海洋強國背景下船海學(xué)科研究生 實踐課程教學(xué)的探索與實踐

摘 要：近年來，船舶與海洋工程專業(yè)作為一個跟隨國際形式不斷發(fā)展變化的熱門專業(yè)，專業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新與實驗教育涌現(xiàn)出一系列新的成果，但也從中暴露出一些問題。為此，根據(jù)近幾年教學(xué)和科研工作經(jīng)驗，對海洋強國背景下培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識的船海學(xué)科拔尖人才的重要性進行了詳細闡述，并結(jié)合學(xué)科研究生主干課程，對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段進行了深入改革，開展了實踐教學(xué)、案例教育的探索與實踐，并就實踐教學(xué)過程中所取得的工作成效進行了深度剖析。這一改革后的教學(xué)方式不僅將為船海學(xué)科的研究生教學(xué)提供參考，還能為其他專業(yè)研究生培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：海洋強國；船舶與海洋工程；研究生；實踐教學(xué)

中圖分類號：G643 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）10-0095-03

在如今經(jīng)濟全球化和世界多極化這一格局下，發(fā)展海洋事業(yè)與建設(shè)海洋經(jīng)略是我國走向世界強國的必由之路[1-2]。近年來，國際海洋領(lǐng)土爭端不斷加劇，維護自身海洋權(quán)益的形勢也日益嚴(yán)峻。因此，保衛(wèi)海洋領(lǐng)土主權(quán)、開發(fā)海上油氣資源、確保海洋強國戰(zhàn)略的順利實施，已成為各個國家的首要任務(wù)[3-4]。而對于我們國家而言，隨著海軍“走向深藍——建設(shè)海洋強國”“大國重器”和“海上絲綢之路”等一系列重大戰(zhàn)略決策的實施，對于海上各類軍、民設(shè)施建設(shè)以及海洋資源、空間開發(fā)等相關(guān)技術(shù)與裝備的需求將更為急迫。這無疑對我國船舶與海洋工程學(xué)科的發(fā)展提出了更新的挑戰(zhàn)。因此，能否著眼于國家海洋人才戰(zhàn)略的布局，是檢驗我國海洋類高等教育和海洋專業(yè)人才是否合格的試金石[5-8]。

一、研究意義

船舶與海洋工程作為海洋工程與技術(shù)的一個熱門專業(yè)，始終為船舶工業(yè)、海軍裝備、水上交通運輸、海洋資源開發(fā)和國防工程需求提供堅實的智力與技術(shù)支持。作為世界造船大國之一，藍色海洋經(jīng)濟是國民經(jīng)濟的重要組成部分。同時，船舶制造業(yè)也已成為我國海洋開發(fā)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)之一。因此，船舶與海洋工程專業(yè)的優(yōu)秀應(yīng)用型人才，就業(yè)前景十分廣闊，但目前此類人才相對緊缺[9-10]。

我國要想建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科，其第一動力便是創(chuàng)新。只有培養(yǎng)出創(chuàng)新型、復(fù)合型人才，才能夠不斷提升各條產(chǎn)業(yè)行業(yè)的科研能力，進而推進成果轉(zhuǎn)化。其中，實驗教學(xué)一直以來都是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的主要手段之一，也是一流學(xué)科建設(shè)的重要組成部分。同時，高校中的實驗教學(xué)建設(shè)作為評價研究生教學(xué)的重要組成部分，在高校“雙一流”建設(shè)中起到了至關(guān)重要的作用。

