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关键词:Proteus;TKStudio;联合调试;毕业设计
作者简介:俞晓峰(1978-),男,安徽淮南人,安徽工程大学电气工程学院,讲师;江娟娟(1981-),女,安徽芜湖人,安徽工程大学电气工程学院,讲师。(安徽?芜湖?241000)
基金项目:本文系2010年安徽省教育厅质量工程一般项目(项目编号:20100733)、2010年安徽工程大学质量工程重点项目(项目编号:2010xjy05)的研究成果。
中图分类号:G642.477?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)25-0102-02
毕业设计是本科教育中非常重要的实践教学环节,着重培养学生综合运用知识与解决实际问题的能力。学生在毕业设计中可以受到一次提升其专业素质与实践能力的综合训练。单片机开发技术是电子信息、电气、通信、自动化等专业的学生必须掌握的技术之一,在完善学生专业知识技能结构上占有重要地位,对学生技能的提高和就业有着很大的作用。安徽工程大学电气工程学院(以下简称“我院”)共有自动化、电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程、电气工程及其自动化专业五个专业,根据以往的统计结果来看:涉及单片机类的毕业设计课题占了课题总数的相当部分,其中2009年为18.6%,2010为21.2%,2011为20.6%。涉及单片机类的毕业设计一般要求学生首先要搭建相应的硬件平台,然后完成软件设计,最后进行系统调试。设计方案在软、硬件系统最后调试之前是较难确定其成功率有多大,一旦出现严重问题,很多情况下需要重新进行系统设计和电路搭建,会影响毕业设计的进度。同时单片机开发需要购买仿真器、编程器及各类元器件,耗费经费较多。而且学生在完成毕业设计的同时,还需要直接面对日趋激烈的考研复试、就业压力等情况,势必对毕业设计工作带来很大的影响。为了解决上述问题,经过认真调研和实践验证,提出了一种完成单片机类毕业设计的新方法:利用Proteus软件搭建虚拟的硬件平台,并结合致远电子推出的嵌入式集成开发环境TKStudio,综合利用两者的仿真和联合调试功能,尝试在毕业设计中使学生摆脱实际电路进行软硬件调试,从而减少系统设计与开发难度,提升学生完成毕业设计的信心和兴趣。
一、Proteus与TKStudio介绍
Proteus软件是由英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件,由ISIS和ARES两个软件构成,其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件,ARES是一款高级的布线编辑软件。Proteus是目前世界上最先进、最完整的多种型号微控制器系统的设计与仿真平台之一。Proteus能够实现单片机与外设的混合电路系统、软件系统的设计与仿真。在仿真过程中,用户可以使用鼠标点击开关、键盘、电位器等动态外设模型,使单片机系统根据输入信号作出相应响应,并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD等动态显示器件上,实现了实时交互式仿真。
TKStudio集成开发环境是广州致远电子股份有限公司开发的一款嵌入式芯片级、系统级软件开发平台,是一款内置强大编辑器的多内核编译调试环境,支持Keil C51、SDCC、GCC ARM等编译工具链,支持8051、ARM7/ARM9/ARM11等内核调试,支持Linux程序调试,可以完成从工程建立和管理,编译,链接,目标代码的生成,到软件仿真,硬件仿真等完整的开发流程。和Keil相比,TKStudio的全中文界面更加友好,且操作方式和Keil相似,学生上手简单。但在实际应用中,TKStudio的软件仿真功能不能满足系统调试的要求,而硬件仿真功能又需要挂载仿真器和实际硬件电路。因此,在毕业设计过程中将TKStudio与Proteus 结合起来,充分利用各自优越的仿真和调试功能,使毕业设计的软硬件调试便捷和直观。
二、应用Proteus和TKStudio 毕业设计的实施
1.毕业设计的选题和学生培训
首先对安徽工程大学电气工程学院申报的毕业设计课题进行审核,将适合于应用Proteus和TKStudio进行仿真的毕业设计进行汇总归类,再结合指导教师和选题学生的实际情况,最后确定适用范围。在进行毕业设计之前,对学生做6个学时的培训。培训的内容涉及Proteus软件的交互式仿真技术和TKStudio软件使用。基于Proteus的仿真电路绘制在设计理念和操作方法上和Protel及MultiSim有诸多相似之处,经过实践证明,在6个学时的培训之后,大多数学生能够较好地掌握Proteus和TKStudio的基本操作。
