海洋强国背景下船海学科研究生 实践课程教学的探索与实践

摘要：近年来，船舶与海洋工程专业作为一个跟随国际形式不断发展变化的热门专业，专业内的创新与实验教育涌现出一系列新的成果，但也从中暴露出一些问题。为此，根据近几年教学和科研工作经验，对海洋强国背景下培养具备创新精神、创新能力、创新意识的船海学科拔尖人才的重要性进行了详细阐述，并结合学科研究生主干课程，对课程的教学内容、教学方法、教学手段进行了深入改革，开展了实践教学、案例教育的探索与实践，并就实践教学过程中所取得的工作成效进行了深度剖析。这一改革后的教学方式不仅将为船海学科的研究生教学提供参考，还能为其他专业研究生培养提供参考。关键词：海洋强国；船舶与海洋工程；研究生；实践教学在如今经济全球化和世界多极化这一格局下，发展海洋事业与建设海洋经略是我国走向世界强国的必由之路[1-2]。近年来，国际海洋领土争端不断加剧，维护自身海洋权益的形势也日益严峻。因此，保卫海洋领土主权、开发海上油气资源、确保海洋强国战略的顺利实施，已成为各个国家的首要任务[3-4]。而对于我们国家而言，随着海军“走向深蓝——建设海洋强国”“大国重器”和“海上丝绸之路”等一系列重大战略决策的实施，对于海上各类军、民设施建设以及海洋资源、空间开发等相关技术与装备的需求将更为急迫。这无疑对我国船舶与海洋工程学科的发展提出了更新的挑战。因此，能否着眼于国家海洋人才战略的布局，是检验我国海洋类高等教育和海洋专业人才是否合格的试金石[5-8]。一、研究意义船舶与海洋工程作为海洋工程与技术的一个热门专业，始终为船舶工业、海军装备、水上交通运输、海洋资源开发和国防工程需求提供坚实的智力与技术支持。作为世界造船大国之一，蓝色海洋经济是国民经济的重要组成部分。同时，船舶制造业也已成为我国海洋开发战略的基础之一。因此，船舶与海洋工程专业的优秀应用型人才，就业前景十分广阔，但目前此类人才相对紧缺[9-10]。我国要想建设世界一流大学和一流学科，其第一动力便是创新。只有培养出创新型、复合型人才，才能够不断提升各条产业行业的科研能力，进而推进成果转化。其中，实验教学一直以来都是培养创新型人才的主要手段之一，也是一流学科建设的重要组成部分。同时，高校中的实验教学建设作为评价研究生教学的重要组成部分，在高校“双一流”建设中起到了至关重要的作用。一方面，高水平的实验教学能力将是进一步稳固学科建设的重要支撑，这有利于学校人才培养质量以及实现创建世界一流大学这一战略目标[11-12]。另一方面，《中华人民共和国高等教育法》明确提出了“培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”是高等教育基本任务[13]。所以，如何培养学生的创新能力是目前实施素质教育的一大门槛。这主要体现在实验教学环节。众所周知，实践是创新的灵感之源，而目前高校培养学生实践及创新能力的手段还主要依赖实验教学。然而，现如今的传统教学体系更多是关注理论知识的传授，而对于知识的应用往往不够重视，这显然不能适应新时代高校大力培养应用型人才，全面实施素质教育这一办学宗旨。同时，这也严重制约了学生在动手和创新能力方面的发展[13]。二、存在的问题尽管这几年各高校在实验教学方面进行了一些改革，并取得了一定成绩，但仍然存在一些问题：对于实践教学与课程重视程度不够；相较于逐渐增多的理论授课，实验课程难以独立设置，且所占比例过小；实验条件达不到规模化甚至严重落后；实验教学内容方面，仍以传统的验证性实验为主，动手能力的训练过少；对学生的考核方式仍然限于理论考核而非综合设计能力的测评；在实验室运行机制上，对实验岗教师的重视程度不够，比如学历及职称晋升机制方面与教师相比较差，因此难以调动实验技术人员的工作积极性等[13-14]。为克服以上难题，首先要从根本上扭转“重理论、轻实践”的老旧思想，同时确立“理论源于实践，实践先于理论”的观点[13]。二者属于密不可分的关系，无所谓孰轻孰重。实践是学生进行知识应用、知识创新的一个最主要方式，而实验课程则是高校培养学生最直接也是最为便利的途径和手段。这是因为实验课程的源头在实验，离开实验，创新实践也就成了“无源之水、无本之木”。纵观人类科技之路的发展，一切发明创造都是从实验中获得的，而一切理论知识的提出也都需要通过实验来验证。因此，作为培养学生的创新实践能力的第一战场，如何提高学生实验技术能力是目前高校教育改革的当务之急[13]。所谓“改革”，指的就是打破传统的工科教学模式中的重理论、轻实践的观念，旨在让广大研究生走入实验室并动手设计和操作实验。只有这样，才能以实际科研项目为引领，培养学生理解船舶与海洋工程专业知识的能力和思维意识。三、解决途径船舶与海洋工程作为一个与国家战略息息相关的学科，如何通过对实验教学体系的改革来培养学生的创新实践能力一直以来都是各高校所关注的难点和重点。为培养优秀的可满足现代化海洋强国建设及船舶与海洋工程专业发展需求的优秀研究生提供保障，本团队将近两年来在实验教学过程中获得的改革经验凝练如下。（一）完善船海学科实验课程体系的教学内容框架船海学科实验课程体系的教学内容较为丰富，涉及面也广。