基于CDIO理念的海洋工程专业研究生工程实践能力培养体系建设

［摘 要］ 随着新时期海洋工程产业的快速发展，对海洋工程领域的专业人才提出了日益严格的要求，多学科的知识储备和出色的工程实践能力已成为不可或缺的素养。针对目前海洋工程专业研究生工程实践能力培养体系建设方面存在的一些不足之处，在CDIO理念的导向下，围绕实验平台建设、校企实践合作及科技创新训练三个方面，提出了一套研究生工程实践能力培养体系的改进方案。这些改进方案对于国内众多高校海洋工程专业研究生培养体系的建立具有直接参考价值，并为其他专业领域教学改革提供了示范和辐射推广作用。

［关键词］ 研究生培养；海洋工程；CDIO教学理念；创新能力；工程实践能力

［基金项目］ 2022年度辽宁省研究生教育教学改革研究项目“OBE和CDIO理念下的海洋工程专业研究生多学科交叉创新能力培养体系构建”（LNYJG2022055）

［作者简介］ 唐国强（1982—），男，辽宁大连人，博士，大连理工大学港航与海洋工程学院副教授，海洋工程研究所副所长，博士生导师，主要从事海洋工程研究；乔东生（1983—），男，山西运城人，博士，大连理工大学港航与海洋工程学院副院长，教授，博士生导师（通信作者），主要从事海洋工程研究。

［中图分类号］ G643.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）09-0172-05 ［收稿日期］ 2023-11-17

引言

海洋强国战略自党的十八大报告首次明确提出以来，已成为我国海洋事业的重要组成部分。习近平总书记在党的二十大报告中强调：“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国。”［1］将海洋强国建设作为推动中国式现代化的有机组成和重要任务，这是以习近平同志为核心的党中央对海洋强国建设做出的明确战略部署［2］。在这一背景下，兼备创造性、开拓性和创新性等素质的海洋工程人才已成为建设海洋强国的重要支撑力量，是海洋经济可持续发展的主要推力。

为了培养高素质、高技能的海洋工程人才，先进的海洋工程专业研究生工程实践能力培养体系建设是必不可少的。近年来，国际工程教育界提出了工程教育模式CDIO新理念（即Conceive构思，Design设计，Implement实施，Operate运作）［3］。CDIO以提高学生的工程实践能力为目的，同时包括培养其技术实践能力、解决工程问题的能力和新知识学习能力等，强调基础理论与工程实践的有机融合。基于CDIO培养理念，将研究生培养模式改进为校企联合的培养模式，同时注重以项目为依托，使学生的构思、设计、实施和运作贯穿整个项目的实践过程，进而使学生的个人素质得到全方位的培养和提升。因此，CDIO人才培养理念与我国高校研究生教育管理工作有明显的契合性，可以有效指导海洋工程类高校研究生教育管理工作的改进。

一、工程实践能力培养新要求

研究生扮演着国家创新体系建设和实施创新驱动发展战略中的关键角色，作为高水平创新人才的主力军，是应对全球产业变革竞争和新一轮科技革命、占据科技制高点的战略资源和核心要素。教育部、国家发展改革委和财政部联合印发的《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》明确指出“研究生教育肩负着高层次人才培养和创新创造的重要使命”“建立基础学科、应用学科、交叉学科分类发展新机制……支持战略性新兴学科发展”。在海洋工程专业的人才培养方面，更应以国家海洋工程的重大需求为导向，构建“重德育、厚基础、深实践、凸交叉、强创新、培能力、促产出”的海洋工程专业多学科交叉创新人才培养体系，满足未来国家海洋工程行业的发展需求，进而有效服务海洋强国战略。

为了培养出具备深厚学科知识和专业技能的海洋工程人才，在高校教学方面不仅需要提供全面的教学培训及专业课程，还应将培养目标和专业知识贯穿各个实践环节，实现海洋工程研究生多层次专业能力的培养。此外，应强化实践教育，增强学生解决实际问题的能力，有效推动产研结合。最后，着重培养海洋工程研究生的创新精神，促进其科研水平的提升，使学生的综合素质和竞争力得到有效提高。综上所述，为了培养高水平的海洋工程人才，国家应重视培养学生的学科知识和专业技能，培养其解决实际工程问题的能力和科研中的创新精神。国家的支持和引导将为海洋工程人才培养提供更为坚实的基础，从而进一步推动海洋工程领域的可持续发展。

