新工科背景下轮机工程本科专业“船舶辅机”课程设计

张本，向阳，杨志勇，王利，商蕾

(武汉理工大学 船海与能源动力工程学院，武汉 630063)

一、引言

近年来，随着国家战略的调整以及科技革命和产业革命的快速发展，航运业迎来新的发展契机，也面临重大挑战。一方面，国家交通强国、海洋强国战略和“一带一路”建设，为航运业加快发展提供了强大动力；新的工业革命浪潮加快促进航运业的变革，新型的绿色船舶、智能船舶不断涌现，未来船舶运营模式和航运业态将发生显著变化。另一方面，作为航运业不可或缺的重要人力资源，我国的船员队伍虽然具有突出的规模优势，但在结构和整体素质方面还有较大的提升空间，传统的航海类人才培养模式难以适应航运业发展新变革和新业态对航运人才素质与能力的要求[1]。

新经济和航运新业态需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。[2]航海类本科专业具有职业教育和本科教育的双重属性，一方面要满足STCW公约和国家海船船员培训大纲的要求，另一方面又要按照教育部对本科教育的培养标准制定培养方案和课程体系，导致航海专业在课程设置和课程内容上的固化，以及学分(课时)分配上的窘迫[3]。具体到专业课程上，表现之一为高职、大专和本科生开设的课程门类大同小异，课程内容雷同，教学方法相似，考核标准接近，其结果是既不能支撑本科教育“宽口径、厚基础”的培养目标，也很难提升本科生所需的高级思维能力和创新能力，特别是解决复杂工程问题的能力，难以满足航运发展新形势对高素质人才的要求。因此，基于新工科建设理念，加快推动航海教育创新与改革势在必行。

课程是人才培养的核心要素，是教育最微观的问题，但它要解决的却是教育中最根本的问题——培养人[4]，其建设质量直接关乎教育质量和人才培养质量。本文以“船舶辅机”课程为例，从课程教学的层面探索如何在满足国际公约要求的基础上，将轮机工程专业课程建设成具有“高阶性、创新性、挑战度”特点的“金课”，开展新工科建设背景下对航海教育新需求的改革。

二、课程教学改革的需求与目的

1.行业对“船舶辅机”课程的新要求

随着技术的进步和法律法规的新要求，目前船舶轮机人员面对的是更加复杂、精密和自动化程度更高的轮机设备与系统，更严格的港口国检查和自查，更广泛的人命安全保护和环境保护要求等，具体包括以下几个方面：

(1)整个轮机管理实现微机网络管理，机舱管理人员特别是管理级轮机员除了要对机械设备熟知外，还必须熟悉机舱管理软件系统；

(2)由于自动化程度越来越高以及驾-机一体化，机舱管理人员对设备的操纵越来越少，但运维保障的任务越来越重；

(3)对船舶防污染的要求进一步加强，相关设备增多，机舱管理人员必须熟悉相关法律法规，并能处理与之相关的紧急情况；

(4)随着节能技术和新能源的广泛应用，轮机人员所要掌握的知识更加多样化；

(5)港口国监督(PSC)标准的严格化和全面化，以及对设备和系统的维修保养模式从事后向定期和视情转变，将改变轮机管理人员的工作内容，对设备良好的保养和故障的预判提出了更高的要求。

以上行业需求的变化，在“船舶辅机”课程的教学要求上映射为：

(1)在对象上，增加了船舶辅机设备的种类，扩大了所涉及的知识范围；

(2)在内容上，对设备传统的“管、用、养、修”调整为现在的“管、用、养”；

(3)在方向上，学科交叉融合是课程教学的趋势；

(4)在目标上，培养学生解决生产中遇到的复杂工程问题和处理应急问题的能力。

2.“船舶辅机”课程的教学现状

目前国内航海院校开设的“船舶辅机”课程都是轮机工程专业的必修课程，具体情况见表1。一般来说，受限于学分要求，本科院校的课程学分和学时趋于更少。

表1 国内航海院校“船舶辅机”课程教学安排

“船舶辅机”课程内容总体包括四部分：船用泵与空压机、甲板(液压)机械、船用制冷装置和空调、船舶辅锅炉与海水制淡装置。课程目标是让学生通过课程学习掌握船舶辅助机械和系统工作原理、结构组成、特性及管理，具体主要基于STCW公约和交通运输部颁布的《海船船员培训大纲》对二/三管轮的理论知识要求和评价标准[5](见表2)。

