船舶与海洋工程国家级实验教学示范中心实验教学方法的改革与创新

2018-05-21郭春雨

实验室研究与探索 2018年4期

孙聪，郭春雨，冯峰

(哈尔滨工程大学船舶工程学院船舶与海洋工程国家级实验教学示范中心，哈尔滨 150001)

0 引言

实验教学在高校创新性人才培养中有着举足轻重的地位[1-3]。教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》指出，应“创新教育教学方法，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学”[4]。为了提高教学质量，在进行教学内容和教学体系改革的同时，探索行之有效的实验教学方法也是必不可少的[5-8]。

船舶与海洋工程实验教学中心2009年被评为国家级实验教学示范中心。中心地处哈尔滨，远离船厂以及船舶设计单位，实习效果差；实验室大型设备与特种设备多，开展多班次大批量的本科实验教学极为不便；实验室科研项目多，科研任务重，科学研究与实验教学之间的关系难以平衡。因此，开展实验教学方法的改革与创新，已成为中心发展的必然选择。自成立以来，中心不断尝试实验教学新手段与新方法，经过多年的研究与探索，初步建立了较完善的实验教学体系，在实验教学方法的改革与创新上取得了显著的成效。

1 指导思想

中心按照“以通识教育为起点，以科学素质的培养为实验教学的主体内容，建立以学生为主体、以创新精神培养为核心”的实验教学模式，形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式；运用现代技术及先进的实验教学手段，提高教学效果；重视教学与科研相结合，有效地将科研成果转化为实验教学内容；在教学中因材施教，鼓励个性化发展，有利于拔尖学生脱颖而出；充分调动学生学习的主动性和积极性，把研究型教学的思想贯穿实验教学的始终。实验技术、教学方法和教学手段的改革都以此为指导而开展。

2 实验教学方法改革与创新

2.1 注重专业引导，拓展专业兴趣激发平台

我校有着悠久的历史，丰富的底蕴。中心通过组织学生参观“陈赓大将生平事迹展” “校史展厅”“大学生文化素质教育基地的爱国主义教育(海权、海上战争史)”“军工纪念馆”等激发学生的爱国主义以及对学校的热爱。

中心具有船舶和海洋工程专业特点，中心通过组织学生参观“十大名船展”“数字船舶博物馆”等，激发学生对船舶与海洋专业的热爱。

为了解决中心地处内陆，远离造船基地的实际难题，中心与国内外主要造船企业建立了人才培养及本科生参观实习协议，目前已经在大连船舶重工集团、沪东中华造船、上海外高桥造船有限公司、旅顺海军基地等建立24家实习实践培训参观基地，为学生到船厂、舰队的实习提供了条件保障(见图1)。

图1 船厂实习

2.2 自主开发实验教学装置

船舶与海洋工程科技水平的发展，对实验技术提出更高要求，中心致力于实验技术和实验方法的研究，开发新的实验教学设备与教学系统[9-10]。船模拖曳水池教师总结多年实验教学经验，自行研制了“缆拖式船模阻力试验方法研究”。该方法不依赖于大型水池拖车的船模阻力实验方法，可使这一传统实验大为简化，同时该实验方法的研制也增加了船模拖曳水池在船模阻力实验方法选择上的多样性(见图2)。

图2 自研实验教学装置

中心教师借助于多种手段开发试验结果显示系统，不仅更形象直观的显示了实验结果，更加深了学生对理论的理解。如中心在试验前通过ANSYS软件仿真方法给出结构整体的变形和应力云图，试验后让学生自行分析仿真结果与实验结果的差异及原因等；循环水槽在开展螺旋桨尾流场试验时，通过添加染料的方法显示螺旋桨周围流场，收到较好的效果(见图3)。

图3 螺旋桨尾流场效果

船模拖曳水池自行研制的直叶推进器水动力试验平台，利用伺服电机分别驱动叶片，程序闭环控制，实现变攻角的摆线运动。此项机构获国家发明专利。有2名学生利用直叶推进器水动力试验平台分别完成了各自的研究题目。另有1名学生利用此工作原理设计制作了连杆控制机构的水轮机，在“五四杯竞赛”中获校二等奖。

