疫情期间工程设计实施型毕业设计实现和指导方式创新————专访实践教学中心主任钱琳琳

疫情期间工程设计实施型毕业设计实现和指导方式创新————专访实践教学中心主任钱琳琳

一、您认为毕业设计的重要意义和工程设计实施型毕业设计的特点是什么？

本科毕业设计是学生在校学习期间的最后一门课程，是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。学生经过选题、开题、制订研究方案、实施具体实验、整理实验结果、分析实验数据，到最后撰写毕业论文和参加答辩，经历这样一个系统的、科学的研究过程，培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力的同时，对学生的思想品德、工作态度、工作作风等诸方面都会有很深远的影响，对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。

对于应用型院校，毕业设计是学生在校期间的最后实践和综合训练阶段，是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程，是学生学习、研究与实践成果的全面总结，是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验，是实现学生从学校学习到岗位工作的过渡环节，是学生毕业及学位资格认定的重要依据，是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。

工程改变世界，行动创造未来，以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，迫切需要培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。要想达到这个目的，在培养过程中贯彻OBE教学理念，不仅要求学生牢固掌握课堂基本知识，还要能将课堂中的知识应用到现场中去解决问题，学以致用，具备解决复杂工程问题的能力。对于电气工程及其自动化专业的学生，拟定毕业设计课题以工程设计实施类型为主，以切实贯彻落实OBE教学理念。以智能制造企业中某个连续（离散）生产过程的升级改造为背景，学生以乙方角色参与连续生产过程的升级改造过程，重点考察学生的工艺分析、生产优化、智能算法开发、控制系统设计、实施以及异常处理能力，目的是培养一流的具备连续过程行业工艺设计、优化、算法研发、控制系统设计、实施以及异常处理等综合能力的设计、开发人才。例如，基于PCS7的复杂聚合反应器系统综合控制与优化、基于冗余PLC的停车场引风机变频控制、基于PCS7的电烤箱温度Smith预估控制等毕业设计课题。

二、新冠疫情背景下基于网络的远程毕业设计创新模式如何实现

突如其来的新冠疫情使得学生们不能按照原计划返校进行线下教学，老师们也在开学前的三周调整教学方式、重新整合教学内容、学习新的网络教学工具，以应对新情况、解决新问题。过去网络教学只是一种辅助工具，现在走向了前台成为主要的教学手段，MOOC、蓝墨云班课、企业微信群、微信群、QQ群等各种教育平台和通讯软件变成了高校师生的“新宠”。教师在全新的大环境下进行着不断的尝试、不懈的努力和不停的思索……

对于理论课程，以“MOOC平台学习 +QQ群直播教学”、采用“翻转课堂”的形式不失为一种对学生学习有较好促进的教学改革方式，但对于综合性、实践性都很强的毕业设计课程，仅仅采用某一种形式的网上教学，势必难以达到正常的教学效果，很可能会使“培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力”的工科综合性大型实践课程最终“沦落”一本仅仅阐述理论的论文。如何在疫情的大背景下，最大限度地实现毕业设计的预期教学目的，需要分析毕业设计各个阶段的不同特点，采用不同的教学方式和学习方式。

1、开题之前搭建课题的硬件和软件平台

寒假之前三周时间的毕业设计任务是在学校以线下方式完成的，学生们主要进行了毕业设计的课题行业调研、文献资料阅读，选定了课题的实施方案；了解毕设使用平台的系统结构、组成和工作原理，进行控制网络的搭建和系统硬件的连接；安装课题需要的系统软件和应用软件；撰写并修改开题报告，顺利完成开题答辩。

图1控制网络搭建和系统硬件连接

2、课题所需理论内容的复习、学习和提高

毕业设计是学生对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面、系统地回顾和总结，针对课题所需要的理论知识，既要学生复习本科阶段的专业课程，例如，过程控制、现场总线技术、PLC与电气控制、计算机控制技术等，也要学习一些新的理论，如智能控制理论与应用、控制系统设计与仿真、变频器原理与应用等等。学习理论的阶段处于寒假后半程以及网上开学的前两周，教师提供电子版书籍、PPT、视频讲解等资料，采用学生自学、教师答疑的毕业设计指导方式。

图2 教师发送的毕业设计的部分理论学习资料截图

3、控制系统软件仿真和平台软件视频学习

在学生们完成了翻译英文文献、了解了系统工作原理、工艺流程、用户的控制要求之后，针对每个被控变量设计控制回路、并按照给定的数学模型进行控制算法和控制回路的MATLAB仿真。这部分内容学生居家用自己的笔记本电脑完成，教师通过微信群截图、语音、文件等方式进行远程指导、验收和修改，针对共性问题在QQ群里以共享屏幕方式进行讲解和分析。

