，利用科研反哺教學，結合該用人單位的典型機械設備，設計了“航天電器導線預處理設備結構設計”的畢業設計題目。該學生選題興趣變得非常濃厚，在寒假期間提前去用人單位進行調研實習，學習該設備的基本結構和工作原理，且該生積極的學習態度貫穿整個畢業設計流程，最終綜合答辯成績為優秀。目前，該畢業生已經進入用人單位的設計研發部門工作，通過學院輔導辦對畢業生的調研隨訪，該生反饋畢業設計的選題對其工作具有積極正向的作用。

2021年筆者指導的所有考研的畢業生，針對學生意向導師的科研方向，因材施教的設計了畢業設計題目。基于指導教師的近3年的科研課題，設計了機械可靠性設計、機械結構有限元分析和機械動力學分析與控制等方向的題目，供學生選擇。學生選題興趣濃厚，認真完成了畢業設計的內容，一定程度上解決了大四下學期學生考研面試和畢業設計沖突的問題，并在考研復試的表現上贏得了考研院校的認可。

機械創新設計競賽和大學生創新創業訓練計劃等各類競賽同樣給予了畢業設計重要支撐。指導教師指導了學生的大創項目，通過與學生的積極溝通，學生選擇了大創的指導教師作為畢業設計指導教師，完成了更復雜的畢業設計題目。［8］因為指導教師的大創題目是基于教師的科研項目制定的，與科研反哺教學的思路具有異曲同工之處。

（二）產教融合，提高指導教師的綜合能力

指導教師作為負責畢業設計質量的第一人，其工程實踐經驗影響著畢業設計的質量，因此，開展指導教師畢業設計能力培訓，對于提高指導教師的綜合能力是必要的。

對于指導教師，學院提出增加工程實踐經驗。為此，學院積極聯系本市各相關企業，建立了大量的校企基地，為學院教師提供了積累工程實踐經驗的機會。對于新引進的青年博士教師，學校采用“輔助指導”的方式，即每位青年博士教師配備一名具有豐富畢業設計指導經驗的教授或者正高級工程師級別的教師作為導師，共同組成課程團隊。在入職第一年，青年教師需輔助導師指導畢業設計，熟悉、參與到畢業設計的各個指導過程。第二年可以在導師的總體把控下，獨立指導畢業設計，并且全程接受導師的監控。

將對指導教師培訓的監督滲入到年度考核和聘期考核中，考核要求指導教師每年參加一次國際學術交流會議，且每年或3年主持一項縱向或者橫向科研課題，并且在教師每年上報畢業設計題目時，每個題目需要有對應科研立項，為畢業設計題目的設計提供了項目基礎和保障。指導教師的科研項目與畢業設計進行融合，可以培養學生的責任感和團隊意識，并且相關聯的科研項目一般為指導教師已經結題或者接近結題的項目，指導教師在指導過程中輕車熟路，一定程度上減輕了指導教師的教學負擔。

（三） 企業參與畢業設計過程的教學改革

積極推進企業參與畢業設計過程的教學改革，建立“指導教師—輔導員—企業工程師”三指導教師制度。教師課程組聯合學院輔導辦成立畢業設計指導小組，積極引入與教師有科研項目合作關系的企業工程師參與到畢業設計過程中，實施三指導教師制度。輔導員負責學生日常管理和思想教育；指導教師負責畢業設計的過程管理；企業導師負責學生畢業設計題目在工程應用環節的指導。并在最終的畢業設計答辯環節，每個答辯組需要配備一名企業導師參與答辯，且評分權限與校內教師一致。作為提高畢業設計質量責任人，指導教師、輔導員和企業導師需要建立溝通機制，定期溝通，相互合作，取長補短，各盡其責。其中企業導師應由具有高級職稱且具備一線工程經驗5年及以上的人員擔任。

由于指導教師與企業工程師具有項目合作關系，可以依據企業的用人需求，在大四上學期共同設計畢業設計題目，如果學生完成畢業設計質量尚佳，企業可以考慮引進該學生。這樣學生可以提前熟悉企業的產品設計研發過程，有利于今后工作的開展。筆者利用該教學改革模式近3年促進學生就業4人次，均進入企業的設計與研發部門。

（四）利用互聯網技術，促進多模式師生溝通

考慮到目前的學生實際情況，利用互聯網技術，可以促進多模式師生溝通。多模式溝通方式包括利用微信、QQ、郵箱、騰訊會議、釘釘和Todesk遠程操作軟件等即時通訊軟件。以前的傳統指導形式多采用面對面指導，目前利用互聯網技術可以直接指導，利用騰訊會議的互動批注功能進行坐標化的標記，如圖2所示。

Todesk軟件可以遠程指導學生繪制三維圖或者處理軟件操作問題，提高指導效率，同時直觀地進行過程監督。學生可以通過微信、QQ、郵箱等軟件實現與指導教師的即時問答，也可以在畢業設計指導群留言，遇見共性的問題，指導教師可以在指導群統一回復。這樣，即使導師不能經常面對面指導，也可以保證畢業設計進程，并且相對于面對面指導，利用互聯網技術可以實現更高效的溝通。

（五） 完善畢業設計過程管理體系，強調各環節的完成度考核力度

完善合理的畢業設計過程管理體系是對畢業設計質量的保障和監控。學校和學院應該從頂層設計完善合理的制度，指導教師應從各個環節進行畢業設計質量的監控。指導教師利用面對面或者互聯網技術對每一個同學的完成進度進行監控，要求學生每周匯報2次進度，在畢業設計答辯前完成30次及以上的過程記錄。

