水聲工程國防特色學科科教融合高水平人才培養模式探索與實踐

聶東虎，喬 鋼*，莫世奇，周 鋒

（1.哈爾濱工程大學 水聲工程國家級實驗教學示范中心，哈爾濱 150001；2.哈爾濱工程大學 水聲工程學院，哈爾濱 150001）

國防裝備現代化和海洋強國戰略建設需求對國防特色專業學生的專業理論、科學素養和工程實踐能力提出了新的更高的要求。然而，水聲工程是一門綜合交叉學科，涉及機械、電子、信息、通信、材料、振動與聲學、水聲信道和海洋工程等多學科門類，同時也是一門實驗科學，涉及復雜的海洋環境，涉及國防高端技術，是處于世界金字塔塔尖的不傳之秘，這對人才培養帶來了極大的挑戰，學生們也很難僅從書本上真正理解水聲工程專業的內涵及在實際中如何應用，極大地阻礙了學生的創新意識、創新精神和創新能力。提高人才培養水平和質量，提升學生綜合運用專業領域知識和應用能力，促進學生創新能力的培養，科教融合是國防特色專業人才培養的最重要途徑。

2020 年9 月教育部、國家發展改革委、財政部聯合發布《關于加快新時代研究生教育改革發展的意見》中明確要完善科教融合育人機制，創新招生培養模式，加強系統科研訓練，以大團隊、大平臺、大項目支撐高質量研究生培養。2022 年哈爾濱工程大學姚郁校長在科研工作研討會上提出主動融入服務國家重大戰略，以有組織的科研匯聚人才和創新力量，加強產學研深度融合，凝聚大團隊，承擔大任務，立足國內自主培養一流人才。哈爾濱工程大學水聲工程學院由9 個主要的基層學術團隊構成，各團隊經過了幾十年的積淀，形成了穩定的教師科研隊伍、研究方向、教學團隊。學院在科研方面具有明顯的優勢，僅就2021 年承擔的省部級和國家級項目225 項，總經費超過7 億元，人均科研經費超過500萬元。學院緊緊圍繞國家和行業的需求，與哈爾濱工程大學“三海一核”的辦學特色相呼應，依托哈爾濱工程大學船舶與海洋工程一流學科（A+）、水聲技術國防科技重點實驗室及水聲工程國家級教學實驗示范中心，以基層學術團隊為核心，不斷凝聚科研優勢資源和力量，探索和實踐滿足水聲工程國防特色專業人才培養國家需求的科教融合的創新培養模式，通過科研和教學雙核心驅動，將科研實施過程轉化為教學實踐環節，將科研平臺轉化為教學條件，將科研成果轉化教學案例、演示驗證教具，豐富教學內容，通過教學和科研的高度融合統一，促進學生對專業領域的掌握，通過科教融合科學育人模式的實踐，學生培養質量明顯提升，畢業生的綜合能力得到了行業用人單位多年來的一致好評。

一、科教融合人才培養模式構建方案

高等學校往往局限于模式化和單一化的人才培養探索，對大多數學生而言，學生很難就自己的專業方向和未來前景進行有效的評估，自己是否喜歡自己的專業，能否勝任未來該技術含量和高知識密度研究工作。學生個性化的能力難以得到充分挖掘，學生被動地接受理論知識和有限的基礎實驗培訓，發展得不到持續的關注，積極性和能動性極大地被削弱，自主創新能力被壓抑，沒有途徑或渠道獲得個性化的提高和培養，導致學生發展空間受限，到研究生階段后，必須重新進行培訓才能滿足科研和學術研究的需求，然而由于有限的時間，當學生掌握必要的技能的時候，已經面臨著畢業和畢業論文，這嚴重限制了學術團隊人才培養和科學研究協調發展的效果。隨著國防現代化和海洋強國戰略對國防特色專業培養的學生專業理論、科學素養和工程實踐能力提出了更高的要求，如何通過理論研究、教學實踐來實現理論、科學和實踐相統一的人才培養模式，讓人才培養促進科學研究，反過來促進教學模式的突破，讓學生能夠獲得自己感興趣或適合的教育，通過3+4 年的深耕教育，培養科學家視角和專業精神。

