基于整体工程观的水利类专业本科毕业设计团队构建和实践

周建旭　蔡付林　曹青

[摘 要]水利类本科毕业设计题目紧密结合水利工程实践，涵盖反映工程特性的诸多研究主题，各研究主题分别从属于工程涉及的各个专业和研究方向。文章以水利水电工程专业的水电站方向为例，结合本科毕业设计选题和过程指导的实践，以水电站的组成建筑物和关键水力學问题为依据，建立与主题相契合的指导团队，提出基于整体工程观的毕业设计团队构建、过程指导和质量控制模式，并应用于毕业设计指导实践，切实提升毕业设计的质量。

[关键词]毕业设计;水利类;整体工程观;团队;水利水电工程

[中图分类号] G642.477 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）05-0113-05

毕业设计是工科大学生在校期间最后一次全面性、总结性的教学实践环节，既是学生在教师指导下运用所学知识和技能解决实际问题的一次训练，又是学生走向工作岗位前的一次“实战演习”[1]。对于水利类专业本科学生而言，毕业设计选题和训练内容应紧密结合我国水利工程建设和发展中共性的工程问题和关键技术。以水利水电工程专业为例，应基于我国水利水电工程的建设成就和发展前景，凝练毕业设计主题和设计训练内容。考虑到水利水电工程涵盖水工结构、水力学和河流动力学，以及水利水电工程学科的研究方向，本科毕业设计主题和训练内容针对性较强。因此，如何组织毕业设计选题、过程指导和考核评估是有效提升毕业设计过程管理和成果质量的必要条件。一个创新高效的毕业设计指导和管理模式，能在巩固和深耕基本理论方法、融合和探讨新理论、新方法的同时，实现由面—线—点、循序渐进的训练实践，让学生的认知由点到线、到面的逐步丰富和拓展。

一、本科毕业设计内涵和质量的研究进展

关于如何提高本科毕业设计的质量，国内结合不同的角度、不同的层次和不同的专业开展了较为系统的研究探讨、分析总结和指导实践。孙艳京、李光永、杨培岭[2]从选题、指导、过程管理和评价指标等方面阐述了本科毕业设计（论文）管理体系的构成及实践效果。李红梅、卢苇、陈旭东等[3]构建了加强教学管理和面向过程的毕业设计质量保证体系，实践表明，学生毕业设计的质量有明显提高。郭嫱、黄先北、仇宝云等[4]提出组建新老结合的毕业设计指导教师团队，强化教师工程背景，形成新工科时代背景下的教学模式，全面提升工科教师与工科学生的综合能力。姜宪凯[5]依照工程教育专业认证标准，提出毕业设计新思路和新做法，强化学生工程素养的培养。He[6]立足于完善毕业设计选题、过程检查和质量评价等各环节，进一步构建毕业设计（论文）评估系统，三年的实践表明，毕业设计（论文）的质量明显提升。同时，在毕业设计指导研究和实践中，通过中外关于毕业设计的对比分析，吸收融合国外关于毕业设计原创性、团队合作、多元化、宽领域等理念有利于促进毕业设计质量的提升[7-8]。

对于水利水电工程专业而言，毕业设计的教学模式和成效与当前国家对高等学校本科教学质量的新要求，以及社会、行业对水利人才培养需求的新特点依然存在一定的差距，进一步深化毕业设计教学的改革和创新成为大家的共识[9]。蔡守华、周济人[10]从提高毕业设计教学质量出发，提出建立学生设计室、鼓励团队设计等对策。毕业设计选题要遵循把握学科方向、深入实践和切实有效等原则，以典型的工程实例、指导教师的科研课题、企业生产实践课题为基础，通过联合毕业设计等方式，增强毕业设计综合训练的科学性、实践性[11]。张为、任金秋[12]提出了在毕业设计中增加应用类选题和学生团队合作等多方面的建议。基于毕业设计团队的概念，近年来，诸多高校和专业结合毕业设计教学开展了较为系统的探索与实践[13-15]。

