海洋技術(shù)專業(yè)的工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式研究

唐達(dá) 王延林 王振宇 岳前進(jìn)

摘要：針對(duì)海洋技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，提出了專業(yè)課程的工程化輔助教學(xué)的創(chuàng)新改革模式，將在實(shí)際工程項(xiàng)目中的開(kāi)發(fā)過(guò)程、研究成果和平臺(tái)，通過(guò)多種方式融入教學(xué)中，讓工程問(wèn)題引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的工程化意識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力。該教學(xué)模式已經(jīng)歷了兩年的教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：新工科;工程化輔助教學(xué);海洋技術(shù);成果導(dǎo)向

中圖分類號(hào)：G642.4? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）38-0093-02

新工科注重理念引領(lǐng)，提倡創(chuàng)新工程教育方式與手段，主張開(kāi)放融合的工程教育。高等學(xué)校新工科的建設(shè)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)的改革[1]，提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。在課堂教學(xué)中，通過(guò)引入工程實(shí)例、基于項(xiàng)目教學(xué)和多元化教學(xué)模式等方法[2]，實(shí)現(xiàn)新工科的教學(xué)目標(biāo)。許多科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題都來(lái)源于工程實(shí)踐，而依據(jù)現(xiàn)有教材的課堂教學(xué)更專注理論和方法的理解，缺乏理論應(yīng)用于實(shí)踐的感性體驗(yàn)。因此，出現(xiàn)了工程化教學(xué)方法的研究，文獻(xiàn)[3]通過(guò)“素材輔助、案例引導(dǎo)、問(wèn)題聚焦”在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中引入工程化教學(xué)方法。通過(guò)優(yōu)化課堂教學(xué)、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)、社會(huì)實(shí)踐和工程實(shí)踐等方式探索控制類課程工程化教學(xué)模式的改革。實(shí)際上，工程中的問(wèn)題往往是綜合性的，多專業(yè)融合培養(yǎng)模式也是工程化教學(xué)的要求。海洋技術(shù)專業(yè)的一個(gè)目標(biāo)就是為海洋工程領(lǐng)域培養(yǎng)技術(shù)人才。海洋工程領(lǐng)域人才需要有扎實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，其所學(xué)的理論和技術(shù)也可以應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域中。

一、海洋技術(shù)專業(yè)課程創(chuàng)新模式的思考

大連理工大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的海洋技術(shù)專業(yè)課程主要圍繞海洋通用的裝備及技術(shù)。培養(yǎng)方案強(qiáng)調(diào)海洋開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)與先進(jìn)技術(shù)，以電子、材料、機(jī)械、控制、力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)體系為支撐，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)海洋科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，掌握海洋資源開(kāi)發(fā)的先進(jìn)通用技術(shù)，具備海洋資源探索、測(cè)量與檢測(cè)的能力，最終實(shí)現(xiàn)通才教育。因此，海洋技術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)了電子、信息與控制的相關(guān)課程，如傳感器技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、LabView虛擬儀器和信號(hào)處理技術(shù)等課程。這些課程有些是其他專業(yè)的基礎(chǔ)課程，如“傳感器技術(shù)”是測(cè)控專業(yè)的必修課程，“信號(hào)處理”是通信工程專業(yè)的必修課程，它們都需要各自領(lǐng)域相關(guān)的前序課程支持。因此，在海洋技術(shù)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)中，一些課程的教學(xué)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，缺少面向海洋技術(shù)專業(yè)的統(tǒng)一教學(xué)模式和規(guī)劃，缺少各個(gè)課程之間的有機(jī)銜接。

二、工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式實(shí)踐

海洋技術(shù)專業(yè)的工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式的基本思路是，將實(shí)際海洋工程項(xiàng)目中獲得的科研成果及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)經(jīng)過(guò)適當(dāng)簡(jiǎn)化與整理，作為該專業(yè)課程的基礎(chǔ)案例、練習(xí)對(duì)象或分析數(shù)據(jù)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程設(shè)置目標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域的感性認(rèn)識(shí)。以海上FPSO軟鋼臂單點(diǎn)系泊結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例，在這個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)中，完成了如下三個(gè)方面的工作：

1.實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟鋼臂連續(xù)多年的監(jiān)測(cè)，如圖1所示。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括多種類型的傳感器、采集設(shè)備和集成軟件。

2.基于上述項(xiàng)目，建立了用于研究軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它由大型六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、軟鋼臂單點(diǎn)系泊模型和相應(yīng)的傳感器、數(shù)據(jù)采集軟件與硬件設(shè)備組成，如圖2所示。

3.用于研究軟鋼臂動(dòng)力學(xué)特性的軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的仿真環(huán)境。它是利用ADAMS軟件構(gòu)建軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在該仿真環(huán)境中通過(guò)施加激勵(lì)可以分析軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特征。

