结合科研课题的工科类专业本科毕业设计指导探索

吴伟辉，黄晨华

(韶关学院 物理与机电工程学院，广东 韶关 512005)

本科毕业设计是高校机械、化工、电子等工科类专业培养学生的最重要环节之一，目标是培养学生综合运用所学基础理论、基本知识和技能去分析、解决工程领域问题的能力。同时，通过毕业设计，也可锻炼学生严谨求实、刻苦钻研、勇于探索和创新的从事科学研究的基本精神和能力[1]。

随着社会经济的发展，本科毕业生面临的选择及压力也在增多，这影响了学生对毕业设计的兴趣。例如当前许多学生的考研准备工作、公务员考试备考、应聘、实习等都会挤占了本来用于学生毕业设计的时间，也使得学生对毕业设计的兴趣越来越弱。同时，随着地方本科院校招生数量的增加，大部分本科高校都出现了教师指导压力大、毕业设计选题老旧、生均指导时间减 少等现象，也进一步削弱了学生对毕业设计的兴趣，例如多年沿用的毕业设计选题与时代发展需求脱节，这使很多学生感到毕业设计的实用性不强，导致学生的积极性和创新欲望不高[2-3]。上述现象直接影响了毕业设计质量。

毕业设计是工科类专业学生迈向社会的最后一道门槛，改善学生毕业设计质量刻不容缓。

众所周知，我国学生是世界公认学习能力最强的学生之一，但也是最缺乏创造性和创新性的学生[4]。其主要原因就是学生参与科研以及工程实践少。

教学与科研都是高校教师的本职，著名科学家钱伟长曾指出，“教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育”。因而，如果无科研做基础，本科教学就会失去"灵魂"。将科研融入到教学中，可以保证教学与时代贴合，使学生将所学的课本知识加以实际运用，加深对知识的理解，并激发其创造性和创新性[5]。当前，许多高校工科专业教师都有自己的研究方向与科研课题，这些研究方向与科研课题多与生产实际相关，具有较强的实践性及综合性。为此，本文探讨了将毕业设计指导与教师科研课题相结合的方法，以便有效提升学生的毕业设计质量，并实现教学与科研同步发展。

1 结合科研课题的工科类专业本科毕业设计指导具体方法

1.1 前期学生的培养

由于本科生的专业知识基础相对较为薄弱，也没有经过严格的工程实践及科研锻炼，仅在大学第四年匆忙挑选学生基于科研课题展开毕业设计一般效果较差。为此，最好在前期适当引导，将一些感兴趣的同学尽早引入科研课题团队中，作前期的科研与工程实践培养，使其在展开毕业设计之前，对未来毕业设计所涉及到的内容有充分的了解，并掌握从事毕业设计的相关软、硬件工具以及方法。具体措施如下：

(1)通过老师引导、自我推荐等方式，吸引部分大学二年级或三年级的同学进入科研课题团队，利用空余时间协助老师展开科研工作。

学生早期参与科研课题，需循序渐进，先从查找文献，了解科研课题的背景、意义着手，然后帮助教师从事图纸绘制、资料查找、简易程序编写、制作试样等简单工作，并逐步过渡到让学生参与到从机构甚至设备的设计、制造、装配、调试、工艺实验、实验样品测试分析、完善修改的全部流程中。如此通过实践，锻炼学生掌握从事科研及工程实践工作所需的工具及才能。

(2)老师应对参与项目团队的学生进行定期考核，可采用写报告、任务完成情况考核等方式，并保持适当的监督与指导，帮助学生快速成长。

(3)可引导学生就科研课题相关联的内容，申报大学生创新设计训练计划项目、挑战杯等学生科研课题，通过学生科研课题强制约束，让学生得到严格的科研锻炼。

例如，作者目前已成功引导学生申报了两项大学生创新设计训练计划项目，目前都已立项同，分别是2014年广东省级大学生创新创业训练计划项目"基于振镜扫描的Q235 碳素结构钢激光快速熔覆强化工艺研究(项目编号：201410576040)"、2017年国家级大学生创新创业训练计划项目"单缸漏斗式金属零件3D打印设备的集成优化设计(项目编号：201710576008)"，这两个项目申请书及合同书中都有明确的技术路线及考核指标，可以有效锻炼学生的科研与工程实践能力。实践表明，两组同学，都在项目展开过程中得到了良好的锻炼。

