摘"要:为进一步落实教育部关于新工科建设与改革实践的要求,贯彻习近平总书记关于建设海洋强国战略的思想,该文根据新工科背景下海洋强国战略对新型工程技术人才能力的需求,提出从“人”“器”“术”“德”四个角度开展船舶与海洋工程专业基础课教学改革探索的思路,并以船舶与海洋工程专业基础课振动与噪声控制技术课程为例,探讨课程教学改革在教学团队建设、教材规划、教学手段探索、创新创业实践教育,以及课程思政建设等方面的具体改革举措实践过程。该文研究成果以培养服务国家海洋强国战略为使命,适应海洋开发、海洋工程、海洋保护需求的新型高层次复合型领军人才提供参考和应用实践。
关键词:新工科;海洋强国;船舶与海洋工程;教学改革;课程思政
中图分类号:G640"""文献标志码:A"""""文章编号:2096-000X(2025)S1-0051-08
Abstract:TofurtherimplementtherequirementsoftheMinistryofEducationontheconstructionandreformpracticeofnewengineeringdisciplines,andtoimplementthestrategicthinkingofGeneralSecretaryXiJinpingonestablishingapowerfulmarinecountry,thispaperproposesseveralexploringideastocarryouttheteachingreformofshipandoceanengineeringmajor'sbasiccoursesfromfouraspects:\"human\"\"equipment\"\"technique\"and\"morality\",whichisbasedonthequalifiedscientistsandtechniciansdemandofthemaritimepowerstrategy.Takingtheshipandoceanengineeringmajor'sbasiccourseVibrationandNoiseControlTechnologyasanexample,thispaperstudiesthespecificpracticalprocessesintheteachingteam'sconstruction,textbookplanning,teachingmethods'exploration,innovationandentrepreneurshippracticaleducation,andcurriculumideologicalandpoliticalconstructionincurriculumteachingreform.Theresearchresultsofthispapercouldprovidereferenceandapplicationpracticeforcultivatingnewhigh-levelcompoundleadingtalentswhoservethenationalmaritimepowerstrategyastheirmissionandadapttotheneedsofmarinedevelopment,marineengineering,andmarineprotection.
Keywords:newengineeringdisciplines;maritimepowerstrategy;shipandoceanengineering;teachingreform;curriculumideologyandpolitics
