双循环新发展格局下船舶与海洋工程教改探索与实践
——以哈尔滨工程大学海洋机器人专业为例

孙延超，杨 赫，秦洪德

（哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

引言

为适应国内外环境的显著变化、推动我国开放型经济的高水平发展，党的十九届五中全会将“加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”纳入《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》。构建双循环新发展格局的关键是要将我国市场规模和生产体系优势，转化为参与国际合作和竞争的新优势。具有“综合工业之冠”美誉的船舶工业对国民经济的发展有着强劲的带动作用，我国船舶工业体系完善并连续多年保持世界第一的造船订单量。但我国船舶与海洋工程学科建设仍面临着诸多问题，尤其在海洋机器人等高端制造业方向，目前的教学体系无法满足构建双循环新发展格局在挖掘国内市场潜力、发挥创新资源优势、提升核心技术竞争力等方面对高端人才的需求［1，2］。

作为我国“三海一核”领域重要的人才培养和科学研究基地，哈尔滨工程大学一直致力于服务“建设海洋强国”的国家战略，并依靠自身资源优势在我国船舶与海洋工程学科建设上不断攻坚克难、开拓创新。在全国第四轮学科评估中，哈尔滨工程大学船舶与海洋工程专业获评A+，现已进入国家“双一流”建设行列；根据《2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果》，哈尔滨工程大学新增海洋机器人专业，该专业是我国高校首个海洋机器人本科专业，开创性地填补了我国海洋机器人领域教育教学体系的空白。依托水下机器人技术国防科技重点实验室，哈尔滨工程大学海洋机器人专业建设坚持“创新驱动发展”，将控制技术、传感器技术、水动力分析、人工智能、计算机仿真等高科技手段综合运用于海洋工程领域中，深化教学体制改革、加强关键核心技术传授，塑造多学科交叉教学体系，强化创新创业培训，为构建双循环新发展格局培养海洋机器人领域高端人才。

一、船舶与海洋工程专业教学现状

船舶与海洋工程专业在海洋机器人专业成立之前承担着后者主要的人才培养工作。作为海洋类的重要基础学科，船舶与海洋工程专业主要培养学生掌握船舶和海洋结构物的力学分析方法、设计原理与建造规范等方面的专业知识，目前开设船舶与海洋工程专业的国内院校主要将船舶与海洋结构物等领域的力学分析和设计制造作为教学的核心问题。现阶段我国船舶与海洋工程专业尽管已成功培养出一大批具备从事船舶与海洋结构物设计、建造和开发能力，能够进行船舶与海洋工程领域科学研究与技术创新的专业人才，但是所培养出的本科毕业生大多不具备直接从事海洋机器人等高端制造业的能力。海洋机器人属高新技术产业，发展海洋机器人对渔业、海上救助、管线探测、核电水电、海洋石油、海上作战、海岸警卫、海事海关等领域具有积极意义。从海洋机器人领域人才培养的角度出发，不仅需要延续船舶与海洋工程专业的培养方式，还需借鉴机器人领域相关学科的培养方式［3，4］，更应注重学生创新创业能力的培养［5，6］。目前我国船舶与海洋工程专业教学在助力船舶工业构建双循环新发展格局方面尚存在如图1所示的问题。

1.毕业生缺少挖掘海洋机器人市场应用潜力的能力。尽管船舶与海洋工程专业毕业生在本科阶段一般接受过基础的经济和管理知识培训，但这些经济和管理知识往往是针对船舶或海洋工程平台设计及制造过程中的成本控制、生产管理等情况，而不是聚焦于潜在海洋机器人的市场开发、市场潜力挖掘等方向。近年来，海洋机器人在海洋开发与利用方向受到了越来越多的关注，呈现出广阔的市场应用前景与潜在的商业价值。随着我国构建双循环新发展格局的提出，拉动国内市场需求、充分挖掘市场潜力已成为发展海洋机器人产业需要优先考虑的问题，但我国船舶与海洋工程学科的教学往往忽略了对学生掌握行业市场动态能力的培养，并不能很好地适应这一新形势下的新需求。

2.毕业生难以在多学科交叉条件下发挥创新资源优势。船舶与海洋工程专业毕业生一般具有扎实的力学基础和全面的船舶原理知识体系，但并不具备新工科要求的智能科学与技术等相关知识，因此在运动控制、数据融合等海洋机器人关键技术方向无法展开交叉研究。而海洋机器人属于集成人工智能等高新技术的高端制造业范畴，需要行业从业人员具有在新工科基础上多学科交叉背景下的创新能力。这就导致了船舶与海洋工程本科生毕业后必须再进行新工科相关专业的基础知识培训，才能在海洋机器人相关研发岗位上进行多学科交叉创新，以适应行业需求。因此，需要在本科教学基础上进行相应的改革措施，拓展学生各相关学科知识体系。

