新工科背景下輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

(武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430063)

一、引言

基于“中國(guó)制造2025”、“一帶一路”倡議等國(guó)家重大戰(zhàn)略背景，以及船舶智能制造和海洋工程裝備等高新技術(shù)的發(fā)展，航運(yùn)產(chǎn)業(yè)依托創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展迅速。能否在當(dāng)前局勢(shì)下完成轉(zhuǎn)型，做到資源整合、特色鮮明、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，真正成為支撐交通運(yùn)輸事業(yè)快速發(fā)展下的科學(xué)技術(shù)與高素質(zhì)人才的堅(jiān)強(qiáng)后盾，在規(guī)模和質(zhì)量上適應(yīng)國(guó)際開(kāi)放式創(chuàng)新型高級(jí)航運(yùn)人才培養(yǎng)的要求，這是中國(guó)航海教育面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為推進(jìn)輪機(jī)工程多學(xué)科交叉融合，本科航海院校應(yīng)加快新工科建設(shè)，加快智能航運(yùn)人才布局，實(shí)現(xiàn)輪機(jī)工程傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)向智能船舶及海運(yùn)技術(shù)綜合發(fā)展的升級(jí)轉(zhuǎn)型。

作為首批進(jìn)入國(guó)際海事組織(IMO)航海教育白名單的院校，武漢理工大學(xué)致力于探索與實(shí)踐高質(zhì)量輪機(jī)工程航運(yùn)人才培養(yǎng)模式[1]。目前航運(yùn)業(yè)正在向智能航海方向發(fā)展，因此航運(yùn)教育已經(jīng)開(kāi)始以海事、航運(yùn)科學(xué)為核心，融合了載運(yùn)工具、動(dòng)力工程、交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)與管理、海洋生物科學(xué)、水利工程、海洋環(huán)境與安全、信息科學(xué)與應(yīng)用等學(xué)科方向，正在轉(zhuǎn)型為復(fù)合型國(guó)際化人才培養(yǎng)模式。專(zhuān)業(yè)學(xué)科向多學(xué)科復(fù)合交叉趨勢(shì)發(fā)展，辦學(xué)層次由單純的本科航海教育教學(xué)型向高級(jí)引領(lǐng)型航運(yùn)人才培養(yǎng)和海事系統(tǒng)科學(xué)研究并重的方向發(fā)展。協(xié)同陸上專(zhuān)業(yè)對(duì)海上專(zhuān)業(yè)發(fā)展的促進(jìn)和提升作用，通過(guò)不斷開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域并最終為“交通強(qiáng)國(guó)”“海洋強(qiáng)國(guó)”等國(guó)家戰(zhàn)略服務(wù)。

從武漢理工大學(xué)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)輪機(jī)工程人才培養(yǎng)模式中實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)機(jī)制進(jìn)行研究，深入開(kāi)展輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)人才素質(zhì)內(nèi)涵建設(shè)和人才培養(yǎng)模式探索，對(duì)在新工科視域下的輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐育人機(jī)制及平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行研究，做實(shí)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。

二、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)面對(duì)船舶大型化、智能化、自主化發(fā)展的挑戰(zhàn)，遵照教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”精神和學(xué)校“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”人才培養(yǎng)要求，培養(yǎng)能勝任輪機(jī)操縱與維護(hù)、監(jiān)修與監(jiān)造、檢驗(yàn)與管理等崗位工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。

近年來(lái)，受全球航運(yùn)業(yè)和造船業(yè)低迷的影響，整個(gè)國(guó)內(nèi)航運(yùn)市場(chǎng)持續(xù)不景氣。輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)的招生規(guī)?？s減，伴隨專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向的改革，規(guī)模有進(jìn)一步縮小的趨勢(shì)[2]。輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)方向已不局限于傳統(tǒng)水上就業(yè)，正在向岸基支持、智能運(yùn)維、智能管控等方向拓展，新的行業(yè)發(fā)展及就業(yè)需求倒逼輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案向具有國(guó)際視野和跨文化交流與合作能力的高端航海人才方向改革。輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才的內(nèi)涵應(yīng)為具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)實(shí)踐能力，能夠引領(lǐng)交通運(yùn)輸與船舶行業(yè)內(nèi)智能航海與先進(jìn)制造新技術(shù)的卓越人才。通過(guò)對(duì)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)2016版(2020屆)培養(yǎng)方案的教學(xué)模式和培養(yǎng)方案中的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程和實(shí)施過(guò)程進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有培養(yǎng)體系中關(guān)于創(chuàng)新能力培養(yǎng)以及實(shí)踐教學(xué)實(shí)施存在如下問(wèn)題：

