科技创新竞赛对促进海洋机器人专业人才培养的研究——以全国海洋航行器设计与制作大赛为例

孙延超，王海鹏，秦洪德，黄祥宏

（哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 150006）

引言

随着海洋科学技术的发展与新工科专业的兴起，传统的高校专业教育已经难以满足当前社会对创新型、复合型人才的需求，探索和创新人才培养与教学模式已成为高校教学改革的重点。哈尔滨工程大学积极响应并推进教育部“关于推荐新工科研究与实践”工作，并结合学校自身“三海一核”特色优势学科，依托水下机器人技术重点实验室等优势平台，创建了全国首个海洋机器人专业，积极探索学科融合教育模式与新工科人才培养模式。

科技创新竞赛由于其相对自由的竞赛模式、广泛的专业覆盖以及多元化的评审模式，可以提高学生的创新、学习与协作能力，是高校教学改革的重要载体，对于探索新工科专业教学与培养模式具有十分重要的参考意义。目前，基于科技创新竞赛的高校教育改革和人才培养创新模式得到了越来越广泛认同。全国海洋航行器设计与制作大赛作为海洋装备领域创新、设计、制作、控制的科技创新竞赛，自2012 年以来已经成功举办了九届，获奖作品累计千余件，竞赛项目、竞赛形式与评审形式都趋于成熟，对高校海洋及相关专业教学和人才培养产生了巨大的影响。

本文将从全国海洋航行器设计与制作大赛的竞赛形式与评审形式出发，从科技创新竞赛角度分析高校人才培养的目标，探索海洋航行器设计与制作大赛对海洋机器人专业教学模式的引领作用和人才培养的促进作用。

一、大赛现状与竞赛项目分析

全国海洋航行器设计与制作大赛涉及海洋机器人，包括自主式水下航行器、遥控水下机器人以及水面无人船等领域的创新设计与自动控制等竞赛项目。本节将从全国海洋航行器设计与制作大赛出发，对大赛发展历程、竞赛项目、竞赛形式与评审形式进行总结与分析。

（一）竞赛发展历程与竞赛项目分析

海洋航行器设计与制作大赛从创立到成熟，主办方每年都根据海洋科技前沿需求对竞赛项目进行调整，已经形成了较为完备的大赛运行模式和严谨的竞赛评审模式。第一届大赛共设置了三个项目的比赛，分别是新概念创意设计类、海洋航行器设计与制作、舰船模型智能航行。第二届大赛中新增了名船名舰外观模型仿真制作、船模竞速赛两类比赛项目。第四届大赛中新增了帆船模型竞速赛项目。第五届大赛中将海洋航行器设计与制作类分为水面组与水下组，帆船模型竞赛分为古代帆船与现代帆船组，并对不同的组别设置不同的评分要求。第七届大赛中新增对岸火力支援模拟竞赛项目。第九届大赛由于疫情防控原因转为线上竞赛，保留了易于实现网络评审的新概念创意设计类和海洋航行器设计与制作类比赛项目，增加技术难题求解类和前沿科技与产业发展挑战类项目。

从该大赛发展历程可以看出，大赛始终围绕水面/水下航行器发展，主要设置创新设计类与控制操纵类两种类型的竞赛，竞赛项目从最初以设计为主到后来加入了多项实物竞赛类项目，第九届大赛增加了技术难题类项目，让参赛人员直接面对实际工程中的难题，竞赛项目的发展和评审方式的丰富从一定程度上也反映了企业和社会对海洋装备领域新工科人才的能力要求。且竞赛项目与海洋机器人专业研究内容契合度较高，对探索海洋机器人专业人才培养方式和培养目标具有很高的参考价值。表1详细总结了大赛设立以来所有项目和不同竞赛的评审形式。

表1 全国海洋航行器设计与制作大赛竞赛要求

（二）竞赛形式与评审形式分析

全国海洋航行器设计与制作大赛设立9类不同的竞赛项目，每个竞赛项目又根据其不同的竞赛内容采用了不同的竞赛形式和评审形式，如表1所示。这种多元的评价形式有助于对人才展开全方位的考核与评价，对海洋机器人专业人才培养与评价具有较高的参考意义。通过对全国海洋航行器设计与制作大赛竞赛形式与评审形式进行归纳和分析，主要评价形式分为以下几类。

1.报告与答辩形式。科技创新竞赛部分比赛项目以答辩为主，如新概念创意设计类竞赛项目，参赛团队需要撰写并提交设计说明书，以阐述作品的主要功能、创新点、国内外水平对比、应用前景等相关内容，需要学生前期做好充足的调研，对参赛作品及其相关领域的国内外研究现状具有足够的熟悉程度，并且对学生文字表达能力、报告和论文撰写能力提出了一定的要求。此外，竞赛还要求学生进行现场答辩，接受专家的提问，对学生的语言表达能力、临场应变能力和心理素质能力均提出了较高的要求。

