基于創新能力培養的航空航天大類本科畢業設計制度研究

［摘 要］ 本科畢業設計環節以培養既有實踐能力又有創新意識和創新能力人才為根本目標。在系統梳理現有畢業設計方案的基礎上，提出了現有模式成效不顯著的問題。重點闡述了創新實踐基地培養模式、研究生指導本科生的“傳幫帶”培養模式、基于“雙導師制”的聯合培養模式、基于新型教學資源和技術手段的多元化指導模式的優勢，也指出了其在創新能力培養方面的不足。基于不足提出了建立更科學的培養制度建設方向，主要包括創新實踐課程體系構建，畢業設計選題的標準化與過程管理的規范化，探索審核與評價標準改革等方面。

［關鍵詞］ 新工科；本科畢業設計；論文質量；創新能力培養；實踐教學

［基金項目］ 2022年度陜西省高等教育教學改革研究重點項目“大學生創新訓練、實習與學位論文環節融通培養新模式研究”（21ZZ004）

［作者簡介］ 嚴啟龍（1983—），男，湖南華容人，理學博士，西北工業大學航天學院教授，主要從事航空宇航學科的學科建設研究；敖 文（1988—），男，江西新余人，博士，西北工業大學航天學院副教授，主要從事推進技術及相關教學研究；岳曉奎（1970—），男，河南溫縣人，工學博士，西北工業大學航天學院教授，主要從事飛行器設計研究。

［中圖分類號］ G640 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）18-0020-04 ［收稿日期］ 2023-03-15

引言

為了應對新一輪的科技革命和產業變革，支持服務創新驅動發展和“中國制造2025”等國家戰略，教育部自2017年2月開始積極推進新工科建設。經過多年的實踐和探索，已經形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等一系列具有代表性的方案，同時還發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》等文件，旨在探索并形成領跑全球工程教育的中國模式和經驗，為高等教育強國建設提供有力支撐［1］。這就要求我國理工類高等院校加快建設和發展新工科，在工程科技創新和產業創新中扮演重要角色。

新工科是高等工程教育教學改革的新范式，其核心目標是提升高等工程人才培養質量，培養學生解決復雜工程實際問題的能力。作為航空航天大類本科人才培養的重要環節，畢業設計（論文）工作對培養學生的技術應用能力、創新實踐能力與綜合素養具有關鍵的作用。畢業設計階段的專門培養訓練，除了必須掌握傳統工程設計的思想、一般程序、規范和方法，學生還要學會正確查閱、收集、分析、整理和使用有關資料、標準或手冊，最終具備獨立進行工程或產品設計的能力，提高軟件應用、建模與理論計算、結構設計、程序代碼編寫、數據處理與圖表繪制、編寫技術報告的能力。最重要的是通過科研項目任務全流程參與，夯實學生的科學研究基本技能，提升其開拓創新能力［2］?；诖?，在這個過程中應當注重培養學生發現問題、解決問題的能力，成為能獨當一面、勝任相應崗位的優秀本科畢業生［3］。

一、大學生創新能力培養內涵分析

新工科高等教育的教學改革的重點是培養創新能力，這也是大學實行素質教育的核心要素［4］。創新思維是創新能力的重要組成部分，其中包括批判性思維、自主性思維、逆向思維和多元化思維等幾個方面。批判性思維是通過辨析、評價和推斷來解決問題的思維能力，可以幫助大學生擺脫傳統觀念的束縛和思維定式；自主性思維是指獨立思考、自主判斷的思維能力，可以培養學生的主動性和創造性；逆向思維則是指通過改變思考方向和角度，從反面或不同角度出發尋找解決問題的辦法，培養學生的反思能力和創新思維；多元化思維是指擁有不同思維方式和角度的思考能力，可以幫助學生看到問題的多種可能性，并能夠創造性地將不同的思維方式結合起來尋找更好的解決方案。