选题工作结束后,学生在教师的指导下,充分利用图书馆、网络、数据库等资源,进行资料的收集和整理工作,提出毕业设计的总体方案。指导教师对学生提出的方案进行检查和修正,确定最后方案,并协助学生完成器件选型、硬件框图和软件流程图设计、开题报告撰写等毕业设计初期工作。
关键词:产学研合作;毕业设计;创新能力
作者简介:许钢(1972-),男,安徽芜湖人,安徽工程大学电气工程学院,副教授;俞晓峰(1978-),男,安徽淮南人,安徽工程大学电气工程学院,讲师。(安徽 芜湖 241000)
基金项目:本文系2010年度安徽省教育厅质量工程一般项目(项目编号:20100733)、安徽高校省级自然科学研究产学研重点项目(项目编号:KJ2011A035)的研究成果。
中图分类号:G642.477 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)16-0145-02
毕业设计是普通高等院校“应用型人才”培养计划的重要组成部分,学生通过毕业设计可以接受全面的专业训练,其创新能力、动手能力、综合分析能力、解决实际工程问题的能力会得到较大提升。近年来,高等院校特别是一些地方性高等院校的规模不断壮大,但高等教育的投入却滞后于学生规模的增长,仪器设备和实习基地的配备也略显不足,同时学生面临着日趋严峻的就业压力,这些情况对毕业设计的完成和指导工作造成了很大的影响。如何利用现有资源提升毕业设计质量,培养学生一丝不苟的科学精神和认真负责的工作态度,是值得每一位教学工作者思索和探讨的问题。
一、产学研合作教育构建本科毕业设计的新模式
安徽工程大学电气工程学院深度融合地方经济的发展,与企业开展科技合作,签订人才培养合作协议,联合开办相关本科专业,以产学研项目为切入点,逐步探索和建立了产学研合作的应用型人才培养新模式,总结了一条产学研结合提升本科毕业设计质量的新道路。
1.产学研结合构建毕业设计选题模式
选题对毕业设计的内容和方向进行了规划,是决定设计质量的首要条件。从近年毕业设计选题情况来看,存在着题目雷同、内容陈旧、理论性课题偏多、部分选题脱离专业培养目标等问题,导致学生缺乏热情和动力,严重影响了教学效果。新模式下,产学研结合毕业设计的选题工作提前至第三学年的第二学期初开展。指导教师可根据承担的研究项目,提炼出若干子课题,供学生选择;也可由教师参考安徽产学研合作网的企业需求,根据企业提出的技术参数拟定毕业设计课题;对于学院下属电子协会中部分实践经验丰富的学生,鼓励其结合企业生产实际自行选题。毕业设计的选题应坚持理论联系实际的原则,要使学生通过毕业设计掌握专业领域的最新发展动态,务求做到“真题真做”。另外,选题也可由指导教师设计不同的实现方案,即“相同选题,不同方案”,这样不仅可以满足“一人一题”的要求,而且有利于强化学生间的交流和探讨,培养团队合作精神。毕业设计的产学研选题工作结束后,课题统一上报至学院教学工作委员会,委员会对课题的深度、广度、创新性及相关工作量进行审核后,在学期末和普通毕业设计选题时同时下发,供学生选择。
2.产学研结合毕业设计指导教师团队建设和职责
在学生完成毕业设计的过程中,教师的指导对设计质量的提高起着关键作用。产学研结合的毕业设计课题,鼓励校企合作,课题的指导工作由校内指导教师和企业指导教师共同承担。校内指导教师长期工作于教学第一线,理论水平高,知识体系完备;企业指导教师长期工作于生产第一线,业务水平高,实践经验丰富。两者在共同指导学生完成毕业设计的过程中会产生交集,可以取长补短,便于学校和企业建立长期的合作关系,也有利于打造产学研一体化的良好环境。在毕业设计的不同阶段,教师承担的任务和职责也会发生变化。
(1)在毕业设计的开始阶段,学生初次接触综合性课题的实际开展工作,多少都会有些茫然和不适应。在这一阶段,校内指导教师要向学生提供一定数量的参考资料,指导和督促学生进行阅读与消化,并引导学生利用图书馆和网络相关资源查阅所需文献。在充分理解和掌握课题要求之后,教师要协助学生制订工作计划和设计方案,撰写开题报告。制订设计方案时需要与企业指导教师沟通,并依据生产实际进行完善和修改。在这一阶段,校内指导教师发挥主要作用,企业指导教师作为辅助。
(2)在毕业设计进行阶段,校内指导教师要对学生的工作进行有效监督,保证每周不少于2次,每次不少于1学时的一对一指导时间。教师要带领学生深入企业生产实际进行调研,了解企业的生产现状和工艺流程,充分发挥学生的主观能动性,调动学生完成毕业设计的积极性。对于设计中的难点和重点,教师要带领学生亲自参与研发,并联合企业指导教师进行攻关。企业指导教师对毕业设计的工程应用性进行把关,主要进行可行性和可靠性等方面的指导,并对设计的阶段性成果进行验收。在这一阶段,校内指导教师和企业指导教师要同时参与毕业设计的指导工作。