(1)平臺(tái)支撐不足，實(shí)踐教學(xué)配置不夠完善

科研成果服務(wù)于教學(xué)僅僅體現(xiàn)在指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)節(jié)能減排、“挑戰(zhàn)杯”和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類(lèi)項(xiàng)目等，科研和專(zhuān)業(yè)教學(xué)之間缺乏緊密聯(lián)系，沒(méi)有科研應(yīng)用教學(xué)、教學(xué)促進(jìn)科研的循環(huán)機(jī)制，專(zhuān)業(yè)教學(xué)的內(nèi)容落后于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不夠連續(xù)，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)場(chǎng)地和手段革新不足。實(shí)驗(yàn)管理人員應(yīng)根據(jù)專(zhuān)業(yè)未來(lái)的發(fā)展和社會(huì)需求，建立動(dòng)態(tài)建設(shè)機(jī)制，保證實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)備的臺(tái)套數(shù)，建設(shè)開(kāi)放計(jì)算平臺(tái)，為虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等提供軟硬件支持。

(2)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)沒(méi)有形成閉環(huán)的評(píng)價(jià)機(jī)制

實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放度低限制了實(shí)驗(yàn)室使用頻率和效率。如何提升實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放度，同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)室安全管理、秩序穩(wěn)定，是目前實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)人才培養(yǎng)中亟待解決的課題。專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程沒(méi)有與其他基礎(chǔ)課程區(qū)分開(kāi)，仍按照統(tǒng)一批次進(jìn)行實(shí)操，過(guò)程結(jié)束后沒(méi)有完整的體系對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋；現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施中，沒(méi)有閉環(huán)的評(píng)價(jià)機(jī)制導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)不能與理論教學(xué)深度交叉結(jié)合起來(lái)，雙向促進(jìn)、協(xié)同發(fā)展；輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠踏實(shí)和深入。

輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)必須符合STCW公約馬尼拉修正案，也必須符合交通運(yùn)輸部海事局2011年12月通過(guò)的新《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》和《海船船員適任考試大綱》的要求[1]，接受航海質(zhì)量管理體系監(jiān)控，定期進(jìn)行校內(nèi)質(zhì)量辦內(nèi)審、交通運(yùn)輸部外審、歐盟和國(guó)際海事組織評(píng)估?，F(xiàn)行實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)體系以STCW公約的技能和適任要求為目標(biāo)，其中實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)機(jī)制已經(jīng)與現(xiàn)今新工科背景下的專(zhuān)業(yè)發(fā)展需要嚴(yán)重脫節(jié)，亟須探索新的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)實(shí)施機(jī)制，以保障實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計(jì)劃”中對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施，改革實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)是深入踐行“以學(xué)生為中心、目標(biāo)導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)”的工程教育認(rèn)證閉環(huán)機(jī)制的重要手段。

三、新工科背景下實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

為了適應(yīng)國(guó)家各項(xiàng)海事政策、海洋開(kāi)發(fā)、海上運(yùn)輸業(yè)和國(guó)防事業(yè)的需求，中國(guó)履約以及船員大國(guó)向船員強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略方向，應(yīng)利用校企協(xié)作基地資源，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)。

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心通過(guò)優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研資源的高效利用。首先借助計(jì)算機(jī)技術(shù)提升實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放度，引進(jìn)優(yōu)秀人才隊(duì)伍優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資。其次對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系進(jìn)行改革，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面著手提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程監(jiān)控和實(shí)驗(yàn)后的評(píng)價(jià)。由教學(xué)辦和實(shí)驗(yàn)中心統(tǒng)一對(duì)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)劃分，構(gòu)建專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)、科研拓展研究等多層次的平臺(tái)體系，該機(jī)制的實(shí)施可以對(duì)整體的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)籌安排、注重基礎(chǔ)、綜合發(fā)展，整個(gè)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容可形成統(tǒng)一整體。

在新工科的背景下，圍繞國(guó)家對(duì)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才的要求和培養(yǎng)目標(biāo)，以實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)全局性問(wèn)題為突破口，著力構(gòu)建輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)完善的綜合性高水平的實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系。從課程內(nèi)容、平臺(tái)統(tǒng)籌、運(yùn)行機(jī)制、過(guò)程監(jiān)控評(píng)價(jià)等方面，整體設(shè)計(jì)，分層推進(jìn)，形成持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)系統(tǒng)[3]。

