新工科背景下“電子海圖顯示與信息系統(tǒng)”課程教學(xué)改革

孫珽，徐東星，卓永強(qiáng)

(1.廣東海洋大學(xué) 海運(yùn)學(xué)院，廣東 湛江 524088 ；2.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306)

一、引言

2017年2月以來(lái)，教育部提出并積極推進(jìn)高等教育新工科建設(shè)，先后形成了新工科建設(shè)的“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。新工科建設(shè)對(duì)于高等工程教育提出了新的要求，根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行專(zhuān)業(yè)建設(shè)，構(gòu)建工科專(zhuān)業(yè)新結(jié)構(gòu)，針對(duì)未來(lái)專(zhuān)業(yè)發(fā)展進(jìn)行課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化[1-2]。一個(gè)學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展必須考慮技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的影響。在新工科的背景下，基于未來(lái)船舶智能化、無(wú)人化的發(fā)展趨勢(shì)，航海高等教育必須面向行業(yè)的變化做出自身的調(diào)整，在這個(gè)背景的驅(qū)動(dòng)下，航海高等教育在培養(yǎng)模式、教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容等方面都需要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，做出相應(yīng)的改變，從而建設(shè)發(fā)展基于航海新工科背景和智能航海新業(yè)態(tài)的航海類(lèi)專(zhuān)業(yè)。

目前我國(guó)傳統(tǒng)航海工科教育課程體系與教學(xué)內(nèi)容主要依據(jù)STCW公約馬尼拉修正案等國(guó)際公約，以培養(yǎng)適合各種水域航行的無(wú)限航區(qū)船員為目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容局限于參加國(guó)家船員適任證書(shū)考試。隨著國(guó)際海事組織(IMO)E-Navigation和國(guó)家新工科建設(shè)的提出，傳統(tǒng)教育方法和內(nèi)容與智能航海新模式已經(jīng)不相適應(yīng)，因此作為高等航海教育者必須從航海新工科專(zhuān)業(yè)建設(shè)角度出發(fā)，對(duì)航海技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)選，使得課程內(nèi)容立足傳統(tǒng)航海工程基礎(chǔ)，結(jié)合人工智能、無(wú)人船舶等多學(xué)科、多方向，從而培養(yǎng)出符合新工科建設(shè)要求，面向智能航海時(shí)代的高素質(zhì)航海技術(shù)人才[3]。

電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ECDIS)被認(rèn)為是船舶導(dǎo)航領(lǐng)域繼雷達(dá)之后的又一項(xiàng)偉大的航海技術(shù)革命。ECDIS能夠融合各種航海設(shè)備信息，接收各種設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)并在電子海圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，從而減輕航海人員的工作負(fù)擔(dān)，促進(jìn)航行安全。多功能電子海圖顯示與信息系統(tǒng)對(duì)于保證船舶航行安全所起的重要作用也已經(jīng)得到國(guó)際海事組織(IMO)、國(guó)際水道測(cè)量組織(IHO)以及眾多航海專(zhuān)家的認(rèn)可，熟練運(yùn)用ECDIS是航海人員的一項(xiàng)必備技能。STCW公約馬尼拉修正案也首次將ECDIS列入強(qiáng)制培訓(xùn)的范圍。

ECDIS課程作為一門(mén)相對(duì)開(kāi)課時(shí)間較短的專(zhuān)業(yè)課，更易擺脫舊的教學(xué)模式，探索教學(xué)改革的新方向，因此本文以ECDIS課程為例，探索新工科背景下的課程教學(xué)改革。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.部分教學(xué)內(nèi)容理論性較強(qiáng)

目前的ECDIS課程為了滿(mǎn)足STCW公約馬尼拉修正案要求，課程內(nèi)容中涉及大量ECDIS基礎(chǔ)理論、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)顯示等理論知識(shí)。學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容感性認(rèn)識(shí)較少，在學(xué)習(xí)時(shí)往往感覺(jué)枯燥難懂，因此，對(duì)于這部分內(nèi)容的理解相當(dāng)膚淺，無(wú)法形成系統(tǒng)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，不利于他們今后操作ECDIS和利用ECDIS進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。

2.實(shí)踐內(nèi)容教學(xué)偏向應(yīng)試

目前的ECDIS實(shí)踐課程內(nèi)容設(shè)計(jì)主要針對(duì)船員適任證書(shū)評(píng)估考核，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容以應(yīng)對(duì)海船船員適任評(píng)估考核為主。而船員適任證書(shū)的評(píng)估考核主要是考核面板、軟件界面的操作以及ECDIS的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，這些教學(xué)內(nèi)容對(duì)于本科生來(lái)說(shuō)過(guò)于簡(jiǎn)單、單一。當(dāng)前市場(chǎng)上ECDIS品牌和型號(hào)種類(lèi)繁多，而普通教學(xué)機(jī)構(gòu)的ECDIS模擬器大都是單一品牌的，學(xué)生無(wú)法全面理解不同品牌和型號(hào)設(shè)備的異同，也不能充分理解ECDIS軟件功能設(shè)計(jì)的初衷，學(xué)習(xí)深度難以達(dá)到新工科對(duì)本科航海專(zhuān)業(yè)人才的要求。

