不久前，别开生面的2021届本科生毕业设计课程在一次简单而不失庄重的颁奖仪式中落下帷幕。“一种装载于自行车的城市空气质量监测系统（A crowd-sourcing urban air quality monitoring system with bikes）”获最具社会影响潜力奖，“增强现实和虚拟现实技术革新电磁学教育体验（Augmented Reality and Virtual Reality for Electromagnetics Education）”获最佳软件项目奖，“表征磨损现象的微型摩擦仪（A Micro-Tribotester to Characterize the Wear Phenomenon）”获最佳工程项目奖，“声控国际象棋的工程解决方案（An Engineering Solution to Auto Chess Set）”获最佳交互项目奖，“紧固件计数器的简化装置（Simplified Device for Fasteners Counter）”获最具商业可行性项目奖，“自动对齐无线充电桌（Wireless Charging Table Supporting Multiple Devices with Arbitrary Placement）”获最跨学科项目奖。

毕业设计（ECE445 / ME 470 Senior Design），于2021年春夏学期开设。ZJUI2021届电子与计算机工程、电气工程及其自动化、机械工程共105名本科生修读该课程。ZJUI助理教授Mark Butala、Timothy Lee及UIUC教师Arne Fliflet担任本次课程任课教师。20多位ZJUI和UIUC的教授参与现场或线上项目指导与评审。

创新一： 强化过程管理， 将毕业设计变成一门必修课程 

在本科工程教育中，毕业设计一直是一个将理论与实践结合，培养与考核学生综合能力的工程实践教学关键环节。在国内，传统的毕业设计通常通过开题、中期、展示答辩等若干重要环节来评价毕业设计项目，尤以最后的展示答辩为主。

在ZJUI，我们引入了UIUC将毕业设计作为一门必修课程的做法，全方位、全过程地考察学生的写作能力、团队协作能力、表达能力以及最重要的综合运用所学理论、知识和技能解决实际问题的能力。将毕业设计变成一门按时要上的课程，意味着毕业设计实施过程更为固定和规范，有了更强的约束，也意味着除了项目指导老师外，多了课程教师和助教团队的支持和督促。在众多的讲座课安排、作业设计和课程网站丰富资源的辅助下，真正强化了对毕业设计的过程管理，使同学们能夯实毕业设计的各个环节，持续提升解决实际问题的综合能力。从如何选题、实验笔记如何记录、如何提升团队合作效率、如何确定研究问题和解决方案，到项目提案、个人进度报告、设计报告、模拟演示、最终报告、同行评议、团队合作……既是一次次行之有效的作业和考察，也是一轮轮对毕业设计过程紧锣密鼓的评价和监督。

▲ 课程各项作业及评价一览表

配合课程网站的建设与应用，以课程形式开展的毕业设计，使得各项环节和实施过程能更直观、系统的记录与展现，更及时的得以审核与指导，更常态的管理与推进，更阶段性、过程性的科学评价。

▲ 答辩现场

创新二：贯彻交叉创新，实现跨专业跨学科开展毕业设计 

“新工科”背景下，本科工程教育更重视对学生创新创业能力和跨界整合能力的培养。为推进跨专业、跨学科的创新交叉培养，ZJUI在此次毕业设计课程中，一改浙大和UIUC按专业开展毕业设计的做法，由专业分割转向跨界交叉融合，要求电子与计算机工程、电气工程及其自动化、机械工程三个专业学生自由组队，并保证所有团队均为交叉团队，在项目设计和任务开展中也对体现各个专业的知识结构和学科特色作了明确要求。

▲ DEMO展示现场

任课教师Mark Butala向我们介绍道，“随着跨学科团队的组建完成，每个团队都具备了一定的专业知识广度，我们便要求每个团队都在其设计中包含电子和机械组件。这对每个项目来说其实都是一个额外的艰巨挑战，我们也很高兴看到以 ‘自动对齐无线充电桌’团队为代表的很多小组，都做出了融合机械、电气、计算机三个专业的，高度协同的交叉设计。”

▲ 随便放 准确充——学生自主研发的“自动对齐无线充电桌”

在UIUC教了这门毕业设计课程近10次的资深教师Arne Fliflet表示，因为几乎每个团队都加入了机械工程专业的学生，与UIUC的ECE 445毕业设计相比，此次ZJUI学生设计项目机械部分的研发和制造深度更甚，整个项目也相对更加综合与复杂。

此次毕业设计中不同专业的交叉碰撞与合作，也使得更璀璨的创意火花，更广泛的工程视野，更完善的解决方案应运而生。

创新三：适应社会需求，以团队为单位完成毕业设计实践 

工程学科毕业设计的初衷是要检验学生运用专业基础知识解决工程实际问题的能力和水平，为他日顺利适应工作岗位夯实基础。因此，此次的毕业设计课程，ZJUI贴合社会需求实际，坚持以项目制运行，以团队模式开展，以个人与团队相结合的方式考核。三个专业的105名学生组成了27个小组，每组设有一名指导老师，分别依据项目，开展毕业设计任务。

