开放性实验和专业课程设计包延伸的交通工程专业综合毕业设计实施模式研究

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  摘要:本文以交通工程行业和社会需求为导向、提高毕业设计综合性实践训练为目标,提出了开放性实验、专业课程设计包、综合毕业设计逐级延伸的模式,加强学生对应用型工程课程包中相关系统层次性、衔接性的整体分析能力。即以开放性实验数据为基础,开展课程设计训练,将课程设计的部分方案引入综合毕业设计,作为综合毕业设计的输入条件,最终形成前后知识点衔接的递进式交通工程专业综合毕业设计创新模式。按照逆向实施思路,设计逐级延伸的交通工程专业综合设计的流程,明确流程中的关键环节和各环节的控制要素。提出建立从“开放性实验、课程设计”到“综合毕业设计”的跟踪管理系统的构想,针对不同学生需求,对毕业设计考核方法提出改革建议。
  关键词:开放性实验;专业课程设计包;综合毕业设计;逐级延伸;流程;管理系统
  中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)43-0003-04
  一、交通工程专业毕业设计背景
  毕业设计是卓越工程师教育培养计划最后一个综合性实践教学环节,培养学生具备综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,以及独立分析与解决本专业范围内有关工程应用问题的能力,使学生得到从事实际工作所必需的基本训练和进行科学研究工作的初步能力。然而目前交通工程专业本科毕业设计设定为一人一题,且以研究性或某阶段工程设计性为主,因此已有的毕业设计方式无法培养学生建立综合交通系统规划、设计、建设、管理与控制全生命周期、全过程的思考方式,进而降低了学生跨专业、跨学科、交叉性的综合实践能力。另一方面,毕业设计还存在模式单一、选题有限、墨守成规、与学生的就业发展和深造需求存在一定距离、与校企实践基地结合不够紧密等问题,造成交通工程专业交通规划设计与管理方向、交通信息方向、道路与机场工程方向、城市轨道交通工程方向本科毕业生选作毕业设计的比例相差较大。其中交通规划设计与管理方向、交通信息方向的本科生多选做毕业论文,而选择毕业设计的学生比例偏低,城市轨道交通工程方向、道路工程方向本科生选作毕业设计比例较高。为了改变这种不平衡现象,实现毕业设计综合性实践训练的目的,急需研究以交通工程行业和社会需求为导向、结合本科生专业兴趣、依托校企实践基地的多种毕业设计模式。
  二、关键概念
  1.开放性实验。交通工程专业设置的开放性实验中有专业基础类实验、工程实践类实验(校企联合实验室)、自主创新类实验(大学生创新基地)等类型。
  2.专业课程设计包。交通工程专业核心课程《交通规划》、《交通设计》、《交通管理与控制》在应用领域存在有机联系,《交通规划》侧重交通需求分析基础理论和交通引导城市发展理论;《交通设计》侧重在交通规划思想和理论指导下的交通系统、交通设施网络的设计方法与技术;《交通管理与控制》侧重于交通规划目标下城市道路系统运行与管理的基本理论。将这三门课程的课程设计组成“城市交通规划与管理”课程设计包,设置课程设计包的根本出发点是适应近年来交通学科不断强调“综合性”、“实践性”的发展需求,克服原有交通学科细分课程体系中日益突出的知识点“重叠”与“泛化”倾向,通过梳理课程的知识点和教学大纲,提高三门核心课程设计包之间的整体性、连贯性及课程设计效率。形成由基础实验、基础理论、深化实验、案例分析、课外实践题目组成的完整教学体系。取得课程设计包1 1 1>3的教学效果,对于优势专业实践教学竞争力的提升具有引领作用。
  3.逐级延伸的交通工程专业综合毕业设计。逐级延伸是针对本科生的开放性实验、课程设计、综合毕业设计相关内容的连贯性提出的概念。即为了加强学生对应用型工程课程包中相关系统层次性、衔接性的整体分析能力,提出以开放性实验数据为基础,开展课程设计训练,将课程设计的部分方案引入综合毕业设计,作为综合毕业设计的输入条件,最终形成前后知识点衔接的递进式交通工程专业综合毕业设计创新模式。
