基于CDIO理念的海洋工程專業研究生工程實踐能力培養體系建設

［摘 要］ 隨著新時期海洋工程產業的快速發展，對海洋工程領域的專業人才提出了日益嚴格的要求，多學科的知識儲備和出色的工程實踐能力已成為不可或缺的素養。針對目前海洋工程專業研究生工程實踐能力培養體系建設方面存在的一些不足之處，在CDIO理念的導向下，圍繞實驗平臺建設、校企實踐合作及科技創新訓練三個方面，提出了一套研究生工程實踐能力培養體系的改進方案。這些改進方案對于國內眾多高校海洋工程專業研究生培養體系的建立具有直接參考價值，并為其他專業領域教學改革提供了示范和輻射推廣作用。

［關鍵詞］ 研究生培養；海洋工程；CDIO教學理念；創新能力；工程實踐能力

［基金項目］ 2022年度遼寧省研究生教育教學改革研究項目“OBE和CDIO理念下的海洋工程專業研究生多學科交叉創新能力培養體系構建”（LNYJG2022055）

［作者簡介］ 唐國強（1982—），男，遼寧大連人，博士，大連理工大學港航與海洋工程學院副教授，海洋工程研究所副所長，博士生導師，主要從事海洋工程研究；喬東生（1983—），男，山西運城人，博士，大連理工大學港航與海洋工程學院副院長，教授，博士生導師（通信作者），主要從事海洋工程研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）09-0172-05 ［收稿日期］ 2023-11-17

引言

海洋強國戰略自黨的十八大報告首次明確提出以來，已成為我國海洋事業的重要組成部分。習近平總書記在黨的二十大報告中強調：“發展海洋經濟，保護海洋生態環境，加快建設海洋強國。”［1］將海洋強國建設作為推動中國式現代化的有機組成和重要任務，這是以習近平同志為核心的黨中央對海洋強國建設做出的明確戰略部署［2］。在這一背景下，兼備創造性、開拓性和創新性等素質的海洋工程人才已成為建設海洋強國的重要支撐力量，是海洋經濟可持續發展的主要推力。

為了培養高素質、高技能的海洋工程人才，先進的海洋工程專業研究生工程實踐能力培養體系建設是必不可少的。近年來，國際工程教育界提出了工程教育模式CDIO新理念（即Conceive構思，Design設計，Implement實施，Operate運作）［3］。CDIO以提高學生的工程實踐能力為目的，同時包括培養其技術實踐能力、解決工程問題的能力和新知識學習能力等，強調基礎理論與工程實踐的有機融合。基于CDIO培養理念，將研究生培養模式改進為校企聯合的培養模式，同時注重以項目為依托，使學生的構思、設計、實施和運作貫穿整個項目的實踐過程，進而使學生的個人素質得到全方位的培養和提升。因此，CDIO人才培養理念與我國高校研究生教育管理工作有明顯的契合性，可以有效指導海洋工程類高校研究生教育管理工作的改進。

一、工程實踐能力培養新要求

研究生扮演著國家創新體系建設和實施創新驅動發展戰略中的關鍵角色，作為高水平創新人才的主力軍，是應對全球產業變革競爭和新一輪科技革命、占據科技制高點的戰略資源和核心要素。教育部、國家發展改革委和財政部聯合印發的《關于加快新時代研究生教育改革發展的意見》明確指出“研究生教育肩負著高層次人才培養和創新創造的重要使命”“建立基礎學科、應用學科、交叉學科分類發展新機制……支持戰略性新興學科發展”。在海洋工程專業的人才培養方面，更應以國家海洋工程的重大需求為導向，構建“重德育、厚基礎、深實踐、凸交叉、強創新、培能力、促產出”的海洋工程專業多學科交叉創新人才培養體系，滿足未來國家海洋工程行業的發展需求，進而有效服務海洋強國戰略。

為了培養出具備深厚學科知識和專業技能的海洋工程人才，在高校教學方面不僅需要提供全面的教學培訓及專業課程，還應將培養目標和專業知識貫穿各個實踐環節，實現海洋工程研究生多層次專業能力的培養。此外，應強化實踐教育，增強學生解決實際問題的能力，有效推動產研結合。最后，著重培養海洋工程研究生的創新精神，促進其科研水平的提升，使學生的綜合素質和競爭力得到有效提高。綜上所述，為了培養高水平的海洋工程人才，國家應重視培養學生的學科知識和專業技能，培養其解決實際工程問題的能力和科研中的創新精神。國家的支持和引導將為海洋工程人才培養提供更為堅實的基礎，從而進一步推動海洋工程領域的可持續發展。

