雷达工程专业本科毕业设计指导模式探索
许河秀 王彦朝 彭 清 张 晶
(1. 空军工程大学 防空反导学院, 西安 710051)(2. 空军工程大学 基础部, 西安 710051)
作为本科学习阶段的收官之战，本科毕业设计(本科毕设)不仅是对本科生四年学习的最终考核，同时也是对本科生基础知识、专业素养、实践能力等能力的全面锤炼[1-4]。《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》(教高〔2019〕6号)提出要落实本科毕业论文要求，加强本科人才培养质量监督[5]。高质量本科毕设不仅能升华学员的专业能力素养，还能使其掌握科学研究方法和扎实的专业技能，培养较强的系统思维和创新实践能力，使其能够综合运用专业知识发现、分析和解决实际问题。但是，目前雷达工程专业本科毕设毕业论文质量不高、指导效率低等问题比较普遍，究其原因主要在以下两方面：一方面，由于专业知识较难导致本科生没有兴趣也就没有思路和方法，再加上学员专业基础知识不扎实，虽然经过四年学习，但是还未能深入系统掌握专业知识内容，使其在选题时无法发挥自身主观能动性，无法根据专长选取研究专题，导致对研究内容不清楚，选题创新性不足[6-8]；
另一方面，受到传统指导模式的影响，选题均由老师主观出题，学生被动选题，整个本科毕设都是在老师给出的框架下完成，导致本科生毕设过程中过于依赖指导老师帮带[9-10]。由此可见，指导老师参与度对本科毕设质量起到决定性作用，然而指导老师往往每年指导多个学生，再加上本身教学科研任务繁重，无法全身心投入到“一对一”指导工作中。因此传统毕设指导模式与高质量本科毕设不再相适应，亟需建立一种高效、畅通的模式来提高本科毕设质量。
所探索的指导模式是基于雷达工程专业提出的，该专业具有以下特点。
一是基础理论涉及范围广，雷达工程专业对应研究生学科为电子科学技术、电子信息工程等，这些学科研究前沿性强，这也意味着学生应当具备完善的知识体系。雷达工程专业课程体系如图1 所示，开设了诸如政治理论、自然科学、人文科学的通识类基础课，还包括“数字电路”“模拟电路”在内的电子基础课程、专业仿真软件课程以及计算机等公共工具相关课程。这些课程是后续专业核心课程学习的基础，通过基础类课程的学习拓宽了学生视野，培养了学生逻辑思维及批判性思维，为后期专业课程学习及科研能力培养打下了坚实的基础。
二是专业课程难度大，在前期学习基础理论知识的基础上，学生进入专业课程学习。如图1 所示，雷达工程专业核心课程包括“数字信号处理”“电磁场与电磁波”“微波技术与天线”以及“雷达原理”“雷达数据处理”和“雷达电子战”等，这些专业课程学习是对基础理论知识进一步深化，并与基础知识一同形成了知识闭环，相较于基础课程的学习，专业核心课程学习难度不断提升。
图1 雷达工程专业课程体系
三是仿真困难和实验复杂，对于雷达工程专业来说，仿真和实验是研究中必不可少的关键环节[11]，而专业仿真数据量大，实验步骤复杂。从结构仿真、优化到实物加工，再从实验环境搭建、测试到最后的实验数据处理和结果分析，毕业设计综合考察了本科生的专业技能及实践能力。
综上不难看出，雷达工程专业培养过程与本科毕设具有非常紧密的关系，如图2 所示。电子基础课程不仅为毕设工作提供了理论储备，还为专业课程掌握和仿真实验操作奠定了扎实的理论基础；
通过学习有难度的专业课程可进一步巩固深化专业知识体系，增强专业素养；
同时复杂的仿真和实验锻炼了学生的实践能力，不难看出，专业培养过程为高质量毕业设计工作提供实践基础。
图2 雷达工程专业课程体系与本科毕设关系
本科毕设具有明确时间节点，雷达工程专业存在着基础范围广、专业难、仿真困难和实验复杂的特点，故在文献调研、仿真实验、论文撰写等环节都需要投入大量时间和精力去指导。教育部办公厅在2020年发布了《本科毕业论文(设计)抽检办法(试行)》进一步提高对毕业论文(设计)要求，特别是对选题意义、写作安排、逻辑构建、专业能力以及学术规范等进行“合格性”考察[12]。因而疏于管理将导致本科毕业论文质量很难满足新标准和严要求。目前毕业设计指导工作主要存在以下问题：