一方面，高水平的實驗教學(xué)能力將是進一步穩(wěn)固學(xué)科建設(shè)的重要支撐，這有利于學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量以及實現(xiàn)創(chuàng)建世界一流大學(xué)這一戰(zhàn)略目標(biāo)[11-12]。另一方面，《中華人民共和國高等教育法》明確提出了“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”是高等教育基本任務(wù)[13]。所以，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是目前實施素質(zhì)教育的一大門檻。這主要體現(xiàn)在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。眾所周知，實踐是創(chuàng)新的靈感之源，而目前高校培養(yǎng)學(xué)生實踐及創(chuàng)新能力的手段還主要依賴實驗教學(xué)。然而，現(xiàn)如今的傳統(tǒng)教學(xué)體系更多是關(guān)注理論知識的傳授，而對于知識的應(yīng)用往往不夠重視，這顯然不能適應(yīng)新時代高校大力培養(yǎng)應(yīng)用型人才，全面實施素質(zhì)教育這一辦學(xué)宗旨。同時，這也嚴(yán)重制約了學(xué)生在動手和創(chuàng)新能力方面的發(fā)展[13]。

二、存在的問題

盡管這幾年各高校在實驗教學(xué)方面進行了一些改革，并取得了一定成績，但仍然存在一些問題：對于實踐教學(xué)與課程重視程度不夠；相較于逐漸增多的理論授課，實驗課程難以獨立設(shè)置，且所占比例過??；實驗條件達不到規(guī)?；踔羾?yán)重落后；實驗教學(xué)內(nèi)容方面，仍以傳統(tǒng)的驗證性實驗為主，動手能力的訓(xùn)練過少；對學(xué)生的考核方式仍然限于理論考核而非綜合設(shè)計能力的測評；在實驗室運行機制上，對實驗崗教師的重視程度不夠，比如學(xué)歷及職稱晉升機制方面與教師相比較差，因此難以調(diào)動實驗技術(shù)人員的工作積極性等[13-14]。

為克服以上難題，首先要從根本上扭轉(zhuǎn)“重理論、輕實踐”的老舊思想，同時確立“理論源于實踐，實踐先于理論”的觀點[13]。二者屬于密不可分的關(guān)系，無所謂孰輕孰重。實踐是學(xué)生進行知識應(yīng)用、知識創(chuàng)新的一個最主要方式，而實驗課程則是高校培養(yǎng)學(xué)生最直接也是最為便利的途徑和手段。這是因為實驗課程的源頭在實驗，離開實驗，創(chuàng)新實踐也就成了“無源之水、無本之木”?？v觀人類科技之路的發(fā)展，一切發(fā)明創(chuàng)造都是從實驗中獲得的，而一切理論知識的提出也都需要通過實驗來驗證。

因此，作為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力的第一戰(zhàn)場，如何提高學(xué)生實驗技術(shù)能力是目前高校教育改革的當(dāng)務(wù)之急[13]。所謂 “改革”，指的就是打破傳統(tǒng)的工科教學(xué)模式中的重理論、輕實踐的觀念，旨在讓廣大研究生走入實驗室并動手設(shè)計和操作實驗。只有這樣，才能以實際科研項目為引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生理解船舶與海洋工程專業(yè)知識的能力和思維意識。

三、解決途徑

船舶與海洋工程作為一個與國家戰(zhàn)略息息相關(guān)的學(xué)科，如何通過對實驗教學(xué)體系的改革來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力一直以來都是各高校所關(guān)注的難點和重點。為培養(yǎng)優(yōu)秀的可滿足現(xiàn)代化海洋強國建設(shè)及船舶與海洋工程專業(yè)發(fā)展需求的優(yōu)秀研究生提供保障，本團隊將近兩年來在實驗教學(xué)過程中獲得的改革經(jīng)驗?zāi)毴缦隆?/p>

（一）完善船海學(xué)科實驗課程體系的教學(xué)內(nèi)容框架

船海學(xué)科實驗課程體系的教學(xué)內(nèi)容較為豐富，涉及面也廣。而框架梳理的最終目的就是讓船海學(xué)科的研究生能夠深入理解所學(xué)的風(fēng)浪流環(huán)境、船舶阻力與推進、操縱性與耐波性、流體力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)理論課程知識，并培養(yǎng)研究生從實驗的角度解決實際科學(xué)問題的能力，為其今后的工程實踐及科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

