鄒麗　裴玉國(guó)　孫哲　孫鐵志

摘要：隨著我國(guó)“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，國(guó)家對(duì)發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)越來(lái)越重視，相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)船舶海洋工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提出了新的要求?！逗Ｑ蠊こ汰h(huán)境學(xué)》課程是一門(mén)船舶與海洋工程類(lèi)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)必修課，課程主要側(cè)重于工程實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其獨(dú)立處理、解決問(wèn)題的能力。文章針對(duì)這一課程教學(xué)存在的問(wèn)題和不足，在工程背景下對(duì)其課程教學(xué)模式進(jìn)行了研究，旨在為培養(yǎng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的高素質(zhì)應(yīng)用型人才提供借鑒。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才培養(yǎng);《海洋工程環(huán)境學(xué)》;工程背景;教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）13-0294-03

一、引言

隨著“海洋強(qiáng)國(guó)”上升為國(guó)家戰(zhàn)略以及“一帶一路”倡議的實(shí)施，我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，開(kāi)發(fā)利用海洋資源的活動(dòng)也不斷深入，所涉及的海洋工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)需要極強(qiáng)的工程理論基礎(chǔ)作為支撐，以保證實(shí)際工程施工的可行性、經(jīng)濟(jì)性和安全性[1]?！昂Ｑ髲?qiáng)國(guó)”需要海洋科學(xué)、海洋技術(shù)和海洋工程的協(xié)同發(fā)展作為支撐;海洋工程與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展戰(zhàn)略與發(fā)展方向?qū)Υ肮こ填?lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的要求[2]?！逗Ｑ蠊こ汰h(huán)境學(xué)》課程作為船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課程，是培養(yǎng)適應(yīng)海洋工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才、技術(shù)型人才和應(yīng)用型人才的基礎(chǔ)課程。傳統(tǒng)的《海洋工程環(huán)境學(xué)》課程在授課過(guò)程中偏向理論知識(shí)教學(xué)，存在學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、課程教學(xué)不能立足于工程實(shí)際等不足，很難滿(mǎn)足培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)的工程技術(shù)人才的需求。本文將探索《海洋工程環(huán)境學(xué)》課程的新教學(xué)模式，重點(diǎn)探討在工程應(yīng)用背景下，如何培養(yǎng)出可以解決實(shí)際問(wèn)題的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

二、理論聯(lián)系實(shí)際，緊密依托工程

（一）面向工程的《海洋工程環(huán)境學(xué)》

面向工程的海洋工程環(huán)境學(xué)，不同于海洋地質(zhì)學(xué)，也區(qū)別于海洋氣象學(xué)。海洋地質(zhì)學(xué)，是研究地殼被海水淹沒(méi)部分的物質(zhì)組成、地質(zhì)構(gòu)造和演化規(guī)律的學(xué)科，研究?jī)?nèi)容涉及海岸與海底的地形、海洋沉積物、洋底巖石、海底構(gòu)造、大洋地質(zhì)歷史和海底礦產(chǎn)資源等方面;海洋氣象學(xué)是大氣科學(xué)和海洋科學(xué)共同研究的領(lǐng)域，是研究海上大氣的物理信息，以及海洋與大氣相互作用規(guī)律的學(xué)科，研究?jī)?nèi)容涉及海洋與大氣之間的水分和熱量的交換，以及海洋對(duì)天氣和氣候變化的影響、海洋冰凍狀況等方面。相較于這兩門(mén)學(xué)科，海洋工程環(huán)境學(xué)是面向工程實(shí)際應(yīng)用的海洋學(xué)，是研究海洋工程與自然環(huán)境之間相互作用的一門(mén)學(xué)科，主要研究海洋中的結(jié)構(gòu)物于所在的海洋環(huán)境中所承受的來(lái)自波浪、海流、潮汐、風(fēng)以及海冰等海洋環(huán)境的載荷作用等方面。海洋工程環(huán)境中的各個(gè)載荷要素十分復(fù)雜又相互影響，對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)物的作用也十分復(fù)雜，面向工程的海洋環(huán)境學(xué)，是要通過(guò)研究各種環(huán)境要素本身的機(jī)理及其與海洋工程結(jié)構(gòu)物之間的作用，來(lái)指導(dǎo)海洋工程結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)與建造。