開題報告是畢業設計過程中的關鍵環節，起到承上啟下的作用。學生和部分指導教師對開題報告不是很重視，認為開題只是其中一個普通的環節。然而開題報告需要前2周大量的文獻和實踐調研，這樣才能形成扎實的基礎，對自己的題目有清晰且實際的認識。針對該情況，筆者近幾年對學生開題報告工作做了提前布置，在大四上學期選題結束，就發放畢業設計題目相關資料，在寒假期間，安排學生進行文獻查找和整理。在大四下學期開學前學生對自己的題目、結構和內容基本有了清晰的了解，開題報告答辯表現大多良好。但是學生的基本知識掌握程度和學習態度并不完全一致，在筆者近幾年的教學工作中，發現部分學生對開題報告不重視，僅僅是做簡單的文獻堆疊。所以教師組針對這樣的情況，在開題報告答辯中，引入二次答辯機制，對學生施加壓力，嚴格把關開題報告質量。結果發現，經過開題報告二次答辯的學生，在中期檢查和終答辯時，表現較好，思路清晰，答辯過程流暢。由于二次答辯機制體現出較高的答辯有效性，目前教師組在開題報告和中期答辯階段皆引入了二次答辯機制，一定程度上保障了畢業設計的完成質量，使監控和考核機制貫穿整個畢業設計過程。

指導教師的科研方向不盡相同，所以在組建答辯組時，應充分考慮指導教師的科研方向，組建科研方向完善的答辯組，這樣可以各取所長，［9］對畢業設計的質量評價較為合理，也利于客觀地評價畢業設計的評分等級。

三、產教融合的畢業設計教學改革的監控機制

畢業設計的圖紙、程序等資料的質量評定及答辯對畢業設計質量有著決定性的影響。畢業設計的成績評定應該充分考慮過程管理評價，一定程度考慮學生態度、投入畢業設計的精力程度，綜合過程管理評價，給定畢業設計最終成績。在畢業設計教學任務完成后，及時總結本年度畢業設計的每一個過程，以教師組為單位，組織教師進行畢業設計工作總結，再進一步改進，持續提高。建立畢業設計隨機抽查機制，在第二個年度的畢業設計選題開始之前，完成隨機抽查、評價的過程。［10］形成可持續循環改進的畢業設計教學改革監控機制，如圖3所示。

四、 教學改革的效果

基于產教融合，建立校企合作實踐基地，依托指導教師近幾年的科研項目，針對學生的不同個人情況，導師可以因材施教地設計畢業設計題目，建立新的畢業設計選題方式。通過對畢業設計指導教師的持續培訓和“導師制”的安排，持續提高指導教師的綜合能力。學校要積極推進企業參與畢業設計過程的教學改革，建立“指導教師—輔導員—企業工程師”的三指導教師制度。既可以使學生提前熟悉企業產品的設計研發過程，又可以促進就業率，實現校企共贏，產教融合，協同育人共贏發展。利用互聯網技術，可以實現多模式的師生溝通方式，溝通方式具有即時性、互動性和遠程操作指導等優點，可以提高指導效率，加強過程管理監控。完善畢業設計過程管理體系，強調各環節的完成度考核力度，使過程考核的分數比例提升。在各個考核階段引入二考答辯機制，施加學習壓力，使學生更加注重畢業設計過程的質量，進而保障畢業設計高質量完成。

五、結論

本文針對當前機械專業畢業設計的教學改革背景，提出了基于產教融合的機械專業畢業設計教學改革實施方案，進行機械專業畢業設計教學改革與探索。實踐過程表明：加強畢業設計過程管理，提高指導教師的綜合能力，產教融合，與企業用人需要相結合以及與教師近幾年的科研項目相結合，進行畢業設計教學改革是有效的和可行的。實施過程以來，畢業設計的完成質量持續提高，形成了產教融合的畢業設計培養和過程管理機制。學校建立“指導教師—輔導員—企業工程師”的三指導教師制度，提高了學生畢業設計完成質量，增強了學生解決實際工程問題的能力，達到培養“卓越工程師”的育人目的。

參考文獻：

［1］李宏娟，楊恒，高有山，楊明亮.基于能力導向的本科機械專業畢業設計實踐教學改革探索［J］.教育教學論壇，2020（16）：33-34.

［2］卜赫男，李磊.面向“新工科”的機械工程專業本科畢業設計改革研究［J］.教育現代化，2019，6（94）：51-52.

［3］齊繼陽，王凌云，李金燕，孟洋.面向卓越工程師的機械類專業畢業設計改革探索［J］.教育教學論壇，2016（2）：86-87.

［4］劉輝，張偉庚，關開榮，林玲，常軍然，劉偉.提高應用型本科機械類專業畢業設計質量的實踐探索［J］.南方農機，2020，51（6）：75-76.

［5］黃志東.轉型背景下機械設計制造及其自動化專業畢業設計的改革與實踐［J］.遼寧科技學院學報，2017，19（3）：41-42.

［6］孫學雁，李延斌.機械類專業畢業設計與生產實習相結合的實踐教學模式探索［J］.教育教學論壇，2016（37）：43-44.

［7］吳偉輝，劉佳鑫，黃長征.應用型本科機械專業畢業設計指導改革研究［J］.輕工科技，2018，34（4）：170-171、173.

［8］沈鳳龍，趙業平.以校企合作為核心的畢業設計改革探索——以遼東學院機電學院為例［J］.遼寧師專學報（自然科學版），2014，16（4）：45-49.

［9］卜赫男，李磊.面向“新工科”的機械工程專業本科畢業設計改革研究［J］.教育現代化，2019，6（94）：51-52.

［10］何榮華，王一鵬.機械設計制造及其自動化專業畢業實習的改革［J］.實驗室科學，2013，16（1）：193-195.

（責任編輯 郭曉勇）