“船舶與海洋工程專業”卓越工程師創新與學科交叉能力培養

黃海 張國成 張鐵棟

摘要：針對“卓越工程師教育計劃”探討了卓越工程師綜合創新型能力的培養方法，主要討論了卓越工程師綜合創新能力的要素分析、卓越工程師創新思維能力的培養等問題。卓越工程師綜合創新能力的要素包括知識視野、創新意識、創新思維、創新技能和創新素質等要素。卓越工程師創新思維能力的培養主要包括優化課程體系，調整教學內容；建立注重創新能力提升的教學評價制度；實踐能力的培養與加強；國際化課程的設置等內容。

關鍵詞：交叉學科；卓越工程師；創新能力；創新意識

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0139-03

《中國制造2025》于2015年5月8日由國務院正式公布，其中一條重要的思想是較大地提高制造業的數字化、網絡化和智能化，掌握一批重點領域的關鍵技術，大幅度提升創新能力。因此，要實現船舶與海洋工程專業的“智能制造”就必然要加強對該學科卓越工程師在制造業、計算機、自動化控制領域等學科的綜合培養，提高卓越工程師在交叉學科領域的創新能力。

一、引言

為了提高我國工程人才的培養質量，尤其為造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高素質各類型工程技術人才，國家教育部于2009年決定實施“卓越工程師教育計劃”。該計劃作為《國家中長期教育改革與發展規劃綱要（2010—2020）》組織實施的一項重大項目，其目的在于全面促進我國從工程教育大國走向工程教育強國[1]。哈爾濱工程大學作為以“三海一核”為特色的重點大學，是該計劃首批申請并獲準實施的院校之一。經過幾年以來的改革和試點研究，目前已經在教育教學理念、人才培養標準、校企合作機制、教師隊伍建設、人才培養模式等方面取得了一定的經驗和突破。

在2008諾貝爾獎獲得者北京論壇上，華人圖靈獎得主姚期智指出：多學科交叉融合是信息技術發展的關鍵：當不同的學科、理論相互交叉結合，同時一種新技術達到成熟的時候，往往就會出現理論上的突破和技術上的創新。目前，以信息技術和制造業深度融合為重要特征的新科技革命和產業變革正在孕育興起，多領域技術群體突破和交叉融合推動制造業生產方式深刻變革，制造業數字化、網絡化、智能化已成為未來技術變革的重要趨勢。船舶制造也正朝著設計智能化、產品智能化、管理精細化和信息集成化等方向發展，世界造船強國已經提出打造智能船廠的目標。為了加快推進船舶工業、海洋資源開發乃至為國防建設提供技術裝備，《中國制造2025》把海洋工程裝備和高技術船舶作為十大重點發展領域之一，明確了今后10年的發展重點和目標，為我國海洋工程裝備和高技術船舶發展指明了方向。

卓越工程師之所以“卓越”，其創新能力是一個優秀工程技術人才的基本特征和重要標志。創新能力主要指人們通過創造性思維和創造性實踐，形成物質產品或非物質產品的能力。而實現船舶與海洋工程專業“智能制造”的卓越工程師就應該不僅在傳統的船舶與海洋工程領域掌握全面的知識，發現或提出新問題、新概念、新見解、新方法，更應該通過對計算機、自動化控制和機械制造等領域知識的學習，通過創新活動解決智能制造的新問題、建立新理論、創造新技術、新產品，實現船舶制造業的數字化、智能化和網絡化[2]。

本文將結合船舶與海洋工程專業的實際情況，從多學科交叉角度討論船舶與海洋工程專業卓越工程師創新能力的培養目標和培養方案等問題。

二、學科交叉創新能力的培養方法分析

創新是人才必須具備的核心素質，其本質就是突破，即突破思維定式和陳規舊律。創新的目的是發展，即滿足人類社會不斷發展的需要。創新具有三個層面的內涵：一是對現實事物當前狀況的更新，二是對現實事物當前狀況的改變，三是創造新事物替代現實事物[3]。近年來，學科交叉創新已成為熱門話題，但如何培養學生實現深層次上的學科交叉融合，從而實現創新性成果的高效，也是我們需要進一步探討的話題。

