基于创新能力培养的航空航天大类本科毕业设计制度研究

［摘 要］ 本科毕业设计环节以培养既有实践能力又有创新意识和创新能力人才为根本目标。在系统梳理现有毕业设计方案的基础上，提出了现有模式成效不显著的问题。重点阐述了创新实践基地培养模式、研究生指导本科生的“传帮带”培养模式、基于“双导师制”的联合培养模式、基于新型教学资源和技术手段的多元化指导模式的优势，也指出了其在创新能力培养方面的不足。基于不足提出了建立更科学的培养制度建设方向，主要包括创新实践课程体系构建，毕业设计选题的标准化与过程管理的规范化，探索审核与评价标准改革等方面。

［关键词］ 新工科；本科毕业设计；论文质量；创新能力培养；实践教学

［基金项目］ 2022年度陕西省高等教育教学改革研究重点项目“大学生创新训练、实习与学位论文环节融通培养新模式研究”（21ZZ004）

［作者简介］ 严启龙（1983—），男，湖南华容人，理学博士，西北工业大学航天学院教授，主要从事航空宇航学科的学科建设研究；敖 文（1988—），男，江西新余人，博士，西北工业大学航天学院副教授，主要从事推进技术及相关教学研究；岳晓奎（1970—），男，河南温县人，工学博士，西北工业大学航天学院教授，主要从事飞行器设计研究。

［中图分类号］ G640 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）18-0020-04 ［收稿日期］ 2023-03-15

引言

为了应对新一轮的科技革命和产业变革，支持服务创新驱动发展和“中国制造2025”等国家战略，教育部自2017年2月开始积极推进新工科建设。经过多年的实践和探索，已经形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等一系列具有代表性的方案，同时还发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》等文件，旨在探索并形成领跑全球工程教育的中国模式和经验，为高等教育强国建设提供有力支撑［1］。这就要求我国理工类高等院校加快建设和发展新工科，在工程科技创新和产业创新中扮演重要角色。

新工科是高等工程教育教学改革的新范式，其核心目标是提升高等工程人才培养质量，培养学生解决复杂工程实际问题的能力。作为航空航天大类本科人才培养的重要环节，毕业设计（论文）工作对培养学生的技术应用能力、创新实践能力与综合素养具有关键的作用。毕业设计阶段的专门培养训练，除了必须掌握传统工程设计的思想、一般程序、规范和方法，学生还要学会正确查阅、收集、分析、整理和使用有关资料、标准或手册，最终具备独立进行工程或产品设计的能力，提高软件应用、建模与理论计算、结构设计、程序代码编写、数据处理与图表绘制、编写技术报告的能力。最重要的是通过科研项目任务全流程参与，夯实学生的科学研究基本技能，提升其开拓创新能力［2］。基于此，在这个过程中应当注重培养学生发现问题、解决问题的能力，成为能独当一面、胜任相应岗位的优秀本科毕业生［3］。

一、大学生创新能力培养内涵分析

新工科高等教育的教学改革的重点是培养创新能力，这也是大学实行素质教育的核心要素［4］。创新思维是创新能力的重要组成部分，其中包括批判性思维、自主性思维、逆向思维和多元化思维等几个方面。批判性思维是通过辨析、评价和推断来解决问题的思维能力，可以帮助大学生摆脱传统观念的束缚和思维定式；自主性思维是指独立思考、自主判断的思维能力，可以培养学生的主动性和创造性；逆向思维则是指通过改变思考方向和角度，从反面或不同角度出发寻找解决问题的办法，培养学生的反思能力和创新思维；多元化思维是指拥有不同思维方式和角度的思考能力，可以帮助学生看到问题的多种可能性，并能够创造性地将不同的思维方式结合起来寻找更好的解决方案。

创新技能包括理论知识和实践技能两个方面。理论知识是创新活动的基础，其中包括通识常识、专业知识以及交叉知识等；实践技能是完成创新活动所必备的各种技能的统称，包括基本技能、专业技能和综合技能。基本技能指个体从事实践活动的初级能力，如信息检索、策划、组织和执行等。新工科人才服务于新兴产业，新工科专业对本科生的创新实践能力提出了更高的要求。高校应切实培养学生的创新精神、创业精神、批判思维和协调统筹等能力，以提高学生的创新实践能力。工科院校的各个课程和教学环节都应以提升和培养学生的分析、实践和创造能力为目标，以塑造学生的创新能力和工程实践能力，培养能够解决实际工程问题并从中获得成就感的工程师。