(3)在毕业设计收尾阶段,学生需要对毕业设计的成果进行综合性调试。调试是实现系统设计目标,降低运行成本不可或缺的一环,也是强化学生实践能力、提升分析和解决问题能力的主要方法。在以往的毕业设计中,调试环节通常流于形式、纸上谈兵,有时候甚至被忽略。产学研毕业设计强调“真题真做”,调试通常分成两个步骤进行:首先是在学校的实验室环境中进行功能验证性调试,其次是进行工业现场调试。验证性调试由校内指导教师协助学生完成,工业现场的调试由校内指导教师和企业指导教师同时参与指导。工业现场环境复杂、干扰较多、参数变化较快,学生在短时间内可能难以发现和解决问题,这种情况下教师可直接参与调试,学生在协助教师的过程中,同样会接受一次生动的理论联系实际的教育。在这一阶段,校内指导教师和企业指导教师要同时参与对毕业设计的指导工作。
3.产学研结合毕业设计论文撰写和成绩评定模式
在论文的撰写阶段,教师负责指导学生制定和完善论文提纲,并对论文进行审核,确保学生论文格式符合学校的相关规定。论文撰写紧密围绕设计内容进行,对于涉及到的基本理论、概念、芯片介绍一笔带过,将重心放在系统的设计、优化和调试上,在降低工作量的同时很好地保证了论文质量。同时安徽工程大学电气工程学院还实行了灵活多样的毕业论文替代机制,对于已在中文核心期刊上发表了与毕业设计相关的论文的学生,或毕业设计成果获得了省级以上奖励的学生,或毕业设计研发产品已经通过相关企业的验收并投入实际应用的学生,经学院教学委员会审核后,可以将其论文、报奖材料、设计报告作为毕业论文进行提交。
毕业设计的成绩参考学生的考勤情况、论文撰写的规范程度、答辩中的表现等方面进行评定,由校内指导教师、企业指导教师、论文评阅教师和答辩小组共同确定,其中校内指导教师和企业指导教师给出的成绩各占30%,论文评阅教师和答辩小组给出的成绩各占20%。
4.加强制度建设,保证产学研结合毕业设计的顺利进行
在产学研合作教育模式下,毕业设计需要在学校、企业间交替进行,其指导工作由校内指导教师和企业指导教师共同承担,整个过程涉及学校、企业、科研院所、教师、学生等多个方面,因此如何对新模式下的毕业设计进行规范管理显得更为重要,为此安徽工程大学电气工程学院建立了一套完整的质量保障体系,对毕业设计过程进行全程管理和过程监控。
指导教师要结合毕业设计具体内容帮助学生明确各阶段目标、督促工作进度、协调学生团队之间的衔接等,督促每一位学生都按时完成课题任务,确保毕业设计按步骤、按计划进行,从而保证课题的设计进度。
学院要成立毕业设计领导小组,强化过程管理,除开题、中期、后期三个不同阶段的常规检查之外,院系两级的教学工作委员会不定期对毕业设计情况进行抽查,并由学院的教学工作委员会对各阶段检查情况和数据进行汇总与分析,形成书面的“毕业设计完成情况汇总表”提交至毕业设计领导小组,以便及时发现和处理问题。学院同时构建了完整的毕业设计评价体系,包括学生和指导教师之间的相互评价、教学工作委员会对毕业设计指导工作的评价、毕业设计领导小组对教学工作委员会监察工作的评价,以此理顺关系,确保责任到人。
二、产学研合作教育模式下毕业设计的实践
从2009年开始,安徽工程大学电气工程学院与鑫龙电器、海螺集团、鑫科材料等企业联合指导毕业设计,结合企业的生产实际和技术难题进行选题,直接参与了产品设计、研发和技术改造,与企业建立了良好的合作关系。学校和奇瑞集团成立了应用型人才培养工作小组,联合申报了“人才培养创新实验区”,按照校企全程合作培养的新模式,推动了工程技术人才培养模式创新,学生通过毕业设计参与设计的“网络化车用仪表机芯电路”和“汽车仪表液晶显示屏”已装备于奇瑞汽车。2011年,电子信息科学与技术专业依托产学研合作项目“电动叉车停车行车电磁离合制动器的研发”,由大中机电制造有限公司的相关人员和安徽工程大学电气工程学院教师共同指导完成了“制动器力矩的数字化控制”、“电磁离合制动器的设计”、“高压吸合低压保持电路的设计”、“电磁失电启动器的设计”等多项课题,有8名学生依托该项目完成了毕业设计工作,取得了良好的成绩,其中有2名学生和企业签订了就业协议,就职于企业的研发部门。2012年,自动化专业学生在毕业设计过程中与所在企业签订就业协议的达18人,电子信息工程专业达11人,电子信息科学与技术专业达12人,通信工程专业达6人。
在产学研合作教育模式下的毕业设计真正做到了“在产品上写论文,在工程中做设计”,学生的综合应用能力、岗位适应能力、创新能力有了较大提高,就业竞争能力也得到了明显增强,学生参加工作后,用人单位的反馈良好。
三、结语
产学研结合的毕业设计模式顺应了地方经济的发展,是校企联合、互补双赢,确保应用型人才培养质量的重要措施,同时也形成了安徽工程大学“深度融合地方经济”的办学特色。产学研合作教育模式下的毕业设计,依托相关企业,充分利用了企业、高等院校和科研院所的优势资源,以企业的需求为自主创新的导向,丰富了实践教学内容,促进了教学水平的提高,形成了人才培养的凝聚力,有利于强化学生创新能力和解决实际问题能力。实践表明,产学研合作教育模式可以有效提升地方性高等院校工科专业毕业设计质量。
参考文献:
[1]张荣.斯坦福大学产学研创新的成功与启示[D].太原:太原科技大学,2010:3-4.
[2]杨建芳.产学研结合的毕业设计模式研究[D].石家庄:河北师范大学,2007:21-27.
[3]吴亚男,毛有虎,石怀伟.校企合作创新毕业设计新模式[J].中国成人教育,2010,(13):68-69.