創新技能包括理論知識和實踐技能兩個方面。理論知識是創新活動的基礎，其中包括通識常識、專業知識以及交叉知識等；實踐技能是完成創新活動所必備的各種技能的統稱，包括基本技能、專業技能和綜合技能?；炯寄苤競€體從事實踐活動的初級能力，如信息檢索、策劃、組織和執行等。新工科人才服務于新興產業，新工科專業對本科生的創新實踐能力提出了更高的要求。高校應切實培養學生的創新精神、創業精神、批判思維和協調統籌等能力，以提高學生的創新實踐能力。工科院校的各個課程和教學環節都應以提升和培養學生的分析、實踐和創造能力為目標，以塑造學生的創新能力和工程實踐能力，培養能夠解決實際工程問題并從中獲得成就感的工程師。

二、現有創新能力培養模式分析

（一）創新實踐基地培養模式

基于現有工科生畢設存在的諸多問題，有人提出了以產學研合作培養為基礎畢業設計新模式，比如在工業部門建立航空航天大類本科生畢設創新實踐基地，少量選題或研究課題將源于實踐基地。以飛行器動力工程專業為例，相關的企事業單位包括中國航空工業集團、中國航天科技集團、中國航天科工集團及中國兵器工業集團下屬的各研究所或工廠，可通過校友聯系、依托學校與這些單位的項目合作基礎，建設一批專業實習實踐、畢業設計基地。學校與航空航天企業、研究所通過畢業設計這一工作，共同培養優秀的工程技術人才。

在企業與院校導師的雙重指導下，一方面，畢業設計應與工程實際緊密結合，比如發動機應用評估試驗基地的現場教學更加直觀；另一方面，畢業設計對學生而言是他們離開象牙塔前的一次真正意義上的“實戰操練”，他們的專業知識和綜合能力都將在這次“實戰演練”中接受檢驗，這不僅會讓學生的畢業“通行證”含金量得以提升，還會進一步提高學生的知識水平和綜合能力。

然而，該模式僅針對學生的畢業設計環節，對其本科期間創新能力的培養缺乏考慮，很難將學生最后的畢業設計內容和自己所學課程內容聯系起來。畢業設計的體系必須是完整且系統的，它是對學生之前所學內容的升華和總結。此外，對于航空航天等軍工類科研院所或者企業，其任務煩瑣，很多指導或聯合培養只能流于形式，沒有形成配套管理體制，工作推進水平每年都有較大差異，取決于企事業單位的領導決策層的執行力和重視程度，人為因素太多，難以與高校形成統一合力持續健康的發展。

（二）研究生指導本科生的“傳幫帶”培養模式

導師在指導學生參加各類競賽或創新活動時，可引導不同層次學生參與，也可考慮多學科背景的學生共同完成某一工程課題，形成以研究生和畢業本科生傳幫帶低年級本科生為模式、多學科交叉融合的創新團隊。一方面，研究生須要將自己所掌握的知識、技能和新鮮思路展示出來，體現自己的表達能力、教學能力；另一方面，本科生須要不斷采取聽、看、想、做、討論與總結等形式，全方位提升自己的創新思維和綜合能力；這里須要將個人努力與團隊協作結合起來，有針對性地引導學生獨立探索和自我開發能力與導師相互聯系，以培養其自主創新、團結協作、主動求索的能力。

研究生與本科生融合培養也是一種趨勢。西北工業大學、蘭州大學、四川大學和清華大學等15所高校已經探索實行“本研一體化”，本科—碩士無縫對接，可見以工科院校為主。“本碩博一體化”也被稱為“本研貫通”或“本碩博一體化”，這種人才培養模式比較新穎，意味著從本科入學開始，就會進入高水平的教育方式。其實了解“本研一體化”最直接的方式，就是學生可以連續攻讀本科生、碩士研究生和博士研究生。西北工業大學早就成立了教育實驗學院，實現了本研一體化大類培養，并推廣了本科生導師制，在本科畢業設計改革方面走在了前列；近些年又成立航空類的“陳士櫓飛天班”“黃玉珊航空班”“航空航天強基班”等一系列別具特色的本研銜接重點班，為發展新工科背景下高層次人才培養新模式奠定了基礎。以這些班作為重點實驗對象，倡導研究生對本科生多對一“傳幫帶”培養，切實可行。

