新工科理念下船舶与海洋工程卓越人才培养体系研究

余 杨，李 焱，段庆昊

（天津大学建筑工程学院，天津300350）

目前智能技术的变革深刻地影响了许多行业，随着大数据技术、人工智能技术的发展，作为传统行业的船舶与海洋工程设计、制造亟待升级。基于新工科理念，对于船舶与海洋工程领域的人才培养体系也应随着智能技术的发展调整，涉及航母、战斗舰、南海开发装备，这种人才唯有我们自己培养，装备唯有我们自己设计建造，国家安全发展才能有保证。习近平总书记在2018年召开的两院院士大会上指出，硬实力、软实力，归根到底要靠人才实力。当前，我国高水平创新人才仍然不足，特别是科技领军人才匮乏。培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和创新团队的要求具有很强现实意义[1]。

船舶与海洋工程专业服务于国家安全与海洋资源开发战略需求，建立强大海军，涉及航空母舰、战斗舰艇、潜艇等大型舰船以及南海、东海装备的研发、设计和制造等领域，在保障国家安全、确保国家能源安全和维护国家海洋权益等方面起着非常重要的作用。在新工科建设的背景下，需要瞄准国际前沿，研究国内外船舶与海洋工程领域发展需求，制定人才培养目标和标准，完善卓越领军人才培养体系。根据国家未来发展需要，应结合前沿科技开设对应的课程，为智能化船舶与海洋工程领域培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越人才。

一、人工智能在船舶与海洋工程中的应用

互联网+、数字孪生、智能制造、物联网等计算机信息技术的发展影响了许多行业。海洋与船舶工程是一个传统行业，其具有海量的数据量，人工智能与大数据应用必将促进该行业的发展和变革。

20世纪90年代以来，中国船舶与海洋工程行业以零基础起步，到2006年，中国超越日本成为世界手持订单量第二名的国家。中国造船行业不断淘汰落后产能，开发新型船舶，大力为中国海军和南海、东海油气、矿产资源开发服务，形成了以中船集团、中海油、中石油、中石化为代表的世界500强船舶与海洋装备制造企业，中国船舶工业订单居全球第一。然而，该行业则是中国工业4.0改革的难点区：工业1.0、2.0、3.0和4.0的制造模式在船厂并存，若不能快速转型为工业4.0，将无法满足国家要求，尤其是航母、战斗舰艇、潜艇等军用船都是创新性设计和制造。

船舶与海洋工程的设计、建造、运行（生产）是船舶与海洋工程结构物全生命周期的3个阶段，在这3个阶段引入人工智能技术、大数据技术、数字孪生，实现设计智能化、建造智能化、运行（营）智能化，对复合型高层次工程技术人才的培养提出了更高的要求。

当前船舶与海洋工程行业中已经有一批设计师、学者、工程师开始尝试利用大数据与人工智能技术，来解决该行业遇到的一些问题。同时我们也发现，船舶工程属于超大型复杂工程，由于其自身数据量大（海量的航海数据、船型数据、海洋环境、物流数据等），船舶设计与制造需要自动化、机械、计算机等专业领域的人员共同参加才能完成。目前大数据与人工智能技术在自动化、机械、计算机等领域的应用已经较为成熟，因此，大数据与人工智能技术在船舶工程中的应用较为广泛，而在海洋工程领域，在海洋结构物设计、建造、施工等的应用还相对较少。海洋油气平台设施及运行涉及石油领域，目前，石油开采、勘测以及石油平台的运营等经过大力发展，已经逐渐在海洋石油勘探、海洋平台运营等方面采用大数据、数字孪生和人工智能技术。

二、新工科理念下船舶与海洋工程专业领军人才的培养方式与目标

“新工科”建设行动路线（“天大行动”）指出，要主动谋划新兴工科专业建设，大力发展大数据、云计算、物联网应用、人工智能、虚拟现实、基因工程、核技术等新技术和智能制造、集成电路、海洋装备（航空母舰）、生物医药、新材料等新产业相关的新兴工科专业和特色专业集群。其中，人工智能作为第四次工业革命的重要标志之一，已进入与产业深度融合发展新阶段。高校作为行业领军人才的培育基地，更应前瞻性地将人工智能应用于新工科专业建设人才培养体系中，不断推动人工智能与传统优势工科专业的交叉、融合，推动传统优势工科专业的升级改造，培养世界一流的卓越工程人才。