如何进一步提升水利类专业本科毕业设计的过程指导和质量控制的创新，崔军[16]指出，我国高等工程教育课程改革应当以“整体工程观”为指导，回归“整体型”工程实践，着重构建“工程范式”的课程。将“整体工程观”这一理念借鉴引申到水利类专业本科毕业设计的实践中，是很重要的契合点和增长点，而一个架构完备和团结协作的团队是实现这一点的前提和关键。本文以水利类的水利水电工程专业为例，从水电站工程的整体概念出发，提出毕业设计团队构建、过程指导和质量控制模式，并应用于毕业设计指导实践。

二、基于整体工程观的水利类专业本科毕业设计模式

（一）依托于水利水电工程学科的毕业设计

作为水利类主要专业之一，水利水电工程专业旨在培养全面发展的，能适应21世纪社会经济发展需要的，基础扎实、知识面宽、能力强、素质高，富有创新精神，能从事水利水电工程勘测、规划、设计、施工、科研和管理方面工作的高级工程技术人才。水利水电工程专业在人才培养的课程体系上，注重加强实践性教学环节，强调学生在掌握所必需的数学、力学等方面的基本理论和方法的同时，得到必要的工程设计、施工管理和科学研究方法的基本训练。因此，毕业设计作为一个重要的实践教学环节，在水利水电工程专业的培养目标和课程体系中得到了充分的体现。

作为水利水电工程本科毕业设计的依托学科之一，水利水电工程学科以我国大型水电站、泵站、抽水蓄能电站和潮汐电站，以及风力发电等新能源为主要研究对象，着重研究和解决水利水电工程以及新能源的规划、设计理论及关键技术，其本科毕业设计主题涵盖水利水电系统规划和管理、水电站建筑物及其水力学。因此，就水利水电工程学科而言，水利水电工程本科毕业设计的方向是基于某一水电站工程，结合规划方向或电站方向，就电站的规划、管理、建筑物设计和水力学等问题开展实践训练。

（二）基于整体工程观的毕业设计主题分析

从实现水利水电工程专业本科毕业设计的“整体工程观”出发，以水电站工程为面，以电站方向为线，以电站建筑物和水力学问题为点，从面、线和点三个方面分层次开展基于整体工程观的水利类专业本科毕业设计的主题分析。

面。随着水能资源的开发，我国先继建成、在建或拟建一系列常规水电站，包括锦屏二级水电站、白鹤滩水电站和拉西瓦水电站等。同时，我国抽水蓄能电站建设和关键技术得到迅速发展，充分发挥了在电网中的调峰填谷作用，包括广州抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电站和西龙池抽水蓄能电站等。以上常规水电站和抽水蓄能电站均为典型的引水式水电站。

线。在引水式水电站中以有压引水式开发的应用更为广泛，其特点是具有较长的水力发电系统，主要包括：有压进水口、有压隧洞、调压室、压力管道以及厂房等。在水电开发中引水式电站的地位和作用日益突出，其中，提出了一些典型的工程布置和优化设计问题，涉及电站水力学、结构力学以及电站运行控制等多方面。

点。以水力发电系统的优化布置和水电站厂房枢纽的布置设计为主线，主要包括进水口型式及其优化设计、输水系统的线路选择和优化设计、适应输水道水力特性的调压室型式和相关参数设计、钢岔管的优化选型和布置设计，以及河岸式厂房（地面引水式厂房）和地下式厂房的布置设计等。

综上分析，确定基于整体工程观的毕业设计主题，即“引水式水电站水力发电系统优化布置和专题设计研究”，以引水式水电站水力发电系统和厂房枢纽为核心研究对象，有针对性地分解为多个既有交叉融合又各有特色的毕业设计子题，遵循工程设计规范，开展毕业设计的实践训练。可见，基于整体工程观的毕业设计主题充分体现了面线点循序渐进的原则，具有重要的实践训练意义和工程参考价值。

（三）毕业设计团队的构建

通过基于整体工程观的毕业设计主题分析，确定的主题紧密围绕我国水电发展的现状和方向，涵盖了引水式水电站水力发电系统布置设计的多个方面，体现了引水式水电站在规划、设计、施工和运行中的主要工程特点和相关技术问题。通过针对性的训练，在紧扣毕业设计的教学大纲和教学要求的前提下，有针对性的训练让学生熟练掌握和灵活应用水电站、水工建筑物、水力学、结构力学等专业课程和专业基础课程的相关知识点，为学生今后尽快地融入水电站的工程设计、施工和运行奠定扎实的基础。围绕毕业设计的主题，分别遴选一座常规引水式水电站和纯抽水蓄能电站作为毕业设计内容的载体，完整地体现毕业设计主题的主旨和思路，全面反映水力发电系统优化布置设计的关键技术，进而创新基于整体工程观的毕业设计团队构建、指导和管理模式。基于整体工程观的毕业设计主题及其层级内容的框图如图1所示。

