新工科背景下“电子海图显示与信息系统”课程教学改革

孙珽，徐东星，卓永强

(1.广东海洋大学 海运学院，广东 湛江 524088 ；2.上海海事大学 商船学院，上海 201306)

一、引言

2017年2月以来，教育部提出并积极推进高等教育新工科建设，先后形成了新工科建设的“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”。新工科建设对于高等工程教育提出了新的要求，根据产业需求进行专业建设，构建工科专业新结构，针对未来专业发展进行课程结构优化[1-2]。一个学科的建设和发展必须考虑技术和产业发展带来的影响。在新工科的背景下，基于未来船舶智能化、无人化的发展趋势，航海高等教育必须面向行业的变化做出自身的调整，在这个背景的驱动下，航海高等教育在培养模式、教学方式和教学内容等方面都需要顺应时代的发展，做出相应的改变，从而建设发展基于航海新工科背景和智能航海新业态的航海类专业。

目前我国传统航海工科教育课程体系与教学内容主要依据STCW公约马尼拉修正案等国际公约，以培养适合各种水域航行的无限航区船员为目标，教学内容局限于参加国家船员适任证书考试。随着国际海事组织(IMO)E-Navigation和国家新工科建设的提出，传统教育方法和内容与智能航海新模式已经不相适应，因此作为高等航海教育者必须从航海新工科专业建设角度出发，对航海技术专业课程的教学内容进行优选，使得课程内容立足传统航海工程基础，结合人工智能、无人船舶等多学科、多方向，从而培养出符合新工科建设要求，面向智能航海时代的高素质航海技术人才[3]。

电子海图显示与信息系统(以下简称ECDIS)被认为是船舶导航领域继雷达之后的又一项伟大的航海技术革命。ECDIS能够融合各种航海设备信息，接收各种设备传感器数据并在电子海图数据的基础上进行处理，从而减轻航海人员的工作负担，促进航行安全。多功能电子海图显示与信息系统对于保证船舶航行安全所起的重要作用也已经得到国际海事组织(IMO)、国际水道测量组织(IHO)以及众多航海专家的认可，熟练运用ECDIS是航海人员的一项必备技能。STCW公约马尼拉修正案也首次将ECDIS列入强制培训的范围。

ECDIS课程作为一门相对开课时间较短的专业课，更易摆脱旧的教学模式，探索教学改革的新方向，因此本文以ECDIS课程为例，探索新工科背景下的课程教学改革。

二、课程教学现状

1.部分教学内容理论性较强

目前的ECDIS课程为了满足STCW公约马尼拉修正案要求，课程内容中涉及大量ECDIS基础理论、国际标准和数据显示等理论知识。学生对这部分内容感性认识较少，在学习时往往感觉枯燥难懂，因此，对于这部分内容的理解相当肤浅，无法形成系统扎实的理论基础，不利于他们今后操作ECDIS和利用ECDIS进行进一步的开发。

2.实践内容教学偏向应试

目前的ECDIS实践课程内容设计主要针对船员适任证书评估考核，实践教学内容以应对海船船员适任评估考核为主。而船员适任证书的评估考核主要是考核面板、软件界面的操作以及ECDIS的风险识别，这些教学内容对于本科生来说过于简单、单一。当前市场上ECDIS品牌和型号种类繁多，而普通教学机构的ECDIS模拟器大都是单一品牌的，学生无法全面理解不同品牌和型号设备的异同，也不能充分理解ECDIS软件功能设计的初衷，学习深度难以达到新工科对本科航海专业人才的要求。

3.ECDIS教学模式过于单一

目前ECDIS教学往往基于课堂的理论灌输，以教师为主导的教学模式与教学方法依然占据课堂教学的主流地位，导致教学过程单一、枯燥，教学氛围沉闷，学生的自主思考时间较短，学生在学习过程中处于被动接受的位置。对于新工科建设背景下的面向未来智能航海的本科航海技术人才，除了需要掌握良好的航海技能外，还要有丰富的信息处理能力，能更好地利用智能设备操控船舶，保障船舶航行安全。

比如，STCW公约马尼拉修正案关于500总吨或以上船舶负责航行值班的高级船员的最低适任标准中，要求船员具备“全面理解电子导航图ENC数据、数据精度、呈现规则、显示选择和其他海图数据格式”的能力[4]。而在ECDIS的实际教学过程中，对于如何理解数据有不同的观点：是要求学生理解数据产生的过程和数据结构、数据类型，还是要求学生理解数据的表层含义而不会产生数据信息的误判？

笔者认为，底层数据的分析和处理就是为航海专业学生打开一扇信息处理的大门。因此， 对于上述STCW公约马尼拉修正案所要求的能力应解释为“理解数据产生过程和数据结构、类型”。当前的传统教学模式对于这方面能力的培养仅仅通过课堂灌输，培养方法过于单一。而数据结构这部分受到ECDIS课程课时限制，在课堂上很难讲得全面透彻，单一的教学模式很难满足人才培养的要求，特别对于偏重于学术研究的学生，这种教学方式更显不足。

总之，现有的ECDIS课程教学与基于新工科背景下的航海专业人才培养有一定的差距，因此在新工科建设的背景下，应改革课程内容、教学方式和手段，以达到新工科对高素质的航海人才的培养要求。