2.自主学习与技能展示。科技创新竞赛采取多元化的竞赛形式与考核形式，这对学生的专业技能提出较高的要求。科技创新成果展示的形式有仿真模型、实物模型、实物操纵与控制、视频动画演示、图纸等。多元的成果展示形式需要学生自主学习软件与技能，而课程设置中往往缺少对软件与技能的训练，学生需要通过网上教程或书籍教程自主学习相关的技能以完成科技成果的展示，这对学生的自主学习能力与专业技能均提出了较高的要求。

3.实物制作。科技创新部分竞赛项目要求实物模型，如海洋航行器设计与制作类竞赛项目，需要参赛选手设计并制作海洋航行器实物模型，不仅对学生专业知识与技能的熟练运用提出了较高要求，更对学生的工程实践能力与动手能力提出了较高的要求，学生不仅需要自主设计出海洋航行器，还需要自行采购原材料与零件、控制项目成本、制作与组装航行器。同时竞赛还对原材料采购与模型制作过程的环保、节约等问题提出了一定的要求。

4.模型竞赛。模型竞赛是科技创新竞赛最大的特点之一。全国海洋航行器设计与制作大赛设有船模竞速赛、帆船竞速赛、对岸火力支援模拟竞赛等实物模型竞赛项目，要求参赛者自制航行器模型，并使用模型按照竞赛项目分类与要求完成竞赛。如对岸火力支援模拟竞赛要求设计制作具备自动寻迹、航行控制和对陆射击能力的航行器，在规定场地与时间内依次完成自主航行和对岸射击任务，对参赛选手的专业知识和实践技能以及参赛作品的性能和可靠性均提出较高的要求。

二、科技创新竞赛对专业教学的引领作用

海洋机器人专业具有学科高度融合特性，是典型的新工科专业，需要展开广泛的研究与实践来探索该专业的教学模式。全国海洋航行器设计与制作大赛经过9年的实践积累，已经形成了较为完备的竞赛模式与评审模式，竞赛项目的发展历程与发展趋势在一定程度上显示当前海洋装备领域的工程前沿问题和人才培养要求，对海洋机器人专业教学方式与教学内容具有极其重要的参考意义与引领作用。

（一）注重人才培养的导向

创新是引领发展的第一动力。新时代人才培养最重要的一点是培养创新型人才，不仅需要学会课本上的知识，而且需要了解工程实际中存在的技术难点，熟练运用所学知识提出创新性的解决方案。创新能力也是科技创新竞赛考察的重点。全国海洋航行器设计与制作大赛设置有新概念创意设计项目，要求对功能原理或总体布局展开创新，推动了海洋装备领域创新型人才培养目标的实现。船舶工程学院积极开展创新型课程体系建设，探索海洋机器人专业创新型人才培养方案，开设了“新概念海洋机器人”等一批创新型课程，引导学生建立和养成创新性思维。

（二）推动学科交叉与交流

全国海洋航行器设计与制作大赛共设立9个项目的比赛，涉及船舶、通信、控制、机械、计算机等多个学科的知识，参赛队伍多为跨专业组队，有效地提高了不同院系专业之间的交流。海洋机器人专业是多学科交叉的新工科专业，并且注重工程实践。船舶工程学院依托水下机器人重点实验室，与智能科学与工程学院和计算机科学与技术学院就海洋机器人专业教学计划开展深入交流，开设了“自动控制原理”“人工智能”“嵌入式软件设计”等课程，引导学生从多个学科角度理解海洋机器人专业，不仅丰富了学生的专业技能，还提高了学生多学科融合知识储备与技术素养，也有助于培养复合型人才培养目标的实现。

（三）创新多种考核方式

传统的高校课堂教育往往采用考试的方式进行考核，虽然有些课程会采用课程设计的考核形式，但大多都流于形式，没有真正帮助学生将所学理论与工程实践结合起来，不能激发学生的学习自主性，不利于新工科人才培养目标的实现。科技创新竞赛中采用了多种考核方式并行的方法，如航行器设计与制作类竞赛项目，将科技创新与撰写报告、答辩结合起来，以制作模型和演示视频作为辅助手段，参赛学生在准备竞赛的过程中不仅加深了对海洋机器人理论知识的理解和应用，更提高了科技创新的创新意识与技术素养。

（四）注重科创兴趣培养

传统教学往往只注重理论知识的传授，教学过程缺乏趣味性，学生学习的兴趣不高，培养目标的达成度较差。科技创新竞赛往往需要设计出实物模型并控制操纵模型实现预定的任务，更容易使学生获得成就感，并且这类赛事往往涉及参赛作品之间的竞赛环节，具有较高的趣味性，有利于激发学生的学习和科创兴趣。船舶工程学院依托全国海洋航行器设计与制作大赛，大力开展海洋机器人科技创新培训工作，创办了船海大学生双创中心、Marine Robots（MR）科创社团等学生组织，举办了RobotX国际海事挑战赛、全国大学生水利创新设计大赛等一系列质量较高的海洋机器人科技创新竞赛，加大了对科技创新成果的奖励；同时在教学中推进创新思想，提高教师对学生科创活动的指导力度，激发学生自主学习的兴趣，引导学生开展科技创新工作。