工业工程(IndustrialEngineering,简称IE)是一门工程技术与管理技术相结合的综合性工程科学,它以降低成本、提高质量和生产率为导向,采用系统化、专业化和科学化的方法,综合运用多种学科的知识,对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行规划、设计、评价、创新和决策等工作,使之成为更有效、更合理的综合优化系统,并对系统的运行及效果进行鉴定、预测和评价。
IE在19世纪末起源于美国,并在欧洲、日本等国家得到迅速应用和发展。到了二战期间,美国多数大学的工学院都已经相继成立了正系,并开始招收IE硕士生,到1990年美国已有150所大学的工学院设有IE系,其中92所可以招收硕士生。1992年国家教育部批准西安交通大学和天津大学首批设立IE专业,1993年正式招收IE专业本科生,目前,我国已有150多所高校设立了IE专业。1999年国家教委批准设立IE工程硕士点。
2.工业工程专业硕士研究生的特点
IE最初主要应用在机械制造、电气工程、材料工程等领域,随着现代管理发展,IE的应用范围已扩大到服务行业、公用事业甚至政府部门。工业工程强调“系统观念”和“工程意识”重视研究对象的“统筹规划、整体优化和综合原理”。目前现代工业工程涉及的研究方向主要有:人因工程、生产及制造系统工程、现代经营工程、工业系统分析方法与技术等。
IE专业硕士研究生都是具有四年以上实践经验的企业及事业单位的在职专业技术人员和管理人员,他们经过了一定的工程技术和工程管理工作的训练,积累了丰富的实际工作经验,独立工作能力较强。但是,由于他们本科毕业已多年,外语水平不高,计算机基础和应用能力较弱,基础及专业理论知识相对薄弱和陈旧,但分析和解决问题的能力较强。另外工业工程专业硕士研究生大多是作企事业单位的骨干或重要领导者,他们是带着工程实践中的实际问题而来的,具有强烈的求知欲。工程硕士学习方式是“进校不离岗”,集中在每周六和周日集中授课,保证了工程硕士在不耽误本职工作的前提下,学习专业知识。
3.创新工业工程工程硕士人才培养模式
3.1 工业工程专业硕士培养的总体目标
工程硕士的培养应该按照“积极发展、规范管理”的指导思想,认真分析和把握工业工程硕士培养的特点,努力提高工业工程硕士培养质量。工业工程领域硕士学位获得者应具有坚实的自然科学和社会科学的基础理论知识,系统的掌握某一门工程专业知识和工业工程的基本理论与方法,懂得现代工程经济和现代工程管理理论,掌握解决工程技术问题的先进技术和手段,并能综合应用这些理论和方法,分析、解决生产实际问题。
3.2 创新工业工程人才培养模式
在体现新时期社会发展需求的前提下,我们在以下几个方面加强正专业工程硕士创新型人才的培养:注重科学研究能力、工程实践能力、组织协调能力、创新能力的全面培养,突出创新能力;重视知识、能力和素质的协调发展;加强管工结合,因材施教,灵活教学,注意IE领域工程科学技术发展前沿知识的传授。
(1)优化培养方案,完善课程体系
工业工程硕士是工程领域里的一种专业学位,它侧重于工程应用。课程设置强调较宽的学科覆盖面,因此必须对工程硕士生加强基础理论和拓宽专业知识,建立起一个合乎工业工程工程硕士知识结构、能力结构和素质结构的培养方案。管理领域的工业工程课程设置主要包括:①学位课程。科学社会主义理论与实践、自然辩证法、外语、运筹学、计算机软件基础、工程经济学、战略管理、工业工程理论与实务、先进制造技术。②选修课。现代生产与管理、人因工程、质量系统工程与管理、新产品开发学、设施规划与物流分析、价值工程等与工程结合的工程领域或相关的技术课程。学位课学分19分,累计学分33分。
(2)有效利用现代信息技术
信息技术的飞速发展,为教育和教学方式的变革提供了可靠的保证。应用远程教育和多媒体等手段进行教学,可以凭借其信息量大、交互性强,覆盖面广等特点,突破传统教学的时空限制。这种新的教学手段可以适应工业工程硕士生不能像全日制学生那样集中时间学习的特点,学生可以在业余时间和工作的空闲时间里进行自修,老师可以通过网络手段如电子邮件等给学生布置作业和答疑等。
(3)抓好工程硕士学位论文质量关
①论文选题与开题。工程硕士论文研究题目一般直接来源于企事业单位生产经营和管理工作实际,工程背景明确、应用性强。论文有一定的技术难度、先进性,体现作者综合运用工业工程科学理论、方法和技术手段解决工程实际问题的能力。论文开题报告由导师审查通过后,由学校组织3-5名具有副教授以上职称的专家小组论证,通过者方可进入论文阶段。②论文指导。工程硕士的指导采用双导师制,有校内具有工程实际经验的导师与企事业单位内经单位推荐的业务水平高、责任心强、具有高级技术职称的兼职导师联合指导,保证工程硕士论文的质量。③论文答辩。论文经过导师审查通过,且工程硕士生完成了培养方案中规定的所有环节并成绩合格,才可以申请参加学位论文答辩。工程硕士生学位论文应有3位专家评阅,其中一位为校外专家评阅,另外两位为校内专家。答辩委员会由5位专家组成,并聘请校外工程领域具有高级职称专家作为答辩委员会主席。
4.结论
关键词:安全工程;毕业设计;过程控制;质量提升
1.引言
