水下机器人方向研究生跨学科培养模式的建立

张伟 唐照东 王莹莹 陈兴华

[摘 要]随着劳动力市场对复合型人才的大量需求，复合型人才已經成为高校人才培养的重要战略方向。以哈尔滨工程大学水下机器人方向研究生为例，通过对跨学科培养方式进行分析，结合其校水下机器人研究生培养现状，提出了利用实验室间互相培养的方式，建立了水下机器人方向在研究生跨学科培养模式并开展了系统研究。同时给出提升研究生跨学科培养模式建立方面的一些思考。

[关键词]跨学科;水下机器人;研究生

[基金项目]2018年哈尔滨工程大学研究生教学改革研究项目关于“水下机器人方向研究生跨学科培养模式研究”（JG10218Y09）

[作者简介]张 伟（1978—），男，辽宁瓦房店人，博士，哈尔滨工程大学自动化学院教授（通信作者），主要从事水下机器人、实践教学研究;唐照东（1969—），男，黑龙江五常人，博士，哈尔滨工程大学自动化学院高级工程师，主要从事船舶运动控制研究;王莹莹（1982—），女，黑龙江阿城人，硕士，哈尔滨工程大学自动化学院高级工程师，主要从事实验技术管理研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）45-0-04[收稿日期] 2020-06-23

一、引言

高校的根本任务即是人才培养，高校的人才培养一直围绕培养目标和培养路径两个问题开展。随着经济结构转型与信息技术的发展，引发了劳动力市场对复合型人才的大量需求，1993年，国务院首次提出了高等教育系统要重视培养满足社会主义建设急需的复合型人才[1]。2018年教育部、财政部和国家发改委联合印发的《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》强调高校要培养能力突出的高层次复合型人才[2]。2019年中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》再次强调高校要加大复合型人才的培养比重[3]。从这些国家政策的导向可以看出鉴于目前国家对复合型人才需求的激增，高校对复合型人才的培养已经迫在眉睫。高校培养复合型人才进行了开展通识教育、设立综合实验班与跨学科专业等多种路径的探索。然而在就业市场存在较强的可替代性的现实困境下，高校培养的复合型人才仍远远不能满足社会的需求[4-6]。

近年来，随着信息战向反潜战场的延伸及现代战争追求人员零伤亡理念的发展，水下机器人已经成为海洋工程装备研究领域的热点之一，受到各国海洋工程专家和海军广泛关注[7-11]。水下机器人方向研究生的需求也越来越多，水下机器人方向研究生培养也越来越得到重视[12-14]。基于哈尔滨工程大学水下机器人方向研究生这一研究对象，提出了通过院系间、实验室间相互培养的方式，对水下机器人方向研究生进行跨学科培养的模式。哈尔滨工程大学具有专业结构布局合理的“三海一核”特色学科专业体系，学校紧紧围绕提高人才培养质量这一主题，致力于培养一流工程师、行业领军人才和科学家，其中水下机器人方向约有研究生300人，目前主要在船舶工程学院、自动化学院以及水声工程学院等单独完成培养。

二、目前国内外水下机器人方向研究生培养现状

当前水下机器人方向研究生的课程群均由相关学校的不同院系根据专业特色开设的相关课程组成，基础课程教学上重叠较多，专业课程各具特色。以哈尔滨工程大学为例，船舶工程学院、自动化学院、水声学院等学院均开设与水下机器人方面相关的课程，只不过侧重方向不同。船舶学院主要针对“船舶与海洋结构物设计制造”“流体力学”“工程力学”等方向，开设的课程有“潜器设计”“船舶与海洋工程进展”等。自动化学院主要开设与水下机器人控制相关的课程，例如“运载器运动建模与仿真”“机器人控制工程”等。水声学院主要研究与水下机器人定位通讯的课题，开设的课程也与之息息相关，例如“水下定位与导航技术”“水下网络通信技术”等。这种培养模式使得研究生获取的知识渠道具有一定的局限性，难以综合系统全面地学习水下机器人的相关理论与工程知识，不利于研究生对水下机器人研究的大局观构建。