1.2 基于科研课题的毕业设计选题设计

毕业设计选题对象为早期进入项目组的，并且愿意继续在项目组内从事毕业设计的学生。但是，毕业设计选题可由学生根据其参与项目的实际情况主动提出，并由教师修改形成；也可以由教师具体指定，但必须与学生充分沟通，在其愿意前提下确定。总体而言，毕业设计选题应结合科研课题内容、学生的特长爱好进行。并且应因才设题，对学习能力强，有较强创新意识的同学，可以适当增加毕业设计选题难度；对于基础较差的同学，则适当降低毕业设计选题难度。

例如：作者近年来持续展开增材制造(3D打印)研究。因此，基于3D打印科研课题，已成功制订了“用于SLM 3D打印的螺杆式供粉机构设计”、“用于SLM 3D打印的螺杆式供粉机构设计”、“激光扫描振镜自动防尘机构设计”、“基于离心风机的3D打印成型室一体式气氛净化装置设计”等一系统毕业设计选题。

1.3 设计过程管理及指导

基于科研课题的毕业设计展开，亦需要教师、学生大力配合，共同管理，使毕业设计顺利展开，并保证培养质量。具体方法包括：

1.3.1 形成自我管理团队，处理好毕业设计协作问题

基于同一科研课题确立的毕业设计选题，尽管具体选题不同，但一般在技术领域都有着很大的关联性，有些毕业设计选题之间还需要大量的配合，例如需要软件与硬件协同开发。同时这些毕业设计选题者都是同专业同学，相互熟悉易交流勾通。为此，为保证毕业设计质量，加快毕业设计进度，可以让基于科研课题的毕业设计选题学生组织起来，形成一个小组，并确立小组长，自我管理，协同处理毕业设计过程遇到的一些问题。例如，共同测绘一台设备的外形结构、共同展开一个实验、软硬件协同开发、相互探讨设计难题等。

1.3.2 查找补充文献，完成开题报告

尽管学生已在前期培养中对自己的选题已有了较多的认识，但确立毕业设计课题后，指导教师仍需要指导学生查找补充文献，同时，应就研究重点、难题向学生讲解，使其高质量完成开题报告，并迅速进入设计状态。

1.3.3 督促学生定期汇报设计进展，实时引导学生克服技术难题

一般通过每周毕业设计小组会议的形式，让学生汇报毕业设计进展；也可以通过让同学参加科研课题组学术交流会的形式，与指导教师通过PPT演示汇报的方式汇报毕业设计进展。在汇报过程中，指导教师需要及时引导学生克服毕业设计过程遇到的技术难题，防止学生在毕业设计过程中遇到困难，进展长久停滞。

1.3.4 涉密处理

由于毕业设计选题是基于科研课题展开的，因此，可能部分设计选题以及后续设计成果涉及到技术机密。为此，在学生毕业设计展开过程中，应督促学生做好保密工作，并指导学生进行专利申报、软件版权登记等处理，防止毕业设计因查重、答辩等公开环节泄漏科研团队的技术机密，造成损失。

1.4 反复修改，保证毕业设计质量

好的毕业设计，应是反复修改形成的，指导教师应对毕业设计结果进行审查，反复提出修改意见，以保证毕业设计质量，具体措施包括：

1.4.1 前期修改：形式审查

指导教师应提前公布毕业设计初稿提交时间。学生按时提交毕业设计初稿，由指导教师提出前期修改意见，前期修改一般是形式审查，内容主要包括：

设计是否严格按学校毕业设计(论文)指导规范展开：确保提交的文档是按学校的格式要求的，同时在数量上达到学校的要求(例如论文字数、图纸数量等)，此外还应确保符合学术规范，防止学术道德失准。