本科生毕业设计是高校实现人才培养目标的一个重要的综合性、实践性教学过程,是落实本科培养目标的一个重要环节[1]。从更深层次的意义来讲,毕业设计除了是一个教学环节,也是高校实现人才培养目标的重要手段[2],旨在培养和锻炼学生综合运用基础理论和专业知识分析、解决具体科学和工程问题的能力,是学生完成高校教育顺利走上工作岗位的衔接点[3]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》指出:“深化教育体制改革,关键是更新教育观念,核心是改革人才培养体制,目的是提高人才培养水平”。西南科技大学在认真落实教育部指导思想的同时也相应的出台了一系列文件,最为明显的是毕业设计直接与毕业生学位挂钩。以前毕业生只要修够学分,在无其他违纪违规的基础上就可以取得毕业证书和学位证书,但从2008级学生开始进行了补充,学位证书增加了学位课程平均成绩70分以上,毕业设计成绩必须达到75分以上。在这样的新形式下,如何让安全工程专业的学生在保证质量的情况下顺利取得双证就显得尤为重要了。
2.影响安全工程专业毕业设计质量的因素分析
我校安全工程专业近几年毕业生就业形势良好,但由于其专业的特殊性,毕业生基本上都要去单位进行实习,通过对前三届学生毕业设计情况的分析,值得肯定的是学生毕业设计的选题基本上能够紧扣专业,但是也存在以下三个突出的问题:
2.1毕业生对毕业设计重视程度不足
目前,安全工程专业毕业设计都安排在第八学期,而这一学期又是毕业生确定工作的时期,学生就业、升学的压力对毕业设计工作造成了一定的冲击。表现有三个方面:一是已经与单位签约的学生,就业单位要求学生提前去实习,适应岗位工作,导致学生做毕业设计的时间不足,影响了进度和质量。二是少数没有落实就业单位的学生,急于找工作,时间被大量的招聘会以及面试所占用,真正能够用于毕业设计的时间所剩无几。三是部分考研学生,第七学期时间基本用于复习考研上,第八学期初试过了的学生又有很长一段时间忙于复试基本无暇顾及毕业设计,造成质量下降。
2.2毕业设计过程控制管理力度不够
目前安全工程专业毕业生毕业设计最终成绩是:指导教师成绩40%+评阅教师评阅成绩30%+答辩小组答辩成绩30%,学生最终成绩只需达到60分即可,多数学生认为只要成绩及格,既不影响毕业证书也不影响学位证书,导致学生在思想上认为毕业设计无关紧要。由于学生出外实习、找工作的原因,学生和老师的交流多依赖于电子邮件、电话等,与学生面对面的指导时间较少,对学生无法进行有效的监督,导致部分学生往往在答辩的前期才临时抱佛脚,只花几个星期的时间做出内容空洞的论文。
尽管学校针对毕业设计的管理工作制定了相应的文件,但管理力度不够,对整个毕业设计的过程管理和监控监督不到位,而当前就业形势的压力,对一些明显有问题的毕业设计没有深究也没有严格管理,都制约了安全工程专业本科毕业设计的效果和质量。
2.3毕业设计考核不严格
从前几届安全工程专业的考核来看,定性的文件和过程还是比较规范的,毕业设计的成绩大致集中在“良”档,不论是一次答辩,还是二次答辩通过的,基本上没有不及格的,这实际上反映了在毕业成绩评定上的一些不良倾向,和没有具体的考核环节有较大的关系,也存在者部分情感因素,老师不愿意让已经就业的学生因为毕业设计而推迟毕业。
3.安全工程专业毕业设计质量提升的探索与实践
在我校毕业设计必须达到75分以上才能取得学位证书的形式下,如何夯实安全工程专业毕业设计的质量,实现人才培养的目标,面对安全工程专业2008级99名本科毕业生,进行了一些探索和实践。
3.1改革选题方式,激发学生兴趣
安全工程专业大部分学生在第七学期就签订就业单位,又要求去单位实习,因此选题可以采取师生结合的方式:一是教师命题,必须与专业紧密相连,由学生根据需求或兴趣自由选择;二是部分学生可以根据实习内容自己申报题目,由教研室审核同意,同时在实习单位配备辅导老师。
(2)狠抓过程控制,提升毕业设计质量
毕业设计过程控制包括任务书下达、开题报告、论文提纲、论文初稿和论文定稿五个环节,是提升毕业设计质量的核心内容,依据每个环节提出完整细节内容和要求,制定相关考核明细表,学生和指导教师同时受过程控制的约束。学生答辩资格分为提前答辩、正式答辩和二次答辩三类,通过定性和定量相结合的方式来确定学生取得哪种答辩资格。
通过安全工程教研室集体讨论,报院领导审批后形成以下指导性意见:①选题方式多样化,但学生毕业设计指导老师的资格需由教研室主任审核同意;②任务书由指导老师在第七学期放假前下达学生,明确交代具体要求,并上报教研室备案;③开题报告在第八学期第四周之前必须按质量完成,统计打分,满分10分,迟交1天扣1分,不足5分者只能参加提前答辩,并集中答辩;④论文提纲需在第八学期第六周之前完成,要求写出论文第一章,明确其余章节主要内容、重点、难点以及解决途径,统计打分,满分30分,迟交1天扣2分,不足15分者只能参加提前答辩;⑤论文初稿在第八学期第十周之前完成,交由指导教师进行交叉评阅,提出修改意见,统计打分,满分30分,迟交1天扣2分,不足15分者只能参加提前答辩;⑥论文定稿在第八学期第十二周之前完成,质量由教研室集中统一审核,统计打分,满分30分,迟交1天扣2分,不足15分者只能参加提前答辩;⑦第十二周由教研室根据过程管理控制的统计,集体讨论参加提前答辩和正式答辩的学生名单,第十三周进行提前答辩,第十四周进行正式答辩,第十六周进行二次答辩。