  三、国内外高校本科生毕业设计现状分析
  1.国内各高校毕业设计类型、模式和存在问题。东南大学专业本科毕业设计选题类型分为企业工程设计、工程方案论证、工程技术研究和相关应用软件开发等,并对不同类型的课题,提出了相应的成果提交形式,毕业设计的成果通常包括毕业论文、外文翻译、设计图纸等三类。同济大学本科生毕业设计选题类型与东南大学类似。本科生毕业设计实施流程分为毕业设计任务下达、选题、完成开题报告、中期检查、完成论文和论文答辩等环节,时间一般安排在第8个学期,时间跨度一般为14~16周左右。目前有三种毕业设计方式:真题真做,教师指导学生做企业的工程设计项目。课题研究,毕业论文所做的课题是教师的科研项目或是与企业合作的横向课题。企业出题,学生参与设计,发挥主动性。交通工程专业对毕业论文的要求通常是选题应结合企业实际项目或结合学校科研项目拟题,通常要求一人一题;毕业设计同样设定为一人一题,且以某阶段工程设计为主。由此可知,一人一题的工作方法对学生应对实际工程需要的实践能力锻炼并不深入,进而降低了学生跨专业、跨学科、交叉性的综合实践能力,也无法锻炼学生的团队协作能力。目前同济大学交通工程专业毕业的本科生50%~65%继续在国内外高校或研究所深造攻读研究生,其余本科生直接就业。继续攻读研究生的同学完成毕业论文的过程中仍然要完成交通专业设计的工作,受限于时间和精力,往往专业设计质量不高,达不到卓越工程师培养要求。由于毕业设计采取的考核方法是对整个毕业设计期间学生的学习态度、设计成果、答辩情况的笼统考核,缺乏对毕业设计各个阶段针对性考核,较难体现学生的学习态度与设计水平,并且是集中一次考评,学生根本没有改过的机会;同时,也难以控制个别学生抄袭、蒙混过关的现象,毕业设计质量参差不齐。国内高校本科毕业设计以毕业论文和毕业设计为主,从多年执行情况来看,范自柱认为毕业设计存在5个方面的问题:认识误区;传统的毕业设计时间安排不合理;选题不合理;轻实践重论文;其他原因,如缺少经费和激励措施、师生缺少沟通等。钟轶峰、张亮亮将毕业设计存在的问题归纳为4个方面:高校扩招及就业压力影响;选题单一,与学生的就业发展存在一定距离;设计内容多而不精,学生工作量偏大;毕业设计评价陈旧。周军认为我国工程应用型本科大学毕业设计存在的问题有:深度不够或无自己的特点;低水平重复过多,创新能力不足;内容不充实或整体工作量不足;外文能力欠缺,外文资料与设计内容相关性不强;毕业设计撰写不规范,并分析了存在这些问题的根本原因在于:优质教学和科研资源紧张;就业压力;实践教学质量不高;教师把关不严。   2.国外高校做法。美国绝大多数高校在学生在校期间都提供了比较多的实践机会,因此很多高校并没有毕业设计和毕业论文作为本科教学的检验,甚至美国的硕士教育也大都没有毕业设计和毕业论文。许多研究型大学仅仅为大四学生开设“顶峰体验”课程,教师提出课题,希望学生综合运用大学四年所学的知识和技能予以解答,但不要求写毕业论文。虽然没有本科生毕业论文,但美国的本科生接受着一以贯之的研究型教育,各种小论文、小试验等取代了大论文、大试验,很多学校甚至设立了科研学分。如美国麻省理工学院在1969年就创设了“本科研究机会计划”;加州大学洛杉矶分校在20世纪80年代设立了“本科生研究中心”,伯克利分校于1997年成立了“本科生研究办公室”,科研学分是16分;耶鲁大学也为一年级的本科新生设立了“指导研究”项目。可见,本科生科研已成为世界一流大学教育的重要组成部分,本科生的学术水平也逐步得到肯定。美国高校除了研究型教育,同样非常重视训练运用知识解决实际问题的能力。比如在美国北卡州大,同时有毕业设计和毕业论文两种形式,学生的毕业论文或设计是由3~5人一组完成的,历时两个学期。