傳統課程體系過度專業化，不能適應人才多樣性培養的要求。水聲工程專業技術和知識密度非常高，涉及電子、信息、計算機、信號處理和機械工程等多學科交叉，教學計劃給定的學時和內容難以滿足交叉學科高素質人才培養的需求，導致學生面面俱到，但難以抓住專業的精髓，難以形成對專業領域高屋建瓴的認識，缺乏對具體研究方向的理解，不知道行業痛點和難點問題在哪里，因此難以形成創新思維。

過于剛性的教學管理束縛了學生的個性化發展，不能適應學生自主發展的需求，受應試教育的長期影響，本科生習慣于接受知識灌輸，相信權威、相信書本、相信經驗、相信已有結論。水聲工程學院的楊士莪院士在一次報告中講到，水聲是一門實驗科學，非常復雜，沒有固定的嚴格的公式套用，很多結論都是從實驗中獲得的。認識到這一點，我們必須承認，在加強理論教育的同時，讓學生產生知識的科研項目，認識實際中的水聲到底是什么樣的，也就讓學生們了解到在實際海洋環境下，與理論中常常采用的高斯噪聲仿真是完全不同的。

在水聲工程國防特色背景下，采取什么樣的手段和方式，突破傳統教學方式，跳出課堂模式的束縛，讓學生以教研融合模式下的“大課堂”看專業領域、看社會和看世界，吸引真正感興趣的學生，加入團隊，形成良性的學術團隊氛圍，讓合適的人獲得合適的教育。

針對水聲工程專業具有顯著的專業理論和國防應用背景雙重特點，在專業培養方案基礎上，結合水聲工程學院各基層學術團隊的科研優勢，構建科研和教學雙核心驅動模式，將科研團隊、教學團隊、基層黨組織相融合，圍繞理論知識、動手能力、理想信念、創新意識和綜合能力的培養，將教學、科研和育人相統一，充分發基層學術團隊一線教學、科研和指導學生的核心堡壘作用，形成培養合力。在教學計劃的實施過程中，學院在教師資源、實驗室資源、項目支持和經費支持等方面引導和鼓勵將創新性實驗教學、課程設計、理論教學的實踐案例部分、工程訓練、專業實習、創新訓練、畢業設計等與學術團隊科研實施與訓練計劃對口銜接，通過團隊集體組織和協作，結合水聲技術國防科技重點實驗室的平臺，強化學生教學中的科研訓練。學術團隊在教學和科研訓練過程中，形成典型的科研實踐案例庫，根據當前的科研任務發布開放性的實踐任務，不斷更新案例庫，緊跟新理論和新技術的發展，不斷完善教學內容，改善教學效果。在科研實施過程中，吸引感興趣的學生申請參與部分科研任務，團隊為其開辟專門的工位，提供必要的軟硬件資源，讓學生參與實際科研項目論證、過程實施和總結驗收的過程，對學生進行全方位的系統訓練。通過教學和科研的良性互動，逐漸形成以研促踐，以踐促學，以學促教，以教促建，以研促建，融研于教，寓教于踐，教長于研，教研融合，以學術團隊為核心的“一牽引，五促進，三融合”的科教融合育人模式。

科教融合育人模式既涉及人才培養模式、團隊建設、本研教學模式聯動及教學方式方法等領域，站在學術團隊的角度，基于學校和學院教育理念，構建適合團隊發展和人才培養的新模式，解決本研過度割裂，人才培養效率低下，沒有充分利用科研反哺教學，導致學生發展受限、學習能動性不足和學術創新能力差的問題，建立成才趁早，興趣開發，因材施教的新的教學模式，從批量生產到批中選優，分類培養的方案。

二、科教融合實施方法

在哈爾濱工程大學水聲工程學院水聲通信與網絡技術學術團隊建設中，利用國防科研優勢，不斷探索創新人才培養模式，根據專業特點和國防特色相結合，與行業結合，協同創新教學理念，將科研優勢轉化為水聲工程專業人才培養的優勢，把科研條件拓展為教學條件，以科研成果豐富教學內容。通過以教學和科研促進大學生探索與學習的興趣，在教學和科研融合過程中培養學生的創新意識和創新能力，探索跳出傳統模式教學“小課堂”看世界的方式，逐漸向非典型“大課堂”看世界新模式轉變，通過本研聯動，留住優質生源，進而促進科研發展，以科研的發展培養高素質拔尖人才，促進團隊教研能力的提高，促進團隊隊伍建設，進而促進更多科研和教學成果，吸引更多人才和生源，反過來推動人才培養質量的提高。

