工科毕业设计课题的反思与探索

2019-04-01钟月华

中国现代教育装备 2019年3期

吉华钟月华陈志

四川大学四川成都 610065

工科毕业设计是对学生的综合训练，也是连接学校和社会的重要环节。成功的毕业设计课题不仅能够让学生综合应用和拓展大学所学知识，还能培养学生各方面的综合能力。如何结合工程实践背景和本专业的培养计划，科学地确定毕业设计课题内容是关键[1]。恰当的题目能激发学生做毕业设计的兴趣，有助于毕业设计质量的提高，达到事半功倍的效果[2]。如何设计出难度适中的工科毕业设计课题，既能够让学生得到工程实践的训练，又能兼顾综合能力的锻炼，是一个值得思考的问题。

1 毕业设计课题的来源及特点

本科毕业设计课题的来源主要有教师的横向项目、教师的纵向项目、企业的课题和教师自拟题目。

1.1 来源于纵向项目的课题

纵向项目以科学研究为主，强调新发现。这类毕业设计课题有助于提高学生创新能力和科研能力，特别是一些准备读研究生的学生提前进入科研可以得到相应的科研训练，为以后的科研工作打下基础。

这类课题不适合大多工科学生。毕竟大多工科学生未来不会从事科研工作，即使以后从事科研工作，达到本科阶段的培养目标，得到相应的工程训练即可。教师的科研项目不是专门为培养学生而设计的，高校教师的研究方向与兴趣各异，有的科研项目甚至和学生专业没有直接联系。

1.2 来源于横向项目的课题

横向项目来自于工程实际，利于学生零距离接触工程，得到训练。但也有如下缺点。

首先，大多横向项目的设计周期大于毕业设计周期，学生中途进入，大多时间花在消化和理解项目上，所以学生自己做得不多，也得不到完整的工程训练。其次，横向项目要实际应用，往往工期紧、任务重，教师要保证不出错，不敢让学生挑大梁，干核心工作。所以学生做一些无关紧要的较多。

实际上，本科毕业设计中的横向项目多是教师做过的，教师或让学生重复做，或让学生在已有的基础上做一些提升和补充。但是由于项目已经完成，学生的实战环境就不是很真实。例如工业控制类项目没有控制元器件，学生只能在计算机上做模拟。在这类项目的基础上，专门为学生的能力培养而设计，则可以达到更好的效果。

1.3 教师自拟题目

由于不是每个教师在任何时候都有项目，目前这类题目在毕业设计中也占有一定比例。这类题目有的是专业的经典题目，来自于专业的传承；有的是教师的想法，在查阅一定资料的基础上让学生做一些前期工作；有的则是教师为了完成工作量而找到一些资料让学生做。

这类题目的效果不一，取决于教师和学生的责任心和水平，如果专业教师与企业接触有限，做“虚拟”设计对学生训练就难以达到预定的效果。

1.4 在企业做课题

少量学生在企业做毕业设计。由于在企业做课题还是比较新的事物，大多企业没有完善的制度，所以这类毕业课题的效果不一。一些企业没做好培养学生的准备，甚至不具备培养学生的能力。虽然学生有导师，但是导师没有培养学生的经验，而且也有自己的工作，往往让学生跟着看。也有企业让学生直接进行工作，虽然学生所做的毕业设计和以后进入该企业的工作相关，但并不等同也不能代替毕业设计。也有企业做得很好，让学生独立地做一个小的子项目，和学校的培养计划一致，让学生的能力得到全面的提高。

2 设计毕业设计课题时的要点

各种来源的毕业题目都有各自的优缺点。基于教师已完成的工程项目和积累的工程知识，基于社会需要和专业特点，以学生培养为中心，设计适合本科毕业设计的课题和装置，让学生能从头到尾完成一个小型的工程项目，将工程实际改造成为适合本科毕业设计的课题，去掉工程项目中不利于学生培养的成分，可形成对目前不同来源课题的有效补充。下面以机械手臂的分拣系统为例，介绍在毕业设计题目设计中考虑的问题。

2.1 体现专业基础知识和工程实际

过程装备与控制工程专业是以过程装备设计基础为主体、过程原理与装备控制技术应用为两翼的学科交叉型专业，在毕业设计中有一些以控制为主的题目是适宜的。

在这个毕业设计题目中，主要任务如图1所示，PLC通过控制步进电机，控制传送带的启停、加减速。不同形状的模拟货物在传送带上移动，当通过光电开关1时，计算机通过工业相机获得图像并进行识别，然后将货物的标识数据传送给PLC。当货物通过光电开关2时，PLC得到光电开关信号后，经过一定的延时，停下传送带，触发相应的机械手臂，机械手臂根据编写的程序把指定的货物夹持到指定位置。

