新工科背景下“港口水工建筑物”課程改革探索

［摘 要］ 新工科教育是一種新型工程教育模式。新工科背景下復(fù)合型人才的培養(yǎng)，對(duì)于全面推動(dòng)新時(shí)期工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高等教育系統(tǒng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革尤為重要?！案劭谒そㄖ铩闭n程改革探索，在教學(xué)內(nèi)容上重構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)框架、新增新型水工建筑物工程案例、引入科學(xué)研究方法和設(shè)計(jì)理論；在教學(xué)方式上通過(guò)課堂主題報(bào)告與研討、科創(chuàng)設(shè)計(jì)等方式鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力?！案劭谒そㄖ铩闭n程改革旨在提升學(xué)生的綜合能力與創(chuàng)新能力，解決傳統(tǒng)教學(xué)模式與行業(yè)需求脫節(jié)的問(wèn)題。

［關(guān)鍵詞］ 港口水工建筑物；新工科；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方式

［基金項(xiàng)目］ 2022年度哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院教改項(xiàng)目“面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的‘港口水工建筑物’課程改革與探索”（JG2022B0109）

［作者簡(jiǎn)介］ 趙玄烈（1989—），男，山東菏澤人，博士，哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院副教授，主要從事海洋工程水動(dòng)力學(xué)研究；周加春（1994—），男，江蘇徐州人，碩士，哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院2020級(jí)力學(xué)專(zhuān)業(yè)博士研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ蠊こ趟畡?dòng)力學(xué)；耿 敬（1968—），女，江蘇宜興人，碩士，哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院教授，本科生院常務(wù)副院長(zhǎng)，主要從事水利工程設(shè)計(jì)理論及建造技術(shù)研究。

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）03-0045-04 ［收稿日期］ 2022-12-14

新工科是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的我國(guó)工程教育的改革方向，是新時(shí)期全面推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高等教育系統(tǒng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的探索和嘗試［1］。教育部在《深入推進(jìn)“新工科”建設(shè)》中提到新工科建設(shè)正在改變高校教與學(xué)的行為，正在改變高校人才培養(yǎng)方案，正在改變學(xué)校的評(píng)價(jià)體系與資源配置方式，正在改變工科學(xué)生的人生命運(yùn)，正在改變產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局［2］。2017年2月，教育部高等教育司發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》指出，深化工程教育改革、建設(shè)工程教育強(qiáng)國(guó)，對(duì)服務(wù)和支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)意義重大。當(dāng)前，國(guó)家推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)施“一帶一路”“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新［3］。“港口水工建筑物”是港口與海岸工程建設(shè)的理論基礎(chǔ)課程，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，高質(zhì)量適配“一帶一路”等重大戰(zhàn)略，需要積極探索該課程改革方案，以培養(yǎng)適應(yīng)工程建設(shè)發(fā)展且富有時(shí)代特點(diǎn)的有擔(dān)當(dāng)、有作為的新工科人才，走出一條內(nèi)涵式發(fā)展之路。

一、“港口水工建筑物”課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程概述

“港口水工建筑物”是港口航道與海岸工程本科專(zhuān)業(yè)核心課程之一，詳細(xì)介紹了碼頭、防波堤與海岸建筑物、修造船水工建筑物三部分內(nèi)容。該課程要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用工程力學(xué)、水力學(xué)、土力學(xué)和工程水文學(xué)等基本理論知識(shí)，在此基礎(chǔ)上掌握碼頭、防波堤、護(hù)岸、修造船建筑物等港口與海岸水工建筑物設(shè)計(jì)的基本理論和基本方法，具備解決工程實(shí)踐中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的能力。學(xué)生對(duì)“港口水工建筑物”課程基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握情況和應(yīng)用能力，將對(duì)個(gè)人發(fā)展?jié)摿εc崗位競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在新工科背景下培養(yǎng)具有競(jìng)爭(zhēng)力的一流工科人才，需要對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式深入分析，找尋不足并提出改革方案。

（二）教學(xué)內(nèi)容在工程發(fā)展需求中的不足

傳統(tǒng)港口水工建筑物包含碼頭、防波堤、護(hù)岸、修造船建筑物等眾多內(nèi)容，經(jīng)過(guò)科研人員的研究與探索，涌現(xiàn)出許多新型多功能水工建筑物結(jié)構(gòu)形式并在實(shí)際工程應(yīng)用中展現(xiàn)出了良好的效果。例如，生態(tài)護(hù)岸、波能利用式防波堤等，這些多功能新型港口水工建筑物在經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展等方面都更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。新型多功能港口水工建筑物在設(shè)計(jì)理念與方法上較傳統(tǒng)水工建筑物更加復(fù)雜，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的工程人員提出了更為嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)“港口水工建筑物”課程內(nèi)容逐漸難以滿足國(guó)家重大工程建設(shè)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求。

