“船舶與海洋工程專業(yè)”卓越工程師創(chuàng)新與學(xué)科交叉能力培養(yǎng)

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(chuàng)新型能力的培養(yǎng)方法，主要討論了卓越工程師綜合創(chuàng)新能力的要素分析、卓越工程師創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)等問題。卓越工程師綜合創(chuàng)新能力的要素包括知識視野、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能和創(chuàng)新素質(zhì)等要素。卓越工程師創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)主要包括優(yōu)化課程體系，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；建立注重創(chuàng)新能力提升的教學(xué)評價制度；實踐能力的培養(yǎng)與加強；國際化課程的設(shè)置等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：交叉學(xué)科；卓越工程師；創(chuàng)新能力；創(chuàng)新意識

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)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(wù)院正式公布，其中一條重要的思想是較大地提高制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，掌握一批重點領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，大幅度提升創(chuàng)新能力。因此，要實現(xiàn)船舶與海洋工程專業(yè)的“智能制造”就必然要加強對該學(xué)科卓越工程師在制造業(yè)、計算機、自動化控制領(lǐng)域等學(xué)科的綜合培養(yǎng)，提高卓越工程師在交叉學(xué)科領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。

一、引言

為了提高我國工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量，尤其為造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高素質(zhì)各類型工程技術(shù)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(fā)展規(guī)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(jìn)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(xué)作為以“三海一核”為特色的重點大學(xué)，是該計劃首批申請并獲準(zhǔn)實施的院校之一。經(jīng)過幾年以來的改革和試點研究，目前已經(jīng)在教育教學(xué)理念、人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、校企合作機制、教師隊伍建設(shè)、人才培養(yǎng)模式等方面取得了一定的經(jīng)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(xué)科交叉融合是信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵：當(dāng)不同的學(xué)科、理論相互交叉結(jié)合，同時一種新技術(shù)達(dá)到成熟的時候，往往就會出現(xiàn)理論上的突破和技術(shù)上的創(chuàng)新。目前，以信息技術(shù)和制造業(yè)深度融合為重要特征的新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，多領(lǐng)域技術(shù)群體突破和交叉融合推動制造業(yè)生產(chǎn)方式深刻變革，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為未來技術(shù)變革的重要趨勢。船舶制造也正朝著設(shè)計智能化、產(chǎn)品智能化、管理精細(xì)化和信息集成化等方向發(fā)展，世界造船強國已經(jīng)提出打造智能船廠的目標(biāo)。為了加快推進(jìn)船舶工業(yè)、海洋資源開發(fā)乃至為國防建設(shè)提供技術(shù)裝備，《中國制造2025》把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶作為十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一，明確了今后10年的發(fā)展重點和目標(biāo)，為我國海洋工程裝備和高技術(shù)船舶發(fā)展指明了方向。

卓越工程師之所以“卓越”，其創(chuàng)新能力是一個優(yōu)秀工程技術(shù)人才的基本特征和重要標(biāo)志。創(chuàng)新能力主要指人們通過創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造性實踐，形成物質(zhì)產(chǎn)品或非物質(zhì)產(chǎn)品的能力。而實現(xiàn)船舶與海洋工程專業(yè)“智能制造”的卓越工程師就應(yīng)該不僅在傳統(tǒng)的船舶與海洋工程領(lǐng)域掌握全面的知識，發(fā)現(xiàn)或提出新問題、新概念、新見解、新方法，更應(yīng)該通過對計算機、自動化控制和機械制造等領(lǐng)域知識的學(xué)習(xí)，通過創(chuàng)新活動解決智能制造的新問題、建立新理論、創(chuàng)造新技術(shù)、新產(chǎn)品，實現(xiàn)船舶制造業(yè)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化[2]。

本文將結(jié)合船舶與海洋工程專業(yè)的實際情況，從多學(xué)科交叉角度討論船舶與海洋工程專業(yè)卓越工程師創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案等問題。

