水下機器人方向研究生跨學科培養模式的建立

張偉 唐照東 王瑩瑩 陳興華

[摘 要]隨著勞動力市場對復合型人才的大量需求，復合型人才已經成為高校人才培養的重要戰略方向。以哈爾濱工程大學水下機器人方向研究生為例，通過對跨學科培養方式進行分析，結合其校水下機器人研究生培養現狀，提出了利用實驗室間互相培養的方式，建立了水下機器人方向在研究生跨學科培養模式并開展了系統研究。同時給出提升研究生跨學科培養模式建立方面的一些思考。

[關鍵詞]跨學科;水下機器人;研究生

[基金項目]2018年哈爾濱工程大學研究生教學改革研究項目關于“水下機器人方向研究生跨學科培養模式研究”（JG10218Y09）

[作者簡介]張 偉（1978—），男，遼寧瓦房店人，博士，哈爾濱工程大學自動化學院教授（通信作者），主要從事水下機器人、實踐教學研究;唐照東（1969—），男，黑龍江五常人，博士，哈爾濱工程大學自動化學院高級工程師，主要從事船舶運動控制研究;王瑩瑩（1982—），女，黑龍江阿城人，碩士，哈爾濱工程大學自動化學院高級工程師，主要從事實驗技術管理研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）45-0-04[收稿日期] 2020-06-23

一、引言

高校的根本任務即是人才培養，高校的人才培養一直圍繞培養目標和培養路徑兩個問題開展。隨著經濟結構轉型與信息技術的發展，引發了勞動力市場對復合型人才的大量需求，1993年，國務院首次提出了高等教育系統要重視培養滿足社會主義建設急需的復合型人才[1]。2018年教育部、財政部和國家發改委聯合印發的《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》強調高校要培養能力突出的高層次復合型人才[2]。2019年中共中央、國務院印發的《中國教育現代化2035》再次強調高校要加大復合型人才的培養比重[3]。從這些國家政策的導向可以看出鑒于目前國家對復合型人才需求的激增，高校對復合型人才的培養已經迫在眉睫。高校培養復合型人才進行了開展通識教育、設立綜合實驗班與跨學科專業等多種路徑的探索。然而在就業市場存在較強的可替代性的現實困境下，高校培養的復合型人才仍遠遠不能滿足社會的需求[4-6]。

近年來，隨著信息戰向反潛戰場的延伸及現代戰爭追求人員零傷亡理念的發展，水下機器人已經成為海洋工程裝備研究領域的熱點之一，受到各國海洋工程專家和海軍廣泛關注[7-11]。水下機器人方向研究生的需求也越來越多，水下機器人方向研究生培養也越來越得到重視[12-14]。基于哈爾濱工程大學水下機器人方向研究生這一研究對象，提出了通過院系間、實驗室間相互培養的方式，對水下機器人方向研究生進行跨學科培養的模式。哈爾濱工程大學具有專業結構布局合理的“三海一核”特色學科專業體系，學校緊緊圍繞提高人才培養質量這一主題，致力于培養一流工程師、行業領軍人才和科學家，其中水下機器人方向約有研究生300人，目前主要在船舶工程學院、自動化學院以及水聲工程學院等單獨完成培養。

二、目前國內外水下機器人方向研究生培養現狀

當前水下機器人方向研究生的課程群均由相關學校的不同院系根據專業特色開設的相關課程組成，基礎課程教學上重疊較多，專業課程各具特色。以哈爾濱工程大學為例，船舶工程學院、自動化學院、水聲學院等學院均開設與水下機器人方面相關的課程，只不過側重方向不同。船舶學院主要針對“船舶與海洋結構物設計制造”“流體力學”“工程力學”等方向，開設的課程有“潛器設計”“船舶與海洋工程進展”等。自動化學院主要開設與水下機器人控制相關的課程，例如“運載器運動建模與仿真”“機器人控制工程”等。水聲學院主要研究與水下機器人定位通訊的課題，開設的課程也與之息息相關，例如“水下定位與導航技術”“水下網絡通信技術”等。這種培養模式使得研究生獲取的知識渠道具有一定的局限性，難以綜合系統全面地學習水下機器人的相關理論與工程知識，不利于研究生對水下機器人研究的大局觀構建。

實際上，水下機器人將人工智能、自主控制、模式識別、信息融合與理解、系統集成等技術應用于傳統的載體上，在無人駕駛的情況下自主地完成復雜海洋環境中的預定任務，是提升人們在復雜環境中作業廣度與維度的倍增器[15]。水下機器人是一項技術密集性高、系統性強的工程，顯然，單個專業、學科所教授的知識不足以滿足社會對水下機器人方向人才的需求。因此，提出了開展基于哈爾濱工程大學水下機器人方向研究生跨學科培養模式的研究。

