面向智能航海方向的复合型人才实践教学改革

吴博，徐言民，严庆新，胡清波

(1.武汉理工大学，武汉 430063； 2.内河航运技术湖北省重点实验室，武汉 430063)

一、引言

近年来，随着物联网、大数据、人工智能、5G等科技的不断发展，人类社会正由信息时代迈向智能时代，未来智能船舶技术将成为全球航运业发展的必然趋势。全球多个国家正在积极推动智能航海的研究，并逐步进行无人自主船运行测试。2019年12月15日，我国自主研发的首艘具备自主航行功能的“筋斗云0”号小型无人货船首航仪式在珠海东澳岛举行[1]；Rolls-Royce计划在2020年实现无人货船沿海水域运营，到2025年建成世界上第一艘集自主运营、服务、智能航行为一体的船舶生态系统[2]。船舶智能化在引领未来航海发展方向的同时，也给船员所需的知识、技能及能力提出了新的要求。依据以往船舶行业发展需求，船员在实际工作前需具备一定甲板实践经验与技能，这些经验与技能包括对航海仪器设备的正确使用、航海航行技能的有效应用等。但随着5G技术的兴起，人工智能、工业互联网的发展，传统船舶行业向网络化、数字化、智能化方向发展，未来船舶行业对于船员的实践经验、技术技能、知识结构体系要求也将随之改变。这种工作方式的转变、模式的重塑，促使船员需具备新的航海实践技能，以适应新业态、新环境。

为了培养面向智能航海方向具备学术创新研究能力和实际工程应用能力的复合型人才，传统的航海实践教学模式亟待改革与创新。国内外一些专家学者围绕智能航运发展背景下复合型人才培养提出了建议。世界海事大学学者[3]围绕未来海事管理的变化趋势，提出了航海类人才培养的要求；滕英祥[3]建议在航海实践教学过程中利用信息化资源手段进行教学,提升人才培养成效；张进峰等[4]针对未来无人船舶对航海技术人才培养的需求，提出“航海 + 信息”人才培养理念；马强等[5]从人才培养模式、培养体系及教学方法等方面，探索面向智能船舶的复合型航海类人才培养模式；李法金[6]针对实践教学资源不足等因素提出高校航海实践教学创新措施；马建文等[7]提出以多学科融合交叉、“五融合”人才培养模式等为核心的人才培养机制。

本文在智能航海发展背景下，从新时代复合型船员实践技能培养着手，围绕发展新趋势、行业新动态、市场新需求，对复合型高端航海人才的实践教学方式和方法进行探讨。

二、智能航海方向实践教学的功能及作用

与其他学科不同，航海学科是一门具有较强实践操作性的综合性学科。通过实践教学，学生可以逐步提升对于航海学科的正确认识，也可将理论知识与实际工作有机地结合在一起，更好地搭建航海知识体系，提高相应的工作能力。但是在科技发展日新月异的今天，以往的实践教学目标和教学模式与智能航海时代的人才技能需求不相适应。未来，船员职业最直观的变化将体现在工作地点和工作方式上[9]：传统背景下船员直接操控船舶；而在智能航海时代，智能船舶具备自动化流程和辅助决策支持功能，船员的工作可能不再与船舶直接接触，这种情况下反而要求船员必须掌握更为广泛的理论知识与实践技能。传统航海背景下船员可以通过实际船上工作进而丰富实践经验，船员只需熟练掌握其所对应的职务工作即可。未来智能航海背景下，在船舶实现远程控制初期仅需少量船员随船实施监控和应急处置的阶段，船员还需要掌握船舶驾驶技能和自主航行系统的使用技术；而在船舶完全实现远程操控进入无人船的发展阶段，航海船员需要掌握远程操控船舶的实践技能，同时还需要熟悉船舶系统运维、船舶航保、智能航运服务、船舶智能监管等多方面的技能和知识，明确船舶航行中的操纵、监管、维保、服务等过程。为了更好地胜任相应的职责，安全可靠地完成相应的工作任务，船员更需要在实际工作前通过实践训练有针对性地完成多场景、多目标的工作任务，进而更好地适应智能航海模式。