同時，在授課過程中，通過構(gòu)建合理的課程體系，進一步完善授課課件PPT、教學(xué)大綱、實驗大綱、練習(xí)題庫，從而讓研究生更加充分地掌握船舶與海洋工程實驗的類型、各實驗原理及目的意義、各實驗設(shè)計原則及方法、各實驗實施流程及數(shù)據(jù)處理方法等內(nèi)容。

（二）培養(yǎng)研究生利用數(shù)值水池等虛擬仿真實驗系統(tǒng)

隨著創(chuàng)建船舶與海洋工程學(xué)科的高校越來越多，其實驗課程的種類也各具特色，這就帶來了一些問題，比如實驗設(shè)備要求高，開展實驗的運行成本高等。所以，在具備必要的實驗條件外，如何開發(fā)虛擬實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)“虛實結(jié)合”是我們需要考慮并重視的問題。為此，應(yīng)積極引進仿真計算軟件，這對于增加學(xué)生實踐經(jīng)歷和提高虛擬仿真實驗?zāi)芰哂惺种匾淖饔谩?/p>

具體而言，就是調(diào)動各路資源，軟硬件相結(jié)合，在課程教學(xué)大綱中加入船舶設(shè)計軟件的學(xué)習(xí)章節(jié)，并明確規(guī)定每名學(xué)生，特別是研究生至少要掌握一種仿真軟件，并配備數(shù)值計算軟件相關(guān)課程，例如結(jié)構(gòu)有限元分析軟件PATRAN和ABAQUS、計算流體力學(xué)CFD軟件STAR-CCM+等。從目前來看，這方面的工作已經(jīng)取得了一些成效。比如，水面艦船在服役期間會因為遭受各種各樣的事故和武器攻擊而造成船體結(jié)構(gòu)破損，船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)數(shù)值仿真包括結(jié)構(gòu)的疲勞、屈服、屈曲、極限強度等。也應(yīng)讓研究生在院系教師所承擔(dān)的科研項目中自主設(shè)計大量的仿真項目，通過科研項目為研究生提供實驗和實踐平臺，從而更好地實現(xiàn)人才培養(yǎng)與科研項目實施的雙贏目標(biāo)。

（三）激勵研究生親身參與實驗過程

讓廣大研究生參與實驗，培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，開放實驗室是必要的。近兩年來，本團隊針對研究生使用實驗儀器設(shè)備進行了一定的培訓(xùn)與宣傳，發(fā)現(xiàn)，這樣既可以滿足研究生自行開展實驗課程設(shè)計、科研創(chuàng)新競賽等需求，又能夠鼓勵研究生建立自己擬定實驗題目、進行方案設(shè)計、提出實驗申請的實驗室使用及管理方法，可謂是一舉多得。

船海學(xué)科的研究生專業(yè)課程，其中很多都含有實驗課程環(huán)節(jié)。但由于實驗室條件限制等因素，很多學(xué)校并沒有對實驗課程環(huán)節(jié)給予足夠的重視。比如，船舶結(jié)構(gòu)類的實驗多屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)類實驗，基本內(nèi)容包括應(yīng)力應(yīng)變測試結(jié)構(gòu)振動技術(shù)，需通過指導(dǎo)研究生學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造和工作原理、電阻應(yīng)變片的各項工作特性、應(yīng)變計的類型、應(yīng)變片的選用和粘貼技術(shù)等實踐內(nèi)容，為研究生解決結(jié)構(gòu)力學(xué)中的實際問題提供基礎(chǔ)。通過讓每個研究生自行動手粘貼應(yīng)變片、載荷施加、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等全過程，增強研究生對結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗的認(rèn)識與了解。

此外，本團隊以課程為單位，每學(xué)期成立“課程科技實踐創(chuàng)新中心”，供研究生在課余時間開展科研創(chuàng)新活動，并提供實驗工具、設(shè)備和材料。利用學(xué)校各類實驗室，為研究生參與科技創(chuàng)新及科創(chuàng)競賽搭建平臺，鼓勵研究生開展科創(chuàng)活動，進行較高級別項目的研究，使研究生科技創(chuàng)新活動得到持續(xù)發(fā)展，為研究生參加國際、國內(nèi)的各種創(chuàng)新競賽提供條件保障。