跨學科培養方式是指學校不同的學科、專業之間的交叉培養。它是區別于傳統的單一學科專業培養的新模式，更能培養出知識面廣，素質、知識技能有機結合的優化新型人才，有利于適應當代科學技術迅速發展、人類知識積累更新突飛猛進的時代要求[16-18]。實行跨專業培養，可以將專業教育的專業化和綜合化有機統一起來，使學生在學到多學科專業知識的同時，培養本專業、相關專業以及多專業的業務素質和技能，形成知識、素質、技能優化的有機構成，從而提高綜合適應能力和創新能力。

因此，為有效提高現有教學和科研基礎的利用率，提升研究生對水下機器人領域的系統性理解，增加研究生在水下機器人方向的工程參與度，有必要針對水下機器人方向的研究生培養模式開展跨學科培養相關研究。

三、水下機器人方向研究生跨學科培養教學模式的建立

水下機器人方向研究生跨學科培養模式的建立涉及方方面面，其中最主要的是建立合理的跨學科培養組織、符合培養目標的理論課程體系及多元的實踐培養平臺。在水下機器人方向研究生跨學科培養模式的研究上所采用的途徑如下圖所示，首先建立跨學科培養的組織機構，在此組織機構的引導下，根據研究生培養目標建立合理的理論課程體系及實踐教學平臺，最后通過試點對水下機器人方向研究生進行跨學科培養，通過對試點結果進行總結分析，提出對跨學科培養模式的改進及推進方案。目前試點工作正在進行。

（一）水下機器人方向研究生跨學科培養組織的建立

水下機器人研究方向涉及流體力學、水聲學、光學、通信、導航、自動控制、計算機科學等多個學科。按照專業學科和工程技術領域分類，水下機器人技術主要包括總體集成技術、致密能源技術、人工智能技術、精確導航技術、微電子技術、微小型傳感器技術、計算機技術、信息處理技術和水下機電設備技術等專業、學科。各學科之間彼此相互牽制，單純地追求單項技術指標，就會顧此失彼。

水下機器人研究生跨學科培養模式涉及自動化學院、動能學院、水聲學院、理學院、計算機學院等幾個學院，如何協調院系之間的理論課程及實驗課程，是水下機器人方向研究生跨學科培養模式建立過程中遇到的最大困境。通過學校研究生院的主導，各學院教學辦公室以及各相關專業研究生導師的配合，建立了水下機器人方向研究生跨學科培養的組織。其中包括學籍管理、課程管理、導師隊伍等幾方面。

根據學校學科管理現狀，經過研究生院協調，初期聯合了船舶與海洋工程實驗中心、海洋裝置與控制研究所、水聲技術實驗室、水下作業技術與裝備研究所、智能制造與機器人技術研究所等科研及實驗教學平臺進行水下機器人跨學科培養試點。導師隊伍包括81名教師，其中教授33人、副教授46人、博導37人、碩導80人、專職實驗教師5人。在學籍管理上，仍延續本院系的同學在本院系進行管理。在課程管理上，學生在規定的課程范圍內可以跨學科進行選課，所選課程由開課院系進行管理。參與跨學科培養的導師除參與跨學科培養外，其組織機構仍隸屬于原來院系，但學生可以根據自己的研究重點，跨專業選擇副導師對其研究方向進行指導。這是根據目前學校情況制定的切實可行的組織機構建設方案，后期根據試點效果可以嘗試建立專門的水下機器人方向研究生跨學科培養組織。

（二）水下機器人方向研究生跨學科理論學習模式

水下機器人方向研究生的跨學科理論學習需要根據社會切實需求確定新的培養目標，制定新的教學計劃。不同學科的課程并不是簡單的拼湊，而是需要統籌兼顧，使其相互聯系、相互銜接地集于一體。因此，有機安排水下機器人方向研究生的理論學習是非常重要的一環。

經過認真研究與探討，在以培養適應國家建設需要、熱愛祖國、遵紀守法、具備嚴謹科學態度和敬業精神的水下機器人方向人才。通過碩士階段的學習，掌握水下機器人相關學科堅實的基礎理論和系統的相關知識，掌握本學科現代化實驗方法和技能，較熟練地掌握一門外語，了解相關領域的研究動態，具有從事科學研究或獨立承擔專門技術工作的能力為培養目標的前提下，制定出了水下機器人研究生跨學科理論學習的課程體系。

在理論課程設置上，學分仍沿用現行哈爾濱工程大學研究生培養方案的規定，但在學位課的設置上進行了調整，設置了高等過程控制、穩定性理論、人工神經網絡、工業過程建模與優化、聲學原理與噪聲控制、通信信號處理、現代檢測技術、水下運載器操縱與控制等學位課程，這些課程涉及參與跨學科培養組織中涉及的各個學院及專業，打通了學位專業課程基本在本院系完成的壁壘，使學生專業課程學習更系統全面。另外，選修課方面，導師圍繞學生的研究生畢業論文所做課題需要，引導學生面向全校課程進行選課，盡量選擇跟課題相關的課程，以對學位課程有效補充。