1.基于多源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)運(yùn)行機(jī)制

多源復(fù)合是指信息的互相匹配復(fù)合，在遙感影像、檢測(cè)診斷、健康管理等綜合和系統(tǒng)分析方面進(jìn)行多向研究，目的是達(dá)到多種信息源互相補(bǔ)充、互相印證，提高系統(tǒng)分析和判斷效果。培養(yǎng)應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)生，就需要配套齊全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和資源，引領(lǐng)和驅(qū)動(dòng)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新研究和實(shí)踐活動(dòng)[4]。將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容貫穿人才培養(yǎng)全過(guò)程，輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)主要分為與理論課程相關(guān)的集中實(shí)踐型教學(xué)內(nèi)容和海上實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在人才培養(yǎng)全過(guò)程中有必要突出人才培養(yǎng)體系中實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵地位。

本課題對(duì)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)育人機(jī)制進(jìn)行研究，引入多源信息融合方法，建立理念引領(lǐng)、頂層設(shè)計(jì)、組織實(shí)施、評(píng)價(jià)反饋和改進(jìn)完善等五個(gè)環(huán)節(jié)組成的“五維一體”的閉環(huán)式完整運(yùn)行體系。新工科背景下輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)運(yùn)行機(jī)制模型如圖1所示。

(1)通過(guò)“五維一體”實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)，運(yùn)用GIS空間信息技術(shù)、Web技術(shù)和移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的集中管理，可實(shí)現(xiàn)多源實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一體化。

(2)圍繞人才培養(yǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)育人機(jī)制的反饋影響，通過(guò)對(duì)校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)多方、多層次功能或職責(zé)的梳理和分析，分類(lèi)分時(shí)優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，形成基于平臺(tái)數(shù)據(jù)的“高校主導(dǎo)、多方參與、資源整合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)同運(yùn)作、創(chuàng)新共贏”的多源運(yùn)行與協(xié)同模式。

(3)通過(guò)多源數(shù)據(jù)復(fù)合管理、計(jì)算、二次開(kāi)發(fā)，針對(duì)教師與學(xué)生等不同對(duì)象建立評(píng)價(jià)模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)運(yùn)行和使用效果以及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)運(yùn)行機(jī)制總體模型

在頂層設(shè)計(jì)上為輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)意識(shí)與專(zhuān)業(yè)能力的養(yǎng)成規(guī)劃出藍(lán)圖是構(gòu)建創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)模式的引領(lǐng)方向。該運(yùn)行機(jī)制能夠動(dòng)態(tài)獲取行業(yè)需求、高校技術(shù)革新，并結(jié)合國(guó)家政策的示范引領(lǐng)，生成引導(dǎo)師生教學(xué)和學(xué)習(xí)的管理策略。依托國(guó)家級(jí)船舶運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心的支撐，整合教學(xué)科研資源高效轉(zhuǎn)化和合作共享，建立可視化的系統(tǒng)平臺(tái)。針對(duì)不同用戶(hù)對(duì)象和需求，提供多平臺(tái)或項(xiàng)目選擇，利用互聯(lián)網(wǎng)手段改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，完善過(guò)程質(zhì)量評(píng)價(jià)和監(jiān)控。輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)特色機(jī)制的穩(wěn)定運(yùn)行是建設(shè)具有高水平、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)固的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化路徑

高校實(shí)踐育人指標(biāo)體系復(fù)雜，評(píng)價(jià)機(jī)制仍處于相對(duì)滯后、不夠成熟的階段，也尚未形成系統(tǒng)性、普適性的標(biāo)準(zhǔn)體系[5]。從實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)“事前、事中、事后”三階段多層面可視化視角的研究還比較少，缺乏評(píng)價(jià)反饋和實(shí)證支持案例。

本研究?jī)?nèi)容以武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心為對(duì)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，本路徑將實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)分為“事前—事中—事后”三個(gè)主要階段，建立預(yù)約機(jī)制、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程監(jiān)控機(jī)制、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)機(jī)制，形成優(yōu)化改進(jìn)的持續(xù)閉環(huán)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化路徑模型如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化路徑模型