3.毕业生不能立即从事海洋机器人核心技术研发岗位。相对于船舶与海洋工程学科教学注重的力学基础和设计原理，海洋机器人技术研发更多关注导航与控制、通信技术、智能化发展等方向。由于本科阶段船舶与海洋工程专业的培养目标和海洋机器人领域的实际人才需求有一定差异，导致了船舶与海洋工程本科毕业生不能立即投入到海洋机器人核心技术的研发之中，这造成了船舶与海洋工程本科毕业生竞争力与专业技术能力不足的问题。然而构建双循环新发展格局要求海洋机器人研发机构拥有自身核心技术以增加国内、国际两个市场的竞争力，因此船舶与海洋工程学科需要进行相应的教学改革、增设相关核心技术课程，以提高毕业生核心技术的竞争能力，适应海洋机器人领域的需求。

目前船舶与海洋工程专业在海洋机器人领域教育教学中出现了上述问题，以致无法适应构建双循环新发展格局背景下的教学新需求。为解决这些问题并进一步拓展传统船舶与海洋工程学科领域的教学内容，哈尔滨工程大学依托水下机器人技术国防科技重点实验室的海洋机器人领域优势资源，建立了我国首个海洋机器人专业，在构建双循环新发展格局背景下进行了诸多教学改革探索与实践。

二、海洋机器人专业教改探索与实践

海洋机器人属于机器人和船舶与海洋工程的交叉学科，涉及机器人技术中的运动控制、环境感知、人工智能、通信和导航等学科及前沿技术和船舶与海洋工程的结构物设计、流体力学、操纵性、动力与推进等传统课程的交叉融合。学生为了适应构建双循环新发展格局的时代发展需要，在未来从事海洋机器人的相关工作中不仅需要学习传统的船舶专业基础课程，还要掌握机器人领域的相关知识，最终实现知识的交叉融合和交互运用。因此海洋机器人专业是船海技术进一步深入发展和高度分化的需要，同时海洋机器人专业教学也要适应新时代的需要。针对这些问题，哈尔滨工程大学海洋机器人专业探索出如图2所示的教学改革方案并进行了广泛的实践。

1.增加专业化的创业辅导，鼓励学生参与创业比赛以提升挖掘国内海洋机器人市场应用潜力的能力。采用创业引领融入课堂教学的方式，在海洋机器人专业知识传授的过程中有意识地引导学生分析使用海洋机器人进行作业的优势、思考新的海洋机器人的应用场景、推广海洋机器人的应用领域，以此来培养学生发现海洋机器人市场潜力的能力。加强创业辅导与培训，建立并鼓励学生参与创业类社团，让学生在创业实践中了解海洋机器人的应用现状与市场需求，培养学生主动发掘海洋机器人应用场景的兴趣与能力，并组织专业教师开展海洋机器人创业相关技能培训，以保证学生具有科学的海洋机器人领域创业观与完备的知识体系支撑。鼓励海洋机器人专业学生参加创业类立项与比赛，提高学生对国内外海洋机器人应用市场的认识，用实践的方式增强学生的潜在市场发掘能力，以满足构建双循环新发展格局的内在需求。

2.优化学生培养方案，加强多学科交叉教学与创新培训，积极引导学生申报涉及多学科交叉的创新科研项目。结合新工科建设与构建双循环新发展格局的具体要求，对培养方案进行优化以适应新的需求，教学内容上保留了海洋机器人所需的水动力基础、结构设计原理等船舶与海洋工程学科核心课程，并加入了计算机科学与技术、控制科学与工程等学科的专业课程，从知识体系上为学生的多学科交叉创新提供了基本保障。在教学过程中引导学生注重学科交叉，充分利用各学科知识与创新方法解决海洋机器人领域实际问题，通过多元化的教学内容与授课方式让学生具备海洋机器人领域多学科交叉背景下的创新能力。引导学生参与海洋机器人相关的多学科交叉创新科研项目，让学生在创新实践中掌握海洋机器人系统所涉及的各学科专业知识并进行融合创新，用实践提高学生在海洋机器人领域的创新能力。