在中国古代科教文化积累基础上,经过近百年来与西方近现代科学的吸收、融合与发展,我国的科技水平取得了重大进步,现已成为世界上唯一拥有完整工业体系的国家。然而我们还应该清醒地看到,在芯片、精加工、工业软件、操作系统、互联网和深远海海洋技术等方面,我国还存在不小的差距。为了赶上新一轮工业革命的班车,支撑服务创新驱动与新兴产业变革,顺应时代科技潮流发展,2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设[1],先后形成了“复旦共识”[2]、“天大行动”[3]和“北京指南”[4],并发布了一系列新工科建设实践要求,以助力高等教育强国建设。新工科的新体现在三个层面,包括新型、新生、新兴专业[5]。在“存量更新”新型专业建设范畴内,船舶与海洋工程专业是新工科建设需重点关注的一个专业。
党的十八大报告中习近平总书记首次提出了建设海洋强国的战略任务,为我国由海洋大国向海洋强国的转变指明了前进方向,并提供了行动指南[6]。近年来,围绕中国海洋强国战略的理论探索与现实建设不断在向前推进[7],未来仍需要进一步发展以有效提升我国海权实力与海洋经济发展水平,真正实现中华民族的伟大复兴。船舶与海洋工程专业培养具备扎实理论知识和实践技能的高级工程技术人才,可为海洋装备研制、海洋资源开发和海洋环境保护等提供重要的技术支持和保障,是我国实现海洋强国战略所亟需发展的核心专业。
在新工科改革及海洋强国战略背景下,船舶与海洋工程专业面向国家海洋安全和智慧海洋等领域,亟需培养以服务国家海洋强国战略为使命,德、智、体、美、劳全面发展的,适应海洋开发、海洋工程、海洋保护需求的高层次复合型领军人才,因此,对相关课程教学方法提出了新的挑战。
一"船舶与海洋工程专业基础课教学改革思路探索
为解决新形势下船舶与海洋工程领域国家国防及国民经济重大需求,船舶与海洋工程专业基础课教学亟需从“人”“器”“术”“德”等多个维度开展改革探索。所谓“人”,主要指承担课程教学主题任务的教师;“器”主要指用于课程教学的外围有效工具;“术”主要指可具体实施的课程教学计策与手段;“德”主要指课程思政教育建设。
(一)"以“人”为本,加强教师队伍建设
国家发展与民族振兴需要依靠人才,而人才培养、素质提高的重要一环需要依靠具有高素质水平的教师,因此提升教师队伍建设,完善课程教学团队对推动船舶与海洋工程学科教育改革创新具有重要作用,是新工科背景下培养新型高素质工程技术人员的关键所在。
船舶与海洋工程专业是一门具有强工程应用背景的专业,不仅与数学、物理、力学等基础知识强相关,同时与工程应用具有强关联性。因此,在每一门课程的教学团队组建时,教师应不仅具有扎实的数理知识,同时还应具备优良的科研能力水平及丰富的工程实践经验。根据专业教学要求,应以“有理想信念、有扎实学识、有科研能力、有工程经验、有道德情操、有仁爱之心”的标准选任任课教师。在此基础上围绕学生、关照学生、服务学生,把握学生成长成才规律,不断提高学生专业基础能力、工程实践能力、科研创新能力及道德修养。
教师本人应具有敏锐的洞察力,以及对当前船舶与海洋工程学科发展形势的准确判断能力,授课内容要与时俱进,时刻面向国家需求不断更新。随着科学技术的发展,船舶与海洋工程领域研究不断取得重大进展,课程的教学内容、教学思想和教学方法也要不断更新。面对新的国际形势,面向国家重大海洋战略需求,在教学实践中,授课教师应改掉传统的教育观念,要确立新工科背景下与新课程和新时代相适应的教学思想和教育观念。
(二)"工欲善其事,必先利其“器”
我国著名教育学家孔子有言:“工欲善其事,必先利其器”,只有具备了完善的器具、做好了充足的准备工作,才能更好地做成一件事,对于船舶与海洋工程专业课程教学,亦是如此。
教材是学生学习的重要依据,是教师教学所依赖的一个重要教学工具,它包含了学生所需的大部分知识点、基本概念、方法和技能等。为了更好地培养新型工程技术人员所需的各项能力,需不断地结合实际,优选、优化教材内容。通过国家级/省部级等高水平教材建设项目,以课程组的形式组织教学人员编著、重新出版高水平教材,全面提升教材质量。此外,重点规划船舶与海洋工程专业主干课程教材、基础学科和新兴交叉学科教材,及时将科学技术最新进展融入教材内容,提高教材的丰富多样性,以不断适应船舶与海洋工程专业发展的需要,全面提升相关专业的教学水平与质量。
