工程教育本科毕业设计教学改革与实践

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摘要：在工程教育专业认证背景下，解决复杂工程问题的能力是毕业要求的核心。本文从分析毕业设计在工程教育中的重要性出发，对当前毕业设计在培养解决复杂工程问题能力方面存在的问题进行梳理，基于专业认证产出导向和持续改进的理念，探讨凸显复杂工程问题解决能力培养的毕业设计改革措施，并开展教学实践，可为工科专业毕业设计的改革提供参考

关键词：工程教育;专业认证;能源与动力工程;毕业设计;复杂工程问题

一、毕业设计在工程教育中的重要性

工程教育专业认证是目前我国高等教育大力推进的一项重大改革举措，其核心是确保工科专业的毕业生在毕业时能够达到行业认可的既定质量标准要求，其本质是一种以培养目标和毕业要求为导向的合格性评价。在认证标准毕业要求12条中，“复杂工程问题”被多次提及。在毕业生的能力达成评价中，解决复杂工程问题的能力是核心所在。解决复杂工程问题的能力包括问题识别、问题表达（建模）、问题分析、解决方案设计、现代工具使用、结论综合评价（局限性、合理性、可持续性等方面的评价）等等多个方面的能力。这些能力的培养，主要通过理论教学环节和实践教学环节完成。理论教学环节为学生提供解决复杂工程问题所必需的工程知识，而实践教学环节锻炼学生综合运用所学知识动手解决实际工程问题的能力。毕业设计是工科专业实践性教学的重要组成部分，是本科教育阶段的最后一个，也是学时最长的一个教学环节。一直以来，毕业设计是评定学生毕业成绩的重要依据。目前，工科专业的毕业设计通常采用项目课题式的教学方法，即指导教师拟定一个课题，然后学生运用所学的专业知识，围绕课题相关内容展开分析和设计，最终得出结果并进行评价。这样，在专业认证背景下，在毕业设计教学过程中，如果指导教师拟定的课题能够很好地包含一个复杂工程问题，然后学生围绕这个复杂工程问题开展方案分析、设计和评价，提出对整个复杂工程问题的完整解决方案，学生的解决复杂工程问题的能力必然会得到很好的锻炼。因此，发挥毕业设计在解决复杂工程问题的能力培养方面的作用，是当前工科专业工程教育教学改革必不可少的环节。

二、目前毕业设计中存在的问题

在解决复杂工程问题的能力培养方面，毕业设计目前主要存在以下几个问题。1.毕业设计选题不合理。毕业设计课题的拟定是否科学合理，直接决定着学生解决复杂工程问题能力的培养是否达到预期效果。但目前来看，指导教师选题存在较多不合理之处，主要表现在以下几个方面。（1）重复性选题过多。很多指导教师进行毕业设计选题时，课题的基本内容和往年相比几乎改动不大，导致多届学生题目类似甚至雷同。由于本科生知识体系的限制，课题内容存在部分重复是不可避免的。但一些过于老旧的题目，已经不符合当前科学技术的发展和社会的需求，无法达到培养学生能力的目的。此外，课题内容的重复将带来论文抄袭和重复率较高的问题。这反映出指导教师缺乏一定的创新性，在日常教学和科研中缺乏深入思考。（2）选题不符合复杂工程问题的要求。毕业设计要培养学生解决复杂工程问题的能力，那选题就必须涉及一个实际的复杂工程问题。但目前一些选题并不符合复杂工程问题的要求。出现这种情况的原因是指导教师对什么是复杂工程问题理解不深刻，或者无法将复杂工程问题和专业知识相联系。其本质在于指导教师自身工程实践研究的经验和能力不足，无法发现和准确描述自己专业领域的复杂工程问题。（3）选题不符合本科生知识结构。一个好的选题，课题内容需要对应课本所学基础知识和专业知识。但一些教师往往是根据个人喜好和科研方向确定选题，内容范围超出本专业本科生的知识结构，学生无法理解课题内容，因而也达不到复杂工程问题解决能力培养的目的。（4）选题难易程度不合理。课题的难易程度直接决定他们能否顺利完成毕业设计并达到预期的锻炼效果。部分指导教师的选题过于简单，甚至是专业课程设计题目的变形，学生在短时间内即可完成课题。而部分指导教师的选题过于复杂，来源于所带博士或硕士课题的部分内容，包含大量理论分析或复杂的数值模拟，本科生会感觉无从下手。2.学生对毕业设计的重视程度不够。毕业设计是对学生本科期间所学知识的综合检验和考核，也是学生和老师就某一个具体问题进行面对面交流学习的机会，但这一重要过程并没有得到学生的足够重视，达不到培养解决复杂工程问题能力的目的。这种不重视表现在以下几个方面：选题时拈轻怕重，尽量选择简单的课题，而这类题目往往不能体现复杂工程问题；认为毕业设计的内容与即将从事的岗位关系不大，不愿深入理解课题中的复杂工程问题，敷衍了事；专业知识不扎实，不足解决问题，但学习主动性不足，依赖指导教师。3.毕业设计教学过程不规范严谨（1）选题审核不严格或审题无依据。一些毕业设计选题并不符合专业认证对解决复杂工程问题培养的要求，但题目没有经过严格的审核就下发供学生选择。同时，缺乏可操作性强的审题依据，也会导致审题人员不能很好地对题目进行审核。（2）指导教师投入不足。指导教师还承担着其他的教学和科研任务，因此部分指导教师在毕业设计方面投入的时间和精力不足。学生遇到困难时，无法与老师进行及时沟通，全凭自己的理解开展课题研究，导致学生的能力得不到培养。（3）毕业设计过程管理过于松懈。毕业设计没有固定的教学地点和时间，除了开题、中期考核等仅有的几次检查以外，缺乏更多的组织管理，这导致部分学生放松自我，毕业设计完成不好。（4）毕业设计考评过于宽松。过于宽松的考评制度，让学生认为只要参加了毕业设计的整个过程，最终都会顺利通过。这导致部分学生对课题设计结果的好坏不够重视，能力得不到培养。