（四）升級改造儀器設(shè)備與實驗室條件

鑒于很多高?，F(xiàn)有的部分實驗室儀器設(shè)備與授課條件較為陳舊落后、實驗儀器設(shè)備利用率低、設(shè)備功能開發(fā)力度不夠、資源未達到最大化共享等狀況，針對課程所需實驗設(shè)備進行升級與完善，購置相關(guān)的儀器設(shè)備與操作平臺，為研究生上課提供更好的資源與條件。實驗中心大型科研儀器設(shè)備多，充分挖掘與開發(fā)大型儀器設(shè)備使用功能。

值得一提的是，很多實驗室的重型設(shè)備設(shè)施具有一定的危險性，存在大量研究生在實驗室的日?？蒲袑W(xué)習(xí)及動手操作過程中的安全管理問題。為此，需要建立完善的研究生安全管理模式及管理方案，保證研究生及實驗室的安全性。

四、改革取得的初步成效

首先是實驗課程知識點的傳授方面。綜合船舶與海洋工程專業(yè)中的理論知識體系，整合本學(xué)科所涉及的風(fēng)浪流海洋環(huán)境、船舶阻力與推進、操縱性與耐波性、波浪載荷、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流固耦合等知識范圍，依托所講授的課程建立全面的實驗課程體系及知識點范圍，將其打造為本專業(yè)的實驗特色綜合必修課程。

其次是經(jīng)驗推廣及應(yīng)用范圍方面。近兩年來的研究經(jīng)驗可應(yīng)用于船舶與海洋工程專業(yè)中多門本科生及研究生實驗課程教學(xué)，可為船舶與海洋工程學(xué)科研究生開展科研創(chuàng)新活動和參加國際國內(nèi)的各種創(chuàng)新競賽提供保障及平臺，并為研究生后續(xù)的科學(xué)研究與工作實踐奠定扎實基礎(chǔ)，也可推廣至其他新工科專業(yè)（例如土木工程、力學(xué)、水利工程、水聲工程等）的實驗課程的教學(xué)改革。

最后是科研競賽方面。打破傳統(tǒng)科研團隊與教研室之間的壁壘，通過實驗課的學(xué)習(xí)，將科研與教學(xué)進行有機融合，進而引導(dǎo)學(xué)生盡早參與科研工作。同時，利用實驗室的各種儀器設(shè)備搭建實踐平臺，建立創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地，實現(xiàn)“教學(xué)—科研—各類專業(yè)創(chuàng)新競賽”直通車模式。

五、結(jié)論

近年來，船舶與海洋工程專業(yè)作為一個跟隨國際形式不斷發(fā)展變化的熱門專業(yè)，專業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新與實驗教育涌現(xiàn)出一系列新的成果，但也暴露出一些問題。為此，筆者根據(jù)近幾年教學(xué)和科研工作經(jīng)驗，對船舶與海洋工程學(xué)科的研究生課程融入創(chuàng)新與實驗的幾個關(guān)鍵問題進行了初步的探究與分析，旨在為教師進行實驗課的授課模式提供新思路。

同時，將知識創(chuàng)新引入專業(yè)的實踐課程教學(xué)不僅可以增強研究生的實驗實踐創(chuàng)新意識，還將為研究生后續(xù)的科學(xué)研究與工作實踐奠定扎實基礎(chǔ)。這一模式的開展也可間接服務(wù)于所在學(xué)校的船海學(xué)科發(fā)展、學(xué)科評估及學(xué)位點評估等方面，提升本學(xué)科及專業(yè)在國內(nèi)外的知名度和教育影響力。

此外，本文所提供的方式不僅僅為船海學(xué)科的研究生教學(xué)提供參考，還能為其他專業(yè)研究生培養(yǎng)提供依據(jù)。同時，“如何通過對實驗教學(xué)體系的改革來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力”這一話題所涉及的深度和廣度仍將是我們繼續(xù)研究的方向。

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