所有参加提前答辩和正式答辩未能通过的学生,在第十六周之前由教研室审核修改情况,不合格者取消二次答辩资格。
(3)严格把握答辩环节,科学评定成绩
针对学生毕业设计的格式、内容、外语应用、计算机应用、文献资料查阅、阐述和回答问题等方面提出具体、规范的要求,答辩组教师进行科学、公正的评定。学生毕业设计的最终成绩由二个大部分组成:①依据学生完成毕业设计过程的实际情况和数据,按过程管理控制总分100分计算,占毕业设计最终成绩的30%;②论文质量及答辩按总分100分计算:指导老师评阅占40%,评阅老师评阅占30%,答辩成绩占30%。整个论文质量及答辩占毕业设计最终成绩的70%。即:毕业设计成绩=过程控制成绩×30%+论文质量及答辩×70%。
4.结束语
我校安全工程专业于2011年11、12月份进行了多次讨论,形成了毕业设计过程管理体系,在2008级99名本科毕业生中进行了实施,为99名同学提供了140个毕业设计题目,让学生自由选择,严格按照文件,认真落实,结果显示:22人参加了提前答辩,77人参加了正式答辩,8人参加了二次答辩,最终1人未能顺利完成毕业设计答辩,97人取得了75分(含75分)以上成绩,合格率达97.98%。表明,我校安全工程专业毕业设计实施的全面过程管理控制体系,确保了毕业设计的质量,卓有成效,今后还要进一步加强管理,以使毕业设计质量更上一个新台阶。
参考文献:
[1]李乾军.关于本科毕业设计的几点讨论[J].中国电力教育.2010(3):154-155.
美国麻省大学(University of Massachusetts Amherst)阿默斯特校区(以下简称麻省大学)是马萨诸塞州立大学系统五个校园中的主校园,是美国知名的研究型大学。该校创办于1863年,坐落在美国东部美丽的新英格兰地区。
麻省大学计算机系成立于1964年,其研究生教育也有超过40年的发展历史。由最初的3名教授发展到现在拥有43名教授,其中包括9名ACM计算机学会(Association for Computing Machinery)院士(Fellow)、4名电子和电气工程师协会(IEEE)院士、5名人工智能学会(AAAI)院士和2名美国科学促进协会(AAAS)院士。麻省大学计算机系在人工智能、网络与分布式系统、计算理论等多个领域的研究处于世界领先水平。作为美国知名的计算机系,麻省大学计算机系的教育理念是“培养下一代能以创新的方法解决真实世界问题的计算机科学家”(cs.umass.edu/grads/msphd-requirements)。在这个核心思想的指导下,该系非常注重对博士研究生的培养,为了达到培养学生具备进行原创性科学研究(Original Research)的能力的教育宗旨,该系制定了一套非常严格的课程计划,以培养学生坚实而广博的基础知识、良好的科学研究方法和思维习惯。麻省大学计算机系每年大约会收到1000份左右来自世界各国的优秀学生的申请,攻读其博士学位,而录取的人数一般保持在30名左右。完善和严格的博士研究生培养体系、开放而先进的教育理念,使麻省大学计算机系成为全美最具有竞争力的计算机院系之一。
麻省大学计算机系招收两种形式的博士研究生:硕士/博士连读研究生和直博研究生。只有在美国其他大学获得相应计算机硕士学位,并修完麻省大学计算机系认可的相关课程的学生,才有资格申请直接攻读博士学位;否则,学生在录取后必须经过硕士/博士的连续培养才能获得博士学位。
无论哪种形式,麻省大学计算机系博士生培养大体分为两个阶段:博士生资格学习阶段和博士生研究阶段。博士生资格学习阶段主要是对学生进行基础知识培养和基本研究能力训练。学生只有在通过博士资格考试论证,成为正式博士候选(PhD Candidate)人后,才能进入下一步的博士论文研究阶段学习。以下是麻省大学计算机系对硕士/博士研究生的培养要求:
(1)Actively participate in research under the guidance of an advisor(在导师的指导下,积极参与研究)
(2)Satisfy 6 Core Requirements (完成6门核心课程的要求)
(3)Complete 42 course credits (core courses taken to satisfy core requirements are included)(完成42个课程学分,其中包括核心课程的学分)
(4)Complete a 6-credit MS Project (完成6个学分的硕士研究项目)
(5)Graduate with an M.S. Degree(申请获得硕士学位)
(6)Pass the Department Qualifying Exam- Portfolio(通过博士资格考试)
(7)Form a Committee(成立答辩委员会)
(8)Propose a Thesis(提交博士开题报告)
(9)Complete 18 Dissertation Credits (完成18个学分博士论文)
