新工科建设背景下水利水电工程专业毕业设计选题模式改革初探

于 腾 顾声龙 吴玉帅 石旭芳

（青海大学水利电力学院 青海·西宁 810016）

0 引言

为主动应对新一轮科技革命和产业革命，职称服务创新驱动发展，教育部于 2017年提出“新工科”建设理念，引起工程教育界的广泛关注。高校，作为人才输出的摇篮，自然承担服务国家和地方经济建设的重任。水利水电工程作为传统工科专业，如何在新工科建设背景下激发活力，注入新的生机，是值得深入思考的问题，特别是为适应未来水利工程建设培养怎样的人才。

“新工科”背景下，本科工程教育模式是以学习者为中心，在夯实学生专业理论知识的同时，培养学生的创新创业能力和跨界整合能力。毕业设计作为本科生专业培养工程素养和创新能力的重要环节，能够促进学生工程实践能力、动手能力和创新能力，是水利水电工程专业学生独立进行工程勘察、规划、设计、施工、监理、管理、科研工作的起点，而毕业设计的选题环节决定了毕业设计的内容及方法，是关系毕业设计教学效果的关键环节。

科学的选题对培养学生创新能力和工程素养有着至关重要的作用。水利水电工程专业是涉及多学科知识体系，并与工程实践紧密结合的综合性学科，毕业设计的选题需注重理论知识与工程实践相结合，体现专业特色，反应学科前沿，面向企业需求，服务区域产业创新发展，从而确保设计水平和设计质量。而毕业设计的选题环节决定了毕业设计的内容及方法，是关系毕业设计教学效果的关键环节，因此，对水利水电工程专业的毕业设计选题进行改革是时代使然。

1 本科毕业设计选题现状和问题

目前，本科毕业设计从学生到教师，从选题到实施，从开题到答辩，均存在浮躁之风：创新不足，质量滑坡，更不乏学术不端行为。

（1）学生自身重视不够，蒙混过关。随着本科生人员数量的增加，师生比严重不足，特别是西北偏远地区的高校，人才引进困难，对于本科生毕业设计更是疏于指导，专业教师力不从心，尾大不掉。

（2）选题应注重工程实践，可供选题量少，多与往年重复，容易造成抄袭成风，毕业生数量庞大，制定设计题目难度大。设计既要保质保量又要避免雷同，对于指导老师是艰难困苦的挑战，导致老师疲于应付，工作热情不高。

（3）教师资源不够，多数选题来源与科研项目，难度较大，可实施性差。针对水利水电工程专业最近4年的毕业设计情况进行分析，可以发现选题存在以下几个方面的问题。

一方面，选题陈旧，重复率高。近4年来，水利水电工程专业的毕业设计的题目较多，但是设计内容比较固定并且与往届的毕业设计内容有较大重复，这不利于学生的自主思考，为学生抄袭提供便利，促使学生消极应对，使教师视觉疲劳。以挡水建筑物设计为例，设计包括整体布置设计、调洪演算、建筑物剖面设计、构造设计、地基处理等。在实践过程中发现，学生直接套用往届的毕业设计，直接跳过较为重要部分，只做核心部分，更有甚者的原封照搬。这样学生根本不清楚设计中的尺寸如何而来，非常不利用学生综合能力的培养。

另一方面，实际工程已不满足需求。水利水电工程专业的毕业设计是校企联合实施的，但部分企业导师忙于工作，没有较多精力指导学生，将以往的工程设计项目交于学生参考。随着青海省内大中型水利工程逐渐减少，可用于毕业设计的实际工程项目也不足支撑数量庞大的培养需求。小型水利工程设计内容较为简单，不能体现学生综合能力运用的水平。

针对以上存在的毕业设计选题弊端，对水利水电工程专业的毕业设计选题进行改革是势在必行的。

2 新工科建设背景下毕业设计选题的改革探索

准确把握新时代对工程人才培养的要求，对传统的毕业设计进行合适定位和改革，本文基于VBA建立水利水电工程专业毕业设计数据库及选题系统，用于形成重复率较低的逼近工程实际的模拟选题。开发的自动选题系统，能够依据学生兴趣随机生成多个毕业设计题目供学生选择，以此提高学生综合知识运用的能力及自主学习的积极性。

2.1 基础资料

图1：毕业设计选题系统操作流程图

图2：毕业设计选题系统应用案例

图3：选题数据组合

图4：参考规范数据库

图5：典型水文数据

本文中所建立的毕业设计数据库总共包括四大部分，分别为地形数据库、水文数据库、地质数据库及水工建筑物数据库。其中地形数据库由30个可以实施中大型水利工程的地形资料真实数据构建，水文数据库由20个典型水文资料构建。地质数据库由15个可以实施中大型水利工程的地质资料构建，水工建筑物数据库则根据地形、地质资料，构建主要建筑物或附属建筑物的关键信息。

2.2 系统组成

水利水电工程专业毕业设计选题系统的编制是基于VBA，简单易用，扩展性与兼容性好。系统主要包括：数据库读写模块、随机组合模块、查重模块，选题系统通过调用各类数据库、形成毕业设计选题，并给出相应的关键信息，供学生参考。