教具是教师在教学过程中使用的各种辅助教学器具,它可以有效地辅助授课,对理论知识的教学起到事半功倍的效果。教具可以丰富教学内容,将复杂、抽象的概念具体化、直观化,以生动的演示促进学生对知识点的理解和掌握。结合船舶与海洋工程学科重实践的特点,教具的设计应注重学生的参与度。在课堂演示时,更多地让学生来进行操作,让学生更全面地参与到教学之中,并有助于培养其动手能力和实践能力。
船舶与海洋工程各门专业基础课教学中具有很多抽象的内容,有些很难理解,而借助于仿真软件的数值模拟过程,有助于将抽象的内容实例化、具体化,以更好地帮助学生理解其物理本质。仿真软件的使用,可弥补传统船舶与海洋工程教学中以理论讲授为主难以深刻理解相关知识点的局限性,能更好地进行“耳听”“眼看”“手动”“脑想”等多维感官立体化的理解,以有效提升学生在上课过程中知识的获取能力。
在船舶与海洋工程专业基础课教学过程中,除了以上提到的教材、教具、仿真软件等,还应从提升课件质量、利用在线课堂、善用通讯软件等多个维度综合考虑,以充分利用一切可用的器具来为课程的讲授提供便利。
(三)"教亦多“术”,多维教学
在船舶与海洋工程专业基础课教学时,应根据各门课程的实际特点,探索不同的教学方法。《孟子·告子下》中也提到“教亦多术矣”,意思是教学有多种多样的方式和方法。通过多种教学手段综合教学,有助于学生全方位地理解相关知识点。
1"丰富课堂形式,提升主观认知效果
在现有常规成熟教学手段基础上,结合船舶与海洋工程专业基础课课程特色,探索新的课堂教学形式。可以拓展传统的线下教学模式,依托中国大学慕课、学堂在线等平台,录制线上课程,丰富教学资源,推进个性化教学发展。船舶与海洋工程是一个涵盖广泛、多学科交叉融合的专业,需要未来的工程技术人员具有多学科知识背景和广阔的视野。线上课程平台可为学生提供船舶与海洋工程专业相关的不同学校、不同领域的相关课程,为新工科背景下复合型人才的培养提供了知识保障。
课堂不仅仅是教师传授知识的平台,更是学生积极参与、获得技能才干的大舞台。在课堂教学中,需加强学生的主体地位,激发学生的积极性和课堂参与度。例如可以使用翻转课堂的形式,把学生由被灌输知识的对象和外部刺激的被动接受者,转变为信息加工、内化的主体以及知识意义的主动构建者。需加强学生之间、学生和教师之间的更多沟通和交流,确保学生真正做到深入学习,以及教师高效利用课堂时间进行学习经验的交流与观点的相互碰撞以深化学生对知识点的认知。
数值仿真是工科实践教学中一个重要的手段,其作为理论和实验之间的桥梁,既可以加深学生对理论知识的理解,又弥补了实验不能随时随地进行的缺陷。在教学过程中,需注重仿真工具的使用,结合船舶与海洋工程专业特色以及基础课特点,设置相关仿真分析任务,培养学生的动手能力和分析问题的能力。
此外,在授课过程中,可注重船舶与海洋相关的案例式教学。鲜活生动的案例,具有很强的现实感和参与感,容易引发学生的兴趣和好奇心,激发学生的学习热情。所选案例需具有一定的实践性和创新性,在学生了解案例、分析案例的同时,运用自己所学的知识和技能,提出新的解决方案和思路。结合船舶与海洋工程专业特色,教师可举例自身在参与科研攻关中的典型案例,增强学生对所学专业的认同感以及致力于服务海洋强国战略的决心。
2"理论与实践相结合
船舶与海洋工程是一个理论与实践深度结合、互相促进的学科。在基础理论课教学的过程中,应注重学生实践能力的培养。结合船舶与海洋工程专业特色,设置与工程实际相结合的实践,以问题和需求为导向,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。