這些研究工作、成果和平臺(tái)是海洋技術(shù)專業(yè)課程工程化教學(xué)改革的基礎(chǔ)。首先，對(duì)上述的成果進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選和裁剪。比如軟鋼臂實(shí)際監(jiān)測(cè)的文檔資料包括：監(jiān)測(cè)實(shí)施方案、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、圖片錄像以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，教改中會(huì)以案例的形式出現(xiàn)在課堂教學(xué)中。比如實(shí)施方案、圖片和錄像使學(xué)生很快了解項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)工況，而對(duì)于不同的課程可以有不同的側(cè)重。例如在傳感器技術(shù)課程教學(xué)中，對(duì)項(xiàng)目中使用的傳感器原理、性能、協(xié)議和實(shí)際使用會(huì)有深入的討論;在LabView課程教學(xué)中，監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)則作為虛擬儀器開(kāi)發(fā)的教學(xué)案例;在信號(hào)處理課程教學(xué)中，則以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析作為教學(xué)的實(shí)例，研究結(jié)構(gòu)特征的變化規(guī)律，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。類似地，軟鋼臂單點(diǎn)系泊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了從傳感器選擇、布點(diǎn)方案、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析的一整套方法，可以給學(xué)生提供工程化思維的教學(xué)引導(dǎo)。在工程化教學(xué)改革中，這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠用于傳感器、檢測(cè)、虛擬儀器、信號(hào)和控制等課程的教學(xué)，也可以用于學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)踐、創(chuàng)新實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)等。海洋環(huán)境激勵(lì)是隨機(jī)的，軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是由大型六自由度平臺(tái)激勵(lì)的。因此為了方便分析軟鋼臂單點(diǎn)系泊的運(yùn)動(dòng)，仿真環(huán)境提供了更便捷的獲取數(shù)據(jù)的方法。當(dāng)學(xué)生已經(jīng)具有了軟鋼臂單點(diǎn)系泊運(yùn)動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)后，仿真環(huán)境可以為教學(xué)提供更多的數(shù)據(jù)，使課堂教學(xué)案例更貼近應(yīng)用。

圖4給出了工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式示意圖，在海洋技術(shù)專業(yè)課程的教學(xué)中融入工程化教學(xué)模式，使學(xué)生理解課程教學(xué)的目標(biāo)，也使各門課程相互銜接，互為接應(yīng)，可以完成多門專業(yè)相關(guān)課程教學(xué)體系的整合，使教學(xué)具有統(tǒng)一的專業(yè)目標(biāo)。

三、總結(jié)

工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式已應(yīng)用在海洋技術(shù)專業(yè)的傳感器技術(shù)、虛擬儀器和信號(hào)處理課程的教學(xué)實(shí)踐中，并已在兩屆共12名本科生的創(chuàng)新實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行了探索和實(shí)踐。在本專業(yè)的課程中引入工程化的教學(xué)模式，取得了如下的收獲：

1.實(shí)現(xiàn)海洋技術(shù)專業(yè)課程的工程化體系建設(shè)。很多海洋技術(shù)都是融在大的工程建設(shè)中。海洋技術(shù)專業(yè)的學(xué)生只有結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行專業(yè)的理論和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，才能對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通，學(xué)以致用。以工程化科研成果導(dǎo)向的教學(xué)創(chuàng)新模式的建立，對(duì)實(shí)現(xiàn)海洋技術(shù)專業(yè)課程的工程化教學(xué)體系建設(shè)具有重要意義。

2.實(shí)現(xiàn)海洋技術(shù)專業(yè)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系。工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式可以為海洋技術(shù)專業(yè)的電子、信息與控制相關(guān)教學(xué)提供統(tǒng)一的輔助教學(xué)平臺(tái)，從而搭建起課程與海洋技術(shù)專業(yè)之間的橋梁，也豐富了課程的教學(xué)實(shí)踐手段。

3.提供多用途的教學(xué)平臺(tái)。工程化輔助教學(xué)創(chuàng)新模式建立了一個(gè)面向教學(xué)的工程化輔助教學(xué)平臺(tái)，該平臺(tái)有廣泛的教學(xué)用途，可以為多個(gè)相關(guān)課程提供基礎(chǔ)的、互通的實(shí)踐方法和數(shù)據(jù)，也可以為海洋技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)提供輔助。

4.激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情。工程化輔助教學(xué)模式建設(shè)工作的本身也是很好的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)讓學(xué)生參與這項(xiàng)教改的建設(shè)，也會(huì)使學(xué)生更加了解工程的需求，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，也會(huì)提高課堂教學(xué)效果。

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Research on Innovative Mode of Engineering Auxiliary Teaching for Marine Technology Specialty

TANG Daa，WANG Yan-linb，WANG Zhen-yub，YUE Qian-jinb

（a.School of Computer Science and Technology;b.School of Ocean Science and Technology，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China）

Absrtact：In view of the training goal of marine technology specialty， this paper puts forward the innovative reform mode of engineering auxiliary teaching of specialty course，which will integrate the development process，research results and platform in the actual engineering project into the teaching through many ways，let the engineering problem lead the teaching content，stimulate the students' enthusiasm for study， improve the students' engineering consciousness，practice and innovation ability.The teaching mode has been tested by teaching practice for two years，and good results have been obtained.

Key words：new engineering department;engineering assisted teaching;marine technology;achievement orientation