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化路徑將實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程分為預(yù)約機(jī)制(事前)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程監(jiān)控機(jī)制(事中)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)機(jī)制(事后)三個(gè)階段。在預(yù)約階段通過(guò)微信端的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)類(lèi)型預(yù)約時(shí)間、教師和座位，通過(guò)系統(tǒng)確認(rèn)后生成預(yù)約信息發(fā)送給過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)入下一步流程。在過(guò)程監(jiān)控機(jī)制中，通過(guò)實(shí)體臺(tái)架、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)等結(jié)合，提升實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放度，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型不同，進(jìn)行專(zhuān)職教師和系統(tǒng)引導(dǎo)監(jiān)控兩種不同的過(guò)程教學(xué)。在過(guò)程監(jiān)控機(jī)制中，通過(guò)移動(dòng)端和PC端對(duì)學(xué)生、指導(dǎo)教師以及平臺(tái)過(guò)程信息進(jìn)行手動(dòng)記錄和后臺(tái)記錄，在實(shí)驗(yàn)流程結(jié)束后保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于后期實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)模塊，通過(guò)智能控制、環(huán)境監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)協(xié)同作用，得到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的分析結(jié)果以及整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行的管理決策，用于支撐對(duì)學(xué)生端、教師端以及實(shí)驗(yàn)室的評(píng)價(jià)。該機(jī)制運(yùn)行可對(duì)在線(xiàn)使用的教師和學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)多因素權(quán)重分析，得到實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)結(jié)果反饋給預(yù)約流程和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程形成持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)制的運(yùn)行遵循工程教育認(rèn)證的OBE理念[6]。

可視化運(yùn)行路徑的研究可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的有效集成，減少當(dāng)前數(shù)據(jù)的繁雜冗余，提高系統(tǒng)服務(wù)效率和質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，解決現(xiàn)有的數(shù)據(jù)共享性、可用性差的問(wèn)題，使得多系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)作時(shí)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)和管理更加便捷和安全。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化路徑研究與實(shí)踐有利于人才培養(yǎng)模式和培養(yǎng)機(jī)制的改革。依托水上專(zhuān)業(yè)行業(yè)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)真實(shí)環(huán)境下的船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)等，提供逼真、沉浸、精確的三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn) “數(shù)據(jù)輸出—二維顯示—三維場(chǎng)景—數(shù)據(jù)復(fù)合”多層次瀏覽、監(jiān)控及反饋模式。

3.基于多源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化平臺(tái)建設(shè)

武漢理工大學(xué)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)2019年已獲批“國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)”，榮獲“湖北高校省級(jí)優(yōu)秀基層教學(xué)組織”，已完成《基于全景漫游的船舶認(rèn)知》等10余項(xiàng)虛實(shí)結(jié)合、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，獲批兩項(xiàng)湖北省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(船舶輔機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，2017年；船舶輪機(jī)實(shí)訓(xùn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，2018年)。

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)具備大型的規(guī)模化設(shè)備群，包括二沖程柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、液貨作業(yè)仿真系統(tǒng)、“船舶虛擬機(jī)艙漫游及操作平臺(tái)”“航標(biāo)船三維仿真系統(tǒng)”和WMS型船舶輪機(jī)模擬器等設(shè)備，以及大型服務(wù)器集群、高性能計(jì)算機(jī)等多種硬件設(shè)備。搭建了武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)以及深入學(xué)習(xí)的運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可視化資源共享，拓展實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容，使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)字孿生系統(tǒng)等手段，讓教師學(xué)生在時(shí)間、空間領(lǐng)域有更多靈活選擇，為師生提供全天候開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

平臺(tái)建立了基于Web的三維虛擬仿真支撐環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的知識(shí)學(xué)習(xí)模塊、交互式模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理模塊、全天候開(kāi)放模塊、“事前—事中—事后”評(píng)價(jià)模塊等。針對(duì)師生用戶(hù)習(xí)慣使用移動(dòng)設(shè)備的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一套基于手機(jī)微信端的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)，以PHP為后端框架，MySQL作為后端數(shù)據(jù)庫(kù)，前端采用AngularJS、JQuery進(jìn)行頁(yè)面交互[8]。師生用戶(hù)可通過(guò)微信端進(jìn)行設(shè)備、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的預(yù)約和知識(shí)學(xué)習(xí)。本系統(tǒng)已在校園服務(wù)器和云端服務(wù)器完成部署，根據(jù)用戶(hù)需求的不同，面向校內(nèi)校外受眾群體。根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作體驗(yàn)及用戶(hù)接入需求的不同，平臺(tái)引入VR/AR/MR技術(shù)，通過(guò)個(gè)人PC機(jī)、HTC VIVE頭戴式顯示系統(tǒng)、微軟HOLOLENS增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡、智能手機(jī)APP應(yīng)用等進(jìn)行交互。基于多源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化平臺(tái)框架如圖3所示。

