毕业设计培养工科学生创新能力的思考

摘要:基于本科教学多年经验，以岩土工程方向为例，对工科学生本科毕业设计中创新能力的正确认识，以及从毕业选题环节、设计过程环节、评价环节等方面培养创新思维进行了探讨分析。在此基础上，基于土木工程专业岩土工程方向学科特点，对毕业设计选题类型进行了分析。

关键词:毕业设计;创新思维;岩土工程;毕业选题

现代社会发展、特别是信息技术的发展对教育提出了新的、更高的要求。要构建适应信息社会发展的高等教育体系，必须在教育体制、教育方式、教学方法等诸多方面有创新性发展，培养创新性人才，为“大众创业，万众创新”的战略提供人才和知识支持。本科毕业阶段的实践环节，即毕业设计(论文)是教学过程的最后阶段，通过该阶段训练能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习，对培养学生创新思维，提高综合素质有重要作用，也是高等工程教育教学改革的重点和难点之一。近年来，许多高校进行了毕业设计阶段的改革与探索，从毕业设计教学创新体系建设、立题和过程管理、毕业设计全过程考核评价体系建设、创新能力培养等方面取得了丰富成果［1－3］。

一、对大学生创新能力的认识

创新思维不同于常规的模仿思维，具有跳跃性、发散性、独创性等特征。它主要利用已有认识和知识为基本素材，采用非常规思维来认识未知世界。新的科学原理的发现、市场欢迎的产品的研发、优秀艺术作品的创作、有效的企业管理模式都是创新思维的结果。所以，从学校教学教育入手，培养学生创新思维，对学生走向社会后的发展会产生重要影响［4］。创新的关键在一个“新”字，从工程学科角度看，所谓新，既包括基本原理和基本理论的创新，也包括工程方法、手段的创新。所以，应该针对学生学习成绩、兴趣等，有不同的要求，更要允许学生大胆突破传统，在已有基本概念基础上开拓思维、发展新理论，创新新方法。而对于绝大部分学生来说，他们未来主要从事实际工程问题，应以解决工程问题为目的，在解决问题的过程中从工艺、设备等角度进行改进、创新，这样日积月累，也可以产生大的理论创新。以岩土工程为例，由于岩土体的特性，虽然主要理论体系已形成，但其中许多理论和工程实践仍带有很大的经验性，在工程实践中需要综合判断。这种现状为该学科理论创新提供了很大空间，比如非饱和土的有效应力及有效应力原理、土的本构理论等，远没有达到理论完善，工程应用中往往将计算结果做为参考，而经验判断仍然十分重要。在目前岩土工程中常见的基坑支护及基坑稳定性、高填方工程工后沉降及稳定性等方面，不管是理论基础还是工程方法都有许多问题需要解决。这些说明，创新的空间存在于学科任何知识点，关键是在平时课堂教学和实践教学中如何提高学生对学科和未知世界的兴趣，继而培养学生创新意识和创新能力。