表2 750kW及以上船舶二/三管轮“船舶辅机”培训大纲(节选)

“船舶辅机”课程是轮机工程专业的核心专业课之一。从表1和表2可以看出，该课程的特点是内容多、知识覆盖面广、相对课时量少、实践性和实用性强。如果仅从职业教育的角度看，传统的课程内容、教学方法、评价标准可以满足STCW公约的要求，但如果基于新工科建设的理念，对标“两性一度”的金课要求，本科专业的“船舶辅机”课程就存在相当大的差距和不足。

(1)课程教学定位不准

高等工程教育一般可分为本科(4～5年)、专科(3年)和高职(2年)三个层次，在培养要求上可以对应三个认证体系，即《华盛顿协议》《悉尼协议》《都柏林协议》[6]。在这三个协议中，根据本科、专科和高职毕业生所面临需解决问题和工程活动的范畴，把工程问题分为“复杂工程问题”“广义工程问题”“狭义工程问题”，因此对毕业生的知识要求、素质要求和能力要求也不一样。

STCW公约和STCW规则为从事海上轮机工程(船舶轮机管理)的轮机员制定的国际统一的培训和发证标准是介乎《悉尼协议》认证(专科)和《都柏林协议》认证(高职)之间的专业要求，达不到《华盛顿协议》认证(本科)专业要求的深度和广度。目前大多数本科航海院校在教学中只要是涉及海船船员适任证书考试的课程，很大程度上都套用船员培训的模式和适任证书考试的要求来开展教学，这实际上降低了人才培养标准，这种培养模式很难支撑和达成轮机工程专业本科的培养目标和毕业要求，也不能体现“以学生为本，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的教学理念。

(2)课程教学模式单一

“船舶辅机”课程内容繁杂，涉及学科门类多、知识覆盖面广，因此该课程有一定的广度(类似于概论课)但深度不够(侧重于设备的管理)。由于相对课时少，教学往往以教材为中心，以教师讲授为主，虽然辅以较多的课件，但其本质上仍是灌输式教学。单一的教学模式和较高的课程难度，导致学生学习主动性不强、兴趣不高，甚至产生厌学的情绪，教学效果不理想，不利于培养学生发现、思考、解决问题的能力。

(3)实践教学设计存在偏差

目前的“船舶辅机”实践课程设计主要以应对船员海证实操考核为主，教学内容既不反映实船情况(实验室设备更新换代慢)，也不贴近前沿技术，学生只要熟悉设备的拆装和操作流程即可，这些教学内容对于本科生来说过于简单；此外，实践教学也仅是理论教学的辅助，做不到与理论教学相互影响、相辅相成，不能通过实践加深理论理解，并通过实践引领理论学习。

3.“船舶辅机”课程改革的目标

根据行业需求的变化和本科轮机工程专业人才培养目标的再定位，武汉理工大学轮机工程本科专业按照工程教育专业认证的要求，从培养目标定位→毕业要求达成→课程体系三个层面构建以新工科建设为导向、同时满足国家海船船员适任标准的高端航海人才培养方案。相应地，“船舶辅机”课程秉持“以学生为中心、支撑毕业要求、关注目标达成”的原则，从课程定位、教学目标、课程内容、教学方法、评价机制等多方面构建课程的高阶性、创新性和挑战度，充分调动学生的学习积极性，使学生获得知识、能力和素质的提升，培养学生解决复杂工程问题的能力。