因此基于面向智能航海的人才培养需求，提高实践教学效果，创新实践教学模式，改革实践教学体系，已是航海教育发展的必然趋势。掌握必要的智能船舶的实践经验与技能，不仅是对船员工作负责，更是对航运安全负责。

三、面向智能航海方向实践教学改革设计

面向智能航海方向的实践教学改革主要针对实践教学课程体系、实践教学模式、实践教学开展途径、实践教学考核机制以及实践教学队伍建设等五个方面进行，其整体框架如图1所示。

图1 面向智能航海方向的实践教学改革设计

1.实践教学课程体系

为适应智能航海的发展，培养学生的综合能力，航海实践教学体系需要由传统的实践教学课程设计向新理念、新途径的实践教学课程设计转变。体系的转变需要考虑实践教学整体架构，也需要满足和适应智能航海的发展需求。在面向智能航海方向新工科的建设过程中，需要总结以往航海实践教学中的专业优势和目前发展瓶颈，有效促进多学科教学相融合，优化和完善实践教学体系，并以智能航海发展为核心，整体和系统性地进行实践教学课程体系设计、教学内容搭建。

智能航海背景下，实践教学主要从航海基础实践和相关学科实践两个方向入手进行培养，相关课程体系如图2所示。在教学过程中，以智能航海相关的学科前沿、企业发展需求为目标点，动态更新教学内容，同时以航海系列理论课程为抓手，着力打造理论与实践综合创新教学模式，改善教学效果，为培养复合型航海人才奠定基础。

图2 面向智能航海方向的实践教学课程体系设计

2.实践教学模式

(1)多学科交叉融合实践教学模式

传统的航海学科实践教学，多围绕航海学科范围内的知识、技能进行讲授，但在未来智能航海时代，这些培养内容不能完全满足发展需求。未来智能航海人才培养，应融会多学科实践知识与技能。智能航海背景下，更强调船员需要具备技术研发、技术创新、技术应用以及综合管理于一体的综合实践技术能力，为此，在实践技能的培养过程中，需要将交通运输、船舶与海洋工程、计算机、通信工程、材料工程等多学科实践内容进行交叉融合[10]。

面向智能航海方向实践教学开展过程中，以智能航海基础实践教学内容为主，相关学科实践教学协同，建立以船舶智能航行、船舶运维和航保、船舶智能监管和智能航运服务为中心的综合实践教学模式，如图3所示。

以武汉理工大学为例，以智能船舶领域发展为核心，为了有效促进多学科交叉融合，进行理论与实践教学改革创新，形成航运、交通、能动、物流、材料等学院组成的交通与船舶海洋工程学部，使得学科属性相近的学院以及不同学部之间学科深度交叉融合。

图3 多学科交叉融合实践教学模式

(2)面向需求的实践教学模式

在学生实践教学培养过程中，探索开展面向需求、以学生为主导的实践教学模式。智能航海背景下的实践教学过程中，学生可根据专业特点、相关学科、行业发展情况及研究兴趣，自行提出科学实践问题，经教师有效评估后确立；或依托教师的科研项目及相关企业实际需求设立实践问题，供学生选择解决。

基于相近的研究方向或研究问题，学生可自由组合形成2～3个实践课程团队，选举其中成员担任团队负责人，团队协作发挥集体智慧自行解决问题。这种方式可促使具有相同兴趣的成员通过协同合作完成任务，也可以提升学生实践研究的积极性、创新性以及协同合作能力。

3.实践教学开展方式

(1)基于虚拟仿真技术(VR)的场景化任务课程构建

基于虚拟仿真技术建立智能船舶模型、船舶航行环境模型等，使学生无需上船便可了解掌握船舶实时航行动态。根据实践教学内容，面向智能航海工作需求，设置智能船舶航行情景、智能船舶航行任务，并以航行日常工作、航行故障应急处理、航行监督管理等几个模块为核心，创建智能船舶虚拟航行实践课程。可通过VR设备或模拟器设备，在不同的航行环境下、不同任务目标驱使下，进行多渠道、多方式的实践训练，提高学生未来工作的适应性及应变能力。