鼓励学生参加大学生创新创业大赛,这是一项以学生为主体的自主创新实践活动,旨在培养学生的实践能力和创新思维。该大赛要求学生组队后提出创意、开展研究,并通过实验来验证创意的可行性。可以以船舶与海洋工程专业领域的科研攻关难点作为大创选题,激发学生群体的发散性思维,提出创新型方案。这不仅可为科研难点的攻克提供新思路、新方法,更能增强学生对参与科学研究的使命感和自豪感。
在寒暑假组织学生进入工厂、企业参与社会实践,这是基础理论课教学中不可或缺的重要组成部分。社会实践为学生提供了与课堂教学不同的实践机会,使他们可以亲自参与社会活动,了解工作环境,通过一定的动手锻炼提升自身的实践能力。在社会实践过程中,学生还会遇到各种各样的问题和挑战,这需要他们灵活应用所学知识来解决。通过这一过程,可激发学生解决问题的能力和创新意识。船舶与海洋工程专业所研究的内容服务于国家战略急需,学生通过相关科研院所的社会实践,可以了解到中国目前海洋装备的发展现状,以及军工科研人员的日常工作和生活。这有助于增强学生的民族自豪感和担当意识,并且使学生深刻领悟“工匠精神”的内涵,为培养服务于船舶与海洋工程领域的高素质人才奠定基础。
3"科教融合,协同培育
在新工科建设与改革背景下,科研能力是船舶与海洋工程新型技术人才的一个关键能力。在学生科研能力培养方面,可以将科学研究和科研成果的优势转化为育人优势,以“基础理论+科学研究+工程设计+外场实验”为途径,打造海洋特色鲜明的教学科研育人环境。
教学实践时可依托单位及教学团队承接的船舶与海洋相关科研项目,吸纳部分学生深度参与科研活动,开展理论创新;为学生提供大量的外场实验机会,组织学生参与大型湖上、海上实验,训练学生在方案设计、数据处理、算法验证等方面的能力,汲取书本以外的知识,实现工程实践和创新能力的跨越发展。
此外,可加强校企合作和科研成果转化,积极推动学生参与企业交流实践的多渠道平台建设;鼓励学生在高新技术领域创新创业,将所学所研有机融合,为新工科背景下船舶与海洋工程相关新兴产业注入活力,建立科学研究铸魂育才机制。
(四)"厚“德”载物,思政为根
在人才培养教学改革中,全面推进课程思政建设是落实立德树人根本任务的关键举措,也是提高人才培养效果的重要方法[8]。在船舶与海洋工程专业基础课教学过程中应重视德才兼备教育,将思政教育工作放在教学工作的突出位置,牢记为国育才使命,以有效提升学生学习的主观能动性。
船舶与海洋工程专业相对于其他常规专业具有新的特色,主要表现在其具有鲜明的海洋强国背景,一些船舶装备国之重器的研制和船舶与海洋工程专业具有非常强的关联性。因此在船舶与海洋工程专业基础课程教学环节应更加重视课程思政,引导学生具有强烈的爱国意识与海洋强国、海防卫国情怀。
应深入贯彻落实习近平总书记新时代中国特色社会主义思想以及中共中央、国务院“三全育人”综合改革的要求[9],建立“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的人才培养体系。以课程思政为根,以具有“红色烙印、蓝色情怀”的人才培养为抓手,致力于培养具有家国情怀、追求卓越的服务国家海洋强国战略的船舶与海洋工程领域领军人才。
在改革过程中重点解决思政教育在课堂中,特别是在船舶与海洋工程工科教学中难以融入的问题。在相关课程教学中,通过综合运用知识关联、案例介绍、教师引导及环境熏陶等多种融入方法,将爱国情怀、海防意识、学术道德、敬业精神和职业规范等多种思政元素有机地融入到相应的专业知识或技能教学之中。实现船舶与海洋工程知识技能教育与思想政治教育的有机统一,进而达到“价值引领”与“知识传授”并重的教学目标。在课堂思政教育基础上,进一步以社会实践为载体,传承红色基因,培养蓝色情怀。例如,通过深入相关部队开展认识实习、走入科研院所开展生产实习、社会实践,培养学生心系海防、胸怀天下的家国情怀。
二"以振动与噪声控制技术课程为例的教学改革举措具体实践