（三）教學(xué)模式在工程實(shí)踐能力中的不足

哈爾濱工程大學(xué)的“港口水工建筑物”課程教學(xué)模式是以板書(shū)與多媒體相結(jié)合，通過(guò)大班課堂講授為主，以提問(wèn)、討論等方式為輔。在現(xiàn)有的教學(xué)模式下，多數(shù)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解不夠深入，缺乏靈活運(yùn)用理論知識(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工組織建設(shè)缺乏基礎(chǔ)概念，對(duì)港口水工建筑物未來(lái)發(fā)展方向和趨勢(shì)缺乏判斷與思考?，F(xiàn)有的教學(xué)模式難以讓學(xué)生將教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程實(shí)踐能力。要想培養(yǎng)出企業(yè)需要的可靠頂尖的新工科人才，需要在教學(xué)模式中搭建連通基礎(chǔ)理論與實(shí)踐應(yīng)用的橋梁。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

新工科是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要高校與企業(yè)緊密協(xié)作，以產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人，教學(xué)內(nèi)容則是人才培養(yǎng)的重要基石之一。哈爾濱工程大學(xué)“港口水工建筑物”課程內(nèi)容注重傳統(tǒng)水工建筑物的理論與案例講解，逐步與新工科背景下培養(yǎng)滿足新型水工建筑物發(fā)展的復(fù)合型高質(zhì)量新工科人才的培養(yǎng)方案脫鉤。為盡快解決這一不足，首先需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行以下幾個(gè)方面的改革。

（一）剖析工程建設(shè)趨勢(shì)，構(gòu)建基礎(chǔ)課程新框架

“港口水工建筑物”課程主要包含碼頭、防波堤、護(hù)岸和修造船水工建筑物等經(jīng)典內(nèi)容，無(wú)論是傳統(tǒng)水工建筑物，還是新型多功能水工建筑物，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原理?yè)碛休^多相似之處。根據(jù)國(guó)家政策與水工建筑物工程應(yīng)用前景分析港口水工建筑物發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合港口水工建筑物的發(fā)展歷史，分別從類(lèi)型、功能、設(shè)計(jì)理論與方法等方面對(duì)港口水工建筑進(jìn)行深入剖析?；凇案劭谒そㄖ铩闭n程內(nèi)容的內(nèi)涵、特征與邏輯構(gòu)建滿足新型港口水工建筑物發(fā)展需求的基礎(chǔ)理論框架，明確理論框架與港口水工建筑物之間的導(dǎo)向關(guān)系，濃縮基礎(chǔ)理論教學(xué)課時(shí)，為新型多功能港口水工建筑物教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐實(shí)操教學(xué)內(nèi)容分配充足課時(shí)。

（二）聚焦國(guó)家重大需求，引入工程發(fā)展新概念

“港口水工建筑物”課程基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)是服務(wù)于相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)與建造。這些理論知識(shí)可以滿足什么樣的水工建筑物建造需求？在這一過(guò)程中發(fā)揮了什么樣的作用？這些問(wèn)題需要結(jié)合實(shí)際工程案例，通過(guò)對(duì)其設(shè)計(jì)需求、理論與方法的剖析進(jìn)行闡釋。教學(xué)內(nèi)容改革的另一個(gè)重點(diǎn)就是在經(jīng)典的傳統(tǒng)水工建筑物基礎(chǔ)上面向國(guó)家重大需求引入新型多功能水工建筑物實(shí)際工程案例，錨定新型多功能水工建筑物發(fā)展方向。引入海洋能裝備、新型防波堤、生態(tài)護(hù)岸、“一帶一路”港口與島礁工程建設(shè)等相關(guān)內(nèi)容，豐富“港口水工建筑物”工程案例的教學(xué)知識(shí)庫(kù)，拓寬學(xué)生的認(rèn)知視野。

（三）梳理前沿工程技術(shù)，掌握行業(yè)發(fā)展新態(tài)勢(shì)

港口水工建筑物的工程建設(shè)是服務(wù)于國(guó)家重大需求與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為滿足國(guó)家重大需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷提出港口水工建筑物的結(jié)構(gòu)新概念。以工程建設(shè)新概念與新型示范工程為基礎(chǔ)，分別從水動(dòng)力特性、結(jié)構(gòu)力學(xué)特性和多功能集成理念等角度出發(fā)，梳理新型多功能水工建筑物的工程前沿技術(shù)與科學(xué)研究前沿問(wèn)題。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究聚焦的科學(xué)問(wèn)題，切實(shí)分析材料、工藝、結(jié)構(gòu)和多功能融合設(shè)計(jì)等與港口水工建筑物相關(guān)行業(yè)的發(fā)展新態(tài)勢(shì)。豐富港口水工建筑物前沿技術(shù)知識(shí)體系的教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生了解行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，同時(shí)培養(yǎng)具有前瞻性思維的新工科人才。