一是学生专业能力及实践能力水平参差不齐，选题难成为毕业设计工作的第一道难关。选题是毕业设计工作非常重要的一个环节，由于学生在理论储备、实践能力、专业素养和创新能力等方面存在较大差异，这意味着在毕业设计指导工作中，需尽可能针对不同特点的学生“量身定制”选题。传统模式下选题是由指导老师提供详细的指导书，学生在该框架下开展毕设工作，容易导致以下两个方面的问题：①学员过于依赖指导老师的指导，不利于激发学员的主观能动性进而难以培养其创新思维；
②选题不一定是学员的兴趣及专长所在，难以高质量完成毕设任务。
二是指导老师难以保证充足时间和精力进行一对一指导和沟通。由于毕设导师往往指导人数多，另外需承担繁重的教学、科研任务及研究生指导工作，难以保证充足的时间和精力对本科学生进行“一对一”实时指导。沟通不便使得本科学生在毕业设计中遇到的问题难以获得即时解答，造成有效指导效率低，进而影响了毕业设计工作进度并降低了毕业设计质量。
三是毕业设计工作保障不完备。由于雷达专业需要进行大量模型计算仿真，对于计算机性能要求较高，而学生普遍采用个人笔记本，无法支撑相关仿真工作，容易拖延毕设完成时间；
还有部分应用型选题需实验研究数据支撑，实验资源紧张也将导致毕业设计质量下降。
针对上述传统本科毕设指导模式存在的不足，基于实际师资力量，结合毕业学生特点，围绕专业课题，设计建立了“导师主导——研究生辅助——本科生合作”多层次、模块化和场景化本科毕设指导模式。多层次指依托课题组资源建立指导老师、研究生助教、研究小组等多个层次来保障毕设质量；
模块化指通过选题、开题、中期、后期、答辩、成果等模块采用知识和技能培训的方式实现全过程立体化保障；
场景化指构建高质量毕设所需硬件和软件环境，如提供“学术大餐”的学术平台、高端实验室平台搭建以及“你追我赶”氛围营造、“畅通无阻”讨论机制和“互帮互助、高效合作”团队氛围构建等。
3.1 多层次
多层次本科毕设指导模式机制如图3 所示，主要基于实际情况，指导老师与本科学生进行双选，通过座谈的方式进行一对一沟通共同确立毕设选题。指导老师主要把握研究方向和方案的可行性；
根据不同选题由导师指派选题方向有经验的研究生担任助教辅助指导，搭建起有效沟通的“桥梁”；
根据选题方向组建合作研究小组，发挥团队合作精神攻克难题。
选题成为构建该模式的重要前提，为避免指导老师主观出题的现象，课题组依据科研项目实行多样化选题，前期根据不同类型和难度级别对选题进行筛选，保证选题涵盖课题组科研项目的各个方面，包括学术基础理论研究和工程应用研究，难度也由浅入深有不同级别，具体根据学生情况经座谈后定题。需要强调的是，课题组仅提供选题方向指南和相关参考文献而非固定选题供感兴趣的学生进行选择，通过座谈的方式进行双向选择，一方面了解学生的专业知识掌握情况，另一方面深入挖掘其特长以及兴趣点，最终由指导老师和学生共同确定毕设选题。
图3 多层本科毕设次指导模式机制图
多样化选题的另一个特点是对不同背景的学生采用不同选题导向，例如鼓励保守型学生深入研究传统题目；
为创新型学生提供实验平台激励其大胆进行创新研究；
对于打算在课题组攻读研究生的学生，让其提前进入研究生课题以实现“一体化”培养；
对于参加过电子类学科竞赛、创新课题或科研训练的毕设生，使其基于已有研究成果进一步深入创新研究。对于难度较大的课题可以将同一方向指南拆分多个子选题，通过学术理论研究和工程实践研究相搭配，并依此建立研究小组加强合作研究。