三、基于“两性一度”的课程教学改革

“船舶辅机”课程教学改革的目的是培养本科生“解决复杂工程问题”的能力；目标是利用“船舶辅机”课程这个平台把学生先期所学的通识知识、专业基础知识与专业能力培养融为一体，夯实学生的理论基础，培养科学思维，激发创新意识；重点和难点是如何在满足STCW公约标准的前提下实现轮机工程本科专业课程教学的“高阶性、创新性、挑战度”；指导思想是新工科建设的理念，即从观念、要求和途径三个层面出发进行改革。因此，“船舶辅机”课程改革的思路如图1所示。

图1 基于新工科理念的“船舶辅机”课程改革思路

1.课程的定位和目标

根据轮机工程本科专业培养方案中的培养目的、毕业要求，结合STCW公约和海船船员新培训大纲的要求，按照金课的标准，构建课程的“两性一度”，培养和提升学生解决复杂轮机工程问题的能力。

必须指出的是，“两性一度”是一种对高校课程教学质量管理的诉求，适用于包括课程内容、教学方法、评价体系等在内的一系列课程教学活动。高阶性是指课程教学须将知识、能力、素质有机融合，着力培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；创新性要求课程内容具有前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度则规定课程应有一定的难度，确保教与学主体双方都有适当的投入度[4]。

2.教学内容的分类

“船舶辅机”课程内容多而杂，涉及知识面广，往往从一个章节到另外一个章节的知识构成跨度大，不具备连贯性，在教学中容易导致老师忙于不同知识体系的转换，而学生也产生无所适从的感觉，加之STCW公约的要求，造成这类专业课很难去构建课程的“两性一度”。

因此对“船舶辅机”课程内容进行梳理分析，从中找出共性的、适合“两性一度”构建的标准对内容进行划分，并在教学改革中加以利用是十分必要的。

(1)按照船舶辅机对象功能大小、完备程度大致可分为三类：系统、主要设备和附件及介质。其各部分内容和教学侧重点见表3。

表3 “船舶辅机”课程内容归类I

(2)按照知识的难易程度和对学生“知识、素质、能力”提升作用的大小将内容分为“基础性内容”和“进阶性内容”两大类，如表4所示。

(3)根据内容特点和要求的不同，把进阶性内容再细划分为夯实基础知识的“知识提升”、提升专业能力的“素质提升”、与跨学科融合的“能力提升”三大类，如表4所示。

表4 “船舶辅机”课程内容归类II

3.教学方法的设计

好的教学方法设计既要考虑教学内容又要结合学生实际，既要遵循教学计划又要基于教学条件。为充分发挥优质资源引领作用，促进船员培训高质量发展，为航海教育和船员培训工作高质量发展提供参照系和坐标尺，根据新版《中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则》(简称“20规则”)对于航海类学历教育的改革新规定，从2021年3月开始，交通运输部海事局组织开展了航海教育培训质量评估和考试成绩等效认可。此举极大地解放了适任证书考试对课程教学的束缚，对于航海类院校提高航海教育培养质量、全面提高航海类人才综合素质具有很强的促进作用。同时信息技术和互联网的快速发展打破了教学时空限制，为教学改革开辟了广阔空间。“船舶辅机”课程作为国家级精品资源共享课程、湖北省一流本科课程在教学方法上进行了以下探索。

(1)改变教学模式

采用“线上(MOOC)+线下(部分翻转课堂)”的教学模式。

线上教学：主要针对课程中的基础性内容。这部分内容相对比较简单易懂，学生利用“船舶辅机”慕课中的知识点视频和其他课程资源在课前进行自学，并完成相关练习。通过这种模式能完成约50%的海船船员培训大纲所要求的内容，并了解进阶性内容相关的专业背景知识。

线下教学：主要针对进阶性的内容。先将教学中的具体任务、课堂中需要讨论的题目和相关资源传至线上教学平台，学生提前预习；在线下课堂上，老师在课程讲授中提出问题，由学生回答—讨论—总结。该过程引导学生深度理解和延伸思考，完成知识的内化，培养学生的创新思维，使学生获得思想性、方法性和能力性的学习效果，从而提高学习的高阶性。

