新工科理念下船舶與海洋工程卓越人才培養(yǎng)體系研究

余 楊，李 焱，段慶昊

（天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津300350）

目前智能技術(shù)的變革深刻地影響了許多行業(yè)，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，作為傳統(tǒng)行業(yè)的船舶與海洋工程設(shè)計(jì)、制造亟待升級。基于新工科理念，對于船舶與海洋工程領(lǐng)域的人才培養(yǎng)體系也應(yīng)隨著智能技術(shù)的發(fā)展調(diào)整，涉及航母、戰(zhàn)斗艦、南海開發(fā)裝備，這種人才唯有我們自己培養(yǎng)，裝備唯有我們自己設(shè)計(jì)建造，國家安全發(fā)展才能有保證。習(xí)近平總書記在2018年召開的兩院院士大會(huì)上指出，硬實(shí)力、軟實(shí)力，歸根到底要靠人才實(shí)力。當(dāng)前，我國高水平創(chuàng)新人才仍然不足，特別是科技領(lǐng)軍人才匱乏。培養(yǎng)造就一大批具有國際水平的戰(zhàn)略科技人才、科技領(lǐng)軍人才、青年科技人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的要求具有很強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義[1]。

船舶與海洋工程專業(yè)服務(wù)于國家安全與海洋資源開發(fā)戰(zhàn)略需求，建立強(qiáng)大海軍，涉及航空母艦、戰(zhàn)斗艦艇、潛艇等大型艦船以及南海、東海裝備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造等領(lǐng)域，在保障國家安全、確保國家能源安全和維護(hù)國家海洋權(quán)益等方面起著非常重要的作用。在新工科建設(shè)的背景下，需要瞄準(zhǔn)國際前沿，研究國內(nèi)外船舶與海洋工程領(lǐng)域發(fā)展需求，制定人才培養(yǎng)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，完善卓越領(lǐng)軍人才培養(yǎng)體系。根據(jù)國家未來發(fā)展需要，應(yīng)結(jié)合前沿科技開設(shè)對應(yīng)的課程，為智能化船舶與海洋工程領(lǐng)域培養(yǎng)具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的卓越人才。

一、人工智能在船舶與海洋工程中的應(yīng)用

互聯(lián)網(wǎng)+、數(shù)字孿生、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展影響了許多行業(yè)。海洋與船舶工程是一個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)，其具有海量的數(shù)據(jù)量，人工智能與大數(shù)據(jù)應(yīng)用必將促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展和變革。

20世紀(jì)90年代以來，中國船舶與海洋工程行業(yè)以零基礎(chǔ)起步，到2006年，中國超越日本成為世界手持訂單量第二名的國家。中國造船行業(yè)不斷淘汰落后產(chǎn)能，開發(fā)新型船舶，大力為中國海軍和南海、東海油氣、礦產(chǎn)資源開發(fā)服務(wù)，形成了以中船集團(tuán)、中海油、中石油、中石化為代表的世界500強(qiáng)船舶與海洋裝備制造企業(yè)，中國船舶工業(yè)訂單居全球第一。然而，該行業(yè)則是中國工業(yè)4.0改革的難點(diǎn)區(qū)：工業(yè)1.0、2.0、3.0和4.0的制造模式在船廠并存，若不能快速轉(zhuǎn)型為工業(yè)4.0，將無法滿足國家要求，尤其是航母、戰(zhàn)斗艦艇、潛艇等軍用船都是創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和制造。

船舶與海洋工程的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行（生產(chǎn)）是船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物全生命周期的3個(gè)階段，在這3個(gè)階段引入人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)智能化、建造智能化、運(yùn)行（營）智能化，對復(fù)合型高層次工程技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。