第一个学期,学生根据企业需要或自己积累的知识,提出课题方案和可行性分析,让老师和其他同学评判。第二学期,根据第一学期提出的方案,实施研究工作。等学期结束时,每一个组公开作一个报告,递交一篇论文。老师根据论文的质量和学生平时的表现来决定每一个学生的成绩。在研究中所需的费用,由企业或学校提供。这样,学生就有了应用所学的理论知识解决一个实际问题的机会。在学生分组过程中,他们还特意将不同专业学生搭配在一个课题组里完成毕业论文或设计,如机械系的学生设计设备,计算机系的学生设计软件,纺织工程系的学生完成工艺流程的设计,商学院的学生完成产业化方案。
  德国工程应用型大学通常以实践为导向,特别强调学生在企业实践能力的培养。课堂教学密切联系企业实际,其课程设置和内容多偏重于应用,除必要的基础理论外,不开纯理论的课程。毕业时既可以获得所学的专业文凭,又可以取得职业资格证书。由于毕业生十分适应市场对各类人才的培养需求,很受企业及社会的欢迎。这类大学学生的毕业设计主要以校企合作的方式为主。德国应用科学大学不为学生指定毕业设计题目,学生必须自己到企业寻找毕业设计课题,但允许从多种渠道选择自己感兴趣的题目。德国联邦政府和州政府提供相关经费和企业优惠的政策、制定法规,支持高校学生到企业去做毕业设计。英国高校也不是所有的专业都要求写毕业论文,有的是必修的,有的是选修的,而大部分是毕业论文以研究课题为主。
  四、开放性实验和专业课程设计延伸的毕业设计实施模式分析
  在开放性实验类型中选取能与交通专业课程设计包对应的内容,形成延伸教学的专业基础实验,将基础实验的数据结果保留,作为交通工程专业课程设计包的基础输入数据,形成专业课程设计包的专项设计方案,在专项设计方案基础上鼓励本科生依托大学生创新基地和校企联合实验室继续开展自主创新类的毕业设计,形成递进式实践训练的毕业设计模式,以此训练本科生成为卓越工程师所需的践行技术创新并解决未来工程问题的能力。
  1.理论、实践、创新逐级引导的知识传授模式,训练本科生主动思考融会贯通能力。课程包的教学大纲和知识点梳理与调整中,注重课程之间的关联性、理论与实验课程的协调整合、课内教学与课外实践的联系。通过基本概念、基础理论、实验计算、案例分析、校外专家讲座(每年维持在12~15次/年)、指导学生参加全国大学生交通科技大赛、校级交通科技大赛等实践活动,实现理论、实践、创新逐级引导的知识传授模式,激发学生研究兴趣,使学生进入三年级就尝试利用所学知识分析和解决实际交通工程问题。
  2.逐级延伸的交通工程专业综合毕业设计模式实施流程设计。按照逆向实施思路,设计逐级延伸的交通工程专业综合设计的流程,明确流程中的关键环节和各环节的控制要素。首先应根据专业特点和课程体系确定综合毕业设计的分类,据此对三年级的专业课程设计内容以及开放性实验提出要求。即通过课程设计,使学生掌握综合毕业设计所需的专业技术和分析方法;通过开放性实验或实践,使学生掌握综合毕业设计所需的设备仪器的使用方法、交通数据的采集与处理方法。根据交通工程专业的特点、毕业生需求,以及作者所在单位教学实际情况,将综合毕业设计分为两大类:城市片区综合交通改善;建设项目交通影响评价与周边区域交通系统改善设计。为满足这两类毕业设计需求,对《交通规划》、《交通设计》和《交通管理与控制》三门专业核心课程中课程设计的内容进行调整。《交通规划》课程设计要求学生掌握交通需求分析预测方法和交通仿真软件使用方法。《交通设计》课程设计要求学生掌握各类交通基础设施的优化改善设计方法。《交通管理与控制》课程设计要求学生掌握交通信号和控制策略的优化设计方法。通过以上课程设计,使学生基本具备了开展综合毕业设计的理论方法基础。在开放性实验方面,依托教育部重点实验室的先进教学设备,精心设计针对“城市交通规划与管理”课程设计包的教学实验。例如,以下四类实验内容:实验一:交通规划通用软件建模与分析实验,加深学生对于交通规划模型的理解,培养学生使用主流的交通规划软件。实验二:平面交叉口不同控制方法比较分析实验。对单点交叉口定时控制进行信号配时方案设计,并根据配时方案进行相应的仿真实验。实验三:平面干线交叉口交通信号联动控制信号配时设计实验。针对干线的多个交叉口开展信号联动控制关键参数的调整对信号配时及干线交通流运行的影响程度的实验。实验四:基于驾驶模拟的交通设计方案分析实验。从驾驶员适应性分析这一对交通设计方案优化具有核心影响的内容入手,让学生通过实验进行方案比选的同时,掌握基本分析方法和各方案的适应性分析实验数据。