2.3 采用现代化技术，开展网络教学

船舶与海洋工程实验教学中心注重现代化教学技术在实验教学中的应用[11-12]，建设远程教学教室、视景仿真系统等现代化教学设施(见图4)。

利用教育部批复的“111创新引智基地”，中心建设了远程教学教室，美国休斯敦“能源谷”和远程教学教室德州农工大学的专家可以通过网络给学生上课，指导学生进行课题设计等。

图4 远程网络教室

数字化造船实验室教师经过多年研究，将虚拟仿真技术引入实验教学，自主开发了虚拟船厂仿真实验系统[13](见图5)，将船厂映射到计算机中，没有空间和时间的限制，可以任意到达复杂、危险的生产环境中进行参观和学习，解决了日常教学中缺少整体感官体验、船厂现场教学环境复杂危险、费用大成效低等问题，同时可大大提高学生的学习兴趣。

图5 虚拟船厂系统

2.4 发挥科研优势，科研成果反哺实验教学

近5年，中心承担包括国家自然科学基金、国家“863”、国家“973”、工信部高技术船舶、国防预研等国家重大课题及相关实验200余项，科研经费达2亿余元。在课堂教学中，中心教师注重将最新、最前沿的科研成果引入课堂，使得承担科研项目的教授能将科研的最新动向和发展引入到课堂教学中，同时也使学生增强对所学知识实际应用的理解。如基于“水兵模拟训练系统研制”科研项目的舰船操控模拟系统，可以开展水动力环境下船舶运动数学模型研究，对船舶操纵性能、船载设备性能等进行验证与分析，被应用于船舶与海洋工程虚拟仿真技术、船舶操纵与耐波性等课程，对学生了解船舶流体性能有很大帮助(见图6)。

图6 舰船操控模拟系统

中心教师充分发挥科研优势，开展研究型实验教学，充分调动学生的积极性，引导学生由被动接受走向主动学习，把研究型教学的思想贯穿各级实验教学的始终。例如中心在“基于MR的抗冲击隔离器研究”项目科研完成后，对原科研实验台稍加更改就变成了既完成冲击实验又可开展振动实验的综合实验平台，向本科生开放。这一措施就是将单台套大型设备以多个科研实验为载体转换成为本科教学服务(见图7)。

图7 平台加载系统

3 建设成效

中心通过不断总结教学方法与各类实验教学设备特点，自行研制了波流水槽、静力学水槽、三自由度适航仪、四自由度适航仪、重量重心调配器、天平标定架、船型检测平台、螺旋桨几何尺度检测仪、直叶推进器水动力试验平台、水轮机水动力试验平台、基于MR减振抗冲基座样机、大尺度船模遥控遥测试验平台等各类实验教学仪器设备，拓展实验教学方法，提高实验教学效率。

中心教师将先进科研成果与教学手段引入实验教学[14]，近年来，依托科研项目逐步研发了虚拟船厂仿真系统、舰船操控模拟系统、流体力学实验仿真系统、舰船舱室环境模拟系统、结构设计实验仿真系统、半潜平台动力定位仿真系统等一系列虚拟仿真教学系统，丰富实验教学内容，提高学生学习兴趣。2016年，中心被评为国家级虚拟仿真实验教学中心。

中心教师注重研究型实验教学[15]，引导学生参与科研实验项目，并将科研成果转化为学生科技创新作品，近5年，学生通过参与科研实验项目获科技创新国家级奖项110余项(见图8)。

图8 本科生参与中心的科研项目

4 结语

实验教学方法必须与时俱进，不断创新，才能有效激发学生学习的积极性，提升教学效果，提高教学质量。船舶与海洋工程国家级实验教学示范中心将继续围绕学校“培养具有坚定信念与创新精神，视野宽、基础厚、能力强、素质优的可靠有用之才”的培养目标[16]，依托船舶与海洋工程优势学科，不断探索与创新，开辟新的实验教学方法与教学手段，为我国国防工业、船舶工业和海洋开发等领域培养优秀拔尖的创新型可靠顶用人才。

参考文献(References)：

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