二、毕业设计方式创新

毕业设计是本科教学最后一个环节，也是对整个教学效果的检验和综合应用。毕业方式创新包括选题环节、设计过程环节、评价环节等的创新。从选题环节看，目前工科专业本科毕业设计大都采用指导教师指定设计题目、学生按照毕业设计指导书进行设计、指导教师定期或不定期进行辅导或检查，最后进行毕业答辩的过程。目前存在的主要问题是，没有注重启发学生发现问题这个环节，而是直接给学生某一问题让他去解决，而这个问题本身可能并没有多少科学价值，毕业设计方式也显得单一［5］。要创新，首先要能发现问题，不能发现问题也就不可能有发明创造。目前，学生选题都流于形式，由指导教师直接指定，这是由于目前大学教育评价方式决定的。重科研轻教学，老师没有时间、也不愿意在这方面耗费精力。毕业设计阶段应留有一定时间让学生自己通过调研、查阅资料、和老师交流等方式，发现需要解决的科学问题，形成解决问题的科学思路和方法。这个时间段甚至可以更早些，可提前数周就让学生准备。当然，这个过程需要教师细心指导，多沟通，最终也不是每个学生都能通过这个方式进行选题的，但这个过程毫无疑问对学生是个锻炼和培养。有些虽形不成科学问题或没有形成解决的具体方法，但可能成为以后发现或解决科学问题的基础。创新的基础是思维创新，需要轻松的环境，也需要有一定的压力。所谓环境轻松，主要是要给学生思考的自由，敢于挑战现有理论和权威，要有和老师进行自由讨论、辩论的环境，而这是我们的教育最缺乏的。对于敢于提出问题的学生要给予鼓励和奖励，对通过自己思考发现了重要科学问题并选择毕业设计题目或方向的学生，其结果不一定是圆满的，或者有可能在有限的时间中没有得到预期的结果。对于这种情况，应该在教学规定上给予指导教师一定灵活度，比如延长毕业设计时间，或者达到某一程度也可认为达到毕业要求等。给学生压力也是必要的，由于社会大环境的影响，部分学生学习兴趣不大，不专注于毕业设计。因此，指导教师应严要求、勤检查，对学生和社会负责，没达到毕业要求的学生严格按照规定处理。在毕业设计过程中培养创新。创新首先是思维创新，要从基本概念上下功夫。在某一学科的创新是一个逐渐形成、完善的过程。在毕业设计阶段，学生可以在具体、细节的某一点进行改进、创新，如计算方法、应用原理、设备或工艺、程序方法等的改进。为此，指导教师要让学生首先理解毕业设计中遇到的现有规范、手册、教材中各种规定或方法的原理、机理。在此基础上，鼓励学生发现其中不完善、甚至错误的东西，通过小组讨论提高对问题的认识，把年轻人的活跃思维充分调动起来，让学生敢于思考、敢于提出问题和解决问题的办法。对学生的不同观点和认识，老师要以科学的态度对待，通过分析、讨论达到共识，若达不到统一认识，可留待以后继续研究。此外，我们强调培养学生创新思维，并不是要求每个学生在毕业生设计中一定要有创新性成果。每个学生基础知识水平不同、长期形成的思维模式不同、个性不同，毕业设计水平自然不同。对大部分学生，首先是培养一种创新意识，对以后工作和人生起到良好作用。毕业设计中能满足正常任务要求，达到工程设计等目的就是合格的。

