基于跨介质发射技术平台探索应用型人才培养

施 瑶， 陈思汝， 姜 军， 潘 光

（西北工业大学航海学院，西安 710072）

0 引言

21 世纪，人类步入海洋开发利用的新时代，大国对抗的主战场也逐渐由陆地转向海洋。近年来，海洋安全形势日益严峻，钓鱼岛问题、南海争端等国家利益冲突频繁发生，警示我国在教育上要重视海防武器应用型人才的培养，为强化海洋军事力量提供坚实的人才储备基础［1］。

加强高水平海洋人才队伍建设是实现海洋强国梦的重要举措，对海洋经济可持续发展、海洋装备更新换代以及海洋资源开发保护具有深远意义［2］。2011 年，国家海洋局发布《全国海洋人才发展中长期规划纲要》，首次对高质量海洋人才培养工作的开展做出明确指示，提出设立高层次科技人才库要结合国家战略要求，依靠校企和科研院所的培养资源和发展平台，通过工程项目、学术训练、科研实践等多种途径实现人才综合素质的提高［3］。

为了推进海洋强国和人才队伍建设，深化教育体制改革，涉海军工院校需要结合自身办学特色贯彻落实国家人才发展计划。因此，我院基于跨介质发射技术平台设立出入水课题研究团队，开展应用型人才培养试点工作，以此探索人才教育新模式，为我国海洋事业发展输送更多高层次工程技术人才。

1 跨介质发射技术平台的背景与意义

1.1 有利于高校“双一流”建设

教育强国，人才兴邦，深化教育体制改革是提升高等教育质量的必由之路。2015 年，国务院针对高校发展提出“双一流”建设的总体方案，对高等院校在教育改革要求和学科建设任务方面做出明确指示，强调加快建设“世界一流大学和世界一流学科”，完成师资力量优化、卓越人才培养和科研能力提升等具体任务［4］。面对世界格局的新形势和国家发展的新变化，“双一流”建设任重而道远，这就要求高校开展教学试点工作，为发展教育事业提供新的方案，为优化人才队伍探索新的培养模式。

人才培养是建设“双一流”高校的核心，增强学生创新能力是培养复合型人才的关键。作为研究海洋装备的内陆院校，我校航海学院依托无人水下运载实验室，开展了一系列创新人才培养模式的尝试与探索［5］，为学生参与科研工作营造了“师生共商、资源共享、校企共荣”的学术氛围。跨介质发射技术平台作为实验室的新生模块，不仅有利于促进学生全面发展、提升人才实践能力、推动高校“双一流”建设［6］，同时也为其他远海高校构建海洋应用型人才队伍提供了新的培养思路。

1.2 有利于服务国家重大需求

世界一流大学和学科建设联系着教育民生，世界一流军队建设关系着国泰民安。作为军工人才培养的重要基地，国防高校必须以国家重大战略为先导，深化教育改革，强化应用型军事人才后备力量。发展海洋事业对提升经济和军事实力具有重要意义，在国家海洋战略实施的新需求下，海洋装备技术人才资源较为短缺［7］。为了推动海洋强国建设、充实海洋人才队伍，涉海院校必须明确自身办学特色，把握专业发展方向，着眼于装备研究和技术更新，致力于培养更多服务于海防事业的创新型人才。

空投鱼雷和潜射导弹是提升军队作战能力的水中利刃，其跨介质发射及降载技术也成为科研院所联合攻关的重点课题。在国家重大项目和型号研制任务的支持下，我院于2017 年成立跨介质出入水课题组，通过整合理论资源、规范仿真操作、改良试验设备，完成跨介质发射技术平台的自主搭建，为学生研究科学问题提供了仿真应用和试验测试的技术支持。依托平台建设进行人才培养实践，不仅能有效推动科研成果转化，满足国家发展需要，更有利于促进装备技术革新，实现海洋强军梦。

1.3 有利于培养海洋工程人才

开展实践教学有利于促进学生创新能力的提升，实现工程人才专业知识与应用技能的转化［8］。然而，地处内陆的涉海高校不便于开展海上实践活动，进行人才培养实地教学。因此，加强试验平台建设成为促使学生培养科研精神、形成自助探索习惯、增强创新实践能力的有效途径。同时，开展高效的创新实验教学模式有利于学生将专业知识、实践技能和国家需要三者有机结合［5］，不断提升自己的综合素质，成为助力海洋发展、服务国防建设的后备军。

