多学科交叉毕业设计模式研究

李鸣铎，曾 凯，汪金花，甘 泽，韩秀丽

(1.华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063210；2.华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山063210)

多学科、多形式、多方位交叉教学应用是教学改革的研究热点之一。这种模式在发达国家研究与应用较早。美国在国家层面为学科交叉人才培养提供了政策支持，美国国家科学基金会1997年启动了学科交叉的教育资助模式，约100余所高校、7000余位毕业生受益。近年来，美国多学科学士、硕士学位规模呈直线上升态势。在整个英国高等教育改革进程中，学科交叉教育的地位逐渐凸显，2000年英国科研联合委员会发布了《促进跨学科研究的教育》建议性报告。德国政府2005年推出“卓越计划”，注重学科交叉研究与学生培养。上世纪90年代以来，为适应现代科学技术发展的需要，日本政府鼓励跨学科组建独立的研究科或专攻领域，鼓励创建没有学部的独立的大学院，鼓励与其他高校共建“连合大学院”，鼓励与高校以外的研究机构组建“连携大学院”，开展学科交叉研究生培养与科学研究等。

目前我国部分研究型大学也设立了形式多样的学科交叉研究平台、基地，也尝试构建学科交叉的培养模式。毕业设计是大学生集成化培养一个重要的环节，是面向社会，走向科学应用一次集中训练。从学科交叉研究角度，突破专业限制，引入工程实践或科学关注的实际问题开展毕业设计，是多学科交叉教学应用的延伸。有利于各专业学生的专业技能和团队合作意识和方法的综合培养。电气工程作为一门相对独立的学科，在其他领域中的渗透作用越来越大。逐渐演变成为其他学科提供服务的学科。广泛应用于机器制造业和轻、重型制造工业，电力电子、电力传动等专业，学科交叉特点尤为明显，具备开展交叉联合毕业设计的教学模式和管理过程的基础。

一、多学科交叉毕业设计模式

二十一世纪对科技人才要求毕业生自主学习能力、团队合作能力、科研素质及创新能力的能力更加突出。“多学科交叉毕业设计”以毕业设计为基础，由原来“一人一题”模式转变为团队设计模式。以生产实际问题出发，利用团队建设，分工合作来进行毕业设计过程。整个思路与工作流程如图1所示，“多学科交叉毕业设计”需要创建一个学科间的大交叉研究热点，建立一套完整的、便于操作的多学科联合培养方案，融合不同专业之间课程知识连接，以团队形式共同完成毕业设计。

首先，需要组建联合毕业设计团队。通过给非电气专业学生讲授电气专业所学相关课程，重点了解及关注对电气工程专业相关内容感兴趣的学生。根据情况，将感兴趣的不同专业学生组成课题小组，对课题组学生进行系统的学科知识培训。除了需要学习本专业的基础理论、应用专业知识外，还要了解与联合毕业设计题目相关的非本专业课程。可以运用授课、讲座、研讨、知识共享等为手段，进行快速培训。指导老师确定毕业设计题目后，要定期开展小组内部不同专业学生之间的学术联系和进度交流，实现知识的共享。最后，需要在统一平台基础上，进行联合毕业设计答辩。整个过程中相关专业的老师需要共同设计题目，共同指导，协助学生完成毕业设计。

实际毕业过程中，有几点需要注意。多学科专业毕业设计选题要避免独立毕业设计模式专业性单一，应从实际问题出发，反映学科前沿，综合性强，要具有一定的深度和广度，体现多学科之间渗透、融合的特点，强化学科之间优势互补，突出培养实践操作的复合型素质方向。同时应该与毕业设计指导团队的老师，共同制定联合毕业设计的研究方向或题目，要注意他们自己专业学生的特长，合理分工。教师组织固定时间召开毕业设计进度交流会加强小组成员交流，一定要对小组成员进行交叉方向基础知识的讨论，围绕有能引发创新点内容和知识进行探究。电气学院指导教师与非本学院老师也要定期交流，共同探讨。

图1 多学科交叉毕业设计模式

二、多学科交叉毕业设计的组织

(一)设计团队组建

多学科交叉毕业设计需要一个多专业、跨学科团队来完成。因此指导教师需要在前期留意一些有想法、喜欢创意，乐于参于科研的学生，为联合毕业设计做好人员储备。同时，通过与多个专业的学生交流，选一些对毕业设计题目相关信息有兴趣的学生，组建一个有关交叉研究方向的课题小组。

(二)指导方案确立

需要根据已有的研究方向选定联合毕业设计小组人员，考虑电气工程专业和其他专业的学生之间知识互补性，进行研究小组划分，确定研究内容和设计方向。指导教师分析学生知识体系中的共同点，完成共同毕业设计题目所需知识体系差异在哪里，协调课题小组成员间的关系。制定毕业设计前、中、后期的管理制度，确定毕业设计考核标准，建立一套注重实践能力、沟通能力、团队协作能力和创新能力培养的多学科交叉毕业设计指导方案。

(三)研究内容确认

首先由指导教师团队，根据当前工程实际需要或研究热点确定毕业设计题目，对选定题目的学生进行分组。确保不同专业所选内容属于联合毕业设计题目的一部分，且又有一定创新和难度。例如每组有电气工程专业、矿业工程专业或机械工程专业的学生，如多产品水析仪控制系统设计中，电气专业的学生负责自动控制系统的研究，矿业专业的学生负责水析仪中矿浆沉降理论模型的推导，机械专业的设计负责对水析仪的整体外观及硬件制作进行设计。