减振减噪技术是船舶工业领域里总体设计的重要组成部分,振动与噪声控制技术立足于减振降噪技术的发展和运用需求,主要讲解声与振动基础、振动控制技术、噪声控制技术。该课程已成为船舶与海洋工程专业核心基础课程,是后续学生深造或从事相关研究的基础,对培养学生的专业理论素质具有重要推动作用。
针对本文提出的船舶与海洋工程专业基础课教学改革探索思路,在振动与噪声控制技术课程中进行了全方位、立体化的教学实践,取得有益效果。
(一)"多能互补团队,科教融合培育
在振动与噪声控制技术课程教学团队建设时,吸纳每位教师个人特长,组建了“多能互补型”教学团队。团队成员各具特长,有的擅长基础与前沿理论、有的擅长学科交叉,有的擅长系统工程实践、有的擅长专业仿真与实验技术、有的擅长人文素养的培育。这些不同的能力组合在一起,为向新工科教学模式靠近,实现“学科交叉、理工融合、人文社科渗透、创新实践”并培养船舶与海洋工程专业全能型人才提供了重要的人员保障。
此外,课程组主要成员均始终活跃在科研一线,依托声学工程与检测技术国家专业实验室,将减振降噪技术运用于船舶、航空、航天和家电等各领域。课程组非常重视科研能力,一贯秉持科研与教学相结合的理念,以“做好减振降噪事,讲好减振降噪课”为培育理念,及时将专业发展及科学研究中的新概念、新方法、新技术融入教材,融入课堂,为船舶与海洋工程高层次人才培养不遗余力。
(二)"打造国家级规划教材
自本门课程教学伊始,课程组便极为重视教材建设,正所谓“工欲善其事,必先利其器”。课程教材便是振动与噪声控制技术课程的核心重器,对传播船舶振动与噪声控制理论与思想、培育新时代减振降噪技术人才具有重要意义。在深入调查和研究国内外关于噪声与振动控制相关的教育和教学理论,充分吸纳国内外先进教学方法与教学资源基础上,课程组编著了《噪声与振动控制技术基础》教材,课程内容由浅入深、由简单到复杂、由局部到系统。该教材使学生不但能够知其然,而且能够知其所以然;不但能够运用现有学到的噪声与振动控制技术,同时能够具备发展新的减振降噪技术的能力。
在此基础上,根据专业建设发展需要,与时俱进,不断改进,不断更新教材内容,使其具有时代性、先进性、科学性和可操作性。目前课程教材已出版至第三版,近期正准备结合最新前沿理论及工程实际,进一步更新教材内容。现有最新教材将内容分为基础篇、控制篇和运用篇三大部分,分层次系统性阐述课程所要讲述的振动与噪声控制相关方法与技术。
课程组为本课程教学编著的教材已被列入普通高等教育“十一五”国家级规划教材及普通高等教育“十三五”规划教材[10],对船舶与海洋工程专业学生基础能力的培养起到了至关重要的作用。
(三)"教学手段改革探索
为适应新工科背景下船舶与海洋工程教学发展需要,课程组除使用教学中常规板书、课件来教学外,结合课程特色,还探索了一些新的教学手段。
1"在线课堂,延展教学时空
为了进一步提升教学水平,作为常规课堂的延伸,课程组在学堂在线平台建设了网络在线开放课程[11]。通过在线课堂,学生可以随时随地学习,自主回顾课堂所学知识;遇到没有听懂的章节,还可反复观看学习。在线课堂设有实时在线评估机制,每一章节后附有练习题,可检验学生对这一章节知识点的理解和掌握程度。设置有线上讨论模块,学生在学习过程中遇到任何问题都可发帖提问,教师和其他学生都可回复,并且遇到相同问题的学生也可从帖子回复中得到答案,实现了共同学习。此外,社会上科研院所及企事业单位工程技术人员也可通过在线课堂参与学习,这不仅扩大了授课范围,还可使在校学生和已参加工作的工程技术人员共同学习,相互交流讨论,促进学生了解当前船舶与海洋工程专业和减振降噪领域最新的工程技术成果和科技前沿。
2"翻转课堂,提升主观能动性
针对课程授课内容,设置了包括“乐器发声机理调研”“航行器噪声产生机理与特性调研”“前沿减振降噪技术调研”等由简到难的多个主题讨论。由学生自由组队,针对每一主题,在课后分工协作查阅相关文献资料,归纳、总结、提炼并制作成演讲PPT,于课上进行讲解展示。通过翻转课堂的形式,不仅要求学生在团队合作中要会组织、会配合,锻炼了其团结协作的能力;而且提供给学生在课堂上演讲展示的机会,锻炼了其表达和沟通能力。
