工科专业课计算类课程设计指导方法与答辩方式探索
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摘 要：工科专业课计算类课程设计具有很强的专业特色，要求学生掌握一定的计算能力，在本科培养方案中占据重要地位。文章分析了课设过程中实施指导和答辩考核存在的问题，结合水利水电工程专业“水资源规划与利用”课程设计的教授经验，提出了课设启动之初的思维引导、课设过程中的答疑指导、课设结束的答辩总结指导的全过程指导方法，以及答辩准备、答辩过程、成绩判定标准的课程设计答辩方式。文章为工科专业课计算类课程设计提供一个可借鉴的思路和范例。
关键词：工科专业课;计算类课程设计;全过程指导;指导方法;答辩方式
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2019）06-0060-03
专业课课程设计作为本科生的实践教学方式之一，是对专业知识的进一步巩固和系统综合应用，是本科生培养方案中的重要环节，可很好地激发学生的创新能力[1]。欧美发达国家的本科生专业课教学中，实践环节占了总课时的1/3左右，我国高校也愈来愈重视实践课程[2]。最新（2015版本）的《工程教育专业认证标准》（中国工程教育专业认证协会）在课程体系设置中，明确指出了对实践教学环节的要求：本科专业认证中评估课程体系对培养目标、毕业要求的支撑度和关联性。工科专业课计算类课程的设计具有专业特色突出、问题导向和应用性强、计算要求较高等特点，单门课程学习差别较大，因此在有限的课程设计周期中如何高效有针对性地指导学生，合理有进度地开展课程设计是非常重要的。同时在设计工作完成之后，教师如何合理开展考核评定，并给出各个学生成绩也是重点。本文从指导方法与答辩方式角度，分析总结工科专业课计算类课程设计存在的问题，结合教授课程设计的经验，探索性地提出此类课程设计指导方法和答辩考核方式。
一、工科专业课计算类课程设计存在的问题分析
工科专业课计算类课程设计主要分为选题、任务分配、实施指导、考核评定四个环节。目前除了存在选题内容单一相似、任务分配过程中缺乏促进团队合作和沟通能力的培养等问题之外[3-5]，在实施指导和考核评定方面也存在很多问题。
（一）实施指导方面
学生因对课程设计重要性和课设题目难易程度认识不够、自主性不强等，常出现时间分配不合理、前松后紧的设计局面，容易导致在未能完全吸收相关知识的前提下，草草完成课程设计的现象，不能很好地进行具体问题思考和系统应用知识[6]。设计思路往往依赖教师提供或参照类似资料生搬硬套，部分学生甚至直接抄袭他人计算成果[7]，不能很好地体现创造性，不能达到课程设计的实践教学目的。
同时由于当前大多院校课程设计都安排在课程结束之后，这段时间往往是其他课程授课期、考试高峰期或课程设计扎堆期，且专用的课程设计教室不多、给定的课程设计时间有限（大部分为1—2周），这就导致学生以及指导教师都无法在固定时间固定教室开展设计和指导工作，且部分课程的学生数远远超过教师数目，无法确保实现一对一的指导方式。
（二）考核评定方面
当前课程设计在考核评定方面没有制定相对固定的流程及方式，成绩评定主要依据出勤及平时表现、设计报告书及其质量、设计答辩状况等。出勤及平时表现，没有明确负责考核的主体，主要靠学生自觉;设计书报告存在抄录或相似情况，往往无法客观判断;设计答辩具体考核哪些内容没有相对标准。因此，考核评定的方式和评定出的成绩往往不够真实客观，缺乏公正性[8]。
二、课程设计指导方法的探索
专业课课程设计指导工作虽然处于选题和任务分配环节之后，但从课程设计整体、课设进度安排、设计效率等方面考虑，建议在进程上实行从课设启动之初、课设过程中、课设结束的答辩的全过程指导;在管理上实行指导教师全面负责、班长负责全班考勤和设计纪律、各组长负责协调组内工作（若以小组为单位，设小组长一名）的分层次管理模式。
下面以我们所指导的水利水电工程专业课计算类课程“水资源规划与利用”为例进行说明。
（一）课设启动之初——课设安排和要求说明，设计思维引导
课程设计正式启动之初，教师提供不同课程设计题目，讲解课程设计性质、设计任务、时间进度安排、成果及报告撰写要求，阐明不同课设题目的基本资料情况、具体设计内容、需要掌握的知识群，及重点、难点、深度和广度，引导学生开展创新性思考。学生或小组根据实际情况自由选择题目开展设计工作。