实际上，水下机器人将人工智能、自主控制、模式识别、信息融合与理解、系统集成等技术应用于传统的载体上，在无人驾驶的情况下自主地完成复杂海洋环境中的预定任务，是提升人们在复杂环境中作业广度与维度的倍增器[15]。水下机器人是一项技术密集性高、系统性强的工程，显然，单个专业、学科所教授的知识不足以满足社会对水下机器人方向人才的需求。因此，提出了开展基于哈尔滨工程大学水下机器人方向研究生跨学科培养模式的研究。

跨学科培养方式是指学校不同的学科、专业之间的交叉培养。它是区别于传统的单一学科专业培养的新模式，更能培养出知识面广，素质、知识技能有机结合的优化新型人才，有利于适应当代科学技术迅速发展、人类知识积累更新突飞猛进的时代要求[16-18]。实行跨专业培养，可以将专业教育的专业化和综合化有机统一起来，使学生在学到多学科专业知识的同时，培养本专业、相关专业以及多专业的业务素质和技能，形成知识、素质、技能优化的有机构成，从而提高综合适应能力和创新能力。

因此，为有效提高现有教学和科研基础的利用率，提升研究生对水下机器人领域的系统性理解，增加研究生在水下机器人方向的工程参与度，有必要针对水下机器人方向的研究生培养模式开展跨学科培养相关研究。

三、水下机器人方向研究生跨学科培养教学模式的建立

水下机器人方向研究生跨学科培养模式的建立涉及方方面面，其中最主要的是建立合理的跨学科培养组织、符合培养目标的理论课程体系及多元的实践培养平台。在水下机器人方向研究生跨学科培养模式的研究上所采用的途径如下图所示，首先建立跨学科培养的组织机构，在此组织机构的引导下，根据研究生培养目标建立合理的理论课程体系及实践教学平台，最后通过试点对水下机器人方向研究生进行跨学科培养，通过对试点结果进行总结分析，提出对跨学科培养模式的改进及推进方案。目前试点工作正在进行。

（一）水下机器人方向研究生跨学科培养组织的建立

水下机器人研究方向涉及流体力学、水声学、光学、通信、导航、自动控制、计算机科学等多个学科。按照专业学科和工程技术领域分类，水下机器人技术主要包括总体集成技术、致密能源技术、人工智能技术、精确导航技术、微电子技术、微小型传感器技术、计算机技术、信息处理技术和水下机电设备技术等专业、学科。各学科之间彼此相互牵制，单纯地追求单项技术指标，就会顾此失彼。

水下机器人研究生跨学科培养模式涉及自动化学院、动能学院、水声学院、理学院、计算机学院等几个学院，如何协调院系之间的理论课程及实验课程，是水下机器人方向研究生跨学科培养模式建立过程中遇到的最大困境。通过学校研究生院的主导，各学院教学办公室以及各相关专业研究生导师的配合，建立了水下机器人方向研究生跨学科培养的组织。其中包括学籍管理、课程管理、导师队伍等几方面。

根据学校学科管理现状，经过研究生院协调，初期联合了船舶与海洋工程实验中心、海洋装置与控制研究所、水声技术实验室、水下作业技术与装备研究所、智能制造与机器人技术研究所等科研及实验教学平台进行水下机器人跨学科培养试点。导师队伍包括81名教师，其中教授33人、副教授46人、博导37人、硕导80人、专职实验教师5人。在学籍管理上，仍延续本院系的同学在本院系进行管理。在课程管理上，学生在规定的课程范围内可以跨学科进行选课，所选课程由开课院系进行管理。参与跨学科培养的导师除参与跨学科培养外，其组织机构仍隶属于原来院系，但学生可以根据自己的研究重点，跨专业选择副导师对其研究方向进行指导。这是根据目前学校情况制定的切实可行的组织机构建设方案，后期根据试点效果可以尝试建立专门的水下机器人方向研究生跨学科培养组织。