圖3 基于多源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化平臺(tái)框架

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化平臺(tái)依托輪機(jī)工程國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)、長(zhǎng)江黃金水道綠色和安全技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心(簡(jiǎn)稱(chēng)“協(xié)同創(chuàng)新中心”)、國(guó)家級(jí)船舶運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心以及湖北省第八屆教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等教育資源和教研成果[7]，開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化系統(tǒng)，校企協(xié)同實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)教學(xué)與科研成果的有機(jī)結(jié)合，針對(duì)水上專(zhuān)業(yè)特色，輻射陸上專(zhuān)業(yè)。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化機(jī)制引導(dǎo)師生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)、綜合實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、科技競(jìng)賽等實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、積極探索、強(qiáng)化提升的創(chuàng)新協(xié)作精神。

(1)該平臺(tái)可通過(guò)系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)共享，真實(shí)展現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，建立基于WebGIS的全天候開(kāi)放機(jī)制。對(duì)實(shí)訓(xùn)基地、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)字化、可視化提供支持?；谌S虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)艙、管系多功能實(shí)驗(yàn)等平臺(tái)信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)“事前、事中、事后”三階段全天候可視化開(kāi)放及運(yùn)行管理。

(2)多源復(fù)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化體系的構(gòu)建將有利于課堂理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)管理進(jìn)行線(xiàn)上線(xiàn)下綜合互動(dòng)，有利于開(kāi)展教師展示案例—學(xué)生學(xué)習(xí)提問(wèn)—師生互動(dòng)交流—教學(xué)管理在線(xiàn)監(jiān)控，提升教師產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)管理水平。

(3)通過(guò)平臺(tái)體系的建立，有效提升科研—教學(xué)資源的轉(zhuǎn)化、利用與評(píng)價(jià)。將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源可以豐富課程資源，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

武漢理工大學(xué)以校內(nèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)、校外實(shí)習(xí)基地為拓展、企業(yè)行業(yè)對(duì)象為聯(lián)系紐帶，遵循輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)的內(nèi)涵，推行研究型學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建了基于多源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化平臺(tái)系統(tǒng)，建立了大學(xué)生實(shí)訓(xùn)和科技創(chuàng)新平臺(tái)，彌補(bǔ)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系的缺失，切實(shí)培養(yǎng)輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

學(xué)院依托“協(xié)同創(chuàng)新中心”、實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)、修購(gòu)計(jì)劃、中央高校教育教學(xué)改革專(zhuān)項(xiàng)、省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等，對(duì)接智能航運(yùn)需求，建立開(kāi)放共享的教學(xué)平臺(tái)，聚焦做實(shí)復(fù)合型輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案。通過(guò)近四年的綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的探索和實(shí)踐，總結(jié)出一套基于多源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)可視化運(yùn)行機(jī)制和管理模式，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。創(chuàng)新了管理體制、運(yùn)行機(jī)制、過(guò)程考核和評(píng)價(jià)指標(biāo)，依托平臺(tái)建設(shè)將實(shí)踐教學(xué)改革成果制度化。

(1)彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的不足，提升學(xué)校教學(xué)模式現(xiàn)代化水平。采用虛擬仿真教學(xué)資源和手段，減少人為操作失誤帶來(lái)的損失，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制，提高實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放度和實(shí)驗(yàn)室使用效益，提升實(shí)驗(yàn)室教師的專(zhuān)業(yè)水平，保障實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果和質(zhì)量。優(yōu)化實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)和實(shí)習(xí)實(shí)踐組織管理模式，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，鞏固課堂知識(shí)，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)素質(zhì)與技能。

(2)以培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和行業(yè)需求的復(fù)合型高素質(zhì)人才為宗旨，以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革為契機(jī)，突出學(xué)院水上專(zhuān)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)，不斷開(kāi)發(fā)實(shí)踐教學(xué)資源，提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)水平和效果，營(yíng)造有利于學(xué)生創(chuàng)新思維、工程素養(yǎng)培養(yǎng)的學(xué)術(shù)氛圍，為人才培養(yǎng)質(zhì)量的穩(wěn)步提高提供有力支撐。