二、工程實踐能力培養體系存在的問題

新時期的海洋工程行業具有典型的科技密集型產業特征，需要多學科交叉的知識背景。然而，現有的海洋工程人才培養模式仍多遵循傳統的人才培養模式，強調以力學為基礎的培養體系，忽視學科間的交叉融合，導致復合型研究人才較為緊缺；教學過程中重理論、輕實踐，致使研究生的科研創新水平不高，工程實踐能力較差，難以適應新時期海洋工程發展的現實需求。

（一）學科交叉培養模式有待完善

隨著新型海洋產業的不斷涌現，海洋工程領域對專業人才的要求也越來越高，海洋工程人才特性也正朝著普適性和多樣性發展。因此，在當前海洋工程發展的大背景下，海洋工程專業研究生的培養模式亟須調整，學科交叉的培養模式仍有待完善。

近年來，采用多學科交叉模式培養研究生成為研究生教育改革的一個重要發展趨勢［4-5］。目前，海洋工程專業研究生的培養主要依托“港口、海岸及近海工程”及“船舶與海洋結構物設計制造”兩個傳統二級學科，對學生的培養方式主要以力學相關的課程體系為主。海洋工程作為一門綜合性、前沿性的學科領域，不斷涌現出新的挑戰和機遇。傳統力學作為海洋工程的基礎學科，在海洋工程專業人才培養中起著至關重要的作用。然而，隨著海洋工程領域的發展，傳統力學培養模式已無法滿足現代海洋工程新興產業對人才的需求。當前海洋工程研究領域的復雜性往往要求研究生具備跨學科的綜合能力。基于傳統力學的教學模式通常專注于基礎理論知識的傳授，忽視了海洋工程與其他學科的交叉融合。而現代海洋工程涉及海洋科學、材料科學、電子工程、環境科學等多個學科領域，需要各個學科之間的交叉與融合，更是對海洋工程人才的基礎理論知識儲備有著更高水平的要求。正如路甬祥院士所指出的：“學科交叉點往往就是科學新的生長點、新的學科前沿，這里最有可能產生重大的科學突破，使科學發生革命性的變化。”［6-7］因此，深化開展跨學科交叉的研究生創新培養模式，使學生擁有多學科的專業基礎知識，才能更好地培養其工程實踐能力，從而主動適應新時期的海洋工程發展需求。

針對學科交叉培養模式的改進，應更加注重跨學科的整合與合作。在培養學生學科交叉能力方面，需要重新設計課程體系，將“傳統力學”課程與其他相關學科的知識進行有機整合。建議建立跨學科導師團隊，由來自不同學科領域且具有豐富實踐經驗和研究背景的導師組成，進而為學生提供專業知識的交叉整合與指導，促進他們在學術研究和工程實踐中的跨學科合作與創新。這些改進措施將有助于推動學科交叉培養模式的發展，促進跨學科人才的培養和其創新能力的提升，進而為他們未來在海洋工程領域的實踐能力培養打下堅實的基礎。

（二）實踐能力培養匱乏

海洋工程專業的研究生教育和培養具有多學科交叉融合和理論實踐緊密結合的顯著特征。然而，目前的研究生培養模式相對單一，主要采用學位課程與學位論文相結合的方式，普遍存在理論教學過重、實踐教學不足的問題。這導致學生的知識結構和創新能力與社會需求之間存在顯著差距，限制了他們在畢業后應對實際工程問題的能力。因此，需要對海洋工程專業研究生工程實踐能力培養體系進行改進，以更好地滿足解決實際工程問題的需求。

首先，傳統的海洋工程專業課程主要側重于理論知識的傳授，而實踐環節相對較少。學生在缺乏實踐機會的情況下，難以將理論知識應用到實際工程中去。理論知識固然重要，但實踐能力的培養同樣不可或缺。在實際工程中，學生需要面對復雜的環境和問題，需要具備實際操作和解決實際挑戰的能力。其次，研究生在缺乏工程實踐經驗的情況下，往往無法真正理解和掌握海洋工程的實際運作方式。他們對工程實踐中的困難和挑戰缺乏制訂應對策略和解決方案的經驗。這種情況下，即使他們在理論方面表現出色，也很難在實踐中發揮出應有的水平。

在海洋工程人才培養的構思階段，需要以海洋工程專業人才的需求為導向，研究生的工程實踐能力往往是重中之重。在校內培養環節中，課程的設置需要為學生提供實際操作和解決實際問題的機會，培養他們的實踐技能和工程思維能力。如果在教學過程中忽略實踐環節，缺乏實踐能力的鍛煉與培養，學生有可能局限于理論知識的計算和研究，縱使多學科知識功底扎實，在實際工程中往往也難以加以應用。