3.ECDIS教學(xué)模式過(guò)于單一

目前ECDIS教學(xué)往往基于課堂的理論灌輸，以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式與教學(xué)方法依然占據(jù)課堂教學(xué)的主流地位，導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程單一、枯燥，教學(xué)氛圍沉悶，學(xué)生的自主思考時(shí)間較短，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中處于被動(dòng)接受的位置。對(duì)于新工科建設(shè)背景下的面向未來(lái)智能航海的本科航海技術(shù)人才，除了需要掌握良好的航海技能外，還要有豐富的信息處理能力，能更好地利用智能設(shè)備操控船舶，保障船舶航行安全。

比如，STCW公約馬尼拉修正案關(guān)于500總噸或以上船舶負(fù)責(zé)航行值班的高級(jí)船員的最低適任標(biāo)準(zhǔn)中，要求船員具備“全面理解電子導(dǎo)航圖ENC數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)精度、呈現(xiàn)規(guī)則、顯示選擇和其他海圖數(shù)據(jù)格式”的能力[4]。而在ECDIS的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于如何理解數(shù)據(jù)有不同的觀點(diǎn)：是要求學(xué)生理解數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過(guò)程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類(lèi)型，還是要求學(xué)生理解數(shù)據(jù)的表層含義而不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)信息的誤判？

筆者認(rèn)為，底層數(shù)據(jù)的分析和處理就是為航海專(zhuān)業(yè)學(xué)生打開(kāi)一扇信息處理的大門(mén)。因此， 對(duì)于上述STCW公約馬尼拉修正案所要求的能力應(yīng)解釋為“理解數(shù)據(jù)產(chǎn)生過(guò)程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、類(lèi)型”。當(dāng)前的傳統(tǒng)教學(xué)模式對(duì)于這方面能力的培養(yǎng)僅僅通過(guò)課堂灌輸，培養(yǎng)方法過(guò)于單一。而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這部分受到ECDIS課程課時(shí)限制，在課堂上很難講得全面透徹，單一的教學(xué)模式很難滿(mǎn)足人才培養(yǎng)的要求，特別對(duì)于偏重于學(xué)術(shù)研究的學(xué)生，這種教學(xué)方式更顯不足。

總之，現(xiàn)有的ECDIS課程教學(xué)與基于新工科背景下的航海專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)有一定的差距，因此在新工科建設(shè)的背景下，應(yīng)改革課程內(nèi)容、教學(xué)方式和手段，以達(dá)到新工科對(duì)高素質(zhì)的航海人才的培養(yǎng)要求。

三、課程教學(xué)模式改革措施

1.學(xué)習(xí)思維的改變

現(xiàn)代科技的發(fā)展需要人們的探索、合作，作為面向未來(lái)的工科教育，應(yīng)該改變傳統(tǒng)的灌輸式的教學(xué)模式，充分體現(xiàn)“新工科航?！敝械闹悄芑?。在理論教學(xué)改革中，嘗試使用ECDIS模擬軟件，針對(duì)學(xué)生難以有感性認(rèn)識(shí)的ECDIS軟件操作進(jìn)行模擬演示，改變固有思維，培養(yǎng)學(xué)生利用新的航海助航設(shè)備保障航行。如在航線(xiàn)設(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)紙質(zhì)海圖的航線(xiàn)設(shè)計(jì)往往依靠一大堆航線(xiàn)設(shè)計(jì)參考書(shū)籍、航用海圖和平行尺、分規(guī)等作圖工具，而在ECDIS教學(xué)中，將航線(xiàn)設(shè)計(jì)中的航線(xiàn)繪制部分的教學(xué)思路歸結(jié)為針對(duì)航線(xiàn)轉(zhuǎn)向點(diǎn)的操作，整體航線(xiàn)的繪制由畫(huà)線(xiàn)變成畫(huà)點(diǎn)，這樣能大幅減輕航海人員航線(xiàn)設(shè)計(jì)作圖的工作強(qiáng)度。在課程教學(xué)中，用模擬軟件的實(shí)操教學(xué)改變航線(xiàn)設(shè)計(jì)思路，讓學(xué)生由線(xiàn)變點(diǎn)去考慮航線(xiàn)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，并且采用軟件演示操作，使學(xué)生明確ECDIS航線(xiàn)設(shè)計(jì)的各種注意事項(xiàng)。對(duì)于航海圖書(shū)資料的查閱分析，由翻閱航海圖書(shū)轉(zhuǎn)變?yōu)槔秒娔X搜索。這種思路的轉(zhuǎn)變會(huì)使學(xué)生對(duì)于航線(xiàn)設(shè)計(jì)有種豁然開(kāi)朗的感覺(jué)，也會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。通過(guò)課程中類(lèi)似的細(xì)微處改變，循序漸進(jìn)地將智能化的思想灌輸給學(xué)生，樹(shù)立智能船舶的理念，促使他們積極參與新航?？萍嫉膶W(xué)習(xí)和探討。

