李 偉， 張 科， 魯 寧

(1. 西北工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院, 西安 710072； 2. 中國(guó)科學(xué)院 自動(dòng)化研究所， 北京 100190)

0 引 言

黨的十八大以來，我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐，“新工科”的提出正是我國(guó)應(yīng)對(duì)新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展對(duì)工程教育改革和發(fā)展提出新挑戰(zhàn)的積極回應(yīng)[1-2]。在我國(guó)全面深化改革的大環(huán)境下，“新工科”建設(shè)不再是單一的局部考量，而是對(duì)我國(guó)工程教育發(fā)展的新思維、新方式的重大戰(zhàn)略選擇。由此可見，當(dāng)前地方高校應(yīng)積極探索多樣化、個(gè)性化的人才培養(yǎng)模式，從而滿足國(guó)家未來發(fā)展對(duì)復(fù)合創(chuàng)新型工程科技人才的需求[3-4]。

根據(jù)《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》所述，空天海洋領(lǐng)域是四個(gè)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，也是未來科技發(fā)展的新優(yōu)勢(shì)。針對(duì)航天產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)改革滯后性的問題[5-7]，以本科畢業(yè)設(shè)計(jì)改革為載體，重構(gòu)基于團(tuán)隊(duì)模式的航天綜合畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，為全面培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，提升創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，進(jìn)行了探索。

1 航天專業(yè)團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目介紹

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)航天專業(yè)人才實(shí)踐技能、創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是本科生在大學(xué)學(xué)習(xí)期間對(duì)所學(xué)知識(shí)深化與升華的重要階段[8-10]。航天專業(yè)團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生和教師都來自若干個(gè)不同專業(yè)，指導(dǎo)教師會(huì)根據(jù)每個(gè)學(xué)生的專業(yè)和能力合理分配任務(wù)，所有學(xué)生在教師團(tuán)隊(duì)的集中指導(dǎo)下，將共同完成一個(gè)系統(tǒng)性的工程項(xiàng)目[11-12]。在這種模式下，學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作、共同探討問題等方式，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的交流溝通能力，進(jìn)一步加快項(xiàng)目進(jìn)度，提高論文質(zhì)量。

2 基于團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐

2.1 教師團(tuán)隊(duì)組建

學(xué)院要對(duì)參與專業(yè)團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師資格具有嚴(yán)格要求[13]：① 團(tuán)隊(duì)里要具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)的資深教師；② 要有素質(zhì)良好、富有活力、長(zhǎng)期從事科研項(xiàng)目、具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師；③ 要根據(jù)畢設(shè)項(xiàng)目所涵蓋的專業(yè)領(lǐng)域合理優(yōu)化團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步完善教師梯隊(duì)的建設(shè)，學(xué)院還鼓勵(lì)各個(gè)課程群團(tuán)隊(duì)的青年教師積極參與到畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作中去，通過老教師的“傳、幫、帶”作用，實(shí)現(xiàn)教師隊(duì)伍建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。以在研的“空間碎片激光清理飛行器設(shè)計(jì)與地面實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目為例，該團(tuán)隊(duì)教師由5名教師組成，分別來自航空航天工程、飛行器設(shè)計(jì)、探測(cè)制導(dǎo)控制3個(gè)專業(yè)方向，在該項(xiàng)目中分別負(fù)責(zé)、整體統(tǒng)籌、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、軌道動(dòng)力學(xué)與姿態(tài)動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化算法設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等子項(xiàng)目的指導(dǎo)工作。在后期的工作中，指導(dǎo)教師以團(tuán)隊(duì)形式開展指導(dǎo)監(jiān)督，并堅(jiān)持“導(dǎo)師負(fù)責(zé)、聯(lián)合指導(dǎo)”的培養(yǎng)模式。

2.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)選題

選題工作在本科生的第7個(gè)學(xué)期中后期(每年11月份)開始，由參與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作的所有教師集中商議確定，所選課題需要結(jié)合當(dāng)前研究熱點(diǎn)，要具有一定的實(shí)踐性和創(chuàng)新性，還必須制定3～5年發(fā)展目標(biāo)和進(jìn)展計(jì)劃。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)具有一定的系統(tǒng)性、針對(duì)性和綜合性，其任務(wù)規(guī)模往往大于傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)、因此在制定子項(xiàng)目課題任務(wù)時(shí)，需要理清各個(gè)子課題之間的相互關(guān)系，能夠使學(xué)生通過密切協(xié)作較好地實(shí)現(xiàn)總課題目標(biāo)。