在翻转课堂主题的设置中,紧扣课程内容以及船舶与海洋工程专业科技前沿。乐器发声机理调研旨在让学生通过对弦乐器、管乐器、打击乐器等发生机理特性的探索,深化理解本门课程中弦、梁、板等弹性体结构振动及发声的物理规律,并以生活中的乐器为载体,激发学生的探索兴趣。航行器噪声产生机理与特性调研聚焦船舶与海洋工程专业特色。振动噪声是航行器设计中一个重点关注的方向,学生通过调研可以了解该领域的发展现状及亟需解决的关键问题,增强学生的责任心与使命感。前沿减振降噪技术调研可以使学生在查阅文献的过程中了解当前国内外最新的科技成果,拓宽视野,为今后致力于更深入的减振降噪研究奠定基础。
3"课堂演示,激发探索兴趣
基于一些学生非常感兴趣、同时又可以实际参与并感受的生活设施、设备结构件、基本乐器和简易振动声学元件,通过设计、自制或改装一些便于携带的演示测试装置,随堂互动演示,提高学生主动思考的能力,让学生感受到学习的乐趣。
在讲解单自由度系统的振动时,引入了生活中常见的弹簧公仔汽车摆件实物,如图1(a)所示。在课堂演示时,教师展示弹簧公仔,并用手按压弹簧公仔头部后迅速松手,之后公仔头部将会在弹簧的作用下发生往复的振动,但振荡幅度越来越小最终停止振动。这时请学生描述所观察到的现象并尝试解释其中的原因,以引导学生根据观察到的物理现象建立数学方程。其中,将弹簧公仔的头部简化为一个具有质量的惯性元件,弹簧部分简化为具有刚度和阻尼的元件,根据牛顿第二运动定律建立微分方程,即可获得单自由度系统的衰减振动方程。以上这种由“实物模型”到“物理等效建模”进而到“数学方程建立”的教学过程能使学生更深刻地掌握课程知识点,如图1所示。
在讲解弦振动方程时,授课教师携带弦乐器尤克里里到教室,如图2(a)所示。通过现场演奏、调音,并让学生亲自拨弄琴弦,以实际主观感受不同粗细(S)、长短(l)的弦以及弦张紧程度(T0)的不同对演凑出声音频率的差异,让学生更好地理解弦振动固有频率与弦的几何及材料参数之间的关系。在学生掌握先验知识基础上进而进行弦振动方程的推导及固有频率公式的讲解,更有助于学生更好地理解弦振动方程中各物理参量的意义,从而更深入地掌握弦振动的原理和特性,如图2(b)、(c)所示。
此外,弹性体结构弯曲振动部分的知识相对而言比较晦涩难懂、公式较为复杂,如果仅仅依照纯理论分析的方式进行教学,学生对其难以理解并且学习的积极性不高。故在该部分的教学中,课题组引入了空灵鼓这一乐器。在课程教学中,教师演示与学生动手实践相结合,让学生参与到弹性体结构弯曲振动原理和物理规律的探索之中,激发学生的主动性与积极性,将枯燥的理论教学转化为课堂演示、师生互动的创造性学习。
4"软件仿真,形象生动掌握规律
本课程在部分章节的讲解中注重仿真软件的使用,以船舶与海洋工程专业中振动声学基础知识和减振降噪技术为核心内容,在授课过程中通过增加仿真实验,理论与仿真相结合,使学生快速高效地理解课程内容,加深对前期所学数学、物理知识的理解。
在上课时可以针对某一个难以理解的知识点现场利用仿真软件建立仿真模型,将计算结果附以二维或三维图形显示,将学生只能通过想而理解的内容转变为看、听、想多种感官集合,充分调动学生学习的主观能动性。例如在讲解梁的振动时,通过有限元计算软件仿真出具体的梁的振型图(图3),以充分理解什么是梁的纵振动、弯曲振动和扭转振动等。课下可以适当地给学生布置仿真实验任务,让学生亲自动手操作使用仿真软件进行建模并计算,通过仿真数据可以对课堂所讲的理论结果进行验证。学生还可通过修改模型的不同参数进行仿真分析,探索某一参数的不同取值对物体振动特性的影响规律。
此外,在课堂上引出新工科背景下船舶与海洋工程专业对工业核心软件的自主研发需求。主动向学生介绍课程组自主开发的船舶装备声振性能自研仿真软件,以及探讨利用该款软件进行船舶声振特性与规律研究的案例(图4)。在该教学过程中弘扬和倡导自主创新精神,提升学生核心技术的自主研发意识,真正将“软件国产化”的口号落到实处,以培养软硬件结合、协同发展的人才。