论文、图纸结构、实验数据等进行合理性审核：对论文的结构布局、逻辑性是否合理进行审核；对图纸的格式是否符合国家标准进行审核；对实验数据的完整性、可靠性进行审核等。

1.4.2 后续修改：技术性修改

对学生的毕业设计提出技术性修改意见，主要是对技术细节是否可行进行再次论证，尽量避免不可行的技术细节出现。万一技术细节不合理，应让学生反复修改调整，直到毕业设计在技术上是可行的为止。

2 具体案例

毕业设计选题：扩音机携带扣零件的三维设计及FDM增材制造[6]。

该选题来源于作者的关于激光增材制造的科研课题，项目需要采用到逆向工程技术，对复杂外形物体进行扫描，生成三维模型，然后在此基础上设计零件并展开金属零件的增材制造。在前期的工作中，让学生通过毕业设计，探索并掌握整个基于激光扫描仪的物体三维图形重建、零件设计以及采用FDM进行塑料零件增材制造的工艺技术。

由此确立的毕业设计选题为：扩音机携带扣零件的三维设计及FDM增材制造。

选题者对毕业设计选题先展开了文献查找工作，熟悉了增材制造、逆向工程、FDM等技术知识，然后和指导教师协商，制定了以下工艺路线：

在韶关学院的非接触式DAVID SLS-1扫描仪上完成扩音机的逆向工程实验，采集到扩音机的点云数据→在Geomagic studio软件平台上处理数据，修整并拟合数据后生成扩音机三维模型→导入到Solidworks软件平台，利用扩音机的三维模型的曲面特征，设计出扩音机的携带扣的三维模型→应用韶关学院FDM 3D打印设备打印出该三维模型→将3D打印件与扩音机装配，演示使用效果。

学生选择该课题以来，对选题十分感兴趣，表现积极，很快高质量地完成了毕业设计，该设计还被评为韶关学院2014届本科生优秀毕业论文(设计)。通过该毕业设计，学生掌握了逆向工程设备、Geomagic studio 12逆向工程软件、Solidworks软件、FDM 增材制造设备等的使用，能自如地实现从反求建模到零件三维设计，再到二维草图生成，零件3D打印的整个流程，提高了学生的个人技术及社会竞争力，取得了良好的培养成果。同时教师也借助该生的毕业设计流程，掌握了科研所需的工艺流程。达到了教学与科研的双赢。图1～图4是其毕业设计结果展示。

图1 由逆向工程获得数据拟合生成的扩音机三维模型

图2 在扩音机三维模型基础上设计得到的携带扣的三维模型

图3 携带扣FDM增材制造结果

图4 扩音机携带扣的装配

3 结语

针对当前高校工科类专业本科毕业设计教学出现的学生对毕业设计兴趣感弱、毕业设计选题陈旧、毕业设计质量下滑的现象，探讨了将毕业设计与科研课题相结合的办法，结合实例，从学生前期培养、毕业设计选题设计、设计展开等方面进行了有益探索。实践表明，这种方法是行之有效的，提升了学生的毕业设计质量，并实现了教学与科研同步发展。

[1] 深圳大学本科生毕业论文(设计)工作规定.百度文库[DB/OL].https://wenku.baidu.com/view/a4913aea6f1aff00bed51eb1.html.2018.1.25.

[2] 吴君华,陈兴林,葛 飞.从科研项目中选题来提高本科毕业设计质量[J].科技、经济、市场, 2015(3):209-210.

[3] 张定邦,程 涛,吴 洁.科研型课题在土建类专业本科毕业设计中的应用效果[J].湖北理工学院学报, 2016, 32(2):64-68.

[4] 刘 岱,周德新,詹湘琳.基于教学与科研相结合的本科毕业设计研究[J].教育教学论坛, 2015(33):66-67.

[5] 郝玉柱.高校教师如何认识和处理教学与科研的关系[J].高等财经教育研究, 2010, 13(2):63-65.

[6] 黎贺昌.扩音机携带扣零件的三维设计及FDM增材制造[D].广东：韶关学院，2014年.