结合基于整体工程观的毕业设计主题及其层级内容，建立毕业设计团队，通常要考虑团队组建的涵盖面，以“面”或“线”的内涵作为团队的名称，如“引水式水电站水力发电系统优化布置和专题设计研究”，其中“专题设计研究”概括了所有“点”的内涵，涵盖了引水式水电站建筑物的选型设计和优化布置，以及厂房枢纽的布置设计，包括以优化选型、水力计算和结构分析为主的专题研究。基于整体工程观的毕业设计模式构建的分层结构如表1所示，其中子题1的“进水口”涵盖抽水蓄能电站的“进、出水口”，子题2的“引水道”包括“隧洞”和“壓力钢管”。

基于构建的毕业设计团队，在毕业设计过程中，要注重团队学生之间的团结互助、协同配合、交流探讨和共同提高，逐步形成整体工程的概念，具体体现在以下几方面。

1.毕业设计准备阶段。在指导教师团队详细阐明团队主题和子题的完整内涵和框架结构的基础上，团队学生结合各自毕业设计的内容与专题，广泛收集资料和阅读文献，有针对性地开展专题讨论会，尽快完成毕业设计的知识储备和条件准备。

2.毕业设计初期。团队学生基于毕业设计团队的主题，针对毕业设计的总体目标并结合各自的研究内容，融合指导教师的意见和建议，通过分工讨论，理解各自毕业设计的研究重点和彼此间的逻辑关系，明确并逐步推进各学生的基本设计任务与互助工作内容。

3.毕业设计进程。团队学生结合各设计内容和研究问题，在按时间节点有序推进毕业设计的同时，积极与指导教师团队和其他学生开展交流沟通和讨论分析，共性问题采用协同分工、集体讨论的方法及时解决。团队学生互相监督促进，使总体进度及研究内容相互协调呼应，使团队成为一个有机的整体。

4.毕业设计后期。团队学生相互评阅毕业设计成果，提出针对性的意见和建议。指导教师同步审阅，综合团队指导意见和建议，保证毕业设计团队成果的整体水平和毕业设计质量得到明显的提升。同时，团队的每一位学生通过自身的毕业设计训练和审阅团队其他学生的设计成果，实现对水利水电工程的认知由点到线、到面的拓展和提升，形成清晰的整体工程观。

三、基于整体工程观的本科毕业设计指导实践

（一）毕业设计团队构建的基础

通常，水利水电工程专业本科生在进入毕业设计环节前，均有认识实习、教学实验和生产实习等教学实践环节。学生通过水电站的认识实习，系统地了解不同类型水电站的主要建筑物和布置特点，特别是参观常规引水式水电站或抽水蓄能电站，对引水式水电站的布置设计有了较为清晰的概念。教学实验，包括参观不同类型水电站厂房的仿真模型，以及引水发电系统主要建筑物的物理模型，对进水口、调压室和岔管等结构有直观、清晰的认识。同时参与水电站水力学实验，如调压室涌浪实验，通过不同长度引水管道和不同型式调压室的水力学实验研究，全面熟悉和掌握引水式水电站中调压室的型式及其水力特点。通过水电站的生产实习，如前往广西大藤峡水利枢纽建设现场实地学习实践，全面了解和掌握水电站枢纽的组成建筑物、水力发电的实现方式和厂房的布置设计等。

学生通过大学四年的基础课程、理论课程和专业课程的学习，掌握了较全面而扎实的专业基本理论和方法，广泛阅读了国内外相关的参考文献，能熟练使用AutoCAD绘图软件和SM Solver结构力学计算分析软件。