哈爾濱工程大學的船舶與海洋工程作為國家級重點學科歷來重視多學科的交叉融合，包含船舶與海工程結構物設計制造、流體力學、工程力學、港口、海岸與近海工程、水力學及河流動力學等多個學科，并在這些學科和學科交叉方面取得了舉世矚目的研究成果，培養了一大批卓越工程師和創新型人才。為進一步培養多學科交叉的綜合型卓越工程師，實現中國船舶與海洋工程的“智能制造”，已經并將要采取以下改革和試點措施。

（一）優化課程體系，調整教學內容

現有課程體系大體上按學科建立，課程教學內容主要建立在學科系統性和完整性之上，沒有脫離傳統的知識點選擇和安排方式，涉及工程實際應用和多學科知識應用的環節相對較少。這就使學生缺乏解決工程實際問題的綜合能力和設計能力的訓練，也限制了對其他學科的了解和創新思維的培養。

哈爾濱工程大學船舶工程學院通過不斷地探索和實踐，現已形成較為完整的卓越工程師創新型人才培養體系，一方面建立基礎專業和提高全面素質教育的教學模式。例如船舶與海洋工程結構方向的課程，它們主要包括船舶與海洋工程結構力學、船舶與海洋結構物強度、船舶結構規范設計、船舶波浪載荷、船舶結構有限元分析等。這些課程彼此制約，相互影響，在進行系統教學時，也須以整體綜合的觀點，運用系統的方法，來處理整個教學過程中所遇到的問題。以船舶與海洋工程結構專業課程體系為例，它以船舶與海洋工程結構力學課程為中心，加上船舶與海洋工程結構與構造，船舶與海洋工程結構有限元分析，船舶與海洋工程結構物強度，船舶結構疲勞，船舶結構規范設計，船舶結構系列實驗，船舶與海洋工程專業英語，船舶振動，結構可靠性等十余門課程共同組成[4]。另一方面逐步從單一學科背景下的專業對口教育，向學科交叉與綜合背景的通識教育基礎上的寬口徑專業教育轉變，建立了以加強基礎、淡化專業、提高全面素質為核心的教學培養模式。根據學科特點和學科前沿開設了一大批選修課：例如潛艇潛器操縱與控制、潛水器設計、遙控潛水器技術、水下目標探測識別技術等，這些課程圍繞《中國制造2025》重點領域“海洋空間綜合立體觀測系統研究海洋的系列裝備和技術”，圍繞海洋無人平臺和無人潛水器的前沿技術，以船舶操縱性和潛器設計為核心，涉及力學、結構設計、流體力學、自動化控制、液壓傳動、計算機科學、傳感器與環境感知技術等多個學科領域。作者主要負責遙控潛水器方面的課程，它以船舶與海洋工程的潛器設計與控制為中心、向遙控潛水器所涵蓋的自動化控制、計算機科學、液壓傳動、水下通信與探測等多方面擴展。在進行教學評價時注重考慮知識的獲取、應用和創新、工程能力的培養和提高，通過對課程中學習過程和實踐過程的強調，培養學生綜合應用多學科知識、分析解決工程問題的能力。

在完善專業課培養體系的同時設置國際化課程和前沿性課程，通過國際性課程的專門學習討論和學術主題的專題性報告使學生通曉國際規則，及時了解國際上科學研究的最新研究成果，以利于日后在國際環境下工作。同時，選取成績優秀的學生專門采取基礎課小班授課，學業導師指導學生規劃學業目標，引導學生盡早進入實驗室開展科技創新活動，并聘請國內外知名專家進行授課，以培養優秀學生的創新能力。

學生通過對基礎課程和選修課程的學習，不僅系統地掌握了專業的基礎知識，而且通過選修課的學習拓展了視野，了解了學科前沿、船舶和海洋工程知識在實際工程和科學研究領域的應用，培養了學生的創新意識和創新思維，通過交叉學科的學習為成為卓越工程師打下基礎。

（二）增設實踐環節，培養與加強實踐能力

20世紀90年代以來，我國的海洋經濟以兩位數的年增長率快速發展，到現在已經逐步進入海洋經濟時代，社會對船舶與海洋工程的卓越工程師要求越來越高，這就要求高校加強實踐環節的比重，培養人才時加強與企業生產的緊密聯系，不斷改進教學方法。提高實踐教學環節的教學效果。為此，哈爾濱工程大學針對目前普遍存在的對學生的創新教育和創業訓練重視和投入不足，工程教育中產學聯合培養環節基本缺失等問題，通過實驗課程、創新訓練項目、參與研究項目和社會創新實踐等多方面改革，使卓越工程師的時間培養環節構成一個有機的整體，形成一個完整的系統。