上述教学模式还有一大特点就是解决了“船舶辅机”内容多、课时不够的问题，避免宝贵的教学时间用于“碎、浅、薄”的知识传导，提高了教与学的效率。

(2)完善教学方法

不同的知识内容、不同的达成目标其所对应的教学方法是不一样的。“船舶辅机”是一门相对传统的工科专业课，要实现课程的“两性一度”就必须有的放矢，运用不同的教学方法传授不同的内容，实现不同的教学目标，让学生既夯实基础知识、培养工程素养，同时又提高专业能力，整个教学过程也从知识的“高阶性”融合延伸至“创新性”，如表5所示。

表5 “船舶辅机”课程教学方法的应用

(3)有效融入思政元素

师者，传道授业解惑也。课程思政就是将“传道”有机融入“授业解惑”中，挖掘航海类专业课程中蕴含的思想政治教育资源和内涵，在专业知识传授中帮助学生树立正确的世界观、人生观、价值观，提升学生的思想境界和道德情操。面对逐渐走低的上船率，航海专业课程思政的一个重要内容就是向学生传递航运业在国家强盛与经济腾飞中的重要支柱作用，以及船员对国家发展的特殊贡献，帮助他们确立投身航运、志在海洋的信念和理想。教学中要精挑案例深挖内涵，结合知识的传授润物无声地将“爱国主义精神”“奉献精神”“工匠精神”“积极人生态度”以及“航海强国”等思政元素传播给每个学生。同时教师要走下讲台，走近学生，缩短与学生的空间距离；加强互动，认真聆听学生倾诉，拉近与学生的心理距离，提高课堂的温度。

(4)构建“虚实结合”的实践平台

“船舶辅机”课程教学主动适应“智能+教育”时代对高校教学提出的新要求，充分利用智能化、信息化手段，扩充和开发建设了“虚实结合”的实践教学平台，包括基于实习船“幸海”“福海”轮的认知航行实习实践平台。该平台采用虚实结合的方法，让学生了解船舶特别是机舱的设备和系统，对船舶辅机建立总体的概念；此外还开发了“船舶虚拟设备拆装与管理实训平台”，该平台基于轮机工程专业实践性强、动手能力要求高的特点，与主、辅机实验室现实设备互补，用于轮机工程专业的实验教学和实训教学。这些系统都在“船舶辅机”慕课上有链接，供学生漫游学习。

4.评价体系的完善

合乎实际的、有“挑战度”的课程评价体系能够充分调动学生的学习积极性，激励学生自主学习，避免“混学分”、课程结束后无收获等问题的出现；同时也能促进教师投入时间、精力、情感进行备课、上课，努力回应学生对知识的探求欲。

通过长期的教学实践，“船舶辅机”课程逐步完善相应的考评机制，具体包括：

(1)课程成绩由三部分组成，包括过程考核、考勤和考试成绩，其比例分别为40%、10%和50%。

(2)过程考核包括自学相关基础性内容、完成作业、章节小测验，同时针对不同教学法中涉及的大作业(项目报告)、讨论、提问等进行综合评价。

(3)考试成绩包括期中考试50%+期末考试50%，期中所考内容是前两篇，期末考试为后两篇。这主要是因为“船舶辅机”课程内容太多，一次性考试很难覆盖所有的知识；另外，由于教学持续时间过长(一般为17周)，学生到了期末对前面所学的知识都有所遗忘，加之期末考试科目多，死记硬背成了学生备考的不二法宝，难以满足对学生知识、能力、素质三层目标设置的考核要求。

(4)考试内容包括两大部分：一部分按照海船船员适任考试考纲和形式出题，大约占50%～60%；另外一部分考查学生对知识的理解深度和运用能力，大约占40%～50%。

上述考评体系的实施既能满足STCW公约对技能的要求，又能更真实反映课程“两性一度”的达成情况。

四、结语

本文以“船舶辅机”课程为例，基于新工科理念对航海类本科专业课开展“两性一度”的设计进行探究，旨在在行业需求和技术发展的背景下，从课程定位、内容梳理和分类、教学模式和考评体系等方面进行改革，促进航海类学生在知识、能力和素质上的提升。由于篇幅所限，有关专业课程实验课如何以“两性一度”为引领开展教学改革的探索将另文探讨。