采矿工程专业本科生毕业论文模式探索与实践

论文作者: 发布时间:2020-10-07
    摘要:毕业论文(设计)作为本科培养计划中最重要的综合性教学环节,其实施效果对达成培养学生解决复杂问题能力的目标具有重要影响。为培养大学生解决复杂工程问题的创新能力,中国矿业大学采矿工程专业围绕毕业论文模式进行了自主选题、学科交叉、前沿研究、与创新训练计划项目相结合等一系列探索与实践,取得了显著成效,为相关工科专业毕业论文改革提供了有益借鉴。


  关键词:复杂工程问题;毕业论文;过程考核;实验设计


  我国成为《华盛顿协议》正式缔约成员,不仅有力促进了我国工程专业毕业生走向国际,同时充分体现了工程教育面向世界与未来的新时代内涵[1-3]。《华盛顿协议》要求,通过认证的专业不仅要深入理解和把握复杂工程问题,更要按照国际实质等效原则培养学生具有解决复杂工程问题的能力[4-6]。根据认证标准,毕业要求被分解成可考核的具体指标点,每项指标点则由相关课程和实践环节支撑。其中,本科毕业论文(设计)作为本科培养计划中最重要的综合性教学环节,是大学所学课程知识的系统总结,目的是培养大学生综合运用理论知识和基本技能的能力、解决生产实践及科学研究中复杂工程问题的创新能力[7-10]。为培养学生解决复杂工程问题的能力,我校采矿工程专业围绕毕业论文进行了一系列改革与实践,取得了显著成效。


  1解决复杂工程问题能力要求


  1.1复杂工程问题的特征


  《华盛顿协议》[4]与中国工程教育专业认证协会[11]制定了7条界定特征(见图1),需要知识的深度是复杂工程问题须具有的必备特征,其余特征是可选的。


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  图1复杂工程问题的界定特征


  解决复杂工程问题的能力是工科专业合格毕业生必须具备的最本质要求。对学生解决复杂工程问题能力的培养是一项系统性、全局性的工作。在具体开展能力培养工作之前,需要将能力要求予以分解和落实,将工科专业制定的每条能力要求分解和细化成对知识、能力或素质的明确、清晰和具体的要求。其中,毕业论文(设计)重点培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力,是培养学生解决复杂工程问题的能力的重要途径与集中体现。


  1.2采矿工程专业复杂工程问题特征


  解决复杂工程问题能力不仅是我国高校拟认证工科专业毕业生必须具备的核心能力。毕业论文(设计)是我校采矿工程专业学生培养最重要的一项综合性教学环节,主要是培养学生运用大学阶段所学基础理论、专业知识和基本技能,以文献检索、室内实验、相似模拟、数值模拟、现场测试、理论计算与分析等研究手段中的一种或几种(体现“需要知识的深度”这一本质特征),独立分析和解决煤炭等能源资源开发中的复杂工程问题。例如,学生在实习矿井发现工作面区段煤柱变形严重,难以保障工作面通风、运输与行人安全需要。为此,学生提出以“深井大采高工作面区段煤柱变形破坏规律及稳定性控制研究”为研究主题,通过现场调研与跟踪观测、文献检索,构建区段煤柱结构力学模型和数值计算模型,分析区段煤柱变形破坏主要影响因素及演化规律,提出合理煤柱尺寸等控制技术。该论文能够系统锻炼学生发现、分析和解决复杂工程问题的能力。


  通过开展毕业论文,使学生巩固所学知识、拓展认识空间,培养和提高学生掌握分析和解决煤炭等能源资源开发中的某一工程难题的能力,并能够考虑对社会、健康、安全、法律、文化、环境、经济、社会可持续发展的影响,知晓应承担的责任,着力增强学生的综合创新能力、实践能力和协作精神。


  2传统毕业论文存在问题


  我校采矿工程专业在2017年以前,主要采用毕业设计的形式,任务下达与完成时间控制在大四下学期内。毕业设计主要包括一般部分、专题以及翻译3部分。一般部分:结合实习矿井的地质条件,完成一个矿井初步设计的大部分内容,设计内容多,知识覆盖面广,能起到专业知识的系统学习与巩固提高的作用;专题部分:围绕矿井建设中的一个工程问题展开,要求学生广泛调研收集现场资料与文献检索分析,对提高学生解决实际问题的能力具有较大帮助;翻译部分:要求学生翻译一篇相关外文研究文献,有利于提高专业英语能力、开拓学生的国际视野。这种毕业设计存在以下问题:


  (1)设计内容多,较难细致深入。传统毕业设计包含内容多,大量细节需要考虑。矿井地质赋存条件不同,相应的矿井开拓、准备与回采工艺方案等随之改变,需要耗费学生大量的时间去合理设计。同时,专题部分需要学生查阅大量文献,翻译部分需要学生学习专业词汇翻译,每部分都需要一定时间才能高质量地完成。由于毕业设计时间有限,大量的设计内容会造成学生压力过大、时间精力分配不均,较难细致深入完成设计内容。如果学生前期时间安排不合理,后期工作量和压力就会日益增大,导致任务出发点好但实施效果不佳。


  (2)设计框架一致,相似度较高。一般部分设计内容框架基本一致,由于矿井数目有限,大量地质生产条件信息相近,本届学生与往届学生的设计题目可能一样,加上设计思路、参考的设计规范一致,学生的毕业设计重复率较高,同时也很难保证毕业设计的质量。部分学生在设计过程中可能存在抄袭、流水作业等不良现象,缺乏独立思考,造成毕业设计质量不高。


  (3)形式内容固化,不利于创新能力培养。传统毕业设计规范及步骤具有高度一致性,设计内容固化,不利于锻炼学生发散思维与自主创新能力。专题部分学生可以自由选择专题进行探讨,但由于时间和精力所限,难以深入研究,往往只是简单论述,在一定程度上限制了学生的创新能力培养。


  3毕业论文主要改革举措


  针对传统毕业设计存在的问题,在2017年进行了毕业论文(设计)改革,以培养学生解决实际复杂工程问题的创新能力为导向,制定了学生毕业论文(设计)的时间安排及质量要求。通过开展毕业论文(设计)改革,使学生了解常用解决生产实际问题的方法和手段,能熟练运用其中一种或多种方法,并综合运用掌握的数学、自然科学、工程基础和专业知识,分析、解决某一复杂能源资源开发工程问题。


  3.1毕业论文(设计)改革要求


  毕业论文(设计)改革有以下4点要求:


  (1)“一必备”。要求学生必备深入的工程知识和综合运用基本原理分析方法才能解决论文研究课题,凸出了“需要知识的深度”的必备特征要求。


  (2)“两熟悉”。要求熟悉学士论文模式框架和相关文献检索工具,熟悉工程研究活动的基本规律和核心精神。


  (3)“三掌握”。掌握文献综述方式和论文写作的基本技能,掌握表达展示论文价值的主要方法,掌握工程研究学术规范。


  (4)“四培养”。培养学生学习和运用新理论、新方法、新工艺、新技术解决实际问题的基本能力,培养学生基于科学原理与科学方法开展研究的科研能力,培养学生设计实验、分析数据、得到科学结论、撰写科技报告和提出研究成果的研究实践能力,培养学生发现新问题、设计新构思、提出新方法、取得新成果的创新能力。


  3.2新型毕业论文模式改革举措


  (1)自主选题方式,提高学生主动性。在选题方面,推行“学生自主选题与指导教师推荐选题”相结合的方式,毕业论文形式不拘一格,学生可自由选择进行毕业设计或毕业论文,毕业设计可定位于采矿专项设计(如煤与伴生物协调开采设计、地表减沉设计、水资源保护设计等)。区分本科毕业论文与研究生论文的深度、难度差异,定位于解决一个复杂工程问题,采用理论分析、实验室实验、数值模拟、现场实测等一种或多种方法进行深入研究,还可进行团队论文或外文论文,不拘于形式。鼓励学生在矿山实习过程中发现问题、提出问题,同时,指导教师结合科研经历启示论文研究的重点内容和研究方法,点拨学生明晰研究思路。自主选题能保证学生充分结合自身兴趣选择及自己支配时间精力开展研究,提高了学生论文研究的兴趣性和主动性。


  (2)合理设计论文选题,系统锻炼学生解决复杂工程问题的能力。论文选题以培养“解决复杂工程问题”创新能力为导向,要求学生形成完整的学术论文系统,即包含选题背景、研究意义、国内外研究现状、研究内容及方法、各章总结、结论与展望等部分,从论文选题设计出发全面培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的系统创新能力。


