海洋強(qiáng)國背景下船海學(xué)科研究生 實(shí)踐課程教學(xué)的探索與實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)，對海洋強(qiáng)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(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行了深入改革，開展了實(shí)踐教學(xué)、案例教育的探索與實(shí)踐，并就實(shí)踐教學(xué)過程中所取得的工作成效進(jìn)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(qiáng)國；船舶與海洋工程；研究生；實(shí)踐教學(xué)在如今經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(hù)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(qiáng)國戰(zhàn)略的順利實(shí)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(lán)——建設(shè)海洋強(qiáng)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(shí)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(yàn)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(yùn)輸、海洋資源開發(fā)和國防工程需求提供堅(jiān)實(shí)的智力與技術(shù)支持。作為世界造船大國之一，藍(lán)色海洋經(jīng)濟(jì)是國民經(jīng)濟(jì)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(jìn)而推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化。其中，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)能力將是進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)施素質(zhì)教育的一大門檻。這主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。眾所周知，實(shí)踐是創(chuàng)新的靈感之源，而目前高校培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力的手段還主要依賴實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)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(shí)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(shí)驗(yàn)課程難以獨(dú)立設(shè)置，且所占比例過?。粚?shí)驗(yàn)條件達(dá)不到規(guī)?；踔羾?yán)重落后；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面，仍以傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)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(jì)能力的測評；在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行機(jī)制上，對實(shí)驗(yàn)崗教師的重視程度不夠，比如學(xué)歷及職稱晉升機(jī)制方面與教師相比較差，因此難以調(diào)動實(shí)驗(yàn)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(shí)踐”的老舊思想，同時確立“理論源于實(shí)踐，實(shí)踐先于理論”的觀點(diǎn)[13]。二者屬于密不可分的關(guān)系，無所謂孰輕孰重。實(shí)踐是學(xué)生進(jìn)行知識應(yīng)用、知識創(chuàng)新的一個最主要方式，而實(shí)驗(yàn)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)課程的源頭在實(shí)驗(yàn)，離開實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)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(shí)驗(yàn)中獲得的，而一切理論知識的提出也都需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。因此，作為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力的第一戰(zhàn)場，如何提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)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(shí)踐的觀念，旨在讓廣大研究生走入實(shí)驗(yàn)室并動手設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)。只有這樣，才能以實(shí)際科研項(xiàng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力一直以來都是各高校所關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為培養(yǎng)優(yōu)秀的可滿足現(xiàn)代化海洋強(qiáng)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(tuán)隊(duì)將近兩年來在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中獲得的改革經(jīng)驗(yàn)?zāi)毴缦?。（一）完善船海學(xué)科實(shí)驗(yàn)課程體系的教學(xué)內(nèi)容框架船海學(xué)科實(shí)驗(yàn)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(jìn)、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(shí)驗(yàn)的角度解決實(shí)際科學(xué)問題的能力，為其今后的工程實(shí)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(jìn)一步完善授課課件PPT、教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的類型、各實(shí)驗(yàn)原理及目的意義、各實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則及方法、各實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程的種類也各具特色，這就帶來了一些問題，比如實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高，開展實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行成本高等。所以，在具備必要的實(shí)驗(yàn)條件外，如何開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合”是我們需要考慮并重視的問題。為此，應(yīng)積極引進(jìn)仿真計(jì)算軟件，這對于增加學(xué)生實(shí)踐經(jīng)歷和提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哂惺种匾淖饔?。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(jì)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(jì)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(jì)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?yàn)樵馐芨鞣N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(qiáng)度等。也應(yīng)讓研究生在院系教師所承擔(dān)的科研項(xiàng)目中自主設(shè)計(jì)大量的仿真項(xiàng)目，通過科研項(xiàng)目為研究生提供實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐平臺，從而更好地實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與科研項(xiàng)目實(shí)施的雙贏目標(biāo)。（三）激勵研究生親身參與實(shí)驗(yàn)過程讓廣大研究生參與實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，開放實(shí)驗(yàn)室是必要的。近兩年來，本團(tuán)隊(duì)針對研究生使用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)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(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)題目、進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、提出實(shí)驗(yàn)申請的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)。但由于實(shí)驗(yàn)室條件限制等因素，很多學(xué)校并沒有對實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)給予足夠的重視。比如，船舶結(jié)構(gòu)類的實(shí)驗(yàn)多屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)類實(shí)驗(yàn)，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(xiàng)工作特性、應(yīng)變計(jì)的類型、應(yīng)變片的選用和粘貼技術(shù)等實(shí)踐內(nèi)容，為研究生解決結(jié)構(gòu)力學(xué)中的實(shí)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(qiáng)研究生對結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識與了解。此外，本團(tuán)隊(duì)以課程為單位，每學(xué)期成立“課程科技實(shí)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(shí)驗(yàn)工具、設(shè)備和材料。利用學(xué)校各類實(shí)驗(yàn)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(jìn)行較高級別項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室條件鑒于很多高?，F(xiàn)有的部分實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備與授課條件較為陳舊落后、實(shí)驗(yàn)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(dá)到最大化共享等狀況，針對課程所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的安全性。四、改革取得的初步成效首先是實(shí)驗(yàn)課程知識點(diǎn)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(jìn)、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(shí)驗(yàn)課程體系及知識點(diǎn)范圍，將其打造為本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)特色綜合必修課程。其次是經(jīng)驗(yàn)推廣及應(yīng)用范圍方面。近兩年來的研究經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)踐奠定扎實(shí)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(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)與教研室之間的壁壘，通過實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，將科研與教學(xué)進(jìn)行有機(jī)融合，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生盡早參與科研工作。同時，利用實(shí)驗(yàn)室的各種儀器設(shè)備搭建實(shí)踐平臺，建立創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地，實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)，對船舶與海洋工程學(xué)科的研究生課程融入創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)的幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行了初步的探究與分析，旨在為教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的授課模式提供新思路。同時，將知識創(chuàng)