當(dāng)前船舶與海洋工程行業(yè)中已經(jīng)有一批設(shè)計(jì)師、學(xué)者、工程師開始嘗試?yán)么髷?shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，來解決該行業(yè)遇到的一些問題。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，船舶工程屬于超大型復(fù)雜工程，由于其自身數(shù)據(jù)量大（海量的航海數(shù)據(jù)、船型數(shù)據(jù)、海洋環(huán)境、物流數(shù)據(jù)等），船舶設(shè)計(jì)與制造需要自動(dòng)化、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等專業(yè)領(lǐng)域的人員共同參加才能完成。目前大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)在自動(dòng)化、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，因此，大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)在船舶工程中的應(yīng)用較為廣泛，而在海洋工程領(lǐng)域，在海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、建造、施工等的應(yīng)用還相對較少。海洋油氣平臺設(shè)施及運(yùn)行涉及石油領(lǐng)域，目前，石油開采、勘測以及石油平臺的運(yùn)營等經(jīng)過大力發(fā)展，已經(jīng)逐漸在海洋石油勘探、海洋平臺運(yùn)營等方面采用大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)。

二、新工科理念下船舶與海洋工程專業(yè)領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)方式與目標(biāo)

“新工科”建設(shè)行動(dòng)路線（“天大行動(dòng)”）指出，要主動(dòng)謀劃新興工科專業(yè)建設(shè)，大力發(fā)展大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、基因工程、核技術(shù)等新技術(shù)和智能制造、集成電路、海洋裝備（航空母艦）、生物醫(yī)藥、新材料等新產(chǎn)業(yè)相關(guān)的新興工科專業(yè)和特色專業(yè)集群。其中，人工智能作為第四次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一，已進(jìn)入與產(chǎn)業(yè)深度融合發(fā)展新階段。高校作為行業(yè)領(lǐng)軍人才的培育基地，更應(yīng)前瞻性地將人工智能應(yīng)用于新工科專業(yè)建設(shè)人才培養(yǎng)體系中，不斷推動(dòng)人工智能與傳統(tǒng)優(yōu)勢工科專業(yè)的交叉、融合，推動(dòng)傳統(tǒng)優(yōu)勢工科專業(yè)的升級改造，培養(yǎng)世界一流的卓越工程人才。

天津大學(xué)致力于在新工科理念下，工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探索[2-4]。通過發(fā)放10 000余份調(diào)查問卷，召開15次專家會(huì)，在廣泛調(diào)研國內(nèi)外專家、用人單位、教師、學(xué)生對未來創(chuàng)新人才特征理解的基礎(chǔ)上，分析社會(huì)在未來5～30年對創(chuàng)新人才的需求，結(jié)合新工科建設(shè)的行動(dòng)路線，提出了新工科建設(shè)下船舶與海洋工程領(lǐng)軍人才培養(yǎng)目標(biāo)，即造就具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的領(lǐng)軍人才，該人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)包含品德素質(zhì)、心理素質(zhì)、能力、知識4個(gè)維度，28個(gè)要素，即“領(lǐng)軍工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)”，如圖1所示。

三、船舶與海洋工程專業(yè)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)方式與培養(yǎng)體系

1.“本-碩-博”貫通式船舶與海洋工程專業(yè)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)模式

根據(jù)新工科建設(shè)行動(dòng)路線[5-6]，天津大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)結(jié)合自身優(yōu)勢，創(chuàng)新地提出了一套“本-碩-博”貫通式培養(yǎng)模式，培養(yǎng)品德和心理綜合素質(zhì)高、基礎(chǔ)理論厚、創(chuàng)新能力強(qiáng)的行業(yè)領(lǐng)軍人才。該模式共分為5個(gè)階段，如表1所示。