三、课程教学模式改革措施

1.学习思维的改变

现代科技的发展需要人们的探索、合作，作为面向未来的工科教育，应该改变传统的灌输式的教学模式，充分体现“新工科航海”中的智能化。在理论教学改革中，尝试使用ECDIS模拟软件，针对学生难以有感性认识的ECDIS软件操作进行模拟演示，改变固有思维，培养学生利用新的航海助航设备保障航行。如在航线设计方面，传统纸质海图的航线设计往往依靠一大堆航线设计参考书籍、航用海图和平行尺、分规等作图工具，而在ECDIS教学中，将航线设计中的航线绘制部分的教学思路归结为针对航线转向点的操作，整体航线的绘制由画线变成画点，这样能大幅减轻航海人员航线设计作图的工作强度。在课程教学中，用模拟软件的实操教学改变航线设计思路，让学生由线变点去考虑航线设计的注意事项，并且采用软件演示操作，使学生明确ECDIS航线设计的各种注意事项。对于航海图书资料的查阅分析，由翻阅航海图书转变为利用电脑搜索。这种思路的转变会使学生对于航线设计有种豁然开朗的感觉，也会激发学生的学习热情。通过课程中类似的细微处改变，循序渐进地将智能化的思想灌输给学生，树立智能船舶的理念，促使他们积极参与新航海科技的学习和探讨。

2.教学方式的转化

在新工科背景下，教师应该在课堂通过合理引导激发学生进一步使用ECDIS智能海图的意愿，改变传统的教学方式，做到基于课堂、走出课堂，利用各种手段激发学生的创新思维。对于ECDIS教学，可以引导学生在课外多渠道地获取相关知识，以帮助他们理解课堂教学中的理论内容；课堂内基于自主学生的知识，通过小组合作、课堂讨论和头脑风暴等手段，促使学生对ECDIS发展产生自己的想法，提升其自主学习能力。[3]而这些手段需要教师做出有效的引导，并整合相关资源，通过创新教育指导一些自主学习能力强的学生，加强学术方向的培养，开展相关项目的研究，提升学生创新思维，促进教学相长。课堂内外加强师生沟通和促进有关ECDIS的观点碰撞，支持学生在ECDIS方向上针对船舶智能化的探讨和研究，根据ECDIS融合的各种航海传感器所获得的信息，进一步挖掘航海数据信息，激发学生船舶智能化、无人化航海的创新思路，为学生航海新工科背景下的专业发展打下坚实的基础。

3.充分发挥双师型教师作用

航海智能化、无人化已大势所趋，未来的航海人才不仅需要有扎实的航海技能，还需要有信息融合处理的能力。在新工科背景下，航海高等教育要顺应行业发展趋势。目前各航海院校都有相当比例的“双师型”教师，他们有丰富的船上实践经验和一定的跨学科综合知识储备，熟悉行业需求和发展趋势，了解智能船舶发展的不同阶段，具备相关技术和科研经验。学校应充分发挥双师型教师的优势，适应新工科课程教学的要求，对ECDIS课程结构做适当调整。在教学中基于IMO对于ECDIS的使用要求，讲解ECDIS的实践需求和产业发展趋势，在课程中增加对于这些趋势的探讨，进一步引导学生学习和研究ECDIS的应用。

在教学过程中，双师型教师基于丰富的航行经验，结合专业知识，特别是信息融合处理、通信技术、遇险报警和自主航行等方面的专业知识，以培养解决问题能力和科学思维为中心，以实际案例为引子，结合不同的思维方法，在ECDIS课程学习过程中重点培养学生分析实际问题与解决实际问题的能力，探讨ECDIS的应用方向，将理论知识融入实践中，真正培养学生的综合素质和专业能力。

四、结语

智能船舶是航海新工科重要的发展方向。在可预见的未来，智能船舶甚至无人船舶将大行其道。航海教育要考虑到智能船舶的发展将会促使现有国际公约、航运规则发生变化，而且对航海人才的知识结构、岗位职责等都将产生深远的影响。

针对目前ECDIS理论教学，本文围绕新工科背景下ECDIS课程建设过程中的问题，从教学模式和教学内容等方面进行深入研究，最终建立凸显新工科教学的课程框架，完善ECDIS课程教学内容，提升学生的动手能力和思维能力。在智能化船舶发展的大趋势下，启发学生运用ECDIS工具进行智能船舶方向的开发，增强学生在智能航海方向的研究竞争力。在ECDIS教学改革中不仅要拓展学生的知识面，而且通过教学方式的改变进一步强化ECDIS的专业技能训练功能，使学生有较强的动手能力和思维能力。基于新工科背景下ECDIS的课程改革，将促使ECDIS具有更广泛的应用场景，学生通过学习能够有更强的适应能力，能够熟练运用ECDIS，更进一步能提出提升ECDIS功能的想法甚至付诸实践，从而凸显新工科的教育重点。航海教育工作者应进一步探究“新工科”背景下航海专业技术专业课程的发展思路，进一步提升航海技术专业的新工科属性，在专业人才培养过程中注入更多的智能化、信息化元素，以积极应对智能航海对航海技术人才在知识和能力结构上的需求。