(10)Pass the Teaching Assistant Requirement(完成助教的工作要求)
(11)Pass the Residency Requirement (at least 9 credits in back-to-back semesters) (完成连续两个学期修9个学分的要求)
(12)Defend and Submit a Thesis (博士答辩和提交博士论文)
本文将以麻省大学计算机系为例,探讨美国计算机专业博士研究生培养的一个重要环节――博士研究生课程教育体系的特点,以期为提高我国的计算机专业博士生教育提供借鉴。
2掌握牢固的理论知识是培养优秀博士生的基础
美国的计算机博士教育非常注重对学生基础理论知识的培养,为了使学生掌握牢固而广博的基础知识,麻省大学计算机系要求每个硕士/博士研究生必须修完6门博士核心课程,而且成绩必须达到B+以上。这些核心课程分别属于计算机科学的三大领域:理论(Theory)、系统(Systems)和人工智能(Artificial Intelligence),课程设置具体如下:
(1) 理论核心课:计算理论(Computation Theory)、高级算法(Advanced Algorithms)
(2) 系统核心课:有三组课程,分别是:
编译技术(Compiler Techniques)、现代计算机体系结构(Modern Computer Architecture)
数据库设计和实现(Database Design and Implementation)、高级计算机网络(Advanced Computer Networking)、操作系统(Operating Systems)
高级软件工程I(Advanced Software Engineering: Synthesis and Development)、高级软件工程II(Advanced Software Engineering: Analysis and Evaluation)、程序设计语言(Programming Languages)
(3) 人工智能核心课程:高级人工智能(Artificial Intelligence)、机器人学(Robotics)、信息检索(Information Retrieval)、不确定环境下的推理(Reasoning and Acting under Uncertainty)、增强型学习(Reinforcement Learning)、机器学习(Machine Learning: Pattern Classification)
根据不同的研究方向,学生可以在六门核心课程的选择上有所不同,但为了加强理论基础和掌握知识的广度,无论哪个研究方向的学生,都必须修完两门理论核心课程和一门高级人工智能课程,同时,再根据自己的研究方向选修其他三门核心课程。例如,一个系统方向的博士研究生除了修完以上两门理论和一门人工智能课程以外,还必须修完来自于系统方向不同组的三门系统方向的课程;而一个人工智能方向的博士生则必须修完另外两门人工智能方向的核心课程和一门系统方向的核心课程。
每门核心课程由教师讲授一学期,其中每星期2次课,每次2小时,3个学分。根据内容不同,每门课程一般要安排5~8次书面作业、1次期中考试和1次期末考试。其中,对系统方向的课程来说,每个章节完成后一般还有一次课程项目设计(Course Project),主要要求学生实现相应的算法和进行性能评价。由于核心课程要求高,课程学习内容多,导师和系里会建议学生每学期选学不超过一门的核心课程,所有6门核心课程则在三年内完成。如果成绩没有达到B+,麻省大学计算机系允许学生重修该核心课;但是,如果学生在规定的博士资格考试申请时间前没有通过全部的6门核心课,则不再具备继续攻读博士的资格。
严格的核心课程作业、考试制度和淘汰制度,不但使学生牢固掌握了计算机科学各领域的基础知识,培养了学生勤奋刻苦的专研精神,而且极大地丰富了学生的视野,为学生进入实际科学研究打下了坚实的基础。
3灵活而完善的博士生选修课程体系是培养创新型人才的重要途径
美国一流研究型大学博士生教育的目标是培养世界一流的科学家和拔尖创新型人才,为了实现这个目标,美国的博士生教育除了注重培养学生扎实和精深的基础知识外,还非常注重培养学生的创新思维和发现新问题的探索精神及能力。
如果核心课程体系的设置是培养优秀博士生的基础,是向学生传授学科领域的重要基本知识和原理与技术,是学生全面掌握计算机基本理论与方法的重要途径,那么,选修课的设置则是对学科基本知识的补充,是培养学生学习新的知识和了解并探索前沿研究方向,从而成为创新型人才的重要手段。
麻省大学计算机系的做法是,在博士研究阶段,除了要求学生完成18个学分(6门)的核心课程学习以外,还要求完成24个学分(8门)的非核心课程(或称为选修课)学习。这些选修课大多是关于本学科及相关专业前沿领域近3~5年的新研究方向、研究方法或新技术的相关内容的介绍,一般由教师在每学期开学前提出新的课程计划,学生则根据自己的研究兴趣和职业目标自由选课。通过课程的学习,学生能在最短的时间内了解本学科相关领域的最新研究现状,更重要的是,在课程的学习过程中,教授会将许多新出现的问题在课堂上和学生讨论,同时,通过2~3个课程项目培养学生独立(或合作)解决新问题的能力,以及教会学生各种探索问题的研究方法。