三、工程實踐能力培養體系的改革與思考

創新人才培養是一項復雜、綜合且系統性的工程。目前，傳統的工程實踐能力培養體系已無法滿足行業發展及科技創新的要求，高等學校創新型人才工程實踐能力培養體系正面臨從單一學科向跨學科轉變、從理論向實踐轉變的趨勢。針對海洋工程專業研究生教育培養在新形勢下面臨的挑戰，本文提出了一種基于CDIO理念的培養模式改革。該理念起源于2000年10月，麻省理工學院（MIT）和瑞典皇家工學院等四所大學合作組成了一個跨國研究組，由美國工程院院士Ed. Crawley教授領導［8］。經過四年的深入探索研究，他們創立了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO國際合作組織。CDIO理念以體系運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，是“做中學”和“基于項目的教育和學習”的集中體現。作為工程教育改革創新的工具，CDIO框架提供了面向學生的教育方式，強調在全部學習過程中，學生可以通過Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）和Operate（運行）等階段，綜合學習工程理論并實踐。自2000年以來，CDIO模式在全球范圍內被廣泛推行，并取得了顯著成果。目前，包括丹麥、芬蘭、法國、南非、新加坡、中國等20多個國家的大學已加入CDIO合作計劃，共同致力于進一步發展和完善CDIO教學模式［9］。與傳統教育模式側重點不同，CDIO理念強調將“有理想、有道德、有文化、有紀律”等理念融入大學生培養體系中。CDIO的培養理念不僅重視校企合作的研究生聯合培養模式，更是以項目為基礎，使學生的構思、設計、實施和運作貫穿整個項目的實踐過程，全方位地培養和提升他們綜合解決工程問題的能力。因此，CDIO理念作為工程教育理念改革的創新性工具，為學生提供了一個綜合教育平臺，可為培養具備更高工程實踐能力的創新型復合人才提供有效幫助。

（一）人才培養目標

人才培養是高等教育的核心使命之一。作為國家未來建設者及海洋工程領域的專業人才，學生應懷有對祖國建設和海洋事業發展的極高熱忱。這種熱忱不僅表現為對國家發展的關切和參與，更體現在對國家文化、歷史和價值觀的尊重與傳承。通過培養學生的愛國熱忱，可以提升他們的國家意識和社會責任感，進而激勵他們為國家的繁榮和海洋工程領域的進步做出積極貢獻。其次，工匠精神在人才培養中不可或缺。工匠精神強調對工作追求卓越和精益求精的態度。學生應具備對所學專業的高度敬畏和追求卓越的精神，通過不斷地學習和實踐，不斷提升自己的技能和能力。工匠精神注重細節和精細工藝，這對培養學生的創新思維、團隊合作精神及解決實際工程問題的能力都至關重要。最后，專業知識和實踐能力的協同發展是人才培養的關鍵。學生在高等教育中首先應注重多學科學術理論的學習，掌握專業知識體系。同時，只有理論與實踐相結合，學生才能真正理解和應用所學知識，掌握解決實際問題的能力，在海洋工程蓬勃發展的現狀下成為領域內急需的復合型人才。

（二）工程實踐能力培養體系建設方法

本文依托CDIO理念，以目標為導向，反向設計課程實踐環節［10］，推薦建立以“基礎概念—創新實驗—科研項目”為主要載體的遞進式實踐教學模式，循序漸進地將目標能力指標與專業知識貫穿各實踐環節，培養研究生不同層次的實踐能力。其主要手段主要分為以下三個部分。

1.建設實驗教學平臺。充分發揮校內實驗室的實驗資源優勢，同時將現代數值仿真技術和模型實驗技術融入教學，建設虛擬—現實結合的實驗教學平臺，在實驗室模擬和解決實際工程問題，充分培養學生的科學實踐能力。

以大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室為例，其擁有豐富的實驗資源，包括物理模型、實驗設備和實驗場地等。這些資源可以用于模擬真實的海岸和近海工程環境，如波浪、潮流、海底地質等。基于實驗室設備和設施的支持，學生可以在受控環境中進行實驗操作，深入了解工程實踐的要求和挑戰。這樣的實驗環境為學生提供了一個解決實際問題的平臺，使他們能夠將理論知識與實際操作相結合，探索并解決真實工程問題。同時，將現代數值仿真技術和模型實驗技術融入教學過程。通過數值仿真技術，利用計算機模擬真實場景，進行工程設計和性能評估。這種虛擬實驗的方式不僅提供了一個安全、經濟的實驗平臺，還能加深學生對工程原理和實踐的理解。與此同時，模型實驗技術可以讓學生通過構建和測試物理模型，驗證理論假設和設計方案的有效性。這種實驗方法可以幫助學生從實際操作中獲得直觀的體驗和反饋，培養他們的實驗技能和解決問題的能力。為了更好地實現科學實踐能力的培養，建設虛擬—現實結合的實驗教學平臺是十分必要的。這樣的平臺可以結合虛擬實驗和真實實驗，提供更加豐富和多樣化的學習體驗。學生可以在虛擬環境中進行預實驗，熟悉實驗流程和操作步驟。隨后，他們可以在實驗室中進行實際操作，將虛擬實驗中獲得的知識和技能應用到實際情境中。通過虛擬—現實結合的實驗教學平臺，學生可以更好地理解和掌握工程實踐的核心概念和方法，認識到在實際工程問題中，掌握跨學科知識的重要性，進而促進其理論知識的學習，進而為未來從事海洋工程領域的研究和實踐奠定堅實的基礎，并且能夠充分適應行業的發展需求。