例如在“空間碎片激光清理飛行器設(shè)計(jì)與地面實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目中，研究?jī)?nèi)容包括:① 空間碎片激光清理飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析;② 空間碎片激光清理動(dòng)力學(xué)及過程分析;③ 空間碎片的碰撞概率問題研究;④ 激光清理空間碎片N脈沖軌道優(yōu)化設(shè)計(jì);⑤ 空間碎片激光清理飛行器姿態(tài)確定技術(shù);⑥ 空間碎片激光清理飛行器姿態(tài)控制技術(shù);⑦ 空間碎片激光清理飛行器聯(lián)合姿態(tài)控制;⑧ 空間碎片激光清理氣浮衛(wèi)星超聲波室內(nèi)定位技術(shù)研究;⑨ 空間碎片激光清理飛行器捕獲跟瞄與控制技術(shù)研究共9個(gè)題目。

2.3 學(xué)生團(tuán)隊(duì)組建環(huán)節(jié)

畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生主要來自飛行器設(shè)計(jì)與工程、探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)、飛行器動(dòng)力工程、航空航天工程4個(gè)專業(yè)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)組建的相關(guān)流程如圖1所示。在每年各個(gè)團(tuán)隊(duì)教師選題工作完畢后，學(xué)院組織大型的宣講會(huì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)的老師會(huì)一一上臺(tái)介紹自己團(tuán)隊(duì)的主要研究?jī)?nèi)容及3～5年的目標(biāo)，并向?qū)W生展示已取得的研究成果。學(xué)生根據(jù)老師們的介紹及需求，結(jié)合自己的專業(yè)和興趣自愿選擇團(tuán)隊(duì)加入。學(xué)生報(bào)名后，由團(tuán)隊(duì)教師面試并確定最終成員。學(xué)生團(tuán)隊(duì)組建后，指導(dǎo)教師要盡量滿足每位學(xué)生的專業(yè)興趣愛好，要根據(jù)每位學(xué)生的能力合理引導(dǎo)，使得人盡其能[14]。例如，團(tuán)隊(duì)中的學(xué)生可能來自不同專業(yè)不同班級(jí)，學(xué)生之間的熟悉程度不高，為了確保項(xiàng)目研究工作的順利開展，可以選擇交際能力強(qiáng)、專業(yè)水平較高的學(xué)生擔(dān)任組長(zhǎng)，由他負(fù)責(zé)指導(dǎo)教師和其他成員的信息溝通，必要時(shí)還可以輔助指導(dǎo)教師協(xié)調(diào)整個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究進(jìn)度。為了保證整個(gè)團(tuán)隊(duì)能夠在預(yù)定時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成相關(guān)任務(wù)，可以安排研究能力較弱的學(xué)生負(fù)責(zé)難度較低的子課題，確保整個(gè)項(xiàng)目能夠順利推進(jìn)，不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)學(xué)生而耽誤進(jìn)程。