(四)研究过程组织

整个过程是一个有机联系的整体。联合毕业设计，需要分工合作。矿业的学生不给出理论公式，电气的学生就无法进行硬件选型及电路搭建。没有硬件参数，机械的学生就无法完成整个控制系统构型，硬件不连接试运行成功，矿业的学生就无法验证推导的模型是否正确，任何人的工作不到位将直接影响到整个毕业设计的进行。所以整个联合毕业设计是一个流动协调联合体，需要不同专业的指导教师专项指导。例如开设专业知识辅导，开展联合毕业设计小组讨论会，定期难点进行思想探究辩论等。指导教师组织学生每周固定时间小组内成员交流，对小组成员进行交叉方向基础知识的讨论，要求学生就课题内各自对应的问题进行专题汇报和讨论。

(五)优化联合答辩

联合毕业设计答辩时，应以小组为单位共用制作一个通用PPT底稿，不同学生还需制作自己专项问题PPT汇报。每个小组成员成绩应综合两者答辩成绩。学生在该毕业教学环节的综合素质能力考核对应，应包含工程能力、沟通表达、文本撰写等方面能力，还要包含毕业设计过程的专题讨论、课程培训及创新试验等方面评价。多学科交叉毕业设计指标点要体现了学生团队合作、创新思维和工程实践过程的达成度，与社会需求实现无缝衔接。

三、多学科交叉毕业设计模式应用

研究模式已经应用于19届、20届毕业生，涉及学科有：矿业工程、机械工程和电气工程专业等30名学生。在实际过程中，有三方面是需要重点考虑的，联合毕业选题确定、指导过程的管理和评价方法。

(一)联合设计的选题

按照学科交叉，产学研结合原则来确定题目，表1是部分实际应用过程中确定的多学科交叉的毕业设计题目。从表1中可以看出，为了满足不同学科交叉的导向需求，题目的选取一般是对已有交叉学科科研项目进行适当提炼，将课题进行抽象，或分割成子课题，作为毕业设计选题。另外部分题目是电气工程在技术应用中一些工程案例的拔高，重点关注是整个工程案例的关键技术，或控制方案的优化设计等内容。实际选题过程中，更要注意题目不要太深或太浅，要适合本科学生知识范畴，又略有拔高即可。选题要有利于学生综合运用多学科的理论知识与技能，发挥学生的积极性和创造性；一个题目需要至少涉及2-3个方向的学科内容和指导教师，参与的学生需要选取多个实验平台来共同完成。

表1 多学科交叉毕业设计部分选题

(二)过程管理

多学科交叉毕业设计的过程管理是非常重要的，需要建立一系列管理规则。实际指导过程中为了让一个题目毕业设计团队尽可能融合交流，针对关键问题做好必要探究。在指导过程中，建立联合交流群，每个模块和任务都划分责任到人，到每个学生和对应的指导教师；针对共同专业问题，邀请专业人士以论坛形式现场讨论和交流；规定周汇报和小组交流地点和时间，实行打卡制度；每两周实行一次大展示交流，教师实时点评和指导；学生可以线上发布实验数据，试验视频和试验分析结果形式，便于不同专业教师共同的实时指导；还需要制定了“多学科交叉毕业设计”相应的指导管理方法，包括时间节点的设置安排、专业问题协调、设计成果呈交等。

(三)多元化考核

由于联合毕业设计的特点，建议采用学习过程评价和综合素质评价相结合方式。过程评价主要是对整个毕业设计过程各个环节进行评价，分层次、分阶段地跟踪评价；综合素质评价主要是结合毕业设计学生成果、行为表现和最终能力变化等方面进行评价，评价毕业设计过程对学生创新能力、自主学习能力和团队合作意识的影响。其中过程评价占评价成绩70%，综合素质评价占30%。见表2。

表2 多学科交叉毕业设计过程评价方法

实际应用过程中，表中综合素质评价与大学生综合能力目标是相仿的。重点考查是学生工程实践，沟通表达，文本撰写等方面。其中部分考核指标或者评价点，不是客观评价指标。需要教师通过观察来定性评价，有一定主观成分。例如，学生的自主学习能力，老师可能根据其表现来打分。分配他一个新任务，需要他自己查找资料自学。那么可以根据学生学习时长，或汇报结果来综合分析学生自主学习的效果。也可以根据学生科技文献的阅读速度，或者辩论的论据，讨论的观点来评价。整个评价具体的形式可以多样化，可以采用是学生自评、小组互评、教师评价等多样的开放式的评价或考核，也可以选择其中一种或两种组合进行。

四、结语

在实际应用两年多，发现多学科的联合毕业设计，更容易催生新的学科生长点，学生之间探究讨论更有深度，有利于探索新的学科方向。通过交叉合作，学生树立了强烈的团队意识和团队精神，组员之间相互促进，通力合作，为联合毕业设计顺利完成提供保证。然而，这就对教师的学术水平和教学水平提出了更高的要求，需要教师结合现代交叉研究热点积极提高自身的科研水平，改善知识结构，为多学科交叉培训模式的进一步应用奠定基础。