三、毕业设计教学过程的改革措施与实践

1.制定选题标准，严把审题关。依据工程教育认证标准中提到的“复杂工程问题”的主要特征，制定具有良好可操作性的选题标准，引导指导教师理解复杂工程问题在本专业的内涵，进而拟出能够满足复杂工程问题解决能力培养的选题。同时，严把毕业设计审题关，对不符合要求的选题，要求指导教师修改或者重新拟定题目。这样，就从源头上确保毕业设计以复杂工程问题解决能力培养的目的。笔者所在的能源与动力工程专业制定了面向解决复杂工程问题的毕业设计选题和审题方案。制作了内容详尽的审题表，要求指导教师拟定选题时，需要对标复杂工程问题的特征，并给出相关的依据。同时设定了审核环节，每一个题目至少由两名审题人审核，审核不通过时进行修改或重拟题目，并重新审核，直至通过。本专业2018届毕业设计首次按照该办法进行选题和审题，有13.2%的题目不符合复杂工程问题的特征并进行了修改或重拟。经过一年的试行，在20毕业设计中，只有不到3%的选题进行了修改或重拟。2.以专业认证为基础制定培养质量评价准则。以专业认证和本科专业类教学质量国家标准为基础，制定合理的毕业设计课程目标和完善可行的评价标准，客观准确地评价学生在毕业设计过程中解决复杂工程问题能力培养的效果；制定合理的毕业设计课程目标与本专业毕业要求支撑关系矩阵，考查毕业设计的课程目标达成情况。笔者所在的能源与动力工程专业，首先充分考虑本专业复杂工程问题的解决过程，制定了毕业设计需要达成的10个课程目标：复杂工程问题识别与分解能力、问题分析与建模能力、调研能力、创新设计能力、方案论证与优选能力、工具与资源使用能力、设计结果分析与判断能力、撰写能力、口头表达能力和国际视野。明确了毕业设计考核和评价方式由平时表现成绩、中期检查成绩、成品质量（论文）成绩和答辩成绩4部分组成，确定了18个打分环节并制定每个打分环节的详细评分标准。确定了毕业设计10个课程目标能够支撑的12条毕业要求指标点，给出了支撑关系矩阵。在2018届和20毕业设计过程中，本专业严格按照此标准进行毕业设计考核，取得了较好的效果。明确细化的考核方式对毕业设计教学的目的性、针对性和主动性都有所提升。3.加强管理制度建设和落实。为了更好地培养学生解决复杂工程问题能力，除了毕业设计选题和评价两方面做好之外，必须建立严格的毕业设计过程管理制度，并做好落实工作。本专业围绕毕业设计过程管理，主要采取了以下一些措施。（1）组织毕业设计动员大会。学院教学院长、系领导、辅导员和指导教师代表出席会议。除了讲解毕业设计具体流程、学习纪律要求等之外，重点解读毕业设计教学大纲，让学生知悉毕业设计的考核方式和评分标准，深刻认识到毕业设计的重要性。（2）明确时间节点做好过程控制。对任务书、开题报告、读书笔记、外文资料翻译、中期检查、毕业论文和答辩等环节都给出了明确的时间节点，并要求学生和指导教师严格执行。教师对学生毕业设计情况的指导与检查每周不少于两次，并需要签字确认。（3）毕业设计全过程突出产出导向。教师在指导过程中，必须始终围绕如何培养学生综合应用所学知识解决复杂工程问题的能力。学生在学习过程中，必须时刻关注自己的设计或分析是否满足课程目标，自己的能力是否得到提高。毕业设计所有考核环节必须严格按照评价标准进行评分，并对课程目标达成度进行分析。基于以上措施，让指导教师和学生都深刻认识到毕业设计在复杂工程问题解决能力培养方面的重要性，能够在毕业设计过程中及时发现问题，不断改进。教师指导和学生学习的积极性也得到了明显提高。

四、结束语

在专业认证的推动下，我校能源与动力工程专业的教学改革已探索开展三年，其中面向复杂工程问题解决能力培养的毕业设计改革已经推行两年，得到了学校和教育主管部门的认可。毕业生对实际工程问题的认识有所加深，解决实际工程问题的能力较以往有很大提升。未来几年本专业将在各方面继续深化改革，争取毕业生得到行业和用人单位的高度评价。

参考文献：

[1]董彬，梁坤峰，朱竹.新工科背景下基于CDIO的能源动力类专业教学改革[J].教育现代化，2019

[2]卢艳军，徐涛，张晓东.植入“复杂工程问题”的毕业设计改革探索[J].教育现代化，2019

[3]吴净，陈克，张宏远.基于CDIO工程教育模式的能源动力类课程体系改革与实施[J].中国现代教育装备，2017

作者:曹瑞峰 肖斌 刘国伟 杨鹤 单位:东北电力大学能源与动力工程学院