航天专业团队毕业设计模式改革与实践

李 伟， 张 科， 鲁 宁

(1. 西北工业大学 航天学院, 西安 710072； 2. 中国科学院 自动化研究所， 北京 100190)

0 引 言

党的十八大以来，我国加快转变经济产业升级步伐，“新工科”的提出正是我国应对新经济蓬勃发展对工程教育改革和发展提出新挑战的积极回应[1-2]。在我国全面深化改革的大环境下，“新工科”建设不再是单一的局部考量，而是对我国工程教育发展的新思维、新方式的重大战略选择。由此可见，当前地方高校应积极探索多样化、个性化的人才培养模式，从而满足国家未来发展对复合创新型工程科技人才的需求[3-4]。

根据《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》所述，空天海洋领域是四个战略性产业之一，也是未来科技发展的新优势。针对航天产业人才培养改革滞后性的问题[5-7]，以本科毕业设计改革为载体，重构基于团队模式的航天综合毕业设计团队，为全面培养学生的工程意识，提升创新能力和综合素质，进行了探索。

1 航天专业团队毕业设计项目介绍

本科毕业设计是培养航天专业人才实践技能、创造能力和创新意识的重要环节，是本科生在大学学习期间对所学知识深化与升华的重要阶段[8-10]。航天专业团队毕业设计的学生和教师都来自若干个不同专业，指导教师会根据每个学生的专业和能力合理分配任务，所有学生在教师团队的集中指导下，将共同完成一个系统性的工程项目[11-12]。在这种模式下，学生通过团队协作、共同探讨问题等方式，逐渐培养学生的交流沟通能力，进一步加快项目进度，提高论文质量。

2 基于团队设计项目的本科毕业设计实践

2.1 教师团队组建

学院要对参与专业团队毕业设计的指导教师资格具有严格要求[13]：① 团队里要具有丰富教学经验和系统专业知识的资深教师；② 要有素质良好、富有活力、长期从事科研项目、具有丰富工程实践经验的教师；③ 要根据毕设项目所涵盖的专业领域合理优化团队结构。为了进一步完善教师梯队的建设，学院还鼓励各个课程群团队的青年教师积极参与到毕业设计指导工作中去，通过老教师的“传、帮、带”作用，实现教师队伍建设的可持续发展。以在研的“空间碎片激光清理飞行器设计与地面实验”项目为例，该团队教师由5名教师组成，分别来自航空航天工程、飞行器设计、探测制导控制3个专业方向，在该项目中分别负责、整体统筹、结构设计、地面实验系统、轨道动力学与姿态动力学、优化算法设计、控制系统设计等子项目的指导工作。在后期的工作中，指导教师以团队形式开展指导监督，并坚持“导师负责、联合指导”的培养模式。

2.2 毕业设计选题

选题工作在本科生的第7个学期中后期(每年11月份)开始，由参与毕业设计指导工作的所有教师集中商议确定，所选课题需要结合当前研究热点，要具有一定的实践性和创新性，还必须制定3～5年发展目标和进展计划。由于毕业设计具有一定的系统性、针对性和综合性，其任务规模往往大于传统毕业设计、因此在制定子项目课题任务时，需要理清各个子课题之间的相互关系，能够使学生通过密切协作较好地实现总课题目标。

例如在“空间碎片激光清理飞行器设计与地面实验”项目中，研究内容包括:① 空间碎片激光清理飞行器结构设计与分析;② 空间碎片激光清理动力学及过程分析;③ 空间碎片的碰撞概率问题研究;④ 激光清理空间碎片N脉冲轨道优化设计;⑤ 空间碎片激光清理飞行器姿态确定技术;⑥ 空间碎片激光清理飞行器姿态控制技术;⑦ 空间碎片激光清理飞行器联合姿态控制;⑧ 空间碎片激光清理气浮卫星超声波室内定位技术研究;⑨ 空间碎片激光清理飞行器捕获跟瞄与控制技术研究共9个题目。

2.3 学生团队组建环节

毕业设计团队的学生主要来自飞行器设计与工程、探测制导与控制技术、飞行器动力工程、航空航天工程4个专业，学生团队组建的相关流程如图1所示。在每年各个团队教师选题工作完毕后，学院组织大型的宣讲会，每个团队的老师会一一上台介绍自己团队的主要研究内容及3～5年的目标，并向学生展示已取得的研究成果。学生根据老师们的介绍及需求，结合自己的专业和兴趣自愿选择团队加入。学生报名后，由团队教师面试并确定最终成员。学生团队组建后，指导教师要尽量满足每位学生的专业兴趣爱好，要根据每位学生的能力合理引导，使得人尽其能[14]。例如，团队中的学生可能来自不同专业不同班级，学生之间的熟悉程度不高，为了确保项目研究工作的顺利开展，可以选择交际能力强、专业水平较高的学生担任组长，由他负责指导教师和其他成员的信息沟通，必要时还可以辅助指导教师协调整个团队的研究进度。为了保证整个团队能够在预定时间节点完成相关任务，可以安排研究能力较弱的学生负责难度较低的子课题，确保整个项目能够顺利推进，不会因为某一个学生而耽误进程。