（二）水下机器人方向研究生跨学科理论学习模式

水下机器人方向研究生的跨学科理论学习需要根据社会切实需求确定新的培养目标，制定新的教学计划。不同学科的课程并不是简单的拼凑，而是需要统筹兼顾，使其相互联系、相互衔接地集于一体。因此，有机安排水下机器人方向研究生的理论学习是非常重要的一环。

经过认真研究与探讨，在以培养适应国家建设需要、热爱祖国、遵纪守法、具备严谨科学态度和敬业精神的水下机器人方向人才。通过硕士阶段的学习，掌握水下机器人相关学科坚实的基础理论和系统的相关知识，掌握本学科现代化实验方法和技能，较熟练地掌握一门外语，了解相关领域的研究动态，具有从事科学研究或独立承担专门技术工作的能力为培养目标的前提下，制定出了水下机器人研究生跨学科理论学习的课程体系。

在理论课程设置上，学分仍沿用现行哈尔滨工程大学研究生培养方案的规定，但在学位课的设置上进行了调整，设置了高等过程控制、稳定性理论、人工神经网络、工业过程建模与优化、声学原理与噪声控制、通信信号处理、现代检测技术、水下运载器操纵与控制等学位课程，这些课程涉及参与跨学科培养组织中涉及的各个学院及专业，打通了学位专业课程基本在本院系完成的壁垒，使学生专业课程学习更系统全面。另外，选修课方面，导师围绕学生的研究生毕业论文所做课题需要，引导学生面向全校课程进行选课，尽量选择跟课题相关的课程，以对学位课程有效补充。

前期根据学校组织机构设置现状，尽量打通专业限制，在理论课程设置上根据水下机器人研究生培养目标，基本实现了跨专业培养模式，后期根据学科发展动向、学生学习效果等，会对课程进行更合理的优化。

（三）水下机器人方向研究生跨学科实践培养模式

水下机器人方向研究生跨学科实践学习才是锻炼研究生动手实践能力、与社会需求接轨的重要保障。因此，了解人才需求，切实为研究生提供跨学科实践平台，是水下机器人方向研究生跨学科培养需要着重考虑的问题。

根据水下机器人方向研究生培养的目标，制定了船舶水动力性能检测技术、自动控制理论等实践课程，这些课程主要是在船舶与海洋工程实验中心、海洋装置与控制研究所、水声技术实验室、水下作业技术与装备研究所、智能制造与机器人技术研究所等实验平台的支撑下完成，真正实现了跨学科实践教学的培养模式。此外，导师根据研究生所选课题的需要，可以采用实习或实验室间联合培养等方式进行研究生跨学科的培养。后期根据水下机器人方向的学科发展，可以扩充实验教学平台，来支持水下机器人方向研究生的跨学科培养需要。

四、研究生跨学科培养模式的思考

不仅是水下机器人方向，各个专业的研究生跨学科培养所面临的主要问题都在于如何打破专业壁垒，建立适合本校实际情况的跨学科组织机构，以及建立更科学合理的多元跨学科学习平台，使跨学科平台资源得到有效的利用，培养出适合本学科社会需求的综合性人才。

首先，研究生培养的顶层设计要有大的视野，要认识到跨学科的知识结构已经成为综合创新人才素质的核心要素，因此要跳出学科的局限来评判跨学科研究生培养的重要性，在政策上更加鼓励支持跨学科研究生培养的学术组织、导师团队、教学平台的建设。只有顶层的大力支持，才能改变跨学科培养的认同危机，更好的建设好既能符合跨学科培养要求又能适应学校发展模式的科学、规范的跨学科培养组织，营造跨學科培养的学术氛围。

其次，在跨学科教学平台建设及资源利用方面，必学切合本校实际情况，使跨学科培养模式的建设落到实处，做到培养模式建设切实可行。水下机器方向研究生跨学科培养模式，是在学校现有的水下机器人方向的几个学院和教学平台开展的，充分发挥各个平台自身的研究优势，使整个跨学科培养建设中的理论课程及实践教学体系更加系统、全面，更能发挥跨学科培养中学生知识体系的全面化优势。因为是整合学校现有的平台，这样使得跨学科培养模式建立的阻碍大大减少、可行性增大。这样既节省人员及经费成本，又能有效利用各平台的教学资源，使得跨学科培养模式的建立切实可行。