5"船舶声学部件测试,促进知识活学活用
减振降噪技术的应用涉及船舶与海洋工程领域的方方面面,课程组也承担了部分船用声学部件的声振性能实际测试与评估工作。在教学过程中,辅助以实验操作,可以使学生更好地理解所学内容,增强学生的学习积极性和主动性。在讲解了“隔振”部分的知识后,组织学生参与船用隔振器产品隔振性能的检测评估测试,使学生深入理解隔振器在实际产品中的应用及隔振量的测试方法。在学习完“阻尼减振”模块后,组织学生进行船舶阻尼减振材料的测试,了解不同工程常用材料的阻尼损耗因子及其实验测量方法。通过这些实验,锻炼了学生团结协作和动手操作的能力,提升了工程实践能力,并引导学生更加关注未来专业知识的学习与综合运用。
6"典型工程案例分析,提升工程实践能力
结合船舶与海洋装备领域典型部件振动与声学问题,精心挑选工程实践教学案例并融入技术发展趋势,按“抽丝剥茧找机理”的思路,将相关典型复杂工程问题简化为声学或数学问题进行分析。在此基础上,“因地制宜寻对策”,逐步引导学生主动思考、寻找对策、解决问题,举一反三,理论与实践相结合,将知识活学活用,以培养新工科背景下对应用创新型人才的迫切需求。
例如在“动力吸振”教学章节,以船舶动力吸振器为例,结合“动力吸振”章节的理论知识和工程实践背景,阐述抑振降噪创新思路,并引导学生学会将复杂的工程问题转化为数学模型的方法。首先引入船舶装备吸振问题的重要性。船舶设备在运转时产生的巨大振动噪声,不仅会影响船用设备的使用寿命、仪器仪表的精度和工作人员的身心健康,而且还会影响舰船的生命力和作战性能。船舶动力吸振器通常安装在螺旋桨轴系、隔振系统和船舶艉部,以降低振动系统的振动峰值,从而达到降低水下辐射噪声效果。如图5所示,在问题引入后,阐述课程组前期开展的新型船体吸振装置科研项目设计方案与思路;在此基础上将设计模型等效为物理模型;进而引导学生建立其数学模型,对该数学模型进行求解以获得方程的解;反过来最终评估所设计吸振模型的抑振效果。
通过以上工程案例引导式教学,在授人以“鱼”的同时也更多地体现出授人以“渔”的培育理念。案例引导和启发式教学可以使学生将所学的知识应用到工程实际,提升分析问题和解决问题的能力。通过对典型工程案例的分析,激发学生学习兴趣和理论联系实际的能力,并且引导学生以实现自我价值为导向,励志于解决船舶与海洋工程领域“卡脖子”难题。
(四)"理论联系实际,创新创业实践
依托以振动与噪声控制技术课程为核心而开展的陕西省高校创新创业教育课程建设“机器学习与振动信号处理”项目,课程组积极投身课程实践教育专项教学改革工作。在理论教学基础上,以激发学生自主学习与实践的主动性为目的,进一步结合专业、强化实践,以促进学生全面发展。在实际操作过程中,结合团队科研资源,鼓励有实践意愿及学习兴趣的学生在课程期间或者是课程结课后积极参加一线实践,虽然这些举措并不是课程的必修内容,但课程组为学有余力并想继续在该领域深造的同学们提供了充足的实践机会,对于他们进一步深入掌握课程知识点具有重要的实践价值。
1"学生创新创业训练实践
围绕船舶装备声学、振动、减振降噪技术相关主题,课程组教师积极带领学有余力的同学参加大学生创新创业训练计划项目实践,近几年指导了包括“绿色环保型多用途智能水面无人船”“涡激振动的吸振减振装置设计”“四桨推进低噪声优化设计”等众多项目,部分大创获得国家级项目资助。在实践过程中,以具体的工程需要出发,通过指导学生撰写项目申请书、提出创新思路、制作实物、理论研究、仿真计算、实验验证和撰写结题报告的整个过程,锻炼学生团队合作和理论联系实际的能力以及开拓学术视野,有助于学生初步掌握正确的科研思路和方法。通过大学生创新创业大赛的训练,可有效提升学生创新能力和创业意识,为培养新工科背景下国家需要的创新型人才服务。