图1 学生团队组建流程

2.4 毕业设计开题

学生团队人员在每年的秋季学期就确定了，距离开题时间还有1～2个月的时间。开题的工作流程如图2所示，为了使学生深入理解毕业设计的目的和要求，激发他们的主动学习热情，这一阶段，学生和指导教师可以通过多种形式进行深入交流。如在小组会议上，指导教师需要向团队成员详细介绍课题的背景，并强调责任观念和协作态度对完成总课题的重要性。在此期间，指导教师还可以通过技术调研、程序编写或报告撰写等任务，进一步了解每一位团队成员的专长，必要时可对成员进行二次分工。为了提升学生对总课题的认识水平，指导教师可要求学生定期分享阅读价值高的文献资料，并在小组会上集体讨论、研读。团队成员间良好的工作氛围，是保证设计过程效率的重要因素，因此，还需要指导教师在正式开题前，指导学生们制定总课题和子课题的进度计划，避免后期工作中出现被动和推诿现象。根据毕业设行的要求，团队成员开题时需要提交一份学术水平较高的团队开题报告，这个开题报告要能体现总课题的构想和各个子课题之间的联系，不能是每个成员自己所写报告的简单堆砌。具体内容可包括：研究背景、研究目的、国内外研究现状、工作基础、待解决的具体问题、预期的研究手段，详细研究计划等。开题报告撰写完毕后，由学院统一组织进行答辩，答辩会邀请的评委主要由学院的教学副院长、教学督导组以及各个专业的教师组成。

图2 毕业设计开题工作流程

2.5 中期运行与管理

开题报告完成后，接下来就是毕业设计工作的主体阶段(见图3)，毕业设计是基于团队协作开展工作的，首先需要给学生们创建一个沟通平台。由于团队成员是短时间内组建的，学生可能来自不同专业不同班级，如果没有一个行之有效的沟通平台，团队协作将无从谈起。为此，学院依托航天创新实践中心为毕业设计团队设立了单独的工作室。在航天创新实践中心里，学生可以通过校园网查阅大量的国内外研究资料，并可以利用中心已有的车床、钻台、激光切割机、示波器、开发板等实验设备。

对整个毕设过程进行过程性评价，避免只依据毕设答辩成绩这种单一的评定方法[15]。考核内容包括学生对专业知识的掌握程度、实验设计能力、问题分析能力以及团队协用等多个方面。在实施过程中团队管理按照下列形式开展工作。

(1) 个人工作周报。指导教师根据按月制定任务大节点及该节点需要提交的成果为每个学生下发任务书，学生根据任务大节点来制定每周的工作计划，并在每周一上午将自己这周需要完成的工作发到微信群里，待到下周一，指导教师根据指定的计划进行工作检查，并对项目进展中遇到的技术问题进行解答。采用周报的形式不仅可以将每个学生研究过程中各个阶段的记录作为后期对学生毕业设计成绩的评估依据，还可以了解个人对整个项目的贡献，进一步激发学生主动工作的热情。

图3 毕业设计主体工作阶段

(2) 小组技术论坛。学院要求团队成员每2周至少召开1次组内例会进行技术讨论，并对会议进行记录；每月进行1次阶段性汇报，指导教师要根据每位学生汇报的内容及工作中所遇到的困难，给予相应的指导与建议，团队的其他同学也可在会上相互交换意见，共同调整下一阶段团队的工作思路和方案。

2.6 毕业设计论文编写及答辩

毕业设计论文编写及答辩是毕业设计的最后环节，指导教师对整个项目的验收要提出宏观与微观要求，对每个子课题的完成情况要给予评价；学生最后提交的论文，要严格按照学校对毕业设计论文的撰写要求进行修改，论文要概念清晰、层次分明、论证深入、文笔流畅、文字图表规范；答辩环节由学院统一组织，评委由教务处、教学副院长、教学督导组及各专业教师组成。学生答辩采取统一PPT模板、以团队为单位依次答辩，每个团队答辩除了要求每位成员针对自己子课题内容进行答辩外，还要求团队组长针对整个课题的工作情况进行简要介绍，并说明每位成员工作与整个课题的联系。在毕业设计评分标准上，除了按照传统评分标准外，还考虑团队项目整体完成情况对个人得分的影响，从而以此增强其团队意识和团队荣誉感。在毕业答辩后，学院要求指导教师和学生针对近半年的毕设工作认真总结分析，反思不足，同时要结合本次工作所遗留的问题，进一步规划来年的团队毕业设计内容，为来年工作做好充分准备。

3 航天专业团队毕业设计体会

以多名不同专业学生组成团队共同完成一个项目

的毕业设计工作，自2015年起已在3届本科毕业生中实施，期间得到教务处的大力支持。该毕业设计不同以往的模式，研究成果不只局限于简单的计算机仿真或纸上谈兵，它要求每个团队在毕设答辩时能够拿出实物模型或原理样机。每一个课题都具有学科交叉、综合性强的特点，这就要求学院在指导教师团队、学生团队、中期运行管理和评分标准上都要进行深入改革，这种毕业设计环节的教学改革也是在当前国家“新工科”背景下迫切需要的。

通过3年的毕业设计实施，在9个大项目的实施过程中，学院力求“科研反哺教学”，团队工作的顺利开展借助了大量科研设备。火箭助推可分离式巡飞器系统、NAO机器人目标检测实验系统及空间碎片激光清理飞行器设计与地面实验3个综合毕业设计项目对培养大学生创新能力、团队协用能力的效果比较明显，后续毕业设计仍可沿用。

4 结 语

在新科技革命、新产业革命、新经济环境下，国家需要的是一批理论基础扎实、实践能力突出、研究能力强的工程技术人员。航天专业团队毕业设计正是在“新工科”建设背景下，大力推行的毕业设计改革项目。以团队共同完成一个项目的毕业设计不仅可以培养学生的团队协作精神，使学生互相学习，互相探讨，取长补短，克服自己存在的不足；还可以加深学生对从事科学研究体会，培养学生独立从事科学研究的能力。该项目最重要的是针对一个具体工程问题，从理论研究、计算分析，再到实物实验，将整个工程研究的的环节贯穿毕业设计整个阶段，使学生得到了充分的锻炼。航天团队毕业设计是具有特色的毕业设计教学模式，取得了良好的效果，体现了面向航天专业培养应用型人才的教学特色，具有创新性。