（二）課程內(nèi)容與船級(jí)社及行業(yè)規(guī)范的結(jié)合

船級(jí)社及行業(yè)規(guī)范是理論知識(shí)在工程應(yīng)用上最前沿、最直接的應(yīng)用。課程在講清理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，將著重探討海洋環(huán)境相關(guān)資料的整理與推算，并與規(guī)范相結(jié)合，緊密依托工程需求。如在對(duì)風(fēng)載荷的基本理論知識(shí)進(jìn)行講解后，將探討各國(guó)船級(jí)社對(duì)于設(shè)計(jì)風(fēng)速的不同設(shè)計(jì)要求、探討不同行業(yè)規(guī)范在作用風(fēng)壓、受風(fēng)構(gòu)件的正投影面積、構(gòu)件高度以及其形狀選擇上的不同。通過(guò)對(duì)不同規(guī)范中不同計(jì)算公式的對(duì)比與分析，在讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生了解不同規(guī)范對(duì)于理論知識(shí)的應(yīng)用。

（三）課程內(nèi)容引入實(shí)際工程

海洋工程環(huán)境學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，工程案例是一項(xiàng)不可缺少的教學(xué)材料[3]。通過(guò)大量工程實(shí)例穿插整個(gè)教學(xué)過(guò)程，最能吸引學(xué)生注意力，進(jìn)一步激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。課前查閱相關(guān)資料，準(zhǔn)備充分的工程實(shí)例，通過(guò)充分設(shè)計(jì)緊扣課程知識(shí)。課中將理論知識(shí)與工程實(shí)例結(jié)合，重點(diǎn)講述理論知識(shí)在工程實(shí)例中的應(yīng)用。課后通過(guò)布置相關(guān)工程的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生學(xué)以致用，理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步拓展所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在課程中針對(duì)我國(guó)自主攻克重大技術(shù)難題、取得的重大科技創(chuàng)新與突破的項(xiàng)目與實(shí)際工程，將結(jié)合課程內(nèi)容，層層深入，進(jìn)行多次、細(xì)致的講解，如我國(guó)首座自主設(shè)計(jì)、建造的第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)——“海洋石油981”平臺(tái);中國(guó)第一艘自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的載人潛水器——“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器以及我國(guó)唯一能在極地破冰前行的船只——“雪龍”號(hào)極地考察船等。除了上述工程實(shí)例外，工程事故案例也將列入課程內(nèi)容之中，通過(guò)工程事故使學(xué)生深感海洋環(huán)境中設(shè)計(jì)和校核工況這一關(guān)決不能放松，喚起學(xué)生的工程責(zé)任意識(shí)，不僅有助于學(xué)生更快理解理論知識(shí)，又能培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣和對(duì)具體問(wèn)題的分析能力。課程的結(jié)課考核方式為課程大作業(yè)，通過(guò)課程中理論知識(shí)的講述、工程實(shí)例的引入、深入學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)以及工程實(shí)例處理方法后，課程大作業(yè)以開(kāi)放式方式，引導(dǎo)學(xué)生在感興趣的實(shí)際工程問(wèn)題中自主選擇，自行分析，并進(jìn)行展示。

三、科研融入《海洋工程環(huán)境學(xué)》課程

海洋工程環(huán)境學(xué)課程內(nèi)容安排，依托于大連理工大學(xué)船舶工程學(xué)院多年授課積累的內(nèi)容編寫(xiě)的《海洋工程環(huán)境學(xué)》講義，但內(nèi)容并不局限于講義所涵蓋的范圍，還將著重把當(dāng)前科學(xué)研究?jī)?nèi)容作為課程理論知識(shí)點(diǎn)的補(bǔ)充內(nèi)容，從而提前培養(yǎng)本科生的科研素養(yǎng)，讓本科生提前體驗(yàn)學(xué)術(shù)研究氛圍，激發(fā)學(xué)生對(duì)進(jìn)一步深造的興趣。