通過政策引導、經費支持、團隊科技活動、科創專項培訓、企業導師和科創賽事，使科教融合實質落地，建設水聲工程國防特色緊缺專業，培養滿足行業和國防需求的理論、科學和實踐合一的高水平高技術人才，主要的方法如下。

1.建立學生導師團隊。由于水聲工程專業的特點，本科生的專業水準很難勝任行業對高水平人才需求，因此約90%以上的本科生要進入研究生階段的學習。水聲工程學院由9 個主要學術團隊構成，每個團隊都具有各自的核心技術方向，以學術團隊為基礎，結合學業班主任制度，建立學生指導團隊具有先天的優越性。每個年級的學生都可以自主選擇導師，讓學生在較長的時間內深入了解團隊的研究，有更多的機會參與老師的科研項目、在老師的指導下參與科創大賽，以指導教師為媒介，使學生逐漸融入實驗室團隊，通過在實驗室的身臨其境的參與，加速課堂理論教學和科研實踐的融合，將書本學習、專業實踐、科學研究和學術研究相統一。借助團隊的國際交流機會，增加學生與國內外同行接觸的機會，培養國際化視野。

2.開展專業學習周和中短期培訓班活動。在國防特色專業和國防需求的推動下，團隊積累了大量的科研成果，建立專業學習周和中短期培訓班制度，向感興趣的同學開放，讓學生到實驗室現場觀摩，感受實驗室的學術氛圍，選拔優秀學生參與實際項目的實施和論證，具體實施，指導學生撰寫高水平學術論文，參加省級、國家級電子設計大賽及挑戰杯競賽等，使學生及早發現自身的興趣，形成勤奮好學、積極創新的良好作風，同時也給團隊吸引優秀生源奠定基礎，進而提升團隊科研隊伍能力。通過中短期培訓班，對學生進行超一流科創大賽培訓，形成大賽指導團隊（教師+學生），一屆傳一屆，形成良性循環，引導學生創新意識的培養和創新能力的提高，通過參與賽事反哺理論知識的學習，同時也給團隊吸引優秀生源奠定基礎，進而提升團隊科研隊伍能力。

3.科研成果轉化為教學內容，寓教于研。根據團隊內各位老師的研究興趣和研究成果，結合專業培養方案規定的理論專業課、核心課程，開設課時不等的創新性實驗，借助水聲技術重點實驗室的平臺，寓教于研，科教融合，及時把團隊積累的各項科研成果轉化為教學內容，讓本科生了解學科動態和新技術進展，培養學生創新精神和實踐能力。例如，本文作者所在的水聲通信與網絡技術團隊，主要開展水下通信和探測設備樣機的研制，積累了大量的水聽器、探測樣機、通信機、釋放器、信號處理機、發射機和接收機等，形成了大量的實際工程論證報告、結題報告、軟硬件研究設計與研發報告、學術論文和核心算法。將這些設備放入重點實驗室水池里進行現場實驗教學，極大提升了教學效果，因此吸引了大量感興趣的學生在研究生階段加入本團隊。

4.國防特色科教融合育人作用。水聲工程專業是國防特色緊缺專業，國家水下安全和海軍裝備建設都離不開水聲和水聲領域高技術人才。在教學和科研實踐中，將學術組織和基層黨支部相結合，通過師德師風建設，做品德之師、學問之師，引導和培養學生使命擔當、家國情懷，堅定固我海疆、獻身國防的信念，反過來促進學生樂于探索、務實篤行的精神，間接提高教學和科研效果。

5.科教融合與行業和國家需求密切結合。水聲工程屬于小學科大學問，是需要在湖泊和海洋中驗證的高端實驗科學，但學校地處不靠海的哈爾濱，學生們對于水聲設備如何工作，理論知識如何應用往往一頭霧水。為此，結合科研與行業內單位的合作，建立科研項目團隊，融合教師、研究生和本科生，建立傳承有序的科研隊伍，圍繞行業的技術和軍事需求，在水聲通信、水聲探測與識別、水聲對抗設備研制、實驗和軟件開發等方面，通過建立的項目團隊，加強學生身臨其境參與實習和實戰，通過項目的實施，為學生提供高水平的實訓平臺，讓學生真正認識自己專業，掌握自己專業的發展方向和前景，發現需要解決的難點，進而提出創新的方法，使學生整體素質得到提高，進而提升我們團隊的整體教學和科研水平。