在實驗課程方面增設船舶類專業和海洋工程類專業的實驗課程，并進行實驗教學模式的改革[5]。船舶類專業課的實驗課程主要包括船舶性能實驗和船舶結構試驗兩方面。其中船舶性能實驗船模阻力實驗、船模耐波性實驗、船模自航實驗、船模操縱性實驗和螺旋槳敞水實驗；船舶結構試驗主要包括船舶結構振動實驗和船舶結構力學實驗等。在海洋工程方面，根據學科專業發展方向，學院在海岸工程、近海工程和深海工程三個方向，開設實驗課程，包括海岸防護工程方面的模型實驗、海洋平臺及立管方面的模型水動力性能實驗、潛水器方面的模型水動力性能和控制實驗等。在試驗教學模式方面盡量依托科研項目，采取產、學、研的開放教學模式，通過在科研項目中完成相關的實驗教學以培養學生的實踐和創新能力。

在實驗課和專業課的基礎之上鼓勵學生自主進行科研立項，開展創新試驗研究。創新實驗的教學模式采取學生自主申請，專任教師指導，實驗中心組織專家對學生立項進行評審、立項。通過提供實驗經費、場地、儀器設備和實驗指導等豐富實驗教學內容，鍛煉學生的創造性思維和動手能力，在創新活動中尤其鼓勵學生在立項和試驗的過程中盡量結合學科前沿、強調學科交叉，爭取國家船舶與海洋工程設計大賽的科研立項。作者在指導學生在潛水器方面的創新實驗過程中，注意以學生的興趣和所學的基礎知識為基礎，結合自身和實驗室在科學研究中的體會，從已有的科研項目出發，鼓勵學生通過掌握潛水器方面的學科交叉和學科前沿進行項目設計，通過把握學生的設計方向和設計與實踐方法，幫助他們實現國家船舶與海洋工程設計大賽的科研立項。

畢業設計是大學在校四年學習的收官之戰，是學生通過對四年學習的專業知識和技能的總體應用并在畢業設計中進一步培養獨立學習和工作的能力，畢業設計對卓越工程師的培養有重要意義[6]。為了培養卓越工程師在船舶設計智能化、制造智能化方面的創新能力，通過學院的指導教師以實際承擔的課題為研究內容，使學生帶著設計的問題進一步學習其他學科的知識，諸如自動化控制、計算機科學等，并運用所學過的船舶與海洋工程的基礎知識解決多學科交叉的問題，以提高卓越工程師的新性思維（表1）。

（三）加強教師隊伍建設

高層次的師資隊伍建設是卓越工程師培養的龍頭，在學科的創新和發展上，哈爾濱工程大學以創新學術團隊建設為抓手，以中青年骨干教師的培養為重點，緊緊圍繞學科建設，依托科學研究，培養人才，提高教師的學術水平。

學校根據學科建設發展的需要通過立項支持、加強教師的國際合作與交流，支持教師出國培訓，組織教師根據科學研究和教學需要對交叉學科和前沿學科進行學習，在教師隊伍中形成開放、流動、競爭的機制。充分發揮企業和研究機構兼職教授的作用，工業界的優秀科技人員也應該是理工科大學教師的重要選擇對象，對學科發展確實需要的優秀人才應實行國內外招聘。在全校范圍擇優選拔青年骨干教師，進行重點支持培養，力爭培養100名左右進入國際學術領域的青年拔尖創新人才，以提升學校的學術水平和人才培養質量。

參考文獻：

[1]林健.“卓越工程師教育培養計劃”學校工作方案研究[J].高等工程教育研究，2010，（4）：30-43.

[2]宋佩維.卓越工程師創新能力培養的思路與途徑[J].中國電力教育，2011，（7）：25-29.

[3]林健.卓越工程師創新能力的培養[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.

[4]任慧龍，馮國慶，李輝，李陳峰，劉寧.船舶與海洋工程方向卓越工程師人才培養模式探討[J].教育教學論壇，2014，（4）：65-66.

[5]Yong Ma，Liang Zhang，and Shi-zhou You. The Research and Exploration of Experiment Teaching Reform of Nava Architecture and Ocean Engineering in Harbin Engineering University. 2011 International Conference on Economic，Education and Management. 78-81.

[6]姜玥.產學研結合提高本科畢業設計質量[J].教育教學論壇.2011，（32）：76-78.