（一）引入成熟、成功的科研研究成果

結(jié)合相應(yīng)的授課內(nèi)容，引入在學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)的并受到廣泛認(rèn)可的科研研究成果，以拓展學(xué)生視野。在海洋工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要統(tǒng)計(jì)各種海洋水文氣象的極值參數(shù)，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。例如，在海洋石油鉆井平臺(tái)和海港工程的設(shè)計(jì)中，均需計(jì)算多年一遇風(fēng)速、波高和波周期的極大值;在港灣的建設(shè)、碼頭的設(shè)計(jì)需要計(jì)算多年一遇的最高、最低水位;某些海洋工程設(shè)計(jì)也需要水溫最高、最低值、氣溫的統(tǒng)計(jì)計(jì)算等[4]。

目前，有關(guān)海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)建造規(guī)范明確規(guī)定了極端事件的概率，如百年一遇波浪，即該波浪的重現(xiàn)期為100年，通常，這一事件的出現(xiàn)概率僅為十億分之一，然而，計(jì)算表明，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)壽命為20年的結(jié)構(gòu)物，遭遇百年一遇的極端海況的概率可達(dá)18%。極端海況條件對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)至關(guān)重要，通過(guò)對(duì)目標(biāo)海域波浪運(yùn)動(dòng)合理有效的數(shù)值預(yù)報(bào)計(jì)算，給出該海域極限海況下的波浪參數(shù)，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮這些工況，才能在保證工程安全的前提下，降低實(shí)際成本。但事實(shí)上，海洋水文氣象觀測(cè)年份是有限的，目前，我國(guó)沿海海洋站一般只有二三十年，甚至一兩年的歷史資科，而工程上所需的多年一遇極值卻是一類(lèi)小概率事件，很少出現(xiàn)在有限的現(xiàn)有觀測(cè)記錄中。為了從現(xiàn)有實(shí)測(cè)資料中推算出今后若干年可能出現(xiàn)的極值，目前應(yīng)用較為廣泛的方法為極限波浪推算方法，將此方法引入本課程，讓學(xué)生了解學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)的廣泛認(rèn)可的科研成果，在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

（二）引入激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的研究?jī)?nèi)容

興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是課程教學(xué)取得最優(yōu)效果的關(guān)鍵?！逗Ｑ蠊こ汰h(huán)境學(xué)》課程開(kāi)課以來(lái)的幾年課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)生對(duì)于波浪演化、海洋內(nèi)波、泥沙運(yùn)動(dòng)等畫(huà)面感強(qiáng)烈、新穎的研究?jī)?nèi)容充滿(mǎn)學(xué)習(xí)熱情與興趣。在此方面的教學(xué)中，將科學(xué)、合理地引入信息化的教育技術(shù)，利用多媒體教學(xué)方法，通過(guò)前期搜集準(zhǔn)備的圖片、錄像、Flash動(dòng)畫(huà)等，生動(dòng)形象地表述波浪各種演化、海洋內(nèi)波生成與傳播、泥沙運(yùn)動(dòng)等海洋動(dòng)態(tài)的物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以及外界因素對(duì)其產(chǎn)生的影響[5]。圖片和錄像可以增加學(xué)生對(duì)工程的直觀認(rèn)識(shí)，形象地表達(dá)某些重要概念或?qū)嶋H的工程處理方法，有利于強(qiáng)化概念理解和解決實(shí)際工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)[6]。作為工科專(zhuān)業(yè)，學(xué)生既需要良好的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)，同時(shí)也需要較多的實(shí)踐訓(xùn)練來(lái)培養(yǎng)觀察和知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力[7]。因此本課程教學(xué)還將充分利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源，如大連理工大學(xué)海岸與近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、船模拖曳試驗(yàn)水池、內(nèi)波實(shí)驗(yàn)室等，課程教學(xué)課時(shí)包含學(xué)生參觀相關(guān)實(shí)驗(yàn)室、參與相關(guān)實(shí)驗(yàn)。理論與實(shí)踐相結(jié)合，在鞏固理論知識(shí)的情況下，將相關(guān)理論可視化、形象化，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與實(shí)驗(yàn)分析研究能力。只有經(jīng)過(guò)學(xué)生的觀察和動(dòng)手，才能更好地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后有意識(shí)地去解決問(wèn)題，提高學(xué)生動(dòng)手和解決問(wèn)題的能力。