圖1 學(xué)生團(tuán)隊(duì)組建流程

2.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題

學(xué)生團(tuán)隊(duì)人員在每年的秋季學(xué)期就確定了，距離開題時(shí)間還有1～2個(gè)月的時(shí)間。開題的工作流程如圖2所示，為了使學(xué)生深入理解畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求，激發(fā)他們的主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，這一階段，學(xué)生和指導(dǎo)教師可以通過多種形式進(jìn)行深入交流。如在小組會(huì)議上，指導(dǎo)教師需要向團(tuán)隊(duì)成員詳細(xì)介紹課題的背景，并強(qiáng)調(diào)責(zé)任觀念和協(xié)作態(tài)度對(duì)完成總課題的重要性。在此期間，指導(dǎo)教師還可以通過技術(shù)調(diào)研、程序編寫或報(bào)告撰寫等任務(wù)，進(jìn)一步了解每一位團(tuán)隊(duì)成員的專長(zhǎng)，必要時(shí)可對(duì)成員進(jìn)行二次分工。為了提升學(xué)生對(duì)總課題的認(rèn)識(shí)水平，指導(dǎo)教師可要求學(xué)生定期分享閱讀價(jià)值高的文獻(xiàn)資料，并在小組會(huì)上集體討論、研讀。團(tuán)隊(duì)成員間良好的工作氛圍，是保證設(shè)計(jì)過程效率的重要因素，因此，還需要指導(dǎo)教師在正式開題前，指導(dǎo)學(xué)生們制定總課題和子課題的進(jìn)度計(jì)劃，避免后期工作中出現(xiàn)被動(dòng)和推諉現(xiàn)象。根據(jù)畢業(yè)設(shè)行的要求，團(tuán)隊(duì)成員開題時(shí)需要提交一份學(xué)術(shù)水平較高的團(tuán)隊(duì)開題報(bào)告，這個(gè)開題報(bào)告要能體現(xiàn)總課題的構(gòu)想和各個(gè)子課題之間的聯(lián)系，不能是每個(gè)成員自己所寫報(bào)告的簡(jiǎn)單堆砌。具體內(nèi)容可包括：研究背景、研究目的、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、工作基礎(chǔ)、待解決的具體問題、預(yù)期的研究手段，詳細(xì)研究計(jì)劃等。開題報(bào)告撰寫完畢后，由學(xué)院統(tǒng)一組織進(jìn)行答辯，答辯會(huì)邀請(qǐng)的評(píng)委主要由學(xué)院的教學(xué)副院長(zhǎng)、教學(xué)督導(dǎo)組以及各個(gè)專業(yè)的教師組成。

圖2 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題工作流程

2.5 中期運(yùn)行與管理

開題報(bào)告完成后，接下來就是畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的主體階段(見圖3)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于團(tuán)隊(duì)協(xié)作開展工作的，首先需要給學(xué)生們創(chuàng)建一個(gè)溝通平臺(tái)。由于團(tuán)隊(duì)成員是短時(shí)間內(nèi)組建的，學(xué)生可能來自不同專業(yè)不同班級(jí)，如果沒有一個(gè)行之有效的溝通平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作將無從談起。為此，學(xué)院依托航天創(chuàng)新實(shí)踐中心為畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)立了單獨(dú)的工作室。在航天創(chuàng)新實(shí)踐中心里，學(xué)生可以通過校園網(wǎng)查閱大量的國(guó)內(nèi)外研究資料，并可以利用中心已有的車床、鉆臺(tái)、激光切割機(jī)、示波器、開發(fā)板等實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

對(duì)整個(gè)畢設(shè)過程進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)，避免只依據(jù)畢設(shè)答辯成績(jī)這種單一的評(píng)定方法[15]?？己藘?nèi)容包括學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握程度、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、問題分析能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)用等多個(gè)方面。在實(shí)施過程中團(tuán)隊(duì)管理按照下列形式開展工作。

(1) 個(gè)人工作周報(bào)。指導(dǎo)教師根據(jù)按月制定任務(wù)大節(jié)點(diǎn)及該節(jié)點(diǎn)需要提交的成果為每個(gè)學(xué)生下發(fā)任務(wù)書，學(xué)生根據(jù)任務(wù)大節(jié)點(diǎn)來制定每周的工作計(jì)劃，并在每周一上午將自己這周需要完成的工作發(fā)到微信群里，待到下周一，指導(dǎo)教師根據(jù)指定的計(jì)劃進(jìn)行工作檢查，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)展中遇到的技術(shù)問題進(jìn)行解答。采用周報(bào)的形式不僅可以將每個(gè)學(xué)生研究過程中各個(gè)階段的記錄作為后期對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)估依據(jù)，還可以了解個(gè)人對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生主動(dòng)工作的熱情。

圖3 畢業(yè)設(shè)計(jì)主體工作階段

(2) 小組技術(shù)論壇。學(xué)院要求團(tuán)隊(duì)成員每2周至少召開1次組內(nèi)例會(huì)進(jìn)行技術(shù)討論，并對(duì)會(huì)議進(jìn)行記錄；每月進(jìn)行1次階段性匯報(bào)，指導(dǎo)教師要根據(jù)每位學(xué)生匯報(bào)的內(nèi)容及工作中所遇到的困難，給予相應(yīng)的指導(dǎo)與建議，團(tuán)隊(duì)的其他同學(xué)也可在會(huì)上相互交換意見，共同調(diào)整下一階段團(tuán)隊(duì)的工作思路和方案。