图3  微信群仿真效果验收、QQ群里共享屏幕讲解和分析

学生完成毕业设计的平台是西门子PCS7过程控制系统平台，使用该平台完成系统的硬件组态、搭建控制回路、编写用户程序、完成监控功能。这是一套比较复杂的大型工业软件，在学生没暂时不能返校、不具有安装软件条件的情况下，采用由老师录制讲解视频的方式，学生远程下载、先行学习软件的功能和操作，对于存在的疑问教师远程具体解释。

图4 毕业设计软件平台和硬件平台功能讲解视频截图

4、毕业设计课题控制系统的远程操作与调试

 毕业设计是综合性大型实践性课程，尤其对于工程设计实施性的课题，设计和仿真工作完成之后，重头戏是具体的实施，这部分工作是非常依赖实验室的硬件设施的。在全国疫情群防群控的关键阶段，学生不能返校进行现场实际操作，如何完成课题的具体实施、使毕设任务不打折扣、“不缩水”地顺利进行下去，前期一直是困扰指导教师的难题。受到理论课网上教学的启发，充分挖掘互联网和平台软件的功能，在毕设第一阶段已经完成了课题的网络架构、硬件连线和软件安装的基础上，开始采用QQ软件授权远程操控的功能实现了毕业设计工程设计课题的具体实施。指导老师与每个毕业设计学生一对一QQ连接，学生远程操控实验室的计算机，教师负责计算机、课题所用实验设备的上电和启动。按照第三阶段的培训内容，学生远程在计算机上使用工业软件进行系统的硬件组态、回路搭建、程序编写和系统调试等，教师在实验室观察实验设备以及控制对象的现象，并通过微信群视频给学生及时反馈相关信息。如果出现硬件故障，教师反馈故障现象，引导学生自行考虑解决方法，然后由学生远程“指挥”老师排除故障，以锻炼学生分析问题、解决问题的能力；遇到难题则可以在群视频中与学生们共同探讨，针对调试中出现的新情况，指导学生不拘泥于理论、采用“独家”创新的方法进行优化和解决。学生们对于这种毕业设计具体实现方式感到十分新颖，除了需要“遥控”老师进行硬件操作外，其他功能都由他们远程“亲自”完成，在这一阶段的毕业设计工作中学生们收获了满满的成就感和幸福感。

图5 指导学生远程完成毕业设计中的工程项目实施环节

5、毕业论文来自前期工作的扎实推进和及时整理

撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，对于工科学生来说，完成毕业论文也是对毕业设计过程的梳理和、总结和升华。对于今年这场平实普通又别具一格的毕业设计，如何让学生按时保质完成最后一阶段的任务，关键还是在前几阶段工作的扎实推进和及时整理。对于前期每项工作都要求学生及时整理，包括理论知识、参考文献的摘抄和整理、实现平台具体实施过程的截图和注释等等。在撰写论文时将这些平时整理和积累素材填充到毕业论文的框架结构中就是一篇比较完整的论文草稿，后续工作就是对论文草稿的几轮修改。对于工程设计实施性的课题，独立完成工艺流程分析、对象特性分析、控制系统设计、生产流程优化、开车步骤设计、智能算法实现、实施以及异常处理，在撰写论文中将这一过程转化成文字叙述，相信不仅符合工科学士学位的要求，也会是一篇非常具有应用价值的论文。

三、教师在毕业设计指导中起到什么作用？

毕业设计是工科高校集中实践环节的重要组成部分，重在培养学生独立工作能力和综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力。指导教师和学生是完成毕业设计的共同参与者，教师的有效指导与学生的认真参与是完成毕业设计的基本条件。学生处于主导地位，教师处于从属的、辅导的地位，指导教师对学生毕业设计的指导是全方位的指导。尤其对于工程设计实施类的课题，教师在指导过程中起到的是项目“工程师”的作用。

 在全民战“疫”这样一个特殊环境下，学生居家学习、远程完成毕业设计，教师不仅要帮助学生完成本科最后一阶段的学习任务，更要在生活上、身心上关心学生，起到“人类灵魂工程师”的作用。在提醒学生加强自身防护、保证自身和家人健康的同时，对学生处于本阶段的焦虑给予尽可能的抚慰和化解，为他们考研、就业提供更多的关心和帮助。对于突发疫情要看社会主流，看国家治理能力和对生命的关爱，从这几个月中外疫情应对的不同形势、不同做法让学生充分理解社会主义制度的优越性，看到中国国力的增强、制造业的不断壮大，从而对中华民族伟大复兴更加充满信心。