课程伊始，任课教师就讲授和提供了如何选团队择队友、如何开展头脑风暴、如何科学高效地投票选择研究目标等团队协作方面的课程内容和课程材料，为后续团队项目运转提供良好支撑。任课教师Timothy Lee强调，“通过跨学科团队共同努力、设置同行评审等环节，使学生对其他学科以及团队成员如何相互协调、实现目标产生新的理解。这也将为他们未来的职业生涯提供更多经验。无论未来在工业界还是学术界，很多时候是无法选择同事和合作对象的，也可能遇到自己不感兴趣，但不得不完成的工程问题，学会如何与其他人协同完成任务和挑战是一种不可或缺的能力。”

▲ 团队讨论 共解难题

同时，为避免团队成员没有平均分配工作或工作质量不平均等情况的出现，除了任课教师和助教全过程加强监督外，课程还设置了不少举措用以平衡团队与个人成绩。如，设置了不少由团队成员单独负责完成的个人作业、答辩环节规定每人必须参与、评价上保留对个人的单独评分权利等。

谈起ZJUI课程设置中贯穿始终的对团队合作意识和能力的培养时，Mark Butala老师强调，“许多现实工程问题往往都是复杂的，工程师们也必须习惯于借助不同领域的经验支持，倾听更多不同的声音和建议。” 诚如他所言，ZJUI在培养方案设计中，注重为学生创造以团队为单位的科研实践体验，使同学们在拓宽知识面的同时，进一步锻炼领导力、团队协作能力，熟悉真实工程问题的运作与解决方式，培养全局意识，激发创新思维。

创新四：着眼科技前沿，选题呈现多渠道、多样化特色 

“我们坚持鼓励学生自己去发现问题，这是创新产生的重要起点。ZJUI的导师们也依据自己的科研方向为ZJUI的同学们提供了很多选题灵感和技术支持。”如任课教师Arne Fliflet所说，此次毕业设计课程，各学生团队选题来源丰富，总体呈现多渠道、多样化特色。选题渠道以学生自主立题为主，辅以导师科研、产业界项目选题等，兼顾学生兴趣、工业难题与科技前沿。选题的范畴来源于工程实践，紧跟科技前沿和产业变革动态，具有较强的实践性、实用性、时代性。

▲ 魔法棋——学生自主研发的“声控国际象棋的工程解决方案”

▲ 破解迷宫——学生自主研发的“无人机-SUGV协同系统”

▲ 依样画葫芦——学生自主研发的“Keebot,一个执行 3D 姿势模仿的人形机器人”

同学们观察生活，从细节处着眼，提出了图书馆座椅占用检测的传感系统、基于传感器的自动运送车、声控国际象棋的工程解决方案、自动对齐无线充电桌等课题。同学们关怀弱势，勇担社会责任，提出了可输出盲人景物的可穿戴设备、用于康复的EMG控制的机器人手套、增强现实内窥镜辅助系统、一种装载于自行车的城市空气质量监测系统等课题。同学们挑战前沿，为工程难题书写ZJUI解法，提出了用于自动驾驶的雷达物体检测模型、无人机上的集成化合成孔径雷达遥感系统、执行3D姿势模仿的人形机器人、增强现实和虚拟现实技术革新电磁学教育体验、3D医学图像中的无监督表示学习、表征磨损现象的微型摩擦仪等课题。

以“紧固件计数器的简化装置”为代表的一些小组，积极同企业展开合作交流，为企业的现实工程问题提供解决方案，探索了毕业设计产学研合作的可能，为后续进一步开展产学研合作奠定了良好基础。

从发现问题，提出问题，到解决问题，同学们通过此次毕业设计课程，体验了解决真实工程问题的全过程，为未来职业生涯积累了宝贵经验。

▲ Seat U 团队展示他们开发的图书馆占位检测系统

无论课程任课教师，还是团队指导老师，都对绝大部分团队最终的项目成果表示了肯定。Butala老师回忆起这届学生大一年级时，同样也是他任教的ECE110课程，感触良多，“与一年级时的课程实践项目设计相比，短短四年，他们可谓是茁壮成长，绝大部分团队都令我刮目相看。比如，Seat U团队的图书馆占位检测系统设计，尽管着眼的问题不大，但是实实在在能为同学们生活带来便利。他们团队最终的设计成果功能齐全、专业成熟，设计报告也相当完整、质量颇高，令我非常欣慰。”Arne Fliflet老师通过此次课程，发现同学们对基于微处理器的设备开发（例如 PCB 设计）具体细节了解和涉及较少，他也提出，希望未来为同学们提供更多相关信息和培训，更好地提升同学们开展交叉创新工程设计的能力。

随着毕业设计课程的圆满结束，ZJUI在引领新工科理念，打破传统专业壁垒，实现多学科跨界交叉融合，构建多学科交叉的创新工程教育组织模式探索中又迈出了坚实一步。