在教学模式上,可以采用由教授主讲的传统方式,也可以采用以讨论为主的方式。以教授为主讲的教学模式在此就不再赘述,以下着重描述以讨论为主的选修课教学模式。
以讨论为主的Seminar是美国计算机院系的教授最常用的选修课教学模式。Seminar的课程设置没有固定模式,但通常有以下几方面的特点。
第一,课程的选题一般是近年新出现的有代表性的前沿研究课题。
第二,课程内容的选择一般来自近年来该领域顶级国际会议的专题论文。
第三,课程内容的组织由教师完成。教师在确定题目后,一般会根据论文的情况将讨论的内容分为多个子专题,每个子问题由3~4篇论文组成。课程的开始一般是综述性的论文或在该领域出现的最早的学术论文,其目的是探讨该研究方向出现的新的应用背景需求和所带来的新的挑战。其后的每个子专题则将对具体问题和方法进行深入探讨。
第四,选课的学生人数一般在20~30人左右,而且通常是由学完了核心课程以后的高年级博士生组成。学生人数太少,论文的覆盖面可能太小;学生太多,可能导致讨论的深度不够。同时,只有学完了基本理论后,学生才有可能具备较深入分析问题的能力。在Seminar的学习讨论中,找到新的研究问题也是该课程设置的重要目的之一。
第五,课堂教学的模式基本上是教师和学生互动的教学方式。教师在第一节课引导学生对该领域的基本问题有了初步认识后,学生将对每篇论文进行评估(Review)、宣讲(Presentation)和进行课堂讨论。每篇论文的宣讲时间是25~30分钟,课堂讨论时间是10~15分钟。其中教师将引导学生对论文中所研究的问题和关键技术进行深入讨论,学生参与讨论的情况将作为课程考核的重要依据。
选择合适的题目并对教学讨论的内容(论文)进行筛选和组织对开课教师的要求非常高。为了准备一门新的Seminar课,教师一般需要预先通读该研究方向所有重要国际会议的相关论文,然后根据不同的研究问题对论文分类,并将其中有代表性的论文提炼出来,作为课程学习的论文。在课程项目的设置上,教师会事先准备一些题目,如对某些算法的实现、评估和改进,实现原形系统等,同时也非常鼓励学生在论文讨论的过程中有针对性地提出自己的见解和新的解决问题的方法。
4合理的课程学习安排是培养高质量博士生的有效保证
美国的博士教育是以博士生的最终质量为评判标准,而不是以年限来规定学生的毕业时间。在美国计算机专业,培养一个硕士/博士生一般需要至少5年时间。由于强调博士生专业知识学习的深度和广度,在整个博士学习阶段,博士生都会积极参与课程的学习,并尽可能地将研究项目中的问题和课程学习联系起来,用所学到的方法或思路来解决新问题。
以麻省大学计算机系为例,虽然学生的背景不同,但为了在保证质量的前提下帮助学生用最短的时间顺利完成博士课程要求和博士论文要求,系里建议学生按如表1所示的时间表安排整个博士阶段的学习计划。
麻省大学计算机系不但在本系有完善的研究生课程体系,学生可以根据自己的研究兴趣和职业规划来自由选课,而且也鼓励学生在其他相关院系选修本系没有开设但对研究有用的课,如数学系或电子工程系的高级课程。总之,美国博士教育的一个重要特点是强调基础知识的学习,鼓励学生以积极的态度参与到课程的学习中,同时训练学生在课程学习的过程中逐步学会发现问题和研究问题的方法。
5启示和建议
美国的博士教育强调坚实的基础理论知识、完善的知识体系和用于探索与创新的研究能力,而这些恰恰是决定博士毕业生日后发展潜力的关键。长期以来,我国计算机博士教育主要是通过参与科研项目的形式来对学生进行培养,这种“研究项目驱动型教育”在我国恢复研究生教育的初期起到了很好的推动作用,培养了大批科研人才。但随着教育本质的回归和创新型人才培养的需要,从总体来看,我国的这种单纯强调研究项目的教育模式培养的博士生,质量与国际先进水平相比还有一定的差距。由于没有严格的博士课程要求和淘汰制度,学生在学习阶段往往会忽略对基础知识的学习和对知识结构的完善。长此以往,必然会影响博士生的研究水平和发展潜力,最终将会影响国家的整体创新能力。
笔者建议,为了使学生掌握牢固的专业基础知识,同时培养学生在某一学科领域的研究兴趣和基本的研究能力,应该首先强调核心课程体系的建设,不论哪个方向的学生都必须通过一定数量的核心课程的学习,如算法、分布式操作系统、人工智能等,这些核心课程应由教师来讲授;同时,应严格课程的考核制度和课程评价体系。对于选修课,由于其主要目的是扩展学生的视野,培养学生分析问题和研究问题的能力,所以应借鉴国内外Seminar课程的成功经验,积极有效地激励教师和学生共同上好Seminar课。
博士生教育是一项复杂而艰巨的系统工程,而其中的课程学习是研究生培养中非常重要的一个环节,如何通过严格的培养机制和灵活的培养方法,在给学生传授基础知识的同时培养学生分析问题和解决问题的能力;如何将合理的研究生课程体系和研究项目结合起来,严格博士生培养机制,完善博士生资格评估体系,从制度上保障博士研究生的质量;以及如何真正教会学生探索科学基本问题的方法,培养学生良好的科研习惯和勇于开拓创新的精神等,是我们在计算机学科建设中应该进一步思考的问题。