由于选题大部分基于课题组的研究项目或已有研究基础的工作，每个选题基本都能对应一位有经验的研究生，自选题结束后便可指派研究生助教，使其担任沟通“桥梁”的角色，根据时间要求及时督促本科生毕业设计进展，并承担文献推荐、仿真及实验指导、论文修改等工作。本科学生在毕设过程中遇到问题时，首先将问题反馈给研究生助教，简单问题可实现即时解决，疑难问题由研究生助教汇总在组会上向导师汇报讨论，由指导老师给出解决方法，之后由研究生助教反馈给学生，若是共性问题，则对全体毕设学生进行培训。多层次指导模式优势在于研究生助教拥有更充足的时间和精力，能够实现毕设的“一对一”指导，在指导的过程中不仅能即时解决毕设问题，提高毕设工作效率，同时还能提高自身学术科研能力，实现双向提高。
3.2 模块化
在选题后可以根据时间顺序按照开题、中期、后期、答辩及成果等各个模块进行模块化本科毕设指导，如图4 所示。
首先要规范毕设流程，通过以往优秀案例来解答如何正确面对本科毕设，打消毕设学生的疑虑和不良心态，提高其对毕设的重视程度，使其结合毕业设计指导手册按时间节点完成相关模块任务，同时建立有效反馈机制，为高质量完成本科毕设做好准备。
图4 模块化本科毕设指导模式流程图
在初始开题阶段进行文献调研预实践，首先帮助本科学生掌握文献搜索和文献阅读方法，实行研究小组共享机制，在小组群内共享组内经典文献，学员基于共享文献进行发散性阅读，总结研究思路和研究方法；
结合小组文献汇报讲座，帮助组员掌握基础知识以及研究方向前沿知识，为开题答辩做好准备。
中期阶段主要进行仿真软件使用指导和实验技能培训，建立“指导-汇报-监督”的工作闭环，研究生助教对本科生采用线下线上相结合的方式进行日常辅导答疑；
本科毕设的阶段性工作进展需定期通过组会汇报，由指导老师进行阶段性检查和把关，研究生助教共同监督。学员再对该阶段完成的工作进行总结，保证毕业设计稳步推进，为中期答辩做铺垫。
在论文撰写阶段，首先对论文写作格式进行培训，并由指导老师把握初稿结构、脉络和逻辑；
在后期查重检测阶段，为杜绝毕设论文抄袭现象，端正学术态度，在组内提前督促学员进行论文查重，研究生助教负责监督并对查重结果进行及时反馈，查重率低于15%的继续冲击优秀论文，查重率不过关的，及时督促学员进行修改和降重；
在校外评审前，先进行组内修改，采取合作小组内论文互改模式，并对修改典型案例进行说明。
在答辩阶段，举行组内预答辩为最终答辩提前打下良好基础。为进一步为提高研究生助教的积极性，推行优秀论文奖励制度。加大研究成果转化力度，提供经费进行实验加工，资助参加学术会议，最终将毕设成果凝练总结，完成学术论文和专利撰写，以毕业设计反哺科研，为课题组添砖加瓦。
3.3 场景化
实现高质量本科毕设需要提供“学术大餐”的学术平台，将本科学生加入课题组学术交流群，定期在线上推送优秀学术论文，推荐新媒体平台上的优质学术报告，如雷达学报、电子信息学报、蔻享学术网络直播平台、线上学术会议等让其了解前沿动态，拓展视野；
同时向毕设学生开放组会平台进行交流讨论，邀请知名专家学者来做讲座，提高其专业素养，拓宽其学术视野。
保障高质量本科毕设还需要良好的实验室平台。课题组提供高性能工作站以支持毕设生进行仿真工作，并提供设施完备的实验室条件，如果毕设选题来源于本组的科研项目，还可得到科研经费的支持，鼓励学生加工实物并进行实验验证，让研究生助教对其进行一对一指导，帮助其掌握实物加工流程和实验技能，最后完成成果总结，如发表论文、申请专利等。
提高指导效率需要“你追我赶”氛围营造、“畅通无阻”讨论机制和“互帮互助、高效合作”团队氛围构建等。由于部分毕设难度和工作量对于毕设生来说较大，需要拆分多个子课题进行并行研究，可通过组建研究小组的方式将选取同一指南不同题目的毕设生聚集起来，形成由指导老师主导，研究生助教负责的研究小组，加强相关课题的讨论交流。此外，实验环节往往也需要多人合作才能完成，这样在提升综合实践能力的同时还能锻炼毕设生团队合作精神。
下面以一个案例来具体说明该模式的应用，首先经过座谈由指导教师和毕设生共同确定了以《基于透射超表面的阵列天线设计》为题的毕业设计工作，并指派经验丰富的研究生做助教；