天津大学致力于在新工科理念下，工程创新人才培养模式的探索[2-4]。通过发放10 000余份调查问卷，召开15次专家会，在广泛调研国内外专家、用人单位、教师、学生对未来创新人才特征理解的基础上，分析社会在未来5～30年对创新人才的需求，结合新工科建设的行动路线，提出了新工科建设下船舶与海洋工程领军人才培养目标，即造就具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的领军人才，该人才培养标准包含品德素质、心理素质、能力、知识4个维度，28个要素，即“领军工程创新人才培养标准”，如图1所示。

三、船舶与海洋工程专业领军人才培养方式与培养体系

1.“本-硕-博”贯通式船舶与海洋工程专业领军人才培养模式

根据新工科建设行动路线[5-6]，天津大学船舶与海洋工程专业结合自身优势，创新地提出了一套“本-硕-博”贯通式培养模式，培养品德和心理综合素质高、基础理论厚、创新能力强的行业领军人才。该模式共分为5个阶段，如表1所示。

各阶段的任务及培养方式特点如下。第一阶段专业认识，使学生充分认识本专业的现状和国家未来需求，并使其产生浓厚兴趣，不断增强学习动力，加强基础知识学习。学生要对本专业国内外现状和未来发展趋势有深刻认识，做好本科、硕士、博士和人生规划，在前两年完成全部基础课程学习，做好本专业世界最好的创新研究设计基础能力训练。此阶段将实行完全学分制培养，允许学生在全校范围内选课，满足学生个性化发展的需要。第二阶段，专业学习和设计研究打基础阶段。学生学习专业类课程并同时进行科研训练，可以将学生送往中国舰船研究院及其701-760研究所、中海油研究总院、江南造船集团公司等合作单位进行学习交流，培养交流能力、强化专业兴趣和学习动力。第三阶段完成本科课程，通过答辩。第四阶段开展硕士、博士阶段课程学习。第五阶段进入科研和实践，学生在校内科研组或到国防和海洋装备协同育人科研院所系统开展国家级和省部级科学研究，利用3～5.5年时间在科研上取得较大突破，成为国内外相关设计科研领域具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的领军人才。

2.“本-硕-博”贯通式船舶与海洋工程专业卓越人才培养体系

以“注重基础，强化实践，拓展视野，引领未来”为理念，构建人才培养方式，将思政教育贯穿各门课程和培养全过程，构建具备“品德素质、心理素质、能力、知识”的卓越人才培养体系，建立知识优化、情商培育以及能力提升三大培养系统。

在知识优化系统方面，加强品德素质和心理素质培养，强化数理与专业基础，打造跨学科基础平台课；设置主干清晰的专业课；设定研修与创新学分；构建信息技术课程组；建立人文、社科课程体系和以基本-综合-研究创新为核心的实践课程体系。采用启发式、研究式、案例式等教学模式[7]。公共基础课中实施辅导式教学；部分专业课程中采取“翻转课堂”、基于问题学习等形式；实践阶段性、多元化考核方式。建立高校主导，政府、企业、科研机构参与的协同育人平台。组建专业教学指导委员会和督导委员会，从顶层设计到评价反馈，全程参与工程领军人才培养。建立科学规范的教学评价体系，对教学工作全过程、全方位实行全员参与、校内外结合的综合评价。将评价信息及时反馈给教师、学生，不断改进教学方式、提高学习效果。

在情商培育系统方面，提出了“三观”塑造计划和心理健康计划，如“名师导航”，邀请知名行业专家举办讲座，帮助学生坚定理想信念；“国情认知”，通过形势与政策课程、国际形势报告会等，激发报国热情；“诚信养成”，开设诚信教育必修课，制定《诚信条例》，建立诚信档案。建立学生个人成长档案，作为成长评估、自我提高的依据；建立“校-院-班”三级心理健康辅导机制；开展“起航磨砺”强身健体活动，将长跑列为必修环节。

在能力提升系统方面，从学分认定、条件保障等全力推动学生创新实践；创办“求索科技创新”活动，设立多学科交叉与融合的创新项目，建立创业实践平台。介绍领导力知识，建立“专题论坛”交流学习心得；领导意识培养，设立“学长辅导制”，培养团队精神和领导意识；行为实施，通过社团、竞赛、科研等实践，提升领导力。借鉴国际一流大学经验，不断完善培养方案；遴选国外视频课、教材或课件；制定境外课程学习、实践学分认定办法；开展“新型军用舰艇鉴赏”“时事论坛”“一带一路沿线国家分析”等活动[8]。