图1 课题的主要任务

如表1所示，课题应用了工程中常用的信号类型、控制器以及控制手段，也部分涉及了基本的机械零部件，同时还体现了工程热点技术。工业机器人在过程工业中大量应用，如容器制造中的焊接机器人、电子装备业中装配机器人、核工业中的检测机器人等。我国在2013年已成为工业机器人的最大市场[3]，工业机器人在我国的产业升级中发挥着重要作用。所涉及的内容都是从工程实际中提炼出来的，使学生能够得到真实的工程培养。

表1 主要基础知识点

2.2 以学生为中心激发学生的兴趣

在毕业设计的各个环节都有规章制度，例如开题报告、中期检查、教师学生交流记录等。也采取了一人一题，教师和学生双向选择等措施。被动的检查不能代替学生自发的努力，充分调动与发挥学生的积极性、主动性和创造性是提高毕业设计质量的根本。

首先，学生在毕业设计中有很大的独立性。从开发平台的搭建、接线图的绘制到各个控制元件的连接、程序的调试，甚至和控制元器件厂家、加工工人师傅的交流，都由学生自主完成。一方面让学生感受到压力，另一方面也能激发学生的责任感和自豪感。其次，学生在课题中的每一个阶段都能够感受到阶段性成果。例如在机械手臂模块设计时，可以实现机械手臂的动作。可以体验阶段性成果，能带给学生自信，抵消设计中的困难给学生带来的挫折感，使得学生一直可以保持高昂的斗志。最后，课题中很多的动手环节，是大部分工科学生爱好的。动手环节一方面可以真实感受，另一方面也可冲淡编程工作所带来的文案感。

通过3年的实践证明，当学生的积极性被调动起来，学生有成就感，他们就能主动地探索，由内而发地改善工作。

2.3 自我学习和解决问题能力的培养

学生有了自主学习的意识才能具有不断学习和适应发展的能力。通过毕业设计，学生能够树立起当遇到新问题时可以通过自我学习和交流达到最终解决的目的。

在课题中，学生虽然具备基础知识，但是仍然需要消化机械手臂、PLC、步进电机、视觉软件等技术资料，才能实现设计目标。由于资讯的发达，网络、文献等提供了大部分工程技术问题的答案，学生可在设计中借鉴已有的工程案例，这也是工程中常用的方法。

在学生遇到技术问题向教师求助时，教师应该把握解惑的分寸。直接给答案或者把以前完成的资料给学生是不可取的。先应辨识学生的问题通过努力能否完成，需要多少时间才能完成，确定解答问题的程度。

2.4 工作量和难度的把握

毕业设计的工作量和难度也是在毕业设计时必须要考虑的。工作量太大，学生不能完成，为了毕业，作假、拼凑必然产生；工作量太小，学生不仅得不到应有的训练，而且还会轻视毕业设计，缺乏成就感。

工作难度应该是基于本科阶段的基础知识，学生通过自我学习和努力能够完成的。在一些基于教师纵向科研的毕业设计课题中，太难的现象比较突出。高校教师的科研方向千差万别，而且纵向科研是相应学科中的前沿知识，本科生在短时间内要搞懂有难度。在这类本科毕业设计中，需要解决学生自己做得较少甚至是操作工的问题。

在毕业设计题目设计时，以学生为中心，而不是以事为中心，充分考虑本科学生能力的培养非常重要。基于机械手臂的分拣系统难度适中偏上，首先，毕业设计中涉及的控制种类较多，但是一种类型只有一个，没有重复，不同控制器之间的关系也不复杂。所以在覆盖较广知识点的前提下，充分考虑学生能够独立完成。其次，根据学生的不同情况，具有一定的可扩展性，表1中“1”“2”项是必须完成的，如果学生能力较强，可以将“3”分加入。

2.5 交流能力的培养

除了包含学校规定的撰写毕业设计论文、开题报告、答辩等环节外，还设计了其他与工程实际相一致的交流环节。当学生对控制器、机器人等厂家购买的元器件的应用有问题时，让学生与专业技术人员有效沟通。安排学生到生资市场去采购，对自己的设计形成反馈，对合理应用技术指标也有了一定的认识。在加工零件时，与工人师傅交流。