此外，引導本科生盡早加入專業教師的科研實驗室參與科研訓練，在教師和研究生的幫助下，可以快速融入具體的科研項目工作，或者以部分工作為基礎，申請國家級大創項目，取得一定研究成果后即可將其拓展為畢業設計課題。對于重點演示驗證性或者集成性創新課題，可以由多名學生同時協作完成，以團隊畢業設計的方式完成答辯，各成員要分工明確，每個人的工作量和培養目標要達到畢業（設計）論文要求?？傊?，安排本科學生提前進入教師課題組，他們能長時間與科研攻關團隊一起工作，通過教師的言傳身教，循序漸進，研究生將帶領他們掌握科研的基本方法、思路、步驟和工作模式，這對快速提升其實踐應用能力和創新能力很有幫助，尤其對一些已經獲得保送研究生資格的學生來說，更是難得的提前感受讀研的機會。

雖然該模式能夠讓學生盡早地融入科研環境，鍛煉學生的創新能力，但是大多數學生在選擇自己的導師或者方向時還沒有考慮清楚，對于自己畢業設計也沒有明確的認識，很大可能按照教師安排的內容開展工作。因此，必須讓學生認識到畢業設計的重要性，同時根據學生、導師多方面的意見綜合考慮，確定自己的選題以及科研方向。

（三）基于“雙導師制”的聯合培養模式

有別于專門的創新實踐平臺模式，探索指導模式多元化改革與實踐，使畢業實習環節與畢業設計形成一體化方案，打破以往僅在固定單位實習的局面。由指導教師和二級單位共同出面聯系多家備選實習地點，包括應屆畢業生的意向或已經簽約的企業、產學研合作單位等，再由學生自主靈活選擇“實習+畢業設計”地點，并確定企業指導教師，結合企業實際研究或工作需要，有針對性地開展畢業設計。同時，在論文選題、校外導教遴選及過程監督方面須要建立標準的流程和方案。在“實習+畢業設計”過程中，要加強校內導師、學生及企業導師三方的及時聯系與互動，保障畢設進度和質量。以筆者所在學院為例，在初步改革探索過程中，近年已新增實習企事業單位8家，聘請相關單位10余名專家作為校外兼職本科生導師，筆者所在的飛行器動力工程專業畢業生年均50余人，在校外開展“畢設+實習”的人數由原來的3人以內增加到10人以上，畢業設計的整體質量得以提升。

畢設與實習的穿插進行即結合工程實例的畢業實習，學生通過參觀實際工程、生產設備廠家，對實際工程與專業設備有更直觀的認識，在畢設中改進或應用其開展實驗更得心應手。另外，在企業中選聘有經驗的工程技術人員擔任本科畢設兼職導師，與校內導師各有側重，重點關注課題的工程應用瓶頸問題，學校教師更關注畢設的規范化與科學意義。可從基礎知識講授、論文寫作、答辯技巧等方面進行指導。在此過程中，學校須要和企業合作簽訂相應的聯合培養協議，規范流程，監督每個環節，保證校企聯合指導下畢業論文的質量。

“雙導師制”意味著更復雜的培養制度，學?；蛘邔嵙晢挝槐仨殲閷W生制定更為科學的管理模式，使學生在完成畢業設計過程中能夠科學管理自己的時間。對于學生畢業設計完成度的評估，也需要單位和學校綜合考慮，制定更為科學的審核和評估標準。

（四）基于新型教學資源和技術手段的多元化指導模式

大力挖掘移動互聯網通信技術應用潛力，利用其發展專業方向的網絡咨詢平臺，建立遠程觀測結合在線指導畢業設計的新方法，已經初步形成一定的方案并積累了諸多經驗，由此可開創“互聯網+畢業設計”新模式。在上述“雙導師制”的基礎上，充分利用經驗豐富的企業技術人員作為校外指導教師，進行更頻繁的線上指導和遠程連線學習、設備操作。具體來講，信息技術、大數據和人工智能輔助下的畢業設計指導工作，將更規范、更高效。利用現代信息技術合理進行畢業設計的指導工作，可以不斷積累指導經驗并總結一般性指導方案，供新導師和新生共同學習，如同專業方向遇到的常見問題和常用工具軟件，都可匯總指導學習資料，建立智能化數據庫，基于特定算法，根據學生的不同專業背景和學習基礎自動生成個性化的指導方案。據調查，學生一般對網絡學習有興趣，愿意使用電子版教材，可以嘗試通過網絡資源提高學生的學習積極性。