各階段的任務(wù)及培養(yǎng)方式特點(diǎn)如下。第一階段專業(yè)認(rèn)識，使學(xué)生充分認(rèn)識本專業(yè)的現(xiàn)狀和國家未來需求，并使其產(chǎn)生濃厚興趣，不斷增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)。學(xué)生要對本專業(yè)國內(nèi)外現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢有深刻認(rèn)識，做好本科、碩士、博士和人生規(guī)劃，在前兩年完成全部基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，做好本專業(yè)世界最好的創(chuàng)新研究設(shè)計(jì)基礎(chǔ)能力訓(xùn)練。此階段將實(shí)行完全學(xué)分制培養(yǎng)，允許學(xué)生在全校范圍內(nèi)選課，滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需要。第二階段，專業(yè)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)研究打基礎(chǔ)階段。學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)類課程并同時(shí)進(jìn)行科研訓(xùn)練，可以將學(xué)生送往中國艦船研究院及其701-760研究所、中海油研究總院、江南造船集團(tuán)公司等合作單位進(jìn)行學(xué)習(xí)交流，培養(yǎng)交流能力、強(qiáng)化專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。第三階段完成本科課程，通過答辯。第四階段開展碩士、博士階段課程學(xué)習(xí)。第五階段進(jìn)入科研和實(shí)踐，學(xué)生在校內(nèi)科研組或到國防和海洋裝備協(xié)同育人科研院所系統(tǒng)開展國家級和省部級科學(xué)研究，利用3～5.5年時(shí)間在科研上取得較大突破，成為國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)科研領(lǐng)域具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的領(lǐng)軍人才。

2.“本-碩-博”貫通式船舶與海洋工程專業(yè)卓越人才培養(yǎng)體系

以“注重基礎(chǔ)，強(qiáng)化實(shí)踐，拓展視野，引領(lǐng)未來”為理念，構(gòu)建人才培養(yǎng)方式，將思政教育貫穿各門課程和培養(yǎng)全過程，構(gòu)建具備“品德素質(zhì)、心理素質(zhì)、能力、知識”的卓越人才培養(yǎng)體系，建立知識優(yōu)化、情商培育以及能力提升三大培養(yǎng)系統(tǒng)。

在知識優(yōu)化系統(tǒng)方面，加強(qiáng)品德素質(zhì)和心理素質(zhì)培養(yǎng)，強(qiáng)化數(shù)理與專業(yè)基礎(chǔ)，打造跨學(xué)科基礎(chǔ)平臺課；設(shè)置主干清晰的專業(yè)課；設(shè)定研修與創(chuàng)新學(xué)分；構(gòu)建信息技術(shù)課程組；建立人文、社科課程體系和以基本-綜合-研究創(chuàng)新為核心的實(shí)踐課程體系。采用啟發(fā)式、研究式、案例式等教學(xué)模式[7]。公共基礎(chǔ)課中實(shí)施輔導(dǎo)式教學(xué)；部分專業(yè)課程中采取“翻轉(zhuǎn)課堂”、基于問題學(xué)習(xí)等形式；實(shí)踐階段性、多元化考核方式。建立高校主導(dǎo)，政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)參與的協(xié)同育人平臺。組建專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和督導(dǎo)委員會(huì)，從頂層設(shè)計(jì)到評價(jià)反饋，全程參與工程領(lǐng)軍人才培養(yǎng)。建立科學(xué)規(guī)范的教學(xué)評價(jià)體系，對教學(xué)工作全過程、全方位實(shí)行全員參與、校內(nèi)外結(jié)合的綜合評價(jià)。將評價(jià)信息及時(shí)反饋給教師、學(xué)生，不斷改進(jìn)教學(xué)方式、提高學(xué)習(xí)效果。

在情商培育系統(tǒng)方面，提出了“三觀”塑造計(jì)劃和心理健康計(jì)劃，如“名師導(dǎo)航”，邀請知名行業(yè)專家舉辦講座，幫助學(xué)生堅(jiān)定理想信念；“國情認(rèn)知”，通過形勢與政策課程、國際形勢報(bào)告會(huì)等，激發(fā)報(bào)國熱情；“誠信養(yǎng)成”，開設(shè)誠信教育必修課，制定《誠信條例》，建立誠信檔案。建立學(xué)生個(gè)人成長檔案，作為成長評估、自我提高的依據(jù)；建立“校-院-班”三級心理健康輔導(dǎo)機(jī)制；開展“起航磨礪”強(qiáng)身健體活動(dòng)，將長跑列為必修環(huán)節(jié)。

