海洋技術專業的工程化輔助教學創新模式研究

唐達 王延林 王振宇 岳前進

摘要：針對海洋技術專業的培養目標，提出了專業課程的工程化輔助教學的創新改革模式，將在實際工程項目中的開發過程、研究成果和平臺，通過多種方式融入教學中，讓工程問題引領教學內容，激發學生的學習熱情，提高學生的工程化意識、動手實踐和創新能力。該教學模式已經歷了兩年的教學實踐檢驗，取得了較好的效果。

關鍵詞：新工科;工程化輔助教學;海洋技術;成果導向

中圖分類號：G642.4? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）38-0093-02

新工科注重理念引領，提倡創新工程教育方式與手段，主張開放融合的工程教育。高等學校新工科的建設強調實踐教學的改革[1]，提高學生的實踐與創新能力。在課堂教學中，通過引入工程實例、基于項目教學和多元化教學模式等方法[2]，實現新工科的教學目標。許多科學和技術問題都來源于工程實踐，而依據現有教材的課堂教學更專注理論和方法的理解，缺乏理論應用于實踐的感性體驗。因此，出現了工程化教學方法的研究，文獻[3]通過“素材輔助、案例引導、問題聚焦”在結構力學課程中引入工程化教學方法。通過優化課堂教學、改革實驗教學、社會實踐和工程實踐等方式探索控制類課程工程化教學模式的改革。實際上，工程中的問題往往是綜合性的，多專業融合培養模式也是工程化教學的要求。海洋技術專業的一個目標就是為海洋工程領域培養技術人才。海洋工程領域人才需要有扎實的理論和技術基礎，其所學的理論和技術也可以應用于海洋工程領域中。

一、海洋技術專業課程創新模式的思考

大連理工大學海洋科學與技術學院的海洋技術專業課程主要圍繞海洋通用的裝備及技術。培養方案強調海洋開發領域的應用基礎與先進技術，以電子、材料、機械、控制、力學等多學科知識體系為支撐，培養學生對海洋科學基礎知識的理解，掌握海洋資源開發的先進通用技術，具備海洋資源探索、測量與檢測的能力，最終實現通才教育。因此，海洋技術專業開設了電子、信息與控制的相關課程，如傳感器技術、測控技術、LabView虛擬儀器和信號處理技術等課程。這些課程有些是其他專業的基礎課程，如“傳感器技術”是測控專業的必修課程，“信號處理”是通信工程專業的必修課程，它們都需要各自領域相關的前序課程支持。因此，在海洋技術專業學生的教學中，一些課程的教學內容相對獨立，缺少面向海洋技術專業的統一教學模式和規劃，缺少各個課程之間的有機銜接。

二、工程化輔助教學創新模式實踐

海洋技術專業的工程化輔助教學創新模式的基本思路是，將實際海洋工程項目中獲得的科研成果及實驗平臺經過適當簡化與整理，作為該專業課程的基礎案例、練習對象或分析數據，增強學生對課程設置目標和應用領域的感性認識。以海上FPSO軟鋼臂單點系泊結構的監測項目為例，在這個項目的建設中，完成了如下三個方面的工作：

1.實現了對軟鋼臂連續多年的監測，如圖1所示。監測系統包括多種類型的傳感器、采集設備和集成軟件。

2.基于上述項目，建立了用于研究軟鋼臂單點系泊系統的實驗平臺。它由大型六自由度運動平臺、軟鋼臂單點系泊模型和相應的傳感器、數據采集軟件與硬件設備組成，如圖2所示。

3.用于研究軟鋼臂動力學特性的軟鋼臂單點系泊系統的仿真環境。它是利用ADAMS軟件構建軟鋼臂單點系泊系統結構，如圖3所示。在該仿真環境中通過施加激勵可以分析軟鋼臂單點系泊系統的運動特征。