二、學(xué)科交叉創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方法分析

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

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

（一）優(yōu)化課程體系，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)有課程體系大體上按學(xué)科建立，課程教學(xué)內(nèi)容主要建立在學(xué)科系統(tǒng)性和完整性之上，沒有脫離傳統(tǒng)的知識點選擇和安排方式，涉及工程實際應(yīng)用和多學(xué)科知識應(yīng)用的環(huán)節(jié)相對較少。這就使學(xué)生缺乏解決工程實際問題的綜合能力和設(shè)計能力的訓(xùn)練，也限制了對其他學(xué)科的了解和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院通過不斷地探索和實踐，現(xiàn)已形成較為完整的卓越工程師創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，一方面建立基礎(chǔ)專業(yè)和提高全面素質(zhì)教育的教學(xué)模式。例如船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)方向的課程，它們主要包括船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物強度、船舶結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計、船舶波浪載荷、船舶結(jié)構(gòu)有限元分析等。這些課程彼此制約，相互影響，在進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)時，也須以整體綜合的觀點，運用系統(tǒng)的方法，來處理整個教學(xué)過程中所遇到的問題。以船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)專業(yè)課程體系為例，它以船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)課程為中心，加上船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)有限元分析，船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物強度，船舶結(jié)構(gòu)疲勞，船舶結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計，船舶結(jié)構(gòu)系列實驗，船舶與海洋工程專業(yè)英語，船舶振動，結(jié)構(gòu)可靠性等十余門課程共同組成[4]。另一方面逐步從單一學(xué)科背景下的專業(yè)對口教育，向?qū)W科交叉與綜合背景的通識教育基礎(chǔ)上的寬口徑專業(yè)教育轉(zhuǎn)變，建立了以加強基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、提高全面素質(zhì)為核心的教學(xué)培養(yǎng)模式。根據(jù)學(xué)科特點和學(xué)科前沿開設(shè)了一大批選修課：例如潛艇潛器操縱與控制、潛水器設(shè)計、遙控潛水器技術(shù)、水下目標(biāo)探測識別技術(shù)等，這些課程圍繞《中國制造2025》重點領(lǐng)域“海洋空間綜合立體觀測系統(tǒng)研究海洋的系列裝備和技術(shù)”，圍繞海洋無人平臺和無人潛水器的前沿技術(shù)，以船舶操縱性和潛器設(shè)計為核心，涉及力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、流體力學(xué)、自動化控制、液壓傳動、計算機科學(xué)、傳感器與環(huán)境感知技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域。作者主要負(fù)責(zé)遙控潛水器方面的課程，它以船舶與海洋工程的潛器設(shè)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(xué)、液壓傳動、水下通信與探測等多方面擴展。在進(jìn)行教學(xué)評價時注重考慮知識的獲取、應(yīng)用和創(chuàng)新、工程能力的培養(yǎng)和提高，通過對課程中學(xué)習(xí)過程和實踐過程的強調(diào)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用多學(xué)科知識、分析解決工程問題的能力。

在完善專業(yè)課培養(yǎng)體系的同時設(shè)置國際化課程和前沿性課程，通過國際性課程的專門學(xué)習(xí)討論和學(xué)術(shù)主題的專題性報告使學(xué)生通曉國際規(guī)則，及時了解國際上科學(xué)研究的最新研究成果，以利于日后在國際環(huán)境下工作。同時，選取成績優(yōu)秀的學(xué)生專門采取基礎(chǔ)課小班授課，學(xué)業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生規(guī)劃學(xué)業(yè)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生盡早進(jìn)入實驗室開展科技創(chuàng)新活動，并聘請國內(nèi)外知名專家進(jìn)行授課，以培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)新能力。

學(xué)生通過對基礎(chǔ)課程和選修課程的學(xué)習(xí)，不僅系統(tǒng)地掌握了專業(yè)的基礎(chǔ)知識，而且通過選修課的學(xué)習(xí)拓展了視野，了解了學(xué)科前沿、船舶和海洋工程知識在實際工程和科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，通過交叉學(xué)科的學(xué)習(xí)為成為卓越工程師打下基礎(chǔ)。