  3.逐级延伸的交通工程专业综合毕业设计模式实施保障措施和技术支持。开展逐级延伸的交通工程专业综合毕业设计后,毕业设计的实践性更强、工作方式更为灵活。以往按照统一时间节点进行突击检查的毕业设计质量控制方式不能适应需要,有必要建立一套从“开放性实验、课程设计”到“综合毕业设计”的跟踪管理系统。学生从本科三年级进入开放性实验和课程设计环节之后,就应通过该管理系统将实验内容、数据成果以及各种设计资料录入系统,作为四年级开展综合毕业设计的准备资料和选题依据,学生之间通过系统可以对各种资料进行共享。指导教师可以根据学生开放性实验和课程设计工作内容,在系统中对学生毕业设计选题给出范围和建议。学生毕业设计执行过程中,需按周、按月在系统中录入工作进度,指导教师需及时在系统中审核学生进度,并给出具体建议。如果学生没有按时录入进度,系统能够予以自提示或警告。如果教师未按规定及时评估学生进度,或者提出的建议太简略,也不能通过系统审核。因此,跟踪管理系统不仅能够为学生和教师提供毕业设计选题交流平台和数据资源共享平台,更是对毕业设计学生和教师工作的监管平台,解决了以往重点突击考核学生而对指导教师考核力度不够的问题。目前作者所在单位已经建立了毕业设计管理系统,对学生和指导教师的工作过程起到了良好的监督作用。在考核方面,综合毕业设计应转变以往统一时间节点考核的方式,给学生更多自由发挥空间。在学校规定的毕业设计统一截止时间内,如果学生或小组的工作进度较快,可申请由指导教师和其他两名专业教师进行一次预评估。教师团队根据毕业设计跟踪管理系统中学生以往的工作积累和工作进度进行评估,如果认为学生提前并高质量完成了毕业设计的全部任务,学生即可提前获得毕业设计学分。对于继续学习深造的学生,可在毕业设计之后继续参与导师的研究课题;而直接工作的学生,可以利用毕业设计之后的时间参加工作实习。这种考核方式对于提高学生毕业设计的积极性非常有利,避免了以往毕业设计前期松懈后期紧张的低效率现象。
  本文系统分析了交通工程专业毕业设计长期以来存在的主要问题,结合国外高校的成功经验,提出了开放性实验、专业课程设计、综合毕业设计逐级延伸的模式。按照逆向实施思路,设计逐级延伸的交通工程专业综合设计的流程,明确流程中的关键环节和各环节的控制要素。并提出交通工程专业方向综合毕业设计的类型、相应课程设计的内容以及开放性实验内容协调建议。为了保障主机延伸的综合毕业设计实施效果,提出建立从“开放性实验、课程设计”到“综合毕业设计”的跟踪管理系统构想,既为学生提供毕业设计资源平台,同时能够对学生和教师的工作进行质量控制。
  参考文献:
  [1]程琳.课程论视角下的本科生企业实习问题研究[D].复旦大学,2012.
  [2]吴娇蓉,孙海浩.交通工程学科实验教学体系研究[J].实验室研究与探索,2012,(31):2.
  [3]吴娇蓉,辛飞飞,林航飞.提升学生实践能力的卓越课程《交通规划》教学改革研究[J].教育教学论坛,2012,(36):10.
  [4]同济大学本科生毕业设计(论文)工作手册[Z].2014.
  基金项目:该论文为2013年上海高校本科重点教学改革资助项目
  作者简介:吴娇蓉,同济大学交通运输工程学院,系副主任,教授。
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