(2)基于“互联网+”在线实践课程构建

为实现多学科教学资源整合，破除因时间、空间等因素限制造成的资源无法有效共享，开展在线课程，能够有效提高资源整合与学科共享。理论课程线上授课，可以通过网络平台讲解理论知识，并且可以充分利用众多网课平台提供的讨论区、课堂测验区完成与学生的互动和检测学生的学习效果。但是，实践课程线上授课与理论课程线上授课有很大的区别，因为实践课程是为培养学生的实际思考、操作、动手能力，需要学生理解知识点后，通过相关的设备、软硬件设施等实际操作训练达到熟练掌握程度，因此开展“互联网+”在线实践课程需要应用新的方式和方法，即“线上+线下”的实践教学课程开展方式。

线上实践课程主要面向不同年级、不同专业的学生进行实践基础理论学习，运用包括课件、视频、电子教材等方式进行讲解，并通过分区讨论、网上测试等对学习内容进行巩固，随后在虚拟仿真实验平台或仿真软件上进行线上仿真实践训练。采用这种方式消除了因教学场地、教学时间等因素造成的无法集中上课的限制。线上学习结束后，针对不同实践项目组建团队，分时段、分目标进行线下实践操作，进而提高学习效率，增强教学效果。

目前，我国正处于抗疫关键时期，各校采取“停课不停学”的政策，运用基于“互联网+”在线实践教学的方式，学生在返校前进行线上学习，返校后进行现场实践实操，可以很好地解决特殊时期的实践教学难题，后期也会成为我国教育发展的一种新趋势。

4.实践教学考核机制

随着航海领域新技术、新业态、新模式的快速发展，应建立动态的实践教学评价考核机制，以提高学生的参与度与创新意识和能力。改革以往以评估考试等作为唯一的考核方式的做法，根据学生培养方向的不同，制定以学生创新能力、协同作业能力、团队合作能力等为核心的实践教学考核机制，并辅以随时间和发展趋势可动态调节的考核要求、考核权重考核内容及考核方式，让学生学以致用，实现智能航海背景下复合型人才的有效培养，如图4所示。例如，在实践教学考核过程中，学生如果参加专业竞赛，可将参赛贡献程度和竞赛成绩折算为实践课程最终考核的部分成绩，给予参赛学生灵活性的考核计分。用这种方式可以鼓励和引导学生积极参加专业竞赛等活动，在实践研究的过程中不断提高自身的学习能力和创新能力。

5.教师队伍建设

智能航海趋势下的航海综合实践教学，需要更多的复合型教师提供教学支撑。复合型教师需要将航海与轮机、通信、计算机、物流等专业相结合，同时要掌握实训理论知识、实践操作技能等。复合型教师队伍建设可通过引进其他非航海类专业的高水平的教师，为其补充学习航海类专业知识，或本专业教师辅以增强相近其他专业相关知识等方式来实现。

同时，根据智能航海发展方向及发展需求，组建智能航海实践教学团队，由航海方向专业教师以及相近领域专业教师组成，实现学科差异化互补。此外，也可以聘请企业导师为兼职教师到校授课，作为智能航海实践教学团队师资队伍的重要补充。

图4 实践课程考核机制改革措施

四、结语

世界航运领域正由传统航海向智能航海转变，传统的航海实践教学体系、模式需要重新定位。如何培养适应未来发展的具有综合实践技能和理论知识的航海人才是目前亟待解决的问题。本文从面向智能航海的复合型人才培养需求分析入手，改革和创新实践教学体系、模式、开展途径等。后期，针对智能航海发展的不同阶段及需求提出动态适应性实践教学方案建设策略，进一步促进智能航海背景下的实践教学发展。