（二）增設(shè)實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)與加強實踐能力

20世紀(jì)90年代以來，我國的海洋經(jīng)濟(jì)以兩位數(shù)的年增長率快速發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)逐步進(jìn)入海洋經(jīng)濟(jì)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(huán)節(jié)的比重，培養(yǎng)人才時加強與企業(yè)生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，不斷改進(jìn)教學(xué)方法。提高實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。為此，哈爾濱工程大學(xué)針對目前普遍存在的對學(xué)生的創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練重視和投入不足，工程教育中產(chǎn)學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)環(huán)節(jié)基本缺失等問題，通過實驗課程、創(chuàng)新訓(xùn)練項目、參與研究項目和社會創(chuàng)新實踐等多方面改革，使卓越工程師的時間培養(yǎng)環(huán)節(jié)構(gòu)成一個有機的整體，形成一個完整的系統(tǒng)。

在實驗課程方面增設(shè)船舶類專業(yè)和海洋工程類專業(yè)的實驗課程，并進(jìn)行實驗教學(xué)模式的改革[5]。船舶類專業(yè)課的實驗課程主要包括船舶性能實驗和船舶結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)試驗主要包括船舶結(jié)構(gòu)振動實驗和船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗等。在海洋工程方面，根據(jù)學(xué)科專業(yè)發(fā)展方向，學(xué)院在海岸工程、近海工程和深海工程三個方向，開設(shè)實驗課程，包括海岸防護(hù)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(xué)模式方面盡量依托科研項目，采取產(chǎn)、學(xué)、研的開放教學(xué)模式，通過在科研項目中完成相關(guān)的實驗教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

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

畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)在校四年學(xué)習(xí)的收官之戰(zhàn)，是學(xué)生通過對四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識和技能的總體應(yīng)用并在畢業(yè)設(shè)計中進(jìn)一步培養(yǎng)獨立學(xué)習(xí)和工作的能力，畢業(yè)設(shè)計對卓越工程師的培養(yǎng)有重要意義[6]。為了培養(yǎng)卓越工程師在船舶設(shè)計智能化、制造智能化方面的創(chuàng)新能力，通過學(xué)院的指導(dǎo)教師以實際承擔(dān)的課題為研究內(nèi)容，使學(xué)生帶著設(shè)計的問題進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他學(xué)科的知識，諸如自動化控制、計算機科學(xué)等，并運用所學(xué)過的船舶與海洋工程的基礎(chǔ)知識解決多學(xué)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(shè)

高層次的師資隊伍建設(shè)是卓越工程師培養(yǎng)的龍頭，在學(xué)科的創(chuàng)新和發(fā)展上，哈爾濱工程大學(xué)以創(chuàng)新學(xué)術(shù)團(tuán)隊建設(shè)為抓手，以中青年骨干教師的培養(yǎng)為重點，緊緊圍繞學(xué)科建設(shè)，依托科學(xué)研究，培養(yǎng)人才，提高教師的學(xué)術(shù)水平。

學(xué)校根據(jù)學(xué)科建設(shè)發(fā)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(xùn)，組織教師根據(jù)科學(xué)研究和教學(xué)需要對交叉學(xué)科和前沿學(xué)科進(jìn)行學(xué)習(xí)，在教師隊伍中形成開放、流動、競爭的機制。充分發(fā)揮企業(yè)和研究機構(gòu)兼職教授的作用，工業(yè)界的優(yōu)秀科技人員也應(yīng)該是理工科大學(xué)教師的重要選擇對象，對學(xué)科發(fā)展確實需要的優(yōu)秀人才應(yīng)實行國內(nèi)外招聘。在全校范圍擇優(yōu)選拔青年骨干教師，進(jìn)行重點支持培養(yǎng)，力爭培養(yǎng)100名左右進(jìn)入國際學(xué)術(shù)領(lǐng)域的青年拔尖創(chuàng)新人才，以提升學(xué)校的學(xué)術(shù)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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