2.完善校企實踐合作。完善與校外多個研究生創新實踐基地的深度合作，開展行業學術講座、聘用企業聯合指導教師、暑期實習等方式，可以使研究生多層次多途徑參與實踐。

首先，通過行業學術講座，學生可以獲取行業內最新的海洋工程技術發展趨勢和前沿理論。這為學生的構思階段提供了寶貴的參考和啟發。學生可以通過與行業專家的交流，拓展思維，激發創新靈感。行業學術講座為學生提供了一個了解實際問題和需求的平臺，促使學生在構思工程方案時更加貼近實際應用。其次，聘用企業聯合指導教師也是CDIO理念的重要體現。企業聯合指導教師是具有豐富實踐經驗的專業人士，他們可以為學生提供實際工程項目的案例和需求，指導學生進行設計和模擬實驗。在設計階段，學生可以與企業指導教師合作，深入了解實際工程設計的要求和挑戰。通過與企業合作，學生可以將所學的理論知識應用到實際問題的解決方案中，培養設計能力和創新能力。最后，暑期實習在實施和運營階段起到關鍵作用。通過暑期實習，學生可以參與實際工程項目的操作和實施。在實施階段，學生可以通過與企業合作，將設計方案轉化為實際工程。這個過程中，學生會面臨實踐中的挑戰和問題，可以鍛煉解決實際工程問題的能力。同時，企業聯合指導教師可以提供指導和反饋，幫助學生克服困難，獲得實踐經驗。

3.強化科技創新訓練。以中國海洋工程設計大賽、全國海洋航行器設計與制作大賽等國內外科技競賽為平臺，支持研究生進行多專業融合的科技創新訓練，實現“實踐引興趣，興趣帶學習，學習提素養，素養促發展”的專業實踐指導模式。

將科技競賽作為一個重要的實踐平臺，為研究生提供多專業融合的科技創新訓練機會。通過參與中國海洋工程設計大賽、全國海洋航行器設計與制作大賽等國內外科技競賽，研究生可以在具體的項目中應用和實踐所學的知識與技能，探索并解決真實的工程問題。這樣的科技競賽平臺為研究生提供了一個具有挑戰性和創新性的實踐環境。在參與競賽的過程中，研究生需要結合不同專業領域的知識和技術，進行團隊合作、創新設計和項目管理等活動。這種多專業融合的訓練模式有助于培養研究生的跨學科思維和綜合能力，使他們能夠在實際工程項目和比賽中得到提升。此外，這種實踐指導模式也體現了“實踐引興趣，興趣帶學習，學習提素養，素養促發展”的理念。通過參與科技競賽，研究生可以將所學知識應用到實際項目中，激發興趣和熱情。通過對競賽項目的深入學習和實踐，研究生的學習能力和素養得到培養。這種實踐引發的興趣，進一步促進了研究生的個人發展和專業素養的提升。

結語

海洋工程逐漸成為具有典型的科技密集型產業特征的一門新興交叉學科，在新時代背景下為我國創新型專業人才的培養發揮著重要的作用。本文基于CDIO教育理念提出了一套研究生培養體系建設方法，從建設實驗教學平臺、完善校企合作及強化科技創新訓練三方面為研究生工程實踐能力培養體系建設提供了思路和啟示。

參考文獻

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Construction of Graduate-student Engineering Practice Ability Training System for Ocean Engineering Based on CDIO

TANG Guo-qiang， QIAO Dong-sheng， LYU Lin， YAN Xiao-hui

（School of Harbor and Ocean Engineering， Dalian University of Technology， Dalian， Liaoning"116024， China）

Abstract： With the rapid development of the ocean engineering， the increasing professional skill requirements have been put forward， especially for the multidisciplinary knowledge reserves and excellent engineering practice abilities. However， there are still some shortcomings in the construction of the engineering practical ability training system for graduate students. Guided by the CDIO concept， an improvement plan for the graduate engineering practical ability cultivation system has been proposed in three aspects： experimental platform construction， school enterprise practical cooperation， and technological innovation training. These improvement plans have direct reference for the establishment of graduate training systems for ocean engineering majors in different universities， and also provide demonstration and radiation promotion for teaching reforms in other professional fields.

Key words： graduate education; ocean engineering; CDIO; innovation ability; engineering practice ability