6.提供機會和平臺，讓學生跳出教學小課堂，在科教融合模式的“大課堂”開眼看世界。在學術團隊層面，建立與學生之間除了教學之外的科研聯系，以“教學和科研雙核心”為驅動，通過高水平學術團隊在科學研究、學術創新和國家交流方面的優勢，通過學術團隊和教師的資源，提供小課堂之外的資源，讓學生站在學術團隊的肩膀上看世界，培養學生的專業素養和科學家視野。

三、科教融合科學育人的實施效果

1.科教融合育人模式提高了學生對專業認同感和科研素質。團隊專門開辟工位給本科生，結合創新周和中短期培訓班制度，讓學生極大增強了學術創新意識、科學研究動力、對學術團隊的認同感。以2015 級513 班為例，全班共31 人，在團隊學術氛圍和科研訓練的推動引領下，全班升學率83.9%，25.8%直博或碩博連讀，其他的學生全部系統內就業。通過科教融合模式的實踐，團隊指導的博士生獲得2019 年聲學學會優秀博士論文提名獎和中國造船工程學會優秀論文獎。該博士結合博士論文的研究成果成功申請了國家自然科學基金項目和中國博士后基金項目。

2.科教融合促進了本科教學條件的提高。學院雖然具有國防科技重點實驗室和國家級教學實驗中心平臺支撐，但由于水聲技術的不斷發展，迫切要求教學內容和教學設備不斷更新。團隊研制的高速水聲通信機、水下語音通話機和探測聲吶演示系統等裝備與水聲工程專業密切相關，正好用于教學，用于支撐和改善實驗教學條件，對教學效果的提高具有明顯的促進作用。

3.科教融合促進了人才培養和教師隊伍建設。“一牽引，五促進，三融合”的科教融合育人模式實施過程中，貫通本科生和研究生學業過程，培養的學生95%以上考上研究生，其中超過20%的學生攻讀博士生。以本人所在團隊為例，在科教融合的過程中，促進了團隊建設，目前團隊具有教授4 名（外籍教師1 名），副教授4名，講師2 名，工程師4 名，科研秘書2 名，在讀碩博合計100 余名。團隊成員獲得各類國家級獎勵和榮譽6 人次，省級7 人次，市級2 人次，校級3 人次。團隊立足教學和科研，將教學科研有機結合起來，聚焦水聲通信與探測等關鍵技術領域，致力于人才培養，支撐和服務國家戰略需求，獲評第24 屆黑龍江省青年五四獎章集體。

4.科教融合促進了學生科技創新能力的提高，寓教于踐，融研于教得以落地。以本團隊為例，指導學生參與各類科技競賽獲獎數十項，包括“互聯網+”大學生創新創業大賽國家級金獎、省級金獎、省級銀獎各1 項，中國電子設計大賽國家二等獎、省級一等獎、二等獎，中國航行器設計大賽二等獎等各類大賽19 項，獲得包括“互聯網+”大學生創新創業省級金牌導師等4 項。特別是“互聯網+”大賽取得國家級金獎，獲得了團中央領導和航空科工委領導的肯定，2020 年10 月以來本項目獲央視、黑龍江省新聞聯播和搜狐網等多家媒體報道。

5.科教融合搭建工程實踐平臺，促進了學生參與國家大戰略、大工程項目。在讀博士生張文博搭載“深海一號科考船”前往西太平洋，在馬里亞納海溝開展“悟空”號7 709 m 深潛器實驗，驗證AUV 水聲通信和水聲定位關鍵技術，獲得了《科技日報》等媒體的報道。

6.科教融合與黨建相結合，促進了立德樹人和課程思政建設。在水聲通信與網絡技術團隊示范引領作用下，研究生以提升組織力為重點，著力發揮政治引領、團結凝聚研究生、促進教學科研等方面的戰斗堡壘作用，在學習、科研、管理和服務等領域取得優異成績。2018—2021 年度團隊培養的研究生就獲省級三好學生1 人次，省部級科技獎勵1 人次，黑龍江省大學生年度人物1 人次，獲得國家獎學金14 人次。

四、結束語

將教學和科研融入人才培養的整個過程，重視大學生專業理論、工程實踐、科學素質和創新能力等綜合能力的培養，圍繞國家和國防重大戰略需求，立足于水聲工程學科，培養高素質高端人才。科教融合在實踐中不斷推陳出新，創新培養模式，探索和實踐科教融合的新途徑，滿足國防特色專業人才培養的需求。