3.在专业技术教学中强调创新比赛对提高学生专业素质的重要性，提升学生海洋机器人领域核心技术研发的竞争力。为学生搭建参与高水平海洋机器人相关赛事的平台，鼓励学生参与创新比赛，在实践中培养与检验专业素质能力与科技创新能力，不断深化对海洋机器人专业知识的理解，不断提高海洋机器人关键技术的研发能力。安排海洋机器人领域专业教师为参与创新比赛的学生进行专业化的辅导，及时解决学生在比赛中遇到的技术问题，针对共性问题积极安排统一辅导。通过参与海洋机器人创新比赛，让学生得到实际参与海洋机器人技术研发工作的机会，在实际动手实践的过程中发现自身知识体系或现有专业技术的短板，以实践的方式学习巩固海洋机器人领域核心技术。通过这种教学模式提高学生在海洋机器人领域的核心竞争力，便于学生毕业后能够立即投入海洋机器人核心技术的研发。

三、海洋机器人专业教学改革成效分析

经过近年海洋机器人教学改革的实践，通过优化专业知识教学体系与学生培养方案、增加创新创业相关辅导与培训、注重学生对核心理论的掌握与核心技术的应用，哈尔滨工程大学海洋机器人专业教学改革已经在挖掘国内市场潜力、发挥创新资源优势、提升核心技术竞争力等构建双循环新发展格局背景下的学生培养问题上取得了一定成效（见图3）。

1.在培养海洋机器人专业毕业生发掘市场潜力能力方面，已建立了相对完善的创业辅导机制，用优质的师资和一流的环境有力保障学生创业能力的培养，用参与创业比赛的方式让学生切实提高发现市场潜在需求、挖掘市场潜力的能力。在海洋机器人专业本科培养阶段，为学生提供了可供自主创业的平台并给予专业化的培训，让有意愿参与创业的学生都能在科学指导下了解国内外海洋机器人的市场现状、掌握行业发展动态、找出新的潜在需求。通过教学模式改革，海洋机器人专业毕业生能够具备发现市场潜力与商机的能力，满足构建双循环新发展格局的时代需求。

2.在培养海洋机器人专业毕业生发挥多学科交叉创新优势方面，已建立了体系合理、内容多元的本科生培养方案。海洋机器人专业教学融合船舶与海洋工程、计算机科学与技术、控制科学与工程等学科的核心课程，拓展了学生的知识体系，并为学生多学科交叉创新提供了坚实的专业技术基础。通过课上专业知识教学与课下创新比赛辅导相结合的方式，为学生搭建了海洋机器人领域理论创新与实践检验的平台。教学与培训内容均以海洋机器人前沿高新技术为主，用教学过程中的创新引领培养学生利用多学科知识进行创新的意识与能力，用创新比赛中的辅导与培训引导学生将理论创新应用于实践，塑造构建双循环新发展格局下的创新型人才。

3.在提高海洋机器人专业毕业生核心技术竞争力方面，海洋机器人专业学生广泛参与海洋航行器设计与制作大赛、TRIZ杯大学生创新方法大赛等国内一流比赛并且获得众多奖项。在为学生提供科学的培养方案的基础上，为学生创造了大量的以海洋机器人相关比赛为基础的专业核心技术实践学习机会。通过鼓励参与海洋机器人相关比赛的方式，学生得以在创新比赛这一载体中磨炼专业技术，提高核心竞争力，并对海洋机器人相关知识产生更为深刻的理解。这种教学方式能够为学生毕业后立即从事海洋机器人核心研发岗位、进行关键技术攻关、提高核心技术水平进而助力构建双循环新发展格局打下坚实的技术基础。

结语

海洋机器人专业是船舶与海洋工程学科向高端制造业分化发展的方向之一，鉴于船舶工业在国民经济中的重要地位，海洋机器人专业的发展势必会进一步助力构建双循环新发展格局背景下我国经济的发展，因此海洋机器人专业的人才培养变得尤为重要。哈尔滨工程大学依靠自身船海领域的资源优势和水下机器人技术国防科技重点实验室的优质师资为提高海洋机器人专业学生挖掘国内市场潜力、发挥创新资源优势、提升核心技术竞争力等能力进行了一系列教学改革，通过优化学生培养方案、增加创新创业培训、注重专业核心技术理论与实践等方式，取得了有利于构建双循环新发展格局的阶段性教改成效。教改探索与实践的结果表明学生的海洋机器人专业技术与创新创业能力得到明显提高，这些都有益于学生毕业后发现海洋机器人市场潜在商机、发挥多学科交叉创新优势和具备核心技术竞争力等能力的培养，进而助力构建双循环新发展格局背景下实现建设海洋强国的时代使命。