在开题前通过培训和答疑使本科学生了解相关理论基础和前沿知识，完成开题答辩后进行入仿真和实验阶段，通过研究生助教“一对一”指导使本科学生迅速掌握CST、Matlab、CAD宏建模等建模仿真软件的使用，提升了其软件编程能力。由于该生具有一定创新精神，在研究生助教的帮助下基于超表面设计了具有聚焦功能的透射型阵列天线，其主要工作的模型设计及仿真结果如图5所示，可以明显的看出当入射波为平面波时，通过阵列天线的相位补偿性能后，产生了明显的聚焦现象。提高了分析问题的能力，所设计的天线在28 GHz中心频点处增益为25.6 dBi，进一步提高了天线增益，可以适用于5 G通信技术中的天线设计，满足预定设计指标要求，达到很好的预期效果。课题组在论文撰写阶段对其进行了写作格式和Origin科技绘图软件的培训，并由指导老师把握整体逻辑结构，研究生助教督促和指导修改，并通过查重对毕设论文质量进行把关，在研究小组进行预答辩，由导师提出修改意见和注意事项并最终完善毕设论文和答辩PPT，最终取得了优异成绩。使其不仅在知识储备和专业素养上有较大提升，也锻炼了其沟通表达能力及团队协作能力。课题组依照奖励制度对研究生助教给予了奖励，极大提升了研究生参与指导的积极性，同时也提高了研究生助教的学术科研能力，并为其日后科研课题工作提供了新思路。
(a)超表面单元设计图 (b)仿真模型示意图
(c)透射衰减及相移图 (d)xoy面电场分布图
(e)空间阵列天线增益图图5 本科毕业学生毕设工作案例
课题组通过将该模式运用于实践，取得了以下成效：首先基于该模式形成了《课题组毕业设计(论文)指导手册》，该指导手册从毕设流程、指导机制、工作方法、工作保障、检查标准和毕业要求等方面对毕设进行说明，保证了毕设的各个流程高质量运行；
其次，课题组提供了多个方向不同难度的本科毕设选题，如电磁隐身、可控电磁散射、共形超表面、涡旋波束通信、透射型及反射型阵列天线、折纸超材料以及吸波体等，利于学生发挥自身主观能动性根据自身专长进行选题。三是所指导毕设均取得了优异成绩，所有毕业生毕设成绩评定均为良好以上，自2016年以来优秀率(90分以上)达50%，远远高于学校平均水平。以2020届本科毕业生的毕业设计(论文)为例，毕设平均分为89.4分，最低分为85分，优秀率50%以上，最终查重率平均保持在15%以下；
最后，在课题组的资助下，已有部分毕设生在学术会议如天线年会上展示研究成果，激发了科研成就感和获得感，并为后续科研打下坚实基础。
基于雷达工程专业特点对本科毕业设计指导模式进行了探索，有效解决了“选题难、指导难、保障难”三大痛点。首先，实行了选题多样化，并通过“双选”机制进一步提升学生的主动性和选题适配度；
其次，创建了多层次指导模式，“导师主导——研究生辅助——本科生合作”模式大大提高了指导效率；
然后，再通过模块化指导贯穿全程，使本科毕设有章可循；
最后通过场景化构建高端学术平台、工程实验平台和高效合作团队氛围，为全方位保障高质量本科毕设提供硬件和软件环境。该模式下毕设生的专业素养和实践能力得到显著提升，毕设质量得到显著提高，可为其他电子类工科专业毕业设计指导提供借鉴。
——以四川文化艺术学院为例戏剧之家(2018年33期)2018-11-14——以夹江县“插花式”精准扶贫为例">四川省非重点贫困县脱贫攻坚的实践与思考
——以夹江县“插花式”精准扶贫为例中共乐山市委党校学报(2017年5期)2017-10-21——以乐山市为例">以“绿色+文化”推动乡村旅游可持续发展
——以乐山市为例中共乐山市委党校学报(2017年5期)2017-10-21A study on the teaching practice of vocational English teaching connected with the working processes校园英语·下旬(2017年10期)2017-09-27电子商务专业毕业设计实施与探索商场现代化(2017年10期)2017-06-16课题组成员支点(2015年11期)2015-11-16