2.6 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文編寫及答辯

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文編寫及答辯是畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的驗(yàn)收要提出宏觀與微觀要求，對(duì)每個(gè)子課題的完成情況要給予評(píng)價(jià)；學(xué)生最后提交的論文，要嚴(yán)格按照學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫要求進(jìn)行修改，論文要概念清晰、層次分明、論證深入、文筆流暢、文字圖表規(guī)范；答辯環(huán)節(jié)由學(xué)院統(tǒng)一組織，評(píng)委由教務(wù)處、教學(xué)副院長(zhǎng)、教學(xué)督導(dǎo)組及各專業(yè)教師組成。學(xué)生答辯采取統(tǒng)一PPT模板、以團(tuán)隊(duì)為單位依次答辯，每個(gè)團(tuán)隊(duì)答辯除了要求每位成員針對(duì)自己子課題內(nèi)容進(jìn)行答辯外，還要求團(tuán)隊(duì)組長(zhǎng)針對(duì)整個(gè)課題的工作情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并說明每位成員工作與整個(gè)課題的聯(lián)系。在畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)上，除了按照傳統(tǒng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)外，還考慮團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目整體完成情況對(duì)個(gè)人得分的影響，從而以此增強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)感。在畢業(yè)答辯后，學(xué)院要求指導(dǎo)教師和學(xué)生針對(duì)近半年的畢設(shè)工作認(rèn)真總結(jié)分析，反思不足，同時(shí)要結(jié)合本次工作所遺留的問題，進(jìn)一步規(guī)劃來年的團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，為來年工作做好充分準(zhǔn)備。

3 航天專業(yè)團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)體會(huì)

以多名不同專業(yè)學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)共同完成一個(gè)項(xiàng)目

的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，自2015年起已在3屆本科畢業(yè)生中實(shí)施，期間得到教務(wù)處的大力支持。該畢業(yè)設(shè)計(jì)不同以往的模式，研究成果不只局限于簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)仿真或紙上談兵，它要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)在畢設(shè)答辯時(shí)能夠拿出實(shí)物模型或原理樣機(jī)。每一個(gè)課題都具有學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，這就要求學(xué)院在指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)、學(xué)生團(tuán)隊(duì)、中期運(yùn)行管理和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)上都要進(jìn)行深入改革，這種畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革也是在當(dāng)前國(guó)家“新工科”背景下迫切需要的。

通過3年的畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)施，在9個(gè)大項(xiàng)目的實(shí)施過程中，學(xué)院力求“科研反哺教學(xué)”，團(tuán)隊(duì)工作的順利開展借助了大量科研設(shè)備?；鸺瓶煞蛛x式巡飛器系統(tǒng)、NAO機(jī)器人目標(biāo)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及空間碎片激光清理飛行器設(shè)計(jì)與地面實(shí)驗(yàn)3個(gè)綜合畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)用能力的效果比較明顯，后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)仍可沿用。

4 結(jié) 語

在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，國(guó)家需要的是一批理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力突出、研究能力強(qiáng)的工程技術(shù)人員。航天專業(yè)團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)正是在“新工科”建設(shè)背景下，大力推行的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革項(xiàng)目。以團(tuán)隊(duì)共同完成一個(gè)項(xiàng)目的畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，使學(xué)生互相學(xué)習(xí)，互相探討，取長(zhǎng)補(bǔ)短，克服自己存在的不足；還可以加深學(xué)生對(duì)從事科學(xué)研究體會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事科學(xué)研究的能力。該項(xiàng)目最重要的是針對(duì)一個(gè)具體工程問題，從理論研究、計(jì)算分析，再到實(shí)物實(shí)驗(yàn)，將整個(gè)工程研究的的環(huán)節(jié)貫穿畢業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)階段，使學(xué)生得到了充分的鍛煉。航天團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)是具有特色的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，取得了良好的效果，體現(xiàn)了面向航天專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)特色，具有創(chuàng)新性。