在能力提升系統(tǒng)方面，從學(xué)分認(rèn)定、條件保障等全力推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐；創(chuàng)辦“求索科技創(chuàng)新”活動(dòng)，設(shè)立多學(xué)科交叉與融合的創(chuàng)新項(xiàng)目，建立創(chuàng)業(yè)實(shí)踐平臺。介紹領(lǐng)導(dǎo)力知識，建立“專題論壇”交流學(xué)習(xí)心得；領(lǐng)導(dǎo)意識培養(yǎng)，設(shè)立“學(xué)長輔導(dǎo)制”，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神和領(lǐng)導(dǎo)意識；行為實(shí)施，通過社團(tuán)、競賽、科研等實(shí)踐，提升領(lǐng)導(dǎo)力。借鑒國際一流大學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善培養(yǎng)方案；遴選國外視頻課、教材或課件；制定境外課程學(xué)習(xí)、實(shí)踐學(xué)分認(rèn)定辦法；開展“新型軍用艦艇鑒賞”“時(shí)事論壇”“一帶一路沿線國家分析”等活動(dòng)[8]。

致力于培養(yǎng)學(xué)生的全球視野，積極與海外知名高校建立深入廣泛的合作關(guān)系，開辟本科生國際交流與互訪新渠道，拓展學(xué)生海外游學(xué)項(xiàng)目，組織更多的優(yōu)秀學(xué)生赴哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院等世界級名校以及密歇根安娜堡分校、挪威科技大學(xué)、葡萄牙里斯本科技大學(xué)等船舶與海洋工程領(lǐng)域世界一流學(xué)校開展本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、博士生聯(lián)合培養(yǎng)等項(xiàng)目，帶動(dòng)我校畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)術(shù)論文、學(xué)術(shù)培養(yǎng)質(zhì)量的大幅提升[8]。此外，努力增加國際留學(xué)生的數(shù)量，提升學(xué)科的核心競爭力，增強(qiáng)學(xué)校的國際影響力，提升我國工程教育的國際影響力和我國工程人才的國際競爭力。同時(shí)，培養(yǎng)一批認(rèn)同中國文化、熟悉中國標(biāo)準(zhǔn)的工科留學(xué)生，多措并舉，努力增加國際學(xué)歷學(xué)位留學(xué)生數(shù)量，擴(kuò)大招生規(guī)模。近年來船舶與海洋工程專業(yè)已培養(yǎng)了多名來自“一帶一路沿線國家”的留學(xué)生，獲得了留學(xué)生與該國相關(guān)部門的一致好評。另一方面，積極加強(qiáng)多語種授課的工作，為培養(yǎng)學(xué)生的國際化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在專業(yè)課、核心課、創(chuàng)新課等課程中設(shè)立雙語教學(xué)，讓學(xué)生深入了解專業(yè)現(xiàn)狀、未來發(fā)展以及科學(xué)難題，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，解決國際留學(xué)生中文課程學(xué)習(xí)吃力問題，進(jìn)一步提升國內(nèi)學(xué)生自身外語水平。

3.新工科理念下船舶與海洋工程專業(yè)卓越人才培養(yǎng)體系智能化課程建設(shè)

天津大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)立足于新工科建設(shè)，準(zhǔn)確把握工程教育發(fā)展規(guī)律和工程人才成長規(guī)律，推進(jìn)“面向世界、面向未來、面向工程界”的新工科教育，全面落實(shí)“以學(xué)生為中心”“以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)”的教育理念。