2"深入一线企业实践
依托学校在长三角、珠三角开设的研究院以及课程组与相关企业的紧密合作关系,在结课后积极组织有意愿的同学参加深入一线企业实践活动。结合课程特色,探究减振降噪技术在企业中的应用,将学生在课本上的所学落到实处,用实际行动践行实践育人的理念。
例如在宁波组织部分学生参加了“进百企”“千生走基层”等社会实践行动。在课程组教师的全程指导下,由学生进行自主组队、课题选择、实地调研与考察、实践内容撰写、总结与成果汇报等各项工作。在实践过程中培养学生的创新创业实践思维,积极引导他们了解一线企业对于振动、声学、减振降噪等相关领域的需求,学习企业将理论知识转化为实实在在生产力的方法,并鼓励他们基于所学的理论知识针对企业的实际需求提出自己的解决方案,以启发他们理论结合实际的重要性。在此基础上,以课程组与企业已开展的技术合作内容为抓手,锻炼学生识别工程技术中关键困难点并解决关键问题的系统工程思维。通过深入一线企业开展实践活动,可有效提升学生理论联系实践的能力,为其后续可能的创新创业提供关键性引导。
3"海洋装备认知实践
海洋装备的认知实践,也是新工科背景下船舶与海洋工程专业培养具有红色烙印、蓝色情怀的海洋科学领域领军人才的重要一环。依托学校与海军部队、船舶与海洋相关科研院所等的战略合作伙伴关系,课程组教师在学院协调下带领部分有实践意愿的同学们深入以上相关单位开展船舶与海洋认知实践。一方面学习船舶的性能和特点,了解船舶与海洋科技的前沿技术等船舶与海洋通用知识;另一方面也重点学习船舶装备振动及辐射噪声控制方法及控制策略等课程专用知识。通过认知实践,使学生对我国船舶装备具有全面与直观的了解,以增强其海防意识及其对海洋主权的责任感与使命感。使学生进一步加深对所学专业知识的理解,并将理论与实践相结合,激发他们强烈的爱国热情,培养献身海防的国家情怀,为今后的学习和工作打下良好的基础。
(五)"课程思政
在课程思政教学设计中,坚持以学生为中心,从学生的角度组织教学内容,致力于建立多层次、多模式、高效和开放的教学资源,并以案例-任务驱动式的教学模式引导学生自主学习,培养学生的工匠精神、中国精神、创新创业精神、奉献精神、团队精神和人文精神等。通过对课程中吸隔声工程设计案例等的导向,让学生参与其中,提高学生对课程的积极性与参与性。在教学方法与教学模式上,努力实现教学者从单一的知识传授者,向学习环境的“设计者”和学习过程的“促进者”身份的转换,提升学生的学习积极性和爱国主义热情。
在课程改革过程中积极完善课程思政示范性教学内容。例如,在吸声降噪部分穿插马大猷院士及其弟子用穿孔板、微穿孔板理论在国际上为中国人赢得荣誉的故事,提升学生的民族自信与自我认可;在振动基础部分穿插本团队运用振动基础知识解决大型运输机异常噪声难题的实例,鼓励青年学生学好本领报效祖国;在弹性体振动章节讲解中嵌入中国传统文化教育,通过加入一部分中国传统乐器的教学内容,增加学生对中国历史和文化的了解,培养民族自豪感,并探索深化人文社科渗透到课程内容中的新工科教学模式。
通过思政素材的引入,培养学生具有正确的“三观”、基本的文化素养及符合社会发展的道德标准,为培养德才兼备、全面发展的新工科复合型人才提供成长的土壤。
三"结束语
本文以新工科建设与改革实践的需要,以及海洋强国战略对人才的需求为牵引,从多个角度探讨了船舶与海洋工程专业基础课教学改革的探索思路,并以振动与噪声控制技术专业课程为例探讨了课程团队建设、教材建设、教学手段改革、创新实践与课程思政等多个方面对专业基础课教学改革的作用。通过本文研究,以期对构建具有世界水平、中国特色的新工科背景下船舶与海洋工程人才培养体系提供一定的参考,并服务我国海洋国防发展与海洋经济建设。期待我国早日从海洋大国过渡到海洋强国,提升我国海权实力与海洋经济发展水平,真正实现中华民族的伟大复兴。
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