上述教学实践环节和知识储备为水利水电工程专业毕业设计团队的构建奠定了扎实的基础，同时也是高效、高质完成毕业设计任务的前提。

（二）毕业设计团队主要涉及的研究方向

结合水利水电工程专业的毕业设计教学目标和任务，从整体工程的概念出发，建立毕业设计指导团队 “引水式水电站水力发电系统优化布置和专题设计研究”。依据表1所示的本科毕业设计团队的构建原则和组织架构，对其中的子题1和子题2进行拆分，融合毕业设计内容的面线点，确定的代表性设计子题包括：引水式水电站A水力发电系统优化布置和进水口结构分析（子题1）;抽水蓄能电站B水力发电系统优化布置和侧式进水口结构分析（子题2）;引水式水电站A水力发电系统优化布置和引水隧洞结构分析（子题3）;抽水蓄能电站B水力发电系统优化布置和压力钢管结构分析（子题4）;引水式水电站A水力发电系统优化布置和调压室结构分析（子题5）;引水式水电站A水力发电系统优化布置和钢岔管结构分析（子题6）;引水式水电站A水力发电系统优化布置和尾水管结构分析（子题7）。

在毕业设计团队 “引水式水电站水力发电系统优化布置和专题设计研究”中，每位学生承担1个子题的毕业设计任务，每位指导教师负责指导2～3位学生。结合基于整体工程观的水利水电工程专业本科毕业设计模式，以团队为单元，优化和丰富过程指导和成果评价，顺利完成毕业设计的任务。毕业设计成果整体质量较高，各子课题围绕“引水式电站水力发电系统”这一主题，紧密联系又各具特色。本团队的毕业设计成果对进一步提升毕业设计的质量，让学生熟悉类似电站工程的布置设计以及培养学生今后工作实践中的融合能力，具有重要的指导意义。各学生的毕业设计成果的关键词见表2。

（三）团队毕业设计的特色

在毕业设计的准备、研究、撰写、审阅和校改过程中，团队中每位学生都查阅了大量的设计规范和参考文献，以实际工程设计要求作为标准，积极主动参与讨论和交流，相互沟通学习，及时帮助团队的其他学生指出其设计中的不足，提出自己的见解，将理论与实践相结合，体现出活泼的团队合作精神和强烈的凝聚力，营造出积极向上的团队氛围。

本次团队毕业设计的每位学生通过贯穿整个毕业设计的巩固学习和实践训练，有效融合认识实习、生产实习和相关课程的认知与思考，充分发挥学生较强的综合运用知识的能力、深入分析问题的能力以及团结协作的优秀品质，在设计进程中体现了由点到线、到面的学习和钻研态度。通过自身的毕业设计训练和评阅团队其他学生的设计成果，实现对水利水电工程的认知由点到线、到面的拓展和提升，塑造整体工程的概念观。

毕业设计团队的整体特色体现为紧密围绕“引水式电站引水发电系统布置设计”这一主题，基于引水式水电站A和抽水蓄能电站B两个典型电站，实现了融合引水式水电站水力发电系统布置设计的主要内容、技术、理论和方法的全面训练。设计成果既满足工程设计的基本要求，又与我国水利水电工程设计的技术水平和发展趋势相一致，对学生今后的工作学习具有重要的借鉴意义，有助于学生迅速融入工程實践中。

团队设计结果集中反映学生对水利水电工程专业基本理论和专业知识的掌握程度，主要体现在以下三个方面。

1.设计的规范性

引水式水电站引水发电系统布置设计需遵循现行的设计规范和规程，包括《水利水电工程进水口设计规范》《水工隧洞设计规范》《水电站调压室设计规范》《水电站压力钢管设计规范》《水电站厂房设计规范》。依据相应的设计规范，开展水电站建筑物的优化选型和布置设计，不仅能确保毕业设计方案和成果有据可循和合理可行，而且通过参阅现行规范，可以让学生深刻了解和熟悉引水式水电站引水发电系统设计中的主要内容、技术、理论和方法。

2.设计的全面性

鉴于团队毕业设计依托两个引水式水电站，为了让学生得到独立的、全面的实践训练，我们拟定典型的、不同的边界条件，依据规范的相关要求，每位学生需要采用不同的选型设计和布置方案，如闸门竖井式进水口方案和侧式进出水口方案、典型的上下游双调压室方案和取消尾水调压室方案、上室式调压室方案和差动式调压室方案、河岸式厂房和地下式厂房等，这全面地反映了引水式水电站及其建筑物布置设计的典型成果。