特別是近年來，大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生和人工智能等適應(yīng)于工業(yè)4.0時(shí)代的智能化技術(shù)在船舶與海洋工程領(lǐng)域的逐步推廣。作為距離產(chǎn)業(yè)最近的一類教育，本學(xué)科要密切產(chǎn)學(xué)合作，將學(xué)校的學(xué)科、科研優(yōu)勢和企業(yè)的真實(shí)情景、真實(shí)問題、真實(shí)項(xiàng)目等優(yōu)勢切實(shí)轉(zhuǎn)化為新工科教育人才培養(yǎng)的優(yōu)勢，切實(shí)培養(yǎng)新工科人才解決問題的能力。

為此在學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃中，專門設(shè)立了8學(xué)分的信息技術(shù)與跨學(xué)科課程，鼓勵(lì)學(xué)生選擇人工智能領(lǐng)域的跨學(xué)科課程，如Python基礎(chǔ)編程、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、Matlab編程與使用、拓?fù)鋵W(xué)、最優(yōu)化理論、邏輯學(xué)等。同時(shí)，結(jié)合人工智能技術(shù)，在專業(yè)內(nèi)部進(jìn)行挖潛與知識體系升級，開設(shè)智能設(shè)計(jì)技術(shù)、艦船工程結(jié)構(gòu)智能化仿真、現(xiàn)代軍用船與武備新技術(shù)研究、船舶與海洋工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、水下噪聲辨識理論與大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法與應(yīng)用、船舶與海洋裝備智能監(jiān)測與安全、智能船舶與海洋裝備設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用等與智能化時(shí)代接軌的專業(yè)課程，供學(xué)生了解行業(yè)內(nèi)的前沿技術(shù)。

四、船舶與海洋工程專業(yè)卓越人才培養(yǎng)體系實(shí)踐成果

通過天津大學(xué)近年來的實(shí)踐表明，船舶與海洋工程專業(yè)卓越人才培養(yǎng)體系成效卓著，累計(jì)培養(yǎng)國家“萬人計(jì)劃”教學(xué)名師1名，“973計(jì)劃”首席科學(xué)家1名，省部級干部6人，廳局級干部80多人，國家杰青2人，長江學(xué)者2人，軍隊(duì)杰出人才2人，交通部杰出人才1人，獲得國家科技獎(jiǎng)有30人次以上。特別是近三年來，將船舶與海洋工程領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)體系融入新工科建設(shè)中，船舶與海洋工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量不斷提高，學(xué)生優(yōu)良率提高62.7%，升學(xué)、出國、就業(yè)重點(diǎn)率達(dá)到92.3%，近年來本科成績中下，甚至排名在最后幾名的同學(xué)讀博士不在少數(shù)，而且碩士、博士期間都展現(xiàn)很強(qiáng)的創(chuàng)新能力，發(fā)展良好。畢業(yè)生有多人從事國之重器、國之利器研發(fā)方面的領(lǐng)導(dǎo)、設(shè)計(jì)工作，為我國的國防和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)。

五、結(jié)論與展望

習(xí)近平總書記指出，綜合國力競爭說到底是人才競爭。黨的十九大報(bào)告提出，加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展。在新工科建設(shè)的大背景下，天津大學(xué)對船舶與海洋工程專業(yè)卓越人才的培養(yǎng)方式進(jìn)行了探索，在結(jié)合智能化、大數(shù)據(jù)的背景下，提出了人才最佳成長的新目標(biāo)和培養(yǎng)體系，并進(jìn)行了改革實(shí)踐，取得了卓越的成績。但同樣需要指出的是，目前新工科高校的建設(shè)工作尚處在起步階段，在實(shí)踐、教學(xué)、人才培養(yǎng)體系等方面還處在摸索的階段。只有從頂層設(shè)計(jì)、政策制定、教學(xué)實(shí)踐等多方面協(xié)同努力，順應(yīng)行業(yè)智能化發(fā)展的潮流[9]，才可以建立起更加可持續(xù)發(fā)展的人才培養(yǎng)體系，深入培育學(xué)生的品德素質(zhì)、心理素質(zhì)、能力、知識，并進(jìn)一步提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，使其真正成為滿足行業(yè)及社會(huì)發(fā)展需求的、具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的船舶與海洋工程卓越人才。