二、现有创新能力培养模式分析

（一）创新实践基地培养模式

基于现有工科生毕设存在的诸多问题，有人提出了以产学研合作培养为基础毕业设计新模式，比如在工业部门建立航空航天大类本科生毕设创新实践基地，少量选题或研究课题将源于实践基地。以飞行器动力工程专业为例，相关的企事业单位包括中国航空工业集团、中国航天科技集团、中国航天科工集团及中国兵器工业集团下属的各研究所或工厂，可通过校友联系、依托学校与这些单位的项目合作基础，建设一批专业实习实践、毕业设计基地。学校与航空航天企业、研究所通过毕业设计这一工作，共同培养优秀的工程技术人才。

在企业与院校导师的双重指导下，一方面，毕业设计应与工程实际紧密结合，比如发动机应用评估试验基地的现场教学更加直观；另一方面，毕业设计对学生而言是他们离开象牙塔前的一次真正意义上的“实战操练”，他们的专业知识和综合能力都将在这次“实战演练”中接受检验，这不仅会让学生的毕业“通行证”含金量得以提升，还会进一步提高学生的知识水平和综合能力。

然而，该模式仅针对学生的毕业设计环节，对其本科期间创新能力的培养缺乏考虑，很难将学生最后的毕业设计内容和自己所学课程内容联系起来。毕业设计的体系必须是完整且系统的，它是对学生之前所学内容的升华和总结。此外，对于航空航天等军工类科研院所或者企业，其任务烦琐，很多指导或联合培养只能流于形式，没有形成配套管理体制，工作推进水平每年都有较大差异，取决于企事业单位的领导决策层的执行力和重视程度，人为因素太多，难以与高校形成统一合力持续健康的发展。

（二）研究生指导本科生的“传帮带”培养模式

导师在指导学生参加各类竞赛或创新活动时，可引导不同层次学生参与，也可考虑多学科背景的学生共同完成某一工程课题，形成以研究生和毕业本科生传帮带低年级本科生为模式、多学科交叉融合的创新团队。一方面，研究生须要将自己所掌握的知识、技能和新鲜思路展示出来，体现自己的表达能力、教学能力；另一方面，本科生须要不断采取听、看、想、做、讨论与总结等形式，全方位提升自己的创新思维和综合能力；这里须要将个人努力与团队协作结合起来，有针对性地引导学生独立探索和自我开发能力与导师相互联系，以培养其自主创新、团结协作、主动求索的能力。

研究生与本科生融合培养也是一种趋势。西北工业大学、兰州大学、四川大学和清华大学等15所高校已经探索实行“本研一体化”，本科—硕士无缝对接，可见以工科院校为主。“本硕博一体化”也被称为“本研贯通”或“本硕博一体化”，这种人才培养模式比较新颖，意味着从本科入学开始，就会进入高水平的教育方式。其实了解“本研一体化”最直接的方式，就是学生可以连续攻读本科生、硕士研究生和博士研究生。西北工业大学早就成立了教育实验学院，实现了本研一体化大类培养，并推广了本科生导师制，在本科毕业设计改革方面走在了前列；近些年又成立航空类的“陈士橹飞天班”“黄玉珊航空班”“航空航天强基班”等一系列别具特色的本研衔接重点班，为发展新工科背景下高层次人才培养新模式奠定了基础。以这些班作为重点实验对象，倡导研究生对本科生多对一“传帮带”培养，切实可行。

此外，引导本科生尽早加入专业教师的科研实验室参与科研训练，在教师和研究生的帮助下，可以快速融入具体的科研项目工作，或者以部分工作为基础，申请国家级大创项目，取得一定研究成果后即可将其拓展为毕业设计课题。对于重点演示验证性或者集成性创新课题，可以由多名学生同时协作完成，以团队毕业设计的方式完成答辩，各成员要分工明确，每个人的工作量和培养目标要达到毕业（设计）论文要求。总之，安排本科学生提前进入教师课题组，他们能长时间与科研攻关团队一起工作，通过教师的言传身教，循序渐进，研究生将带领他们掌握科研的基本方法、思路、步骤和工作模式，这对快速提升其实践应用能力和创新能力很有帮助，尤其对一些已经获得保送研究生资格的学生来说，更是难得的提前感受读研的机会。