致力于培养学生的全球视野，积极与海外知名高校建立深入广泛的合作关系，开辟本科生国际交流与互访新渠道，拓展学生海外游学项目，组织更多的优秀学生赴哈佛大学、麻省理工学院等世界级名校以及密歇根安娜堡分校、挪威科技大学、葡萄牙里斯本科技大学等船舶与海洋工程领域世界一流学校开展本科生毕业设计、博士生联合培养等项目，带动我校毕业设计、学术论文、学术培养质量的大幅提升[8]。此外，努力增加国际留学生的数量，提升学科的核心竞争力，增强学校的国际影响力，提升我国工程教育的国际影响力和我国工程人才的国际竞争力。同时，培养一批认同中国文化、熟悉中国标准的工科留学生，多措并举，努力增加国际学历学位留学生数量，扩大招生规模。近年来船舶与海洋工程专业已培养了多名来自“一带一路沿线国家”的留学生，获得了留学生与该国相关部门的一致好评。另一方面，积极加强多语种授课的工作，为培养学生的国际化奠定坚实的基础，在专业课、核心课、创新课等课程中设立双语教学，让学生深入了解专业现状、未来发展以及科学难题，不断激发学生学习兴趣，解决国际留学生中文课程学习吃力问题，进一步提升国内学生自身外语水平。

3.新工科理念下船舶与海洋工程专业卓越人才培养体系智能化课程建设

天津大学船舶与海洋工程专业立足于新工科建设，准确把握工程教育发展规律和工程人才成长规律，推进“面向世界、面向未来、面向工程界”的新工科教育，全面落实“以学生为中心”“以学习成果为导向”“持续改进”的教育理念。

特别是近年来，大数据、数字孪生和人工智能等适应于工业4.0时代的智能化技术在船舶与海洋工程领域的逐步推广。作为距离产业最近的一类教育，本学科要密切产学合作，将学校的学科、科研优势和企业的真实情景、真实问题、真实项目等优势切实转化为新工科教育人才培养的优势，切实培养新工科人才解决问题的能力。

为此在学生培养计划中，专门设立了8学分的信息技术与跨学科课程，鼓励学生选择人工智能领域的跨学科课程，如Python基础编程、数据库设计、Matlab编程与使用、拓扑学、最优化理论、逻辑学等。同时，结合人工智能技术，在专业内部进行挖潜与知识体系升级，开设智能设计技术、舰船工程结构智能化仿真、现代军用船与武备新技术研究、船舶与海洋工程计算机辅助设计、水下噪声辨识理论与大数据分析、机器学习算法与应用、船舶与海洋装备智能监测与安全、智能船舶与海洋装备设计理论及应用等与智能化时代接轨的专业课程，供学生了解行业内的前沿技术。

四、船舶与海洋工程专业卓越人才培养体系实践成果

通过天津大学近年来的实践表明，船舶与海洋工程专业卓越人才培养体系成效卓著，累计培养国家“万人计划”教学名师1名，“973计划”首席科学家1名，省部级干部6人，厅局级干部80多人，国家杰青2人，长江学者2人，军队杰出人才2人，交通部杰出人才1人，获得国家科技奖有30人次以上。特别是近三年来，将船舶与海洋工程领军人才的培养体系融入新工科建设中，船舶与海洋工程专业人才培养质量不断提高，学生优良率提高62.7%，升学、出国、就业重点率达到92.3%，近年来本科成绩中下，甚至排名在最后几名的同学读博士不在少数，而且硕士、博士期间都展现很强的创新能力，发展良好。毕业生有多人从事国之重器、国之利器研发方面的领导、设计工作，为我国的国防和海洋强国战略作出贡献。

五、结论与展望

习近平总书记指出，综合国力竞争说到底是人才竞争。党的十九大报告提出，加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展。在新工科建设的大背景下，天津大学对船舶与海洋工程专业卓越人才的培养方式进行了探索，在结合智能化、大数据的背景下，提出了人才最佳成长的新目标和培养体系，并进行了改革实践，取得了卓越的成绩。但同样需要指出的是，目前新工科高校的建设工作尚处在起步阶段，在实践、教学、人才培养体系等方面还处在摸索的阶段。只有从顶层设计、政策制定、教学实践等多方面协同努力，顺应行业智能化发展的潮流[9]，才可以建立起更加可持续发展的人才培养体系，深入培育学生的品德素质、心理素质、能力、知识，并进一步提升学生的工程素养，使其真正成为满足行业及社会发展需求的、具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的船舶与海洋工程卓越人才。