2.教學(xué)方式的轉(zhuǎn)化

在新工科背景下，教師應(yīng)該在課堂通過(guò)合理引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步使用ECDIS智能海圖的意愿，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，做到基于課堂、走出課堂，利用各種手段激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。對(duì)于ECDIS教學(xué)，可以引導(dǎo)學(xué)生在課外多渠道地獲取相關(guān)知識(shí)，以幫助他們理解課堂教學(xué)中的理論內(nèi)容；課堂內(nèi)基于自主學(xué)生的知識(shí)，通過(guò)小組合作、課堂討論和頭腦風(fēng)暴等手段，促使學(xué)生對(duì)ECDIS發(fā)展產(chǎn)生自己的想法，提升其自主學(xué)習(xí)能力。[3]而這些手段需要教師做出有效的引導(dǎo)，并整合相關(guān)資源，通過(guò)創(chuàng)新教育指導(dǎo)一些自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，加強(qiáng)學(xué)術(shù)方向的培養(yǎng)，開(kāi)展相關(guān)項(xiàng)目的研究，提升學(xué)生創(chuàng)新思維，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)。課堂內(nèi)外加強(qiáng)師生溝通和促進(jìn)有關(guān)ECDIS的觀點(diǎn)碰撞，支持學(xué)生在ECDIS方向上針對(duì)船舶智能化的探討和研究，根據(jù)ECDIS融合的各種航海傳感器所獲得的信息，進(jìn)一步挖掘航海數(shù)據(jù)信息，激發(fā)學(xué)生船舶智能化、無(wú)人化航海的創(chuàng)新思路，為學(xué)生航海新工科背景下的專(zhuān)業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.充分發(fā)揮雙師型教師作用

航海智能化、無(wú)人化已大勢(shì)所趨，未來(lái)的航海人才不僅需要有扎實(shí)的航海技能，還需要有信息融合處理的能力。在新工科背景下，航海高等教育要順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。目前各航海院校都有相當(dāng)比例的“雙師型”教師，他們有豐富的船上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和一定的跨學(xué)科綜合知識(shí)儲(chǔ)備，熟悉行業(yè)需求和發(fā)展趨勢(shì)，了解智能船舶發(fā)展的不同階段，具備相關(guān)技術(shù)和科研經(jīng)驗(yàn)。學(xué)校應(yīng)充分發(fā)揮雙師型教師的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)新工科課程教學(xué)的要求，對(duì)ECDIS課程結(jié)構(gòu)做適當(dāng)調(diào)整。在教學(xué)中基于IMO對(duì)于ECDIS的使用要求，講解ECDIS的實(shí)踐需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，在課程中增加對(duì)于這些趨勢(shì)的探討，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究ECDIS的應(yīng)用。

在教學(xué)過(guò)程中，雙師型教師基于豐富的航行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí)，特別是信息融合處理、通信技術(shù)、遇險(xiǎn)報(bào)警和自主航行等方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以培養(yǎng)解決問(wèn)題能力和科學(xué)思維為中心，以實(shí)際案例為引子，結(jié)合不同的思維方法，在ECDIS課程學(xué)習(xí)過(guò)程中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)際問(wèn)題與解決實(shí)際問(wèn)題的能力，探討ECDIS的應(yīng)用方向，將理論知識(shí)融入實(shí)踐中，真正培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)能力。

四、結(jié)語(yǔ)

智能船舶是航海新工科重要的發(fā)展方向。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，智能船舶甚至無(wú)人船舶將大行其道。航海教育要考慮到智能船舶的發(fā)展將會(huì)促使現(xiàn)有國(guó)際公約、航運(yùn)規(guī)則發(fā)生變化，而且對(duì)航海人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)、崗位職責(zé)等都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

針對(duì)目前ECDIS理論教學(xué)，本文圍繞新工科背景下ECDIS課程建設(shè)過(guò)程中的問(wèn)題，從教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行深入研究，最終建立凸顯新工科教學(xué)的課程框架，完善ECDIS課程教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和思維能力。在智能化船舶發(fā)展的大趨勢(shì)下，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用ECDIS工具進(jìn)行智能船舶方向的開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)學(xué)生在智能航海方向的研究競(jìng)爭(zhēng)力。在ECDIS教學(xué)改革中不僅要拓展學(xué)生的知識(shí)面，而且通過(guò)教學(xué)方式的改變進(jìn)一步強(qiáng)化ECDIS的專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練功能，使學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和思維能力?；谛鹿た票尘跋翬CDIS的課程改革，將促使ECDIS具有更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能夠有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠熟練運(yùn)用ECDIS，更進(jìn)一步能提出提升ECDIS功能的想法甚至付諸實(shí)踐，從而凸顯新工科的教育重點(diǎn)。航海教育工作者應(yīng)進(jìn)一步探究“新工科”背景下航海專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程的發(fā)展思路，進(jìn)一步提升航海技術(shù)專(zhuān)業(yè)的新工科屬性，在專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中注入更多的智能化、信息化元素，以積極應(yīng)對(duì)智能航海對(duì)航海技術(shù)人才在知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)上的需求。