前期根據學校組織機構設置現狀，盡量打通專業限制，在理論課程設置上根據水下機器人研究生培養目標，基本實現了跨專業培養模式，后期根據學科發展動向、學生學習效果等，會對課程進行更合理的優化。

（三）水下機器人方向研究生跨學科實踐培養模式

水下機器人方向研究生跨學科實踐學習才是鍛煉研究生動手實踐能力、與社會需求接軌的重要保障。因此，了解人才需求，切實為研究生提供跨學科實踐平臺，是水下機器人方向研究生跨學科培養需要著重考慮的問題。

根據水下機器人方向研究生培養的目標，制定了船舶水動力性能檢測技術、自動控制理論等實踐課程，這些課程主要是在船舶與海洋工程實驗中心、海洋裝置與控制研究所、水聲技術實驗室、水下作業技術與裝備研究所、智能制造與機器人技術研究所等實驗平臺的支撐下完成，真正實現了跨學科實踐教學的培養模式。此外，導師根據研究生所選課題的需要，可以采用實習或實驗室間聯合培養等方式進行研究生跨學科的培養。后期根據水下機器人方向的學科發展，可以擴充實驗教學平臺，來支持水下機器人方向研究生的跨學科培養需要。

四、研究生跨學科培養模式的思考

不僅是水下機器人方向，各個專業的研究生跨學科培養所面臨的主要問題都在于如何打破專業壁壘，建立適合本校實際情況的跨學科組織機構，以及建立更科學合理的多元跨學科學習平臺，使跨學科平臺資源得到有效的利用，培養出適合本學科社會需求的綜合性人才。

首先，研究生培養的頂層設計要有大的視野，要認識到跨學科的知識結構已經成為綜合創新人才素質的核心要素，因此要跳出學科的局限來評判跨學科研究生培養的重要性，在政策上更加鼓勵支持跨學科研究生培養的學術組織、導師團隊、教學平臺的建設。只有頂層的大力支持，才能改變跨學科培養的認同危機，更好的建設好既能符合跨學科培養要求又能適應學校發展模式的科學、規范的跨學科培養組織，營造跨學科培養的學術氛圍。

其次，在跨學科教學平臺建設及資源利用方面，必學切合本校實際情況，使跨學科培養模式的建設落到實處，做到培養模式建設切實可行。水下機器方向研究生跨學科培養模式，是在學校現有的水下機器人方向的幾個學院和教學平臺開展的，充分發揮各個平臺自身的研究優勢，使整個跨學科培養建設中的理論課程及實踐教學體系更加系統、全面，更能發揮跨學科培養中學生知識體系的全面化優勢。因為是整合學校現有的平臺，這樣使得跨學科培養模式建立的阻礙大大減少、可行性增大。這樣既節省人員及經費成本，又能有效利用各平臺的教學資源，使得跨學科培養模式的建立切實可行。

再有，在研究生跨學科模式研究方面，要充分利用各種研究途徑。對國內外跨學科培養模式進行深入分析，提煉出適合本校及本方向跨學科培養有價值的思想進行利用。同時對跨學科培養模式進行試點實踐，去探索跨學科培養的課程教學方法改革全過程模式。另外還要通過教學效果比較、調查、訪談等方法對跨學科培養模式的實踐進行深層次分析總結，優化跨學科課程體系結構，改進科研實踐及管理模式，使跨學科研究主動適應本領域研究生培養需求變化。

五、結語

教育部關于《新工科研究與實踐項目指南》中明確指出要注重模式創新，完善多主體協同育人機制，探索多學科交叉融合的工程人才培養模式，為高校人才培養指明了前進的方向[19]。高校實施跨學科培養模式，培養滿足社會需求的復合型人才是高校人才培養發展的必然。以哈爾濱工程大學水下機器人方向研究生為載體，通過分析水下機器人方向培養模式現狀，結合本校水下機器人方向研究生培養特點，從組織機構、理論課程體系及實踐平臺幾方面建立了水下機器方向研究生跨學科培養模式。目前，試點工作正在進行，后期會對試點工作進行深入分析，為水下機器人方向研究生跨學科培養模式的推廣提供更科學的理論及實踐依據。

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Establishment of Interdisciplinary Graduate Cultivation Model for Underwater Vehicle Field

ZHANG Wei， TANG Zhao-dong， WANG Ying-ying， CHEN Xing-hua

（College of Automation， Harbin Engineering University， Harbin， Heilongjiang 150001， China）

Abstract： Compound talents have become an important strategic direction of talent training in colleges and universities with the great demand for compound talents in the labor market. The graduate students of underwater vehicle field of Harbin Engineering University are taken as an example. Based on the analysis of interdisciplinary training methods and the present situation of underwater vehicle graduate training in the university， the interdisciplinary training model of graduate students in underwater vehicle field is proposed and researched in the way of mutual training between laboratories. At the same time， some thoughts on the establishment of interdisciplinary training model for graduate students are given.

Key words： interdisciplinary; underwater vehicle; graduate students