3.设计的先进性

在水电站课程教学中，教师须着重介绍河岸式厂房（地面引水式厂房）的布置设计，并简要说明地下式厂房的布置特点。鉴于地下式厂房是我国水电站建设发展的主要特征，团队毕业设计阶段，在强化河岸式厂房（地面引水式厂房）布置设计的同时，专门要求学生熟悉和掌握地下式厂房的布置设计，特别是地下式厂房布置中的特点和难点，以突出我国地下式厂房设计的整体水平和技术特点。

四、结论

作为工科大学生步入社会前关键的教学实践环节，毕业设计是大学四年教与学的全面评估和考核。一个创新、高效的指导和管理模式，能够有效提升毕业设计的质量，实现学科理论和方法的准确检验，对于水利类专业本科毕业设计而言，整体工程观是其中很重要的契合点和增长点，而基于整体工程观的本科毕业设计模式是实现这一点的前提和关键。

文章以水利水电工程专业为例，以水电站工程为面，以电站方向为线，以电站建筑物和水力学问题为点，从面、线和点三方面分层次明确了本科毕业设计团队的主题及其内容，构建了基于整体工程观的毕业设计团队的分层结构，形成了有针对性的本科毕业设计团队构建模式，并且应用于指导实践。实践表明：基于整体工程观的水利水电工程专业本科毕业设计整体优势明显，实现了融合引水式水电站水力发电系统布置设计的主要内容、技术、理论和方法的全面训练，并凸显了设计的规范性、全面性和先进性。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈元芳， 黄宁. 浅谈工科类本科专业的毕业设计工作[J].河海大学常州分校学报， 2001（4）：76-78.

[2] 孙艳京，李光永，杨培岭. 提高本科毕业设计（论文）质量的思考与实践[J]. 高等农业教育， 2005（9）：54-56.

[3] 李红梅，卢苇，陈旭东，等. 毕业实习与设计过程管理质量保证体系的研究与实践[J].高等工程教育研究， 2012（6）：167-171.

[4] 郭嫱，黄先北，仇宝云，等. 能源动力类本科毕业设计教学改革探析[J].大学教育，2019（7）：65-67.

[5] 姜宪凯.基于工程教育专业认证的毕业设计改进探索[J]. 教育教学论坛， 2019（39）：126-127.

[6] Jingfeng He. Thoughts and Practices on Improving the Quality of Graduation Design in Applied Undergraduate Colleges[C]. 5th International Conference on Social Science and Higher Education （ICSSHE 19）， Advances in Social Science， Education and Humanities Research， volume 336， 200-202.Atlantis Press： 2019.

[7] 陈晓竹，PetteriKaskenpalo，LeoHitchcock.中外本科教育中“毕业设计”评价指标的比较：以中国计量大学与奥克兰理工大学合作办学项目为例[J].高等工程教育研究，2019（1）：152-157.

[8] 王乐梅，张巍，唐宏哲.中法高等工程教育体系中的毕业设计比较研究[J].高等工程教育研究，2013（4）：132-135.

[9] 李晓庆，高强，唐新军.地方院校水工专业毕业设计教学改革与实践分析[J].实验技术与管理，2013（1）：166-169，179.

[10] 蔡守华，周济人.工科院校毕业设计中的新问题及对策[J].扬州大学学报（高教研究版），2008（2）：93-96.

[11] 宋新伟，高玉兰，沈冬梅，等.给排水科学与工程专业毕业设计选题的改革与实践[J].高等建筑教育，2017（2）：136-139.

[12] 张为，任金秋.关于工科专业本科毕业设计教学存在的若干问题的探讨[J].教育教学论坛，2018（36）：1-3.

[13] 王正杰，李杰，吴炎烜，等.基于团队设计项目的本科毕业设计模式研究与实践[J].北京青年政治学院学报，2011（2）：105-110.

[14] 刘卫林，刘丽娜，彭友文，等.水利类专业本科毕业设计团队培养模式探讨[J].华北水利水电学院学报（社科版），2013（1）：186-188.

[15] 余萍，李绍飞，王丽珍.应用型高校水利类专业毕业设计团队模式的构建[J].天津农学院学报，2019（1）：99-103.

[16] 崔军.回归工程实践：我国高等工程教育课程改革研究[D].南京：南京大学，2011.

[责任编辑：陈 明]