虽然该模式能够让学生尽早地融入科研环境，锻炼学生的创新能力，但是大多数学生在选择自己的导师或者方向时还没有考虑清楚，对于自己毕业设计也没有明确的认识，很大可能按照教师安排的内容开展工作。因此，必须让学生认识到毕业设计的重要性，同时根据学生、导师多方面的意见综合考虑，确定自己的选题以及科研方向。

（三）基于“双导师制”的联合培养模式

有别于专门的创新实践平台模式，探索指导模式多元化改革与实践，使毕业实习环节与毕业设计形成一体化方案，打破以往仅在固定单位实习的局面。由指导教师和二级单位共同出面联系多家备选实习地点，包括应届毕业生的意向或已经签约的企业、产学研合作单位等，再由学生自主灵活选择“实习+毕业设计”地点，并确定企业指导教师，结合企业实际研究或工作需要，有针对性地开展毕业设计。同时，在论文选题、校外导教遴选及过程监督方面须要建立标准的流程和方案。在“实习+毕业设计”过程中，要加强校内导师、学生及企业导师三方的及时联系与互动，保障毕设进度和质量。以笔者所在学院为例，在初步改革探索过程中，近年已新增实习企事业单位8家，聘请相关单位10余名专家作为校外兼职本科生导师，笔者所在的飞行器动力工程专业毕业生年均50余人，在校外开展“毕设+实习”的人数由原来的3人以内增加到10人以上，毕业设计的整体质量得以提升。

毕设与实习的穿插进行即结合工程实例的毕业实习，学生通过参观实际工程、生产设备厂家，对实际工程与专业设备有更直观的认识，在毕设中改进或应用其开展实验更得心应手。另外，在企业中选聘有经验的工程技术人员担任本科毕设兼职导师，与校内导师各有侧重，重点关注课题的工程应用瓶颈问题，学校教师更关注毕设的规范化与科学意义。可从基础知识讲授、论文写作、答辩技巧等方面进行指导。在此过程中，学校须要和企业合作签订相应的联合培养协议，规范流程，监督每个环节，保证校企联合指导下毕业论文的质量。

“双导师制”意味着更复杂的培养制度，学校或者实习单位必须为学生制定更为科学的管理模式，使学生在完成毕业设计过程中能够科学管理自己的时间。对于学生毕业设计完成度的评估，也需要单位和学校综合考虑，制定更为科学的审核和评估标准。

（四）基于新型教学资源和技术手段的多元化指导模式

大力挖掘移动互联网通信技术应用潜力，利用其发展专业方向的网络咨询平台，建立远程观测结合在线指导毕业设计的新方法，已经初步形成一定的方案并积累了诸多经验，由此可开创“互联网+毕业设计”新模式。在上述“双导师制”的基础上，充分利用经验丰富的企业技术人员作为校外指导教师，进行更频繁的线上指导和远程连线学习、设备操作。具体来讲，信息技术、大数据和人工智能辅助下的毕业设计指导工作，将更规范、更高效。利用现代信息技术合理进行毕业设计的指导工作，可以不断积累指导经验并总结一般性指导方案，供新导师和新生共同学习，如同专业方向遇到的常见问题和常用工具软件，都可汇总指导学习资料，建立智能化数据库，基于特定算法，根据学生的不同专业背景和学习基础自动生成个性化的指导方案。据调查，学生一般对网络学习有兴趣，愿意使用电子版教材，可以尝试通过网络资源提高学生的学习积极性。

可以定期组织针对航空航天大类同方向的指导教师开展某一类课题技术线上专题讲座，同时将讲座素材录入素材库，邀请全国同研究方向的学生和相关指导人员参加学习与交流。此外，可以让各自组织的学生就这一主题集中讨论，以获得更多的创新灵感。建立小型同行的毕业设计答疑平台，并设立多种沟通渠道，以便使单个指导教师无法解决的难题由全球学者共同解决。在此基础上，须要大力推广一般指导和具体讨论相结合的指导方式。指导教师可以通过线上和线下相结合的方式，根据不同的学生、不同的设计阶段及不同的问题，采取启发式、讨论式的方法进行指导。这种方式可以充分调动学生的主观能动性，着重培养学生分析问题、解决问题的独立工作能力。在此基础上，须要大力推广一般指导和具体讨论相结合的指导方式。在做一般性指导时，须要避免泛泛而谈和听之任之，应该将该原则贯穿毕业设计的始终。