三、科技创新竞赛对人才培养的促进作用

培养具有创新能力的高质量复合型人才是对高校教育最主要的要求。科技创新竞赛不仅体现了当前急需的新工科人才的培养要求，也有力地推动了人才培养目标的实现。全国海洋航行器设计与制作大赛作为海洋装备领域最有影响力的科技创新竞赛，对海洋机器人专业人才培养具有巨大的促进作用。

（一）培养创新思维与能力

创新已成为新时代工科人才最具竞争力的能力，培养创新型人才是当前海洋机器人专业面临的重点和难点问题。创新思维与能力也是科技创新竞赛最重要的考核要求，全国海洋航行器设计与制作大赛中设置有新概念创意设计类竞赛，明确提出参赛作品应体现功能原理创新或总体布局创新，要求参赛学生撰写作品说明书，并对创新点进行总结，而且需要进行答辩。参赛过程中这一系列的创新训练，使学生更清晰地了解了科技创新活动的流程与方法，引导学生主动开展科技创新活动，有助于推进学生创新性思维与能力的养成。

（二）培养工程实践能力

传统的高校教学往往停留在书本上，而科技创新竞赛项目对参赛学生的工程实践能力提出了较高的要求。全国海洋航行器设计与制作大赛设有海洋航行器设计与制作类、船模竞速赛等竞赛项目，需要参赛学生自主设计和制作船模或海洋航行器参赛。学生在设计制作航行器实物的过程中，需要进行总体设计、建立仿真模型、绘制图纸、零部件采购、制作与组装、电路连接等工作，在深化本专业知识技能的同时，学习了课本上没有的工程知识。亲手搭建海洋航行器的过程，也增加了学生对海洋机器人专业的兴趣，提高了学生工程实践能力。

（三）培养团队协作的能力

高校当前更多的是考核学生的个人知识素养，并没有系统地培养与考核学生的团队协作能力。科技创新竞赛一般是团队赛，全国海洋航行器设计与制作大赛允许每个参赛队伍有两名指导老师，每队最多5名成员，参赛队伍的团队协作至关重要。如何合理地对团队成员进行分工合作、处理技术难题与意见分歧等问题，对团队负责人和队员的组织协调能力提出了较高的要求。同时竞赛项目往往涉及多个学科的知识内容，需要和其他专业的同学或老师进行交流与学习，在团队组建与参赛过程中，学生的组织协调能力、团队合作能力和沟通交流能力都得到了极大的锻炼，有利于培养学生的团队意识和集体荣誉感，推进具有协调和组织能力的复合型专业人才，有助于学生在今后科研和工作中的发展。

（四）培养学生将理论与现实问题结合的能力

科技创新竞赛与课程学习的区别是知识的综合应用，课程学习过程主要是学习如何解决本门课程内的问题，且部分学科过于理论化，学生对于所学知识理解得并不清晰，也不了解如何在现实问题中应用。科技创新竞赛往往是针对某个实际的工程问题，综合多门课程和学科的知识，寻找解决问题的方案。如全国海洋航行器大赛中的技术难题求解类竞赛项目、航行器设计与制作类竞赛，需要学生将多学科的知识结合起来用于工程问题求解和航行器设计与制作。通过这种训练，能够使学生很好地将理论与实际联系在一起，深化对专业知识的理解与运用。

结语

科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，也是高校人才培养的重要目标。科技创新竞赛由于其相对自由和多元的竞赛形式与评审方式，为学生提供了更加自由的选择机会与学习机会，更加有利于培养学生的独立思考能力与科技创新能力。全国海洋航行器设计与制作大赛是海洋装备领域最高水平的科技创新竞赛，竞赛项目与海洋机器人专业研究内容契合度较高，对探索与研究该专业的教学模式和人才培养具有十分重要的参考价值。

本文通过对全国海洋航行器设计与制作大赛的发展历程、竞赛项目、竞赛形式与评审形式的总结与分析，从科技创新竞赛的角度分析了对高校人才的培养要求，阐述了科技创新竞赛对海洋机器人专业教学的引领作用和人才培养的促进作用。科技创新竞赛是创新人才引领的重要载体，必须发挥科技创新竞赛在新工科海洋机器人专业人才培养方面的积极作用，学习和借鉴科技创新竞赛的优点，对海洋机器人专业教学模式进行改革与创新，积极探索创新型人才的培养模式。只有持续不断地深入研究、与时俱进，才能培养出高素质的海洋领域创新型人才，为我国发展成海洋强国贡献力量。