可以定期組織針對航空航天大類同方向的指導教師開展某一類課題技術線上專題講座，同時將講座素材錄入素材庫，邀請全國同研究方向的學生和相關指導人員參加學習與交流。此外，可以讓各自組織的學生就這一主題集中討論，以獲得更多的創新靈感。建立小型同行的畢業設計答疑平臺，并設立多種溝通渠道，以便使單個指導教師無法解決的難題由全球學者共同解決。在此基礎上，須要大力推廣一般指導和具體討論相結合的指導方式。指導教師可以通過線上和線下相結合的方式，根據不同的學生、不同的設計階段及不同的問題，采取啟發式、討論式的方法進行指導。這種方式可以充分調動學生的主觀能動性，著重培養學生分析問題、解決問題的獨立工作能力。在此基礎上，須要大力推廣一般指導和具體討論相結合的指導方式。在做一般性指導時，須要避免泛泛而談和聽之任之，應該將該原則貫穿畢業設計的始終。

結語

隨著專業改革的不斷深化，對創新能力培養提出了更高的要求。針對國家重大工程對航空航天卓越工程師人才的需求，要突出工程教育區別于其他普通專業教育的特點，以培養既有實踐能力又有創新意識和創新能力的人才為要務。本文分析了創新實踐基地培養模式、研究生指導本科生的“傳幫帶”培養模式、基于“雙導師制”的聯合培養模式、基于新型教學資源和技術手段的多元化指導模式等四種主要培養模式的優勢和不足之處，提出了相應建議。主要建議畢業設計評價標準針對不同工程專業特點規定更全面更具體的指標，重點考查論文的創新能力和突出成就，旨在提升畢業設計質量，推進審核與評價標準改革。

參考文獻

［1］胡波，馮輝，韓偉力，等.加快新工科建設，推進工程教育改革創新：“綜合性高校工程教育發展戰略研討會”綜述［J］.復旦教育論壇，2017，15（2）：20-27+2.

［2］王魯寧.以高質量高等教育支撐引領社會主義現代化強國建設［J］.北京科技大學學報（社會科學版），2023，39（1）：1-8.

［3］張靜，宋子陽，鄧大勝.中國離世界人才強國有多遠［J］.科技進步與對策，2023，40（4）：152-160.

［4］鄭云，翁建新，楊衛華，等.基于新工科建設背景應用型本科院校創新創業教育探索［J］.繼續教育研究，2021（5）：101-104.

Research on the Plan and Management of the Undergraduate Graduation Thesis for Aerospace Engineering Aiming to Cultivating Innovation Ability

YAN Qi-long， AO Wen， YUE Xiao-kui

（School of Astronautics， Northwestern Polytechnical University， Xi’an， Shaanxi 710072， China）

Abstract： The undergraduate graduation thesis training serves as a fundamental objective to cultivate talents with both practical abilities and innovative thinking. This article provides a systematic review of the existing graduation design programs and elaborates on the insufficient effectiveness of the cultivation mode reform. It highlights the advantages of the existing innovation practice based cultivation mode， the “passing on” cultivation mode of graduate students guiding undergraduates， the joint cultivation mode based on the dual-tutor system， and the diversified guidance mode based on new teaching resources and technical means， and points out their shortcomings in cultivating innovation abilities. Based on these limitations， the article proposes a more effective measure for the establishment of a cultivation system， including the construction of an innovation practice course system， the standardization of graduation design topic selection and process management， and the exploration of reforming review and evaluation standards.

Key words： undergraduate graduation thesis; thesis quality; innovation capability; practical courses; cultivation program