“水资源规划与利用”课程设计内容紧密衔接专业课课程，主要包括兴利调节计算、洪水调节计算、水能计算与水电站在电力系统中的运行方式、水电站及水库主要参数选择等。不同的题目要求掌握的知识点不同，设计的思路和方法不同，难易程度也不同。本课程设计由于这些年来每年的学生数均超160人，若采取个人答辩的形式，时间上有点不切实际，因此采取小组的形式，根据参加课设总人数情况，设定小组人数（一般4—6人不等），由学生自由组合并自由选择设计题目，要求各小组内每位学生均提交自己的设计报告书。设计内容方面以兴利调节计算内容为例，本课程设计分别提供了新疆博斯腾湖流域、青山水库、拟建水库X的背景资料，任务是掌握兴利调节的原理和计算方法，能合理确定年及多年调节水库的V兴和Z蓄，以及学会编制相应的计算软件系统。提供的背景资料主要包括实例区基本情况、水库特征曲线、特征水位、特征库容、水库水量损失，需要注意概念理解和特征水位、特征库容的计算或确定。
（二）课设过程中——多方式答疑，设计过程指导
基于课程设计启动之初开展的准备工作，学生进一步熟悉任务书及背景资料，根据要求开展设计。课设过程中，对学生的指导和答疑主要以三种方式展开，一是设计专用教室满足的情况下，教师随时到教室，若不能满足，则固定几个答疑时间，找好教室，教师过来指导;二是有问题的学生随时预约，不定時指导;三是发email、短信、微信、QQ随时联系、随时指导。答疑过程中建议多以研讨方式对学生加以引导启发，促进学生独立思考、分析和解决实际问题。 以“水资源规划与利用”课程设计中的兴利调节计算内容为例，有的学生误以为年调节情况下丰水期就是7—9月份;有的学生对兴利调节计算中多次充蓄的原理和计算理解不到位;有的学生确定不了插值的选取方法，用拉格朗日插值和线性插值或其他插值方法哪个更合理;有的学生不知道怎么计算蒸发损失量;有的学生在软件编制过程中如何进行数据输入，如何更好地展示运行成果，如何将软件更具普遍适用性存在难处。针对一些年调节、多次充蓄等概念或原理的问题，教师可详细易懂地对这些知识点进行回顾和讲解;针对插值、蒸发损失量计算等问题，教师可进行反问引导，插值的方法有哪些？想采取什么方法？不同方法间的误差有多大？水库水面蒸发量和蒸发皿监测的蒸发量怎么换算？水库建设前后蒸发面是如何变化的？蒸发量是如何损失的？如何将mm为单位的蒸发量转化为m3为单位的蒸发量？不同时期的水面面积数据怎么获取？通过这样的方法引导学生开拓思维，逐步解决问题。针对软件编制的数据输入、结果展示、普适性等方面的问题，教师若具备语言程序方面的知识储备，可以给学生适当举例示范，展示不同的输入输出方式、编制模式下软件运行效果的差异，积极引发学生对相关编程知识点进行回顾和应用于实际（因为在水利水电专业的本科培养方案中，一般大一大二期间都会设置有相关计算机语言类课程），并从用户角度激发学生不断改进优化软件;若教师缺乏这方面的知识储备，可以邀请相关课程老师或有编程经验的教师过来对学生进行针对性辅导。
（三）课设结束的答辩——总结点评，引发后续兴趣和思索空间
学生完成课程设计，提供设计成果并进行答辩，教师当场评定成绩，并总结课设过程及成果中发现的规律性问题，点评设计中好的地方和后续有待改进的方面，点评过程中不针对个人。总结点评的目的有三：一是使学生深刻掌握本课程的设计方法和步骤，体会课程设计的思维方式和学习方法;二是为部分学生开展后续相关研究奠定基础;三是便于教师整体了解学生掌握和应用知识点的情况，为后续不断改善课程教学方式提供参考。
“水资源规划与利用”课程设计以小组为单元，在每组答辩之后均立即给出成绩，并指出提交成果和软件系统中的优缺点;整体答辩结束之后，跟全体学生一起积极交流、总结本次课程设计的心得体会。对存在的一些规律型问题，如设计报告书撰写问题（包括排版、图表标注、参考文献标注等）、设计原理认知问题等，进一步统一讲解和说明;促使部分学生或小组进一步开展改进和深入研究的兴趣与思索空间。
三、答辩方式的探索
答辩的过程是综合考核学生课程设计成绩的过程，可将其按照过程细分为答辩准备、答辩过程、成绩评定三部分。
（一）答辩准备
答辩之前，指导教师依据人数，设置好答辩时间、答辩方式、答辩地点;班长安排好答辩顺序，准备好答辩设备，（如果是小组形式，则和组长一起）做好会场安排;学生（或小组成员一起）准备好答辩材料。