毕业设计选题数据库在水利水电工程专业近十年的本科毕业设计资料基础之上，分别采用GoogleEarth、公共DEM数据或高分辨率DEM数据构建地形数据；利用水文年鉴和其他公开的水文信息，构建典型的水文资料；利用往届的毕业设计中的地质资料和已建水利工程区域的地质资料，构建典型的地质资料。根据地形数据库、地质数据库中的资料构建水工建筑物数据，最终分类形成水文、地质、地形、水工建筑物数据库。

2.3 案例应用效果

该选题系统具有实用性强、操作简便的特点，通过将工程应用（防洪、灌溉、发电、供水、治涝）和设计内容（坝体、溢洪道、导流洞）中关键词进行一个或多个进行自由组合，然后录入选题数量，即可一键生成毕业设计选题及其必备基础资料，如：设计相关的水文资料、工程地质资料、DEM高程数据和参考规范等。选题系统操作流程如图1所示：

本文的毕业设计选题系统中的基础数据是依据青海地区已建或在建的大型工程初设资 料构建，通过将同类的不同水利工程设计数据进行随机组合，形成全新的工程设计初始资料。共有在内容和数据库容量上逐年进行补充，便于维护。对于工程用途和建设目标需要指导教师根据地方经济建设背景进一步假设给定（见图2）。

图6：抓取高程图系统界面

图7：Global mpper获取地形等高线数据

从青海大学水利水电工程本科生毕业设计情况来看，每届约140人，而专业指导教师仅有15人，每位学生毕业设计选题不可重复，指导老师为学生制定毕业设计题目有很大的难度和压力。而本文的选题系统可以很轻松的解决这个难题，指导老师可以将更多精力投入到指导学生的设计过程中，同时避免学生选题重复或内容相近而进行抄袭，影响本科生毕业设计质量。通过简化选题的流程来充分调动学生学习的兴趣和学习的积极性，让学生做到主动学习、研究和讨论，彻底改变以往的拖拉、消极的态度，彻底消除个别学生在临近答辩时向老师索要设计成果，自己稍作修改应付了事的现象，杜绝“拿来主义”。

图3中展示了10个毕业设计题目分别对应的水文、地质和地形资料编号，一目了然。通过上述介绍可知，毕业设计自动选题系统在使用过程中会在一定程度上增加设计的难度和加大设计的工作量，但这会是对本科生四年专业知识学习的一个非常好的检视过程，考验学生对专业知识的融合消化的能力，对于提高学生创新能力具有很大的推动作用。同时，对于指导老师也是一个挑战，它需要指导老师全过程参与学生的毕业设计指导，不仅体现在专业能力上，更体现责任和担当。如此，便会消除部分教师指导学生懈怠、不作为的行为，在根本上做好立德树人，把好出口最后一关，做好培养出具有一定创新能力的人才的现代高等教育工作。

通过图4，可知本选题系统录入了现有最新的绝大多数专业技术规范，在生成毕业设计选题案例的同时，为相应的每个选题推荐出设计所需使用的规范。但同时也需要指导老师与学生共同制定设计目标，根据工程选址的具体情况进行方案比选，选择经济合理的坝型。图5中的水文数据是通过水文年鉴和其他公开的水文信息获取，保证了数据来源的真实性和可靠性。

上文中的图6为自主开发了地形抓取程序，通过设定一定的范围，可以一键启用Google Earth自动获取区域内的DEM高程图。并通过Global mapper处理为等高线数据，如图7所示。通过上述的自动化形式有效解决了图纸获取困难的窘境，并且保证地形地貌的原始性，确保学生的毕业设计工作从最为初始的勘察选址阶段开始，重视工程选址等一系列的关键设计环节，保证学生全过程参与设计工作，提高其专业知识的认知和学习能力。这种不同于传统的限定工程规模与位置的设计模式，增加学生对水利工程建设系统的认知和新体验，深度体现学生自主学习。在设计过程中，教师的作用不可替代，但学生作为整个学习过程中的主体，由完全“自上而下”的灌输式学习转换为“自下而上”的在自主体验、实践、探索中学习的新模式。

3 总结与讨论

本改革项目改变了根据实际工程进行选题的传统模式，采用水文、地质、地形资料的随机组合形成模拟选题，强化了选题的多变性，可提高学生自主学习的积极性，降低了选题的重复率和学生的抄袭率。同时，对提高指导教师的专业能力和道德素养起到了一定的积极推动作用，把好高等教育的出口最后一关，“以本为本、回归本科教育”，从根本上做好立德树人，培养出具有一定创新能力的新工科人才，促使高等工程教育迈向更高的一步。

此毕业设计选题系统不仅仅可用于水利水电工程专业的毕业设计，还可为本专业的课程设计提供良好的选择，由于基于VBA的毕业设计选题系统扩展性及兼容性强，在已建立的数据库基础上进行改动也可满足于其它专业毕业设计选题的需求，具有一定的借鉴意义。