而框架梳理的最终目的就是让船海学科的研究生能够深入理解所学的风浪流环境、船舶阻力与推进、操纵性与耐波性、流体力学及结构力学等相关理论课程知识，并培养研究生从实验的角度解决实际科学问题的能力，为其今后的工程实践及科学研究奠定基础。同时，在授课过程中，通过构建合理的课程体系，进一步完善授课课件PPT、教学大纲、实验大纲、练习题库，从而让研究生更加充分地掌握船舶与海洋工程实验的类型、各实验原理及目的意义、各实验设计原则及方法、各实验实施流程及数据处理方法等内容。（二）培养研究生利用数值水池等虚拟仿真实验系统随着创建船舶与海洋工程学科的高校越来越多，其实验课程的种类也各具特色，这就带来了一些问题，比如实验设备要求高，开展实验的运行成本高等。所以，在具备必要的实验条件外，如何开发虚拟实验系统，实现“虚实结合”是我们需要考虑并重视的问题。为此，应积极引进仿真计算软件，这对于增加学生实践经历和提高虚拟仿真实验能力具有十分重要的作用。具体而言，就是调动各路资源，软硬件相结合，在课程教学大纲中加入船舶设计软件的学习章节，并明确规定每名学生，特别是研究生至少要掌握一种仿真软件，并配备数值计算软件相关课程，例如结构有限元分析软件PATRAN和ABAQUS、计算流体力学CFD软件STAR-CCM+等。从目前来看，这方面的工作已经取得了一些成效。比如，水面舰船在服役期间会因为遭受各种各样的事故和武器攻击而造成船体结构破损，船舶结构力学数值仿真包括结构的疲劳、屈服、屈曲、极限强度等。也应让研究生在院系教师所承担的科研项目中自主设计大量的仿真项目，通过科研项目为研究生提供实验和实践平台，从而更好地实现人才培养与科研项目实施的双赢目标。（三）激励研究生亲身参与实验过程让广大研究生参与实验，培养研究生的创新创造能力，开放实验室是必要的。近两年来，本团队针对研究生使用实验仪器设备进行了一定的培训与宣传，发现，这样既可以满足研究生自行开展实验课程设计、科研创新竞赛等需求，又能够鼓励研究生建立自己拟定实验题目、进行方案设计、提出实验申请的实验室使用及管理方法，可谓是一举多得。船海学科的研究生专业课程，其中很多都含有实验课程环节。但由于实验室条件限制等因素，很多学校并没有对实验课程环节给予足够的重视。比如，船舶结构类的实验多属于结构力学类实验，基本内容包括应力应变测试结构振动技术，需通过指导研究生学习电阻应变片的基本构造和工作原理、电阻应变片的各项工作特性、应变计的类型、应变片的选用和粘贴技术等实践内容，为研究生解决结构力学中的实际问题提供基础。通过让每个研究生自行动手粘贴应变片、载荷施加、数据采集、数据分析等全过程，增强研究生对结构力学实验的认识与了解。此外，本团队以课程为单位，每学期成立“课程科技实践创新中心”，供研究生在课余时间开展科研创新活动，并提供实验工具、设备和材料。利用学校各类实验室，为研究生参与科技创新及科创竞赛搭建平台，鼓励研究生开展科创活动，进行较高级别项目的研究，使研究生科技创新活动得到持续发展，为研究生参加国际、国内的各种创新竞赛提供条件保障。（四）升级改造仪器设备与实验室条件鉴于很多高校现有的部分实验室仪器设备与授课条件较为陈旧落后、实验仪器设备利用率低、设备功能开发力度不够、资源未达到最大化共享等状况，针对课程所需实验设备进行升级与完善，购置相关的仪器设备与操作平台，为研究生上课提供更好的资源与条件。实验中心大型科研仪器设备多，充分挖掘与开发大型仪器设备使用功能。值得一提的是，很多实验室的重型设备设施具有一定的危险性，存在大量研究生在实验室的日常科研学习及动手操作过程中的安全管理问题。为此，需要建立完善的研究生安全管理模式及管理方案，保证研究生及实验室的安全性。四、改革取得的初步成效首先是实验课程知识点的传授方面。综合船舶与海洋工程专业中的理论知识体系，整合本学科所涉及的风浪流海洋环境、船舶阻力与推进、操纵性与耐波性、波浪载荷、结构力学、流固耦合等知识范围，依托所讲授的课程建立全面的实验课程体系及知识点范围，将其打造为本专业的实验特色综合必修课程。其次是经验推广及应用范围方面。近两年来的研究经验可应用于船舶与海洋工程专业中多门本科生及研究生实验课程教学，可为船舶与海洋工程学科研究生开展科研创新活动和参加国际国内的各种创新竞赛提供保障及平台，并为研究生后续的科学研究与工作实践奠定扎实基础，也可推广至其他新工科专业（例如土木工程、力学、水利工程、水声工程等）的实验课程的教学改革。最后是科研竞赛方面。打破传统科研团队与教研室之间的壁垒，通过实验课的学习，将科研与教学进行有机融合，进而引导学生尽早参与科研工作。同时，利用实验室的各种仪器设备搭建实践平台，建立创新人才培养基地，实现“教学—科研—各类专业创新竞赛”直通车模式。五、结论近年来，船舶与海洋工程专业作为一个跟随国际形式不断发展变化的热门专业，专业内的创新与实验教育涌现出一系列新的成果，但也暴露出一些问题。为此，笔者根据近几年教学和科研工作经验，对船舶与海洋工程学科的研究生课程融入创新与实验的几个关键问题进行了初步的探究与分析，旨在为教师进行实验课的授课模式提供新思路。同时，将知识创