  (3)与大学生创新训练课题及导师制结合,促进创新意识培养。采矿工程专业学生自大二开始申报国家级、省部级、校级、国家重点实验室、教育部重点实验室及学院大学生创新训练计划课题,通过广泛动员和积极组织,学生参与比例超过70%。结合学生主持或参与的大学生创新训练课题,对研究内容进行深入剖析,应用掌握的基础理论、实验方法与数值软件等自主设计研究路线,完成研究内容,提出创新性研究成果。利用大学生导师制,提前谋划学生论文主题,及早开展论文选题与实验设计,在交流探讨过程中不断培养学生创新意识。


  (4)强化过程考核,提高学生成绩与能力培养。加强毕业论文过程考核,划分为选题、期中、期末、答辩4个管理阶段,严格按照毕业论文规范制定时间计划,明确各阶段所占的成绩比例,量化各指标点,使毕业论文成绩可准确反映学生掌握知识的程度和解决复杂工程问题的能力,更注重学生本身的过程锻炼与能力培养。采取良好导向和适当加压方式培养学生,在毕业论文教学考核各环节中,适当给予学生一定的紧迫感和压力感,约束学生的惰性、提高学生的主动性。


  (5)充分利用学科专业优势资源,强化学生实践创新能力。国家重点实验室是国家聚集和培养科学家、开展高水平学术研究交流的重要基地,也是高校实践教学的主战场[12]。采矿工程是国家重点学科和品牌特色专业,拥有国家重点实验室和国家级实验教学示范中心等一流平台,为学生开展论文研究提供了优势资源。采矿工程虚拟实验教学中心已建成虚拟仿真实验网络信息平台,实现了虚拟仿真实验教学资源的智能化和网络化管理,学生在进行毕业论文(设计)期间可以自由选择实验时间和实验内容、自主配置虚拟实验仪器设备、自由搭建实验设备仪器开展实验活动[13]。学生充分结合研究主题进行煤岩物理力学测试、微观结构特征分析、多物理场耦合物理模拟等实验,同时学习应用有限元、离散元等计算机软件进行数值建模分析,提高了论文研究的广度和深度,着力培养了学生实践创新能力。


  4毕业论文改革实践成效


  实践表明,毕业论文改革取得了显著成效。第一,开放了学生的发散思维,学生可以选择感兴趣的课题,有利于调动学生的自主性和积极性。第二,部分优秀学生的毕业论文已经接近研究生毕业论文水平,很好地锻炼了学生的专业素养,为继续深造提供了有力支撑;第三,提高了学生解决实际复杂工程问题的能力,形成了科学的思维方式和创新意识,为独立从事技术管理与科研等工作奠定了坚实基础。


  (1)锻炼了学生发现、分析与解决复杂工程问题的能力。从学生选题、现场调研、文献分析、师生互动与小组交流讨论、开展实验室实验、数值模拟分析、撰写论文、PPT汇报与答辩等环节,系统培养了学生发现、分析与解决复杂工程问题的能力。


  (2)培养了学生创新意识。贯穿毕业论文各个环节,学生与指导教师频繁互动探讨、辩论,在交流碰撞中迸发创新的火花,激发了学生的创新意识。指导教师结合自身教学、科研实践经历,启发学生学习新知识、发现新问题、提出新方法,培养了学生“敢为天下先”的创新意识。


  (3)提高了学生创新实践能力。学生在完成毕业论文要求过程中,达到了培养学生综合运用基本理论、基本知识和基本技能解决复杂工程问题的能力要求,集中培养了发散思维、独立工作、团队协作、分析和解决复杂工程问题等创新实践能力。


  (4)取得了高水平毕业论文成果。学生在面对具有一定难度的复杂工程问题时,能运用基础理论知识与实验模拟手段提出有效的解决办法,2/3以上学生取得了显著的创新成果,有的论文被评为校级、省级优秀毕业论文和优秀毕业论文团队,成绩优异。


  致谢:感谢采矿工程系各位教师在座谈中提供的思路和建议,感谢中国矿业大学矿业工程学院采矿工程系学生王浩然、梁宁宁等提出的宝贵意见。
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