跨介质发射技术平台为学生开展科研工作提供了坚实的试验技术保障，让学生在研究高速航行器跨介质发射的水动力学特性时，能够寓学于为，巩固专业知识；让学生在探索航行器减阻降载的解决方案时，能够学以致用，总结实践经验。我院跨介质出入水团队以理论研究为指导，以仿真模拟为载体，以试验平台为基础，由老师带领学生开展海洋工程技术性问题的探究与讨论，在实际教学中，加深了学生对流体、机械、材料等基础知识的理解程度，推动了多学科文化的交叉共融。同时，团队通过定期组织跨专业领域的实习交流，培养了学生多维度思考和分析问题的能力，促进了学生实践技能的多元化发展［9］，提升了海洋工程人才的专业性、实践性和全面性。

2 跨介质发射课题团队的建设与发展

2.1 良好的学术氛围是人才培养的前提

良好的学术氛围有利于激发学生从事科研工作的热情和兴趣，有利于培养学生学术探究精神和创新实践能力，有利于促进科研成果的共融和转化［10］。目前，海洋领域人才队伍建设存在管理体系不健全、科研积极性不强、资源共享性不高等问题［11］，对此，我院跨介质出入水团队在人才培养的实践中逐渐形成了“教师引领、本研互动、成果激励”三位一体的学风建设模式，同时配合一系列行之有效的管理措施，旨在为学生发展提供一个充满良性竞争、促进能力提升的学术环境，见图1。

图1 团队学风建设体系示意图

老师的责任心和执行力往往是激发学生主观能动性的关键。因此，为了确保学生对科研有充足的时间投入，团队老师以身作则，自觉完成工作打卡并监督学生准时到岗；为了让学生开拓学术视野、积累科研本领，团队经常组织学生参与海洋前沿会议，鼓励学生加入由老师牵头的项目任务中；为了培养和锻炼学生独当一面的能力，团队与企业和研究所建立长期合作，支持学生进行专业技能的强化培训和科研项目的对接工作。

团队合作中加入良性竞争不仅可以巩固团队的凝聚力和向心力，更能激发学生致力于科研的内在潜能。因此，面对来自本、硕、博3 个不同阶段的学生，团队在人才培养时明确了每个博士生重点研究的具体模块和负责指导的低年级学生，以此增进本研互助交流、推动成员共同进步、提高团队协作能力，同时在工作分配时因人而异，合理安排成员分工，促使个人优势在任务驱动下得到充分发挥，加快科研项目的完成进度。在此基础上，团队通过定期进行工作汇报，及时掌握和督促学生的科研进展，不仅让学生在经验分享中互相学习、取长补短、全面发展，也让学生在成果展示中看到差距、见贤思齐、完善自我。

近年来，高压内卷的邪风席卷职场、教育等各个领域，为了营造绿色、和谐、健康、持久的学术生态圈，有必要采取具有针对性的激励措施。在人才培养的实践中，团队通过鼓励和支持学生撰写论文、申请专利的方式，让学生在锻炼学术写作能力的同时，也在文章发表、专利授权中感受到学有所得、劳有所获的乐趣，以此提高学生科研热情的持续力和学术成果的合格率。此外，团队还会定期组织团建活动，以此促进学生身心健康，让学生在劳逸结合中实现事半功倍的效果。

2.2 完备的实践平台是人才培养的基础

新工科背景下要求涉海高校进一步加快教育体系改革，结合工程需要开展实践教学，培养学生的创新能力和科研精神，为航海领域输送更多专业型人才［12］。因此，我院跨介质出入水团队结合研究领域特点和人才培养方案，自主搭建了一套功能完备、用途多样的实践平台，如图2 所示，跨介质发射技术平台可以分为仿真操作和试验测试两部分。

图2 跨介质发射技术实践平台组成示意图

仿真实践平台切实符合研究需要，不仅为学生运用软件提供了对应的自编算例教程以及调试经验文档，也为学生仿真分析提供了全新的硬件设备和充足的计算资源，以此保障学生可以尽快融入科研生活，并能自由进行研究发现和试错［13］。在使用SOLIDWORKS软件进行三维建模的基础上，学生可以利用STAR-CCM +、FLUENT 等软件完成流体仿真计算，也可以采用LS-DYNA 软件实现结构冲击模拟，或是结合ABAQUS 和CFD 软件解决流固耦合问题；同时，学生还可以基于MATLAB、Java等计算机语言编写代码进行图像识别和信息提取。由此可见，仿真实践平台实现了机械、流体、材料、编程等多学科的组合优化，有助于学生在仿真探索中将知识融会贯通，在学科交叉领域获得创新灵感。