（三）引入數(shù)值模擬技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，使得海洋環(huán)境數(shù)值模擬技術(shù)取得了巨大的進(jìn)展與成功。作為現(xiàn)代工程學(xué)科“理論分析”“數(shù)值模擬”和“實(shí)驗(yàn)分析”中的三大支點(diǎn)之一，海洋環(huán)境數(shù)值模擬技術(shù)從海洋中基本的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒等方程出發(fā)，以離散和有限元方法對(duì)海洋中的現(xiàn)象進(jìn)行分析計(jì)算，詮釋海洋中的物理規(guī)律，模擬海水的運(yùn)動(dòng)過(guò)程[8-9]。海洋環(huán)境數(shù)值模擬技術(shù)能模擬不同條件下的海洋水文狀況，將數(shù)值模擬技術(shù)引入教學(xué)，可以讓學(xué)生通過(guò)相關(guān)計(jì)算模型的前處理、數(shù)據(jù)處理、代碼分析、模式運(yùn)行、數(shù)據(jù)的可視化等環(huán)節(jié)的實(shí)踐操作，與理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作相聯(lián)系，一方面能將理論知識(shí)中的偏微分方程等大量抽象的問(wèn)題形象化，使得專(zhuān)業(yè)中的相關(guān)基礎(chǔ)理論得以應(yīng)用，另一方面能夠突破實(shí)驗(yàn)室的限制，從而使學(xué)生能夠?qū)?fù)雜的海洋環(huán)境產(chǎn)生更為全面、直觀且深刻的認(rèn)識(shí)與掌握。

四、總結(jié)

《海洋工程環(huán)境學(xué)》課程作為船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課程，本文提出的課程教學(xué)模式，面向?qū)嶋H工程應(yīng)用，對(duì)于理論和實(shí)踐兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)交叉運(yùn)用。《海洋工程環(huán)境學(xué)》課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中只有以培養(yǎng)應(yīng)用技能型人才為目標(biāo)，以應(yīng)用創(chuàng)新為導(dǎo)向，讓學(xué)生熱愛(ài)船舶與海洋工程專(zhuān)業(yè)，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)獨(dú)立處理問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，才能達(dá)到最佳的教學(xué)與學(xué)習(xí)效果。

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Study on Teaching Mode of "Environmental Mechanics of Ocean Engineering" Course under Engineering Background

ZOU Li1，2*，PEI Yu-guo2，SUN Zhe2，SUN Tie-zhi2

（1.State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China;

2.School of Naval Architecture，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning? 116024，China ）

Abstract：With the continuous development of Marine economy in China，the state pays more and more attention to the development of marine economy，and related industries have put forward new requirements for the training of application-oriented talents in marine and marine engineering.The course "Marine Engineering Environment" is a compulsory course for students majoring in marine and marine engineering.The course mainly focuses on the practical application of engineering，which further stimulates students' interest in studying the specialty and cultivates their ability to handle and solve problems independently.Aiming at the problems and deficiencies in this course teaching，this paper studies its course teaching mode in the engineering background，and aims to provide reference for the cultivation of high-quality applied talents who solve practical engineering problems.

Key words：applied talent training;Marine Engineering Environment;engineering background;teaching mode