再有，在研究生跨学科模式研究方面，要充分利用各种研究途径。对国内外跨学科培养模式进行深入分析，提炼出适合本校及本方向跨学科培养有价值的思想进行利用。同时对跨学科培养模式进行试点实践，去探索跨学科培养的课程教学方法改革全过程模式。另外还要通过教学效果比较、调查、访谈等方法对跨学科培养模式的实践进行深层次分析总结，优化跨学科课程体系结构，改进科研实践及管理模式，使跨学科研究主动适应本领域研究生培养需求变化。

五、結语

教育部关于《新工科研究与实践项目指南》中明确指出要注重模式创新，完善多主体协同育人机制，探索多学科交叉融合的工程人才培养模式，为高校人才培养指明了前进的方向[19]。高校实施跨学科培养模式，培养满足社会需求的复合型人才是高校人才培养发展的必然。以哈尔滨工程大学水下机器人方向研究生为载体，通过分析水下机器人方向培养模式现状，结合本校水下机器人方向研究生培养特点，从组织机构、理论课程体系及实践平台几方面建立了水下机器方向研究生跨学科培养模式。目前，试点工作正在进行，后期会对试点工作进行深入分析，为水下机器人方向研究生跨学科培养模式的推广提供更科学的理论及实践依据。

参考文献

[1]谈松华（口述）.丁杰，万作芳（整理）.《中国教育改革和发展纲要》的制定及其历史作用[J].教育史研究，2019（2）：4-9.

[2]教育部财政部国家发展改革委.关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见[J].天津中德应用技术大学学报，2018（5）： 7.

[3]孙其华.新时代需要什么样的教育理念—以《中国教育现代化2035》为据[J].江苏教育，2020（18）：6-11.

[4]高书国，李捷，石特.新时代中国高等教育结构调整的战略研究[J].高等教育管理，2019，13（3）：1-9.

[5]李健.中国梦与教育的未来[N].人民政协报，2019-12-25（10）.

[6]张庆君.高校复合型人才培养变革：逻辑、实践与反思[J].现代教育管理，2020（4）：47-53.

[7]朱大奇，胡震.深海潜水器研究现状与展望[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2018，41（3）：205-216.

[8]许晨.第四极—中国“蛟龙”号挑战深海[J].时代文学，2016 （1）：30-66.

[9]陈和兴，易江龙.海洋工程焊接技术现状与分析[J].中国材料进展，2015，34（12）：938-943.

[10]张国光，薛利群，董建顺，等.我国海洋水下工程技术的发展与展望[J].舰船科学技术，2009，31（6）：17-26.

[11]“中国工程科技2035发展战略研究”海洋领域课题组.中国海洋工程科技2035发展战略研究[J].中国工程科学，2017， 19（1）：108-117.

[12]蔡自兴.中国机器人学40年[J].科技导报，2015，33（21）：23-31.

[13]薛文涛，王玉龙，曾庆军，等.基于水下机器人的大学生协同创新能力培养[J].实验室研究与探索，2015，34（9）：211-215.

[14]自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘， 2011 （6）：166-241.

[15]徐玉如，庞永杰，甘永，等.智能水下机器人技术展望[J].智能系统学报，2006（1）：9-16.

[16]刘晓璇，林成华.研究型大学研究生跨学科培养模式的要素识别与模式构建—基于内容分析法的多案例研究[J].中国高教研究，2019（1）：66-71.

[17]王会.浅析高等教育的跨学科教育[J].教育教学论坛，2016 （6）：56-57.

[18]张德祥，王晓玲.学科知识生产模式变革与“双一流”建设[J].江苏高教，2019（4）：1-8.

[19]郝世博.新工科建设背景下知识产权复合型人才培养研究[J].工业和信息化教育，2018（2）：69-73.

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