“水资源规划与利用”课程设计需要学生提前准备好答辩PPT（或使用其他汇报软件亦可），并因为设计中有软件系统的展示部分，班长和组长需要提前调试好答辩设备。答辩所用电脑的准备有两种方案：一是使用答辩会场的电脑，提前在该电脑上安装好相关软件，并将各组答辩的所有材料都提前拷贝到电脑里;二是为防止软件安装或系统运行等突发状况，每十组准备一台学生自己的电脑，将这十组的答辩材料全部拷贝到这台电脑里以备不时之需。
（二）答辩过程
正式答辩开始后，学生或小组依据事先安排好的顺序进入会场;对不能按时到达会场的，除却特殊情况（如生病等），按照最低分处理。进入会场后，学生或小组向教师递交设计报告书等成果文件，阐述设计过程中出现的问题和难点、处理的方式方法、最终的计算结果，并进行设计成果展示;如果是以小组形式，则推荐一名学生代表小组进行汇报，并阐述小组成员分工。汇报之后，教師随机提问，学生当场回答，并当场给出分数或等级。
“水资源规划与利用”课程设计是以小组为单元，各个小组按照事先布置的顺序，全组成员依次进入答辩会场。小组每位成员将自己的设计报告交给教师，依次阐述本人在小组课程设计中承担的工作;然后由小组推荐一位代表（一般是组长）进行整体课设汇报，时间控制在5分钟左右，然后向教师现场动作并展示计算软件系统。教师针对这一组的具体设计和工作分配情况，随即向某个学生提问，小组其他成员可补充作答，提问和回答时间控制在5—10分钟。
（三）成绩评定标准
成绩评定是答辩流程中的重要环节。课程设计的成绩评定依据设计及其结果、报告书质量、答辩表现、回答问题表现、平时表现等，按照一定的权重综合评定。其中设计及其结果主要考察设计题目的难易，设计思路是否正确、有创新性，计算方法是否准确，结果是否合理等;报告书质量主要考察报告书布局是否有条理、内容是否详实、撰写是否规范、图表和文献标注是否符合标准等;答辩表现主要考察规定时间内的论述表达能力、PPT制作水平等;回答问题表现主要考察问题回答得是否正确合理、有针对性、有逻辑性;平时表现主要考察平时提问、平时出勤等。对以小组为单元的答辩情况，要在小组整体成绩的基础上，再评定个人成绩。对在此过程中存在抄袭情况的小组或个人，一律给予不及格处理。
“水资源规划与利用”课程设计的成绩判定，由“小组总体成绩+个人表现成绩”两部分组成，总分100分，各占50分。其中：“小组总体成绩”是根据每人提交的报告、软件和答辩总体给分，全组成绩一样;评定依据为报告成果的正确性，报告的条理性、系统性，软件的编制水平和运行演示状况，答辩论述表达能力。“个人表现成绩”是根据个人在小组课程设计中所做的贡献、答辩表现、平时表现、各自报告书编写等综合给分。
专业课课程设计在本科培养方案中越来越受到重视，它是巩固并系统应用专业知识、开拓学生思维、锻炼团队协助的重要教学方式。由于我国当前高校学生多、教师少，教师指导精力不足等，往往专业课课程设计达不到课程设计的目的，在考核评定方面无法很好地体现真实客观和公正性。基于多年的工科专业课计算类课程设计教学经验，探索提出了课设启动之初的思维引导、课设过程中的答疑指导、课设结束的答辩总结指导的全过程指导方法，以及答辩准备、答辩过程、成绩判定标准的课程设计答辩方式，对本科课程设计持续改进具有借鉴意义。当然，我们也在不断探索和提高学生多、教师少情况下课程设计质量的问题，欢迎同行交流讨论，不断促进课程设计质量的提升。
参考文献：
[1]王少刚.课程设计是培养学生创新能力的重要途径[J].中国大学教学，2007，（8）.
[2][3]左其亭，臧超.大学本科专业课课程设计的探索与实践[J].高等建筑教育，2014，（1）.
[4]吴金荣.混凝土结构课程设计的内容优化与指导方法研究[J].东南大学学报：哲学社会科学版，2012，（Z2）.
[5][8]历长云，王英，王狂飞.工科院校课程设计存在的问题及改进途径[J].科教文汇：下旬刊，2010，（8）.
[6]卜匀，王会刚，刘海生.“机械制造技术基础”课程设计指导方法探讨[J].教育教学论坛，2014，（30）.
[7]赵曦.高职院校路桥专业课程设计过程性指导与考核[J]. 读与写：教育教学刊，2015，（3）.
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