（四）融入科學(xué)研究方法，奠定研究思維新基礎(chǔ)

新型港口水工建筑物的建造面臨諸多關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，只有這些問(wèn)題得以解決，新型港口水工建筑物才有可能在實(shí)際工程中得以應(yīng)用。在教學(xué)內(nèi)容中引入OpenFOAM、ANSYS、Python等計(jì)算流體力學(xué)軟件、結(jié)構(gòu)分析軟件和科學(xué)計(jì)算軟件的使用方法與基本原理。該部分教學(xué)內(nèi)容的引入，可以使得學(xué)生在新型港口水工建筑物研發(fā)過(guò)程中面對(duì)科學(xué)技術(shù)難題時(shí)擁有解決方法與手段，全面提升學(xué)生的知識(shí)體系與綜合能力。以科學(xué)研究方法應(yīng)用為著手點(diǎn)啟蒙學(xué)生的研究性思維，同時(shí)為培養(yǎng)研究型新工科人才奠定基礎(chǔ)。

教學(xué)內(nèi)容的改革是在基礎(chǔ)理論框架完善的基礎(chǔ)上精簡(jiǎn)了傳統(tǒng)理論課時(shí)，引入新型港口水工建筑物并分析其設(shè)計(jì)與建造等過(guò)程，將理論與實(shí)際相聯(lián)系；增添行業(yè)發(fā)展新態(tài)勢(shì)與前沿知識(shí)體系，提高學(xué)生對(duì)新型水工建筑物的思考能力；傳授科學(xué)研究方法，解決關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。“港口水工建筑物”課程新的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)包含了基礎(chǔ)理論、理論到實(shí)際工程的應(yīng)用、新型水工建筑物的提出、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的提出與解決幾部分內(nèi)容，以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)具有行業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ男鹿た迫瞬拧?/p>

三、教學(xué)方式改革

合理的教學(xué)內(nèi)容是培養(yǎng)港口水工建筑物行業(yè)新工科人才的基礎(chǔ)，要想取得良好的教學(xué)效果，改革后的教學(xué)內(nèi)容需要適配合適的教學(xué)方式，這樣才可以充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，以期更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容改革的成效，完成擁有硬核、硬招、硬本領(lǐng)的新工科人才培養(yǎng)。針對(duì)上述“港口水工建筑物”課程的改革內(nèi)容，圍繞學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思考，提出了如下的教學(xué)方式改革方案。

（一）任務(wù)驅(qū)動(dòng)思考，加深教學(xué)內(nèi)容新理解

以教師講授為主的教學(xué)方式不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性與探索性，在教學(xué)方式改革中有必要賦予學(xué)生課堂“主人公”身份，以身份促擔(dān)當(dāng)。由教師對(duì)“港口水工建筑物”課程的綜述部分進(jìn)行講解，并將教學(xué)內(nèi)容分為多個(gè)主題，學(xué)生分組分別與教學(xué)內(nèi)容主題相對(duì)應(yīng)。組內(nèi)同學(xué)相互交流與溝通，從不同角度對(duì)同一個(gè)主題進(jìn)行演講，教師在課堂中發(fā)揮糾偏、引申與點(diǎn)評(píng)的作用。教學(xué)方式的改革讓學(xué)生從被動(dòng)地接受知識(shí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考，可以有效地提升學(xué)生對(duì)“港口水工建筑物”課程知識(shí)的吸收與理解。

（二）剖析工程案例，拓展基礎(chǔ)知識(shí)新視野

聚焦新型多功能港口水工建筑物，以實(shí)際工程案例分析為課程著力點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)多領(lǐng)域集成設(shè)計(jì)應(yīng)用的基礎(chǔ)原理進(jìn)行主動(dòng)思考，并領(lǐng)悟基礎(chǔ)知識(shí)在工程實(shí)踐中的靈活應(yīng)用，同時(shí)使晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)形象化，變得通俗易懂。在工程案例分析中學(xué)生既有思想和情感的投入，又有對(duì)工程案例的基礎(chǔ)思考與分析歸納，易于實(shí)現(xiàn)由淺入深、由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)的變化，提高學(xué)生的主動(dòng)思考與判斷力，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題及整體分析的能力［4］。

（三）掌握研究方法，獲取持續(xù)發(fā)展新動(dòng)能

依托工程案例資料，將科學(xué)計(jì)算軟件、流體力學(xué)軟件和試驗(yàn)等研究方法融入“發(fā)現(xiàn)—分析—解決—驗(yàn)證”問(wèn)題的過(guò)程中。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)工程實(shí)踐中面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)科學(xué)問(wèn)題的特性和規(guī)律進(jìn)行探索，并對(duì)港口水工建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，讓學(xué)生了解各種研究方法在解決關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力。需要注意的是這些研究手段只應(yīng)該作為研究的輔助手段，具體的教學(xué)中還應(yīng)該注重軟件與儀器研發(fā)的基本原理學(xué)習(xí)。