三、毕业设计选题创新

除了前述让学生参与或自主选题的要求外，毕业设计题目本身对毕业设计的效果十分重要［6］。毕业设计所包含内容可以覆盖较多知识体系，也可以集中在某一点。在岩土工程专业或方向毕业设计中，可以完成建筑工程的结构设计，包括上部结构和岩土工程部分，后者可以是地基基础、基坑支护、边坡支护等;也可以全部进行岩土工程的内容。具体选择可根据学生兴趣、特长，对已确定工作单位的学生，还可以依据可能的工作性质等确定。从毕业设计内容上看，我们在近几年实践中，岩土工程方向毕业设计主要包括以下内容:1．岩土工程勘察。岩土工程勘察是岩土工程的基础，通过该内容毕业设计，可使学生具体掌握岩土工程勘察的方法、步骤、内容，增强对岩土体的认识，让学生充分理解土的物理性质和力学性质指标的获取方法、用途和相互关系，学会从勘察的角度对建筑场地和地基进行评价，认识工程勘察与工程设计、施工之间的关系。进行岩土工程勘察毕业设计对学生以后工作和学生在岩土工程学科进行创新有非常重要的作用。由于岩土体性质的不确定性非常突出，因此，对其认识方法、手段和评价显得非常重要，而目前的工程和科研实际存在许多不足之处。正确认识这些问题，有利于学科创新。岩土工程勘察是一个系统的过程，但由于条件和时间限制，完成整个过程的勘察是不现实的。为此，我们将毕业实习和毕业设计相结合，比如，现场描述和土类命名主要通过正在进行的工程的实习完成，由现场技术人员讲解。毕业设计任务中提供的现场描述和室内试验、原位测试数据都是实际工程原始数据。学生根据原现场描述和土工试验对土进行分层，然后进行各分层土性指标的统计和评价等工作。2．地基基础设计。根据我校地处西部特点，主要进行黄土场地地基基础设计，包括湿陷性黄土地基处理、CFG地基处理、桩基础等。上部结构的结构形式、传至基础顶面的荷载等都是由设计院提供的实际工程案例。学生根据自己完成的岩土工程勘察数据或者指导教师提供的土层工程特性指标和相应的规范进行相关设计。进行地基基础设计时，地基基础选型是很重要一环，既要满足安全要求，还要经济可行。比如高层建筑的CFG桩复合地基、桩基础和与筏板基础之间的选择，要通过承载力、变形和经济指标的比较才能确定，既涉及到岩土工程特性指标的合理选择、地基基础基本概念的正确理解，也与工程实践中施工、造价等有关。通过多环节分析、设计，既可提高学生对本专业的兴趣和认识水平，也有利于学生发现问题，为学科提高和创新发展创造条件。3．基坑工程设计。在岩土工程方向课程设计中已进行过基坑支护设计，但其基坑深度较浅，通过土钉墙或单排锚索+排桩即可达到支护目的。毕业设计中完成的基坑工程深度较深，设计计算明显复杂。学生可完成基坑支护或基坑降水设计。前者通常为3～4排锚索+排桩支护，后者为井点降水。4．边坡治理。设计任务书中，建筑场地位于边坡底或顶部，要求学生完成边坡的安全性评价和加固处理设计。以上几部分内容之间可组合为一个完整的毕业设计。而以下内容可分别单独为一个毕业设计。5．地下结构设计。一般为地下车库、商场、地铁车站等，因为此部分设计包括功能要求，所以需配备建筑学专业的指导教师。该设计内容包括了建筑学、结构工程和岩土工程。6．动力机器基础设计。对于大型机器设备，如发电机组等，其不同于一般建筑物地基基础，基础设计有其特殊性。设计题目取自于设计院的实际工程，通常设计内容包括动力荷载计算、动力基础框架结构设计和桩基础设计等。7．隧道设计。对取自实际隧道工程的题目，让学生完成隧道围岩分级、围岩压力、围岩支护设计与施工等。8．其他。除了以上内容外，根据实际情况，我们还有学生依托老师的科研或生产项目进行试验、计算、理论分析等，完成毕业论文。结语在毕业设计中培养创新思维，是一项需要长期探索的系统工程。通过这些年的实践，我们初步建立了一套既能满足正常专业培养要求，又能在一定程度上有所提高、有所创新的毕业设计模式，以针对具体情况，适应不同学生的要求。但为了适应未来形势的要求，还必须与时俱进，继续探索，以使工科学生毕业设计不断创新，使学生创新能力不断提高。

参考文献:

［1］高琪，李位星，廖晓钟．工科专业本科毕业设计全过程考核评价体系研究［J］．实验室研究与探索，2013，11(32):393—397．

［2］彭秀英．立题和过程管理是提高毕业设计质量的保证［J］．中国大学教学，2012(3):75—76．

［3］童乐为，罗烈，刘沈如，等．土木工程专业毕业设计教学创新体系建设探讨［J］．高等建筑教育，2010，2(19):111—114．

［4］蒋太岩．培养创造性人才应具备的基本条件与对策［J］．中国高教研究，2000(4):40—41．

［5］姚直书，宋海清．提高岩土工程专业方向毕业设计质量的有效措施［J］．安徽建筑工业学院学报(自然科学版)，2009，4(17):43—45．

［6］翟聚云，卫国祥，马明江．土木工程专业岩土工程方向毕业设计选题研究［J］．高等建筑教育，2014，3(23):107—109．

作者：冯志焱 韦锋 罗少锋 单位：西安建筑科技大学 土木工程学院 榆林学院