如图3 和4 所示，多功能试验测试平台由高速入水发射系统和多体出水发射系统两部分组成，同时配有高分辨率摄像机和多参数控制器。前者基于学院实验室的综合水池（长70 m ×宽44 m ×深10/15 m）［5］搭建而成，可以完成不同几何参数和发射条件下的全尺寸模型高速入水试验、测试不同结构和材料复合情况下保护头帽入水时的缓冲性能，模型头部内置IMU测量模块，可以实时记录入水冲击载荷的数据变化；后者基于自主设计的小型水箱（长1.84 m ×宽1.2 m ×高1.22 m，最大水深0.8 m）搭建而成，可以实现艇速调节、同步控制、多弹体发射等功能，完成不同外形和工况条件下的缩比模型出水试验，辅助科研院所进行通气模型出水的降载效果测试，同时，大型减压出水发射系统也在搭建当中，其外压调节模块可以实现出水试验过程的空化数相似。因此，基于上述实践平台，不仅可以让学生在试验设计和实施的过程中培养自己三维建模、动手操作和研究分析的能力，还可以让学生在多元化的合作交流中延展自己学术思维的广度和深度。

图3 高速入水发射试验系统

图4 多体出水发射试验系统

2.3 明确的研究体系是人才培养的动力

海洋高等教育作为我国高等教育的重要一环，其学科建设依然存在定位不清晰，专业性不强等问题［14］，明确的研究体系既有利于学生找准学术方向，把握科研重点，紧跟国家需求，在前沿领域开拓创新，也能有效促进人才培养的可持续发展。针对跨介质发射过程涉及的非定常流动和瞬态高压脉冲问题，跨介质出入水团队从水动力学特性、缓冲降载设计和试验测试技术3 个方面展开系统化研究，如图5 所示。随着学术研究方法和成果的更新，研究体系的内容和范围也在进一步调整、细化、和扩展。

图5 跨介质出入水课题研究体系示意图

基于明确的研究体系，团队学生可以在“高速入水”和“出水发射”两种不同的跨介质行为中选择自己感兴趣的方向进行深入研究，同步开展非定常空化问题的分析和缓冲降载方案的设计工作。经过五年的探索实践，团队逐渐形成了“博士指导硕士，硕士帮助本科”薪火相传的工作模式，这不仅有助于保证研究体系的完整和延续，更有利于避免人才培养的流失和断代。目前，团队在针对自然/通气空化特性、多弹体流动干扰等问题的研究中已取得一系列重要结论，同时提出不对称增稳头型、变密度缓冲头帽等新型降载方案，今后团队将进一步开展复杂海洋环境下的跨介质出入水课题研究。

3 人才培养阶段性成果

3.1 形成“产学研用”一体化运行模式

基于国家发展和人才培养的需要，我院跨介质出入水团队主要由老师牵头申报科研项目，再由博士生根据项目要求进行任务梳理和细化，并将具体工作根据难度系数分配到硕士生和本科生，以此实现任务的逐层分解、责任到人和高效完成，保证各类学生在与专业强相关的项目实践中，将课程所学用于科研工作，得到综合技能的全面提升［15］；同时，依赖于完备的试验测试系统，团队与其他兄弟院校、国防单位以及702、705 等军工研究所建立了长期的合作关系，以此促使学术研究与产业应用直接挂钩，让学生在了解工业需要的前提下切实解决军备技术难题，将科研做到实处。由此，在科研项目和校企合作的推动下，团队逐渐形成了“产学研用”一体化的教学模式，加速了应用型人才培养以及科研成果的转化［16］。

3.2 建成持续发展的应用型人才队伍

跨介质出入水课题研究团队成立五年以来，总共培养学生22 名，其中博士7 人，硕士12 人，本科生3人，获研究生国家奖学金者3 人，8 名毕业生目前均就职于国防单位，努力奋战在军工事业的一线；团队老师作为行业内的青年翘楚和技术骨干，带领学生申请和完成军委科技委重点项目、海军预研及国家自然基金等项目20 余项，获得科研经费超千万元，同时指导学生在Ocean Engineering、Physics of Fluids、力学学报等业内知名期刊上发表高质量学术论文36 篇，其中SCI论文25 篇（JCR一区12 篇，一区8 篇，二区8 篇），累计影响因子81.2，并且支持学生申请发明专利16 项（4 项已授权），其中有关缓冲头帽的结构设计目前已实现系列化生产，并广泛应用于多个型号鱼雷研制，为鱼雷发射和任务执行提供了安全保障。今后，团队将进一步完善和强化人才队伍建设，为国家发展持续输送优质人才。

4 结语

西北工业大学航海学院跨介质出入水团队基于自主设计的综合发射平台积极开展了人才培养的试点工作。通过五年来以国家需求为先、以学生利益为本的教学实践，形成了“产学研用”一体的团队运行模式，建成了可持续发展的海洋人才队伍；同时说明了提升学术氛围、完善实践平台以及明确研究体系的必要性，为其他内陆涉海高校推动一流人才队伍建设提供了参考方案。

·名人名言·

把简单的事情考虑得很复杂，可以发现新领域；把复杂的现象看得很简单，可以发现新定律。

——牛顿