（四）引入創(chuàng)新思維，貫通知識(shí)復(fù)合新應(yīng)用

既要掌握基礎(chǔ)知識(shí)與設(shè)計(jì)研究方法，又要能將這些教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)系統(tǒng)靈活應(yīng)用。開(kāi)放性課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生系統(tǒng)掌握課程知識(shí)，培養(yǎng)工程發(fā)展大局觀，形成工程思維具有重要意義。將創(chuàng)新思維與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論和掌握科學(xué)研究方法之后，通過(guò)實(shí)踐操作貫通基礎(chǔ)理論知識(shí)、科學(xué)研究方法和多學(xué)科的復(fù)合應(yīng)用，熟悉與解決各環(huán)節(jié)之間的連通問(wèn)題，讓學(xué)生可以真正全方位地掌握“港口水工建筑物”課程系統(tǒng)知識(shí)，增強(qiáng)自信心。同時(shí)，可以加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)能創(chuàng)新、能落地的新工科一流綜合型人才。

改革的教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容相輔相成，合理的教學(xué)方式可以最大限度地發(fā)揮教學(xué)內(nèi)容的改革優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)出高質(zhì)量可靠頂尖的新工科人才。新的教學(xué)方式以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思考為主要出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生的主動(dòng)思考與講解可以加深其對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與掌握，實(shí)際工程案例的分析更加深了基礎(chǔ)知識(shí)靈活應(yīng)用的領(lǐng)悟，科學(xué)研究方法的示范與應(yīng)用切實(shí)增添了學(xué)生處理關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的能力，開(kāi)放性的課程設(shè)計(jì)更是將各部分教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系起來(lái)。改革的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式的化學(xué)反應(yīng)將使得學(xué)生在港口水工建筑物領(lǐng)域擁有系統(tǒng)性競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)語(yǔ)

在新工科背景下培養(yǎng)具有時(shí)代競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型人才，需要高校的工科教育有效解決企業(yè)的技術(shù)需求問(wèn)題。教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式的改變是“港口水工建筑物”課程改革的一次積極嘗試。與傳統(tǒng)課程相比，教學(xué)內(nèi)容上增加了新型港口水工建筑物的工程案例與科學(xué)研究方法，拓展了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)認(rèn)知廣度與深度；教學(xué)方式上以學(xué)生為課堂主角，通過(guò)匯報(bào)、演示等方式加深基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，以創(chuàng)新型課程設(shè)計(jì)貫通各環(huán)節(jié)知識(shí)點(diǎn)綜合應(yīng)用。改革后的“港口水工建筑物”課程可以培養(yǎng)出滿足工程發(fā)展和具有發(fā)展?jié)摿Φ男鹿た迫瞬?，同時(shí)也對(duì)專(zhuān)業(yè)任課教師提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)

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［2］教育部.深入推進(jìn)“新工科”建設(shè)［EB/OL］.（2019-10-31）［2022-11-14］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/xw_fbh/moe_2606/2019/tqh20191031/sfcl/201910/t20191031_406260.html.

［3］教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知：教高司函〔2017〕6號(hào)［A/OL］.（2017-02-20）［2022-11-14］.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

［4］伍儒康，艾超，李曉輝，等.創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新背景下流體力學(xué)課程的教學(xué)改革［J］.教育教學(xué)論壇，2020（22）：187-188.

Course Reform of Harbor Hydraulic Structure under the Background of

Emerging Engineering Education

ZHAO Xuan-lie， ZHOU Jia-chun， GENG Jing

（College of Shipbuilding Engineering， Harbin Engineering University， Harbin，

Heilongjiang 150001， China）

Abstract： New engineering education is a new model of engineering education. The cultivation of compound talents under the background of emerging engineering education is of great significance for improving the industrial transformation and upgrading and the supply-side structural reform of higher education system in the new era. This paper discusses the course reform of “Harbor Hydraulic Structure”. As for the course content， it reconstructs the theoretical framework of basic knowledge. The new multifunctional hydraulic structures are supplemented and relative scientific research methods are introduced. Moreover， for teaching methods， it applies the scientific" innovation design and students’ practical ability is improved through the implementation of seminar report and" scientific innovation design. The course reform of “Harbor Hydraulic Structure” is helpful to improve students’ comprehensive ability and innovation ability and solve the problem of disconnection between traditional teaching mode and industrial technology demand.

Key words： Harbor Hydraulic Structure; emerging engineering education; teaching contents; teaching methods