這些研究工作、成果和平臺是海洋技術專業課程工程化教學改革的基礎。首先，對上述的成果進行適當的篩選和裁剪。比如軟鋼臂實際監測的文檔資料包括：監測實施方案、監測系統、圖片錄像以及監測數據，教改中會以案例的形式出現在課堂教學中。比如實施方案、圖片和錄像使學生很快了解項目的現場工況，而對于不同的課程可以有不同的側重。例如在傳感器技術課程教學中，對項目中使用的傳感器原理、性能、協議和實際使用會有深入的討論;在LabView課程教學中，監測集成系統則作為虛擬儀器開發的教學案例;在信號處理課程教學中，則以監測數據的分析作為教學的實例，研究結構特征的變化規律，提高學生的學習熱情。類似地，軟鋼臂單點系泊實驗平臺提供了從傳感器選擇、布點方案、數據采集到數據分析的一整套方法，可以給學生提供工程化思維的教學引導。在工程化教學改革中，這個實驗平臺能夠用于傳感器、檢測、虛擬儀器、信號和控制等課程的教學，也可以用于學生的認識實踐、創新實踐和畢業設計等。海洋環境激勵是隨機的，軟鋼臂單點系泊系統實驗是由大型六自由度平臺激勵的。因此為了方便分析軟鋼臂單點系泊的運動，仿真環境提供了更便捷的獲取數據的方法。當學生已經具有了軟鋼臂單點系泊運動的感性認識后，仿真環境可以為教學提供更多的數據，使課堂教學案例更貼近應用。

圖4給出了工程化輔助教學創新模式示意圖，在海洋技術專業課程的教學中融入工程化教學模式，使學生理解課程教學的目標，也使各門課程相互銜接，互為接應，可以完成多門專業相關課程教學體系的整合，使教學具有統一的專業目標。

三、總結

工程化輔助教學創新模式已應用在海洋技術專業的傳感器技術、虛擬儀器和信號處理課程的教學實踐中，并已在兩屆共12名本科生的創新實踐和畢業設計中進行了探索和實踐。在本專業的課程中引入工程化的教學模式，取得了如下的收獲：

1.實現海洋技術專業課程的工程化體系建設。很多海洋技術都是融在大的工程建設中。海洋技術專業的學生只有結合工程實際進行專業的理論和經驗學習，才能對知識融會貫通，學以致用。以工程化科研成果導向的教學創新模式的建立，對實現海洋技術專業課程的工程化教學體系建設具有重要意義。

2.實現海洋技術專業課程之間的內在聯系。工程化輔助教學創新模式可以為海洋技術專業的電子、信息與控制相關教學提供統一的輔助教學平臺，從而搭建起課程與海洋技術專業之間的橋梁，也豐富了課程的教學實踐手段。

3.提供多用途的教學平臺。工程化輔助教學創新模式建立了一個面向教學的工程化輔助教學平臺，該平臺有廣泛的教學用途，可以為多個相關課程提供基礎的、互通的實踐方法和數據，也可以為海洋技術專業本科畢業設計提供輔助。

4.激勵學生自主學習熱情。工程化輔助教學模式建設工作的本身也是很好的教學實踐活動，通過讓學生參與這項教改的建設，也會使學生更加了解工程的需求，鍛煉學生的動手實踐能力，提高學生學習的主觀能動性，也會提高課堂教學效果。

參考文獻：

[1]朱榮濤，胡炳濤，王艷飛，李延鋒.新工科下高校實驗與實踐教學體系改革與探索[J].教育教學論壇，2019，（16）：72-75.

[2]劉露，王延遐，許英姿.新工科模式下力學課程的教學改革[J].教育教學論壇，2019，（16）：86-87.

[3]于桂蘭，曹艷梅，賈影，等.工程化教學理念在《結構力學》課程中的實踐[J].教育教學論壇，2018，（7）：99-101.

Research on Innovative Mode of Engineering Auxiliary Teaching for Marine Technology Specialty

TANG Daa，WANG Yan-linb，WANG Zhen-yub，YUE Qian-jinb

（a.School of Computer Science and Technology;b.School of Ocean Science and Technology，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China）

Absrtact：In view of the training goal of marine technology specialty， this paper puts forward the innovative reform mode of engineering auxiliary teaching of specialty course，which will integrate the development process，research results and platform in the actual engineering project into the teaching through many ways，let the engineering problem lead the teaching content，stimulate the students' enthusiasm for study， improve the students' engineering consciousness，practice and innovation ability.The teaching mode has been tested by teaching practice for two years，and good results have been obtained.

Key words：new engineering department;engineering assisted teaching;marine technology;achievement orientation