二、工程实践能力培养体系存在的问题

新时期的海洋工程行业具有典型的科技密集型产业特征，需要多学科交叉的知识背景。然而，现有的海洋工程人才培养模式仍多遵循传统的人才培养模式，强调以力学为基础的培养体系，忽视学科间的交叉融合，导致复合型研究人才较为紧缺；教学过程中重理论、轻实践，致使研究生的科研创新水平不高，工程实践能力较差，难以适应新时期海洋工程发展的现实需求。

（一）学科交叉培养模式有待完善

随着新型海洋产业的不断涌现，海洋工程领域对专业人才的要求也越来越高，海洋工程人才特性也正朝着普适性和多样性发展。因此，在当前海洋工程发展的大背景下，海洋工程专业研究生的培养模式亟须调整，学科交叉的培养模式仍有待完善。

近年来，采用多学科交叉模式培养研究生成为研究生教育改革的一个重要发展趋势［4-5］。目前，海洋工程专业研究生的培养主要依托“港口、海岸及近海工程”及“船舶与海洋结构物设计制造”两个传统二级学科，对学生的培养方式主要以力学相关的课程体系为主。海洋工程作为一门综合性、前沿性的学科领域，不断涌现出新的挑战和机遇。传统力学作为海洋工程的基础学科，在海洋工程专业人才培养中起着至关重要的作用。然而，随着海洋工程领域的发展，传统力学培养模式已无法满足现代海洋工程新兴产业对人才的需求。当前海洋工程研究领域的复杂性往往要求研究生具备跨学科的综合能力。基于传统力学的教学模式通常专注于基础理论知识的传授，忽视了海洋工程与其他学科的交叉融合。而现代海洋工程涉及海洋科学、材料科学、电子工程、环境科学等多个学科领域，需要各个学科之间的交叉与融合，更是对海洋工程人才的基础理论知识储备有着更高水平的要求。正如路甬祥院士所指出的：“学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的学科前沿，这里最有可能产生重大的科学突破，使科学发生革命性的变化。”［6-7］因此，深化开展跨学科交叉的研究生创新培养模式，使学生拥有多学科的专业基础知识，才能更好地培养其工程实践能力，从而主动适应新时期的海洋工程发展需求。

针对学科交叉培养模式的改进，应更加注重跨学科的整合与合作。在培养学生学科交叉能力方面，需要重新设计课程体系，将“传统力学”课程与其他相关学科的知识进行有机整合。建议建立跨学科导师团队，由来自不同学科领域且具有丰富实践经验和研究背景的导师组成，进而为学生提供专业知识的交叉整合与指导，促进他们在学术研究和工程实践中的跨学科合作与创新。这些改进措施将有助于推动学科交叉培养模式的发展，促进跨学科人才的培养和其创新能力的提升，进而为他们未来在海洋工程领域的实践能力培养打下坚实的基础。

（二）实践能力培养匮乏

海洋工程专业的研究生教育和培养具有多学科交叉融合和理论实践紧密结合的显著特征。然而，目前的研究生培养模式相对单一，主要采用学位课程与学位论文相结合的方式，普遍存在理论教学过重、实践教学不足的问题。这导致学生的知识结构和创新能力与社会需求之间存在显著差距，限制了他们在毕业后应对实际工程问题的能力。因此，需要对海洋工程专业研究生工程实践能力培养体系进行改进，以更好地满足解决实际工程问题的需求。

首先，传统的海洋工程专业课程主要侧重于理论知识的传授，而实践环节相对较少。学生在缺乏实践机会的情况下，难以将理论知识应用到实际工程中去。理论知识固然重要，但实践能力的培养同样不可或缺。在实际工程中，学生需要面对复杂的环境和问题，需要具备实际操作和解决实际挑战的能力。其次，研究生在缺乏工程实践经验的情况下，往往无法真正理解和掌握海洋工程的实际运作方式。他们对工程实践中的困难和挑战缺乏制订应对策略和解决方案的经验。这种情况下，即使他们在理论方面表现出色，也很难在实践中发挥出应有的水平。

在海洋工程人才培养的构思阶段，需要以海洋工程专业人才的需求为导向，研究生的工程实践能力往往是重中之重。在校内培养环节中，课程的设置需要为学生提供实际操作和解决实际问题的机会，培养他们的实践技能和工程思维能力。如果在教学过程中忽略实践环节，缺乏实践能力的锻炼与培养，学生有可能局限于理论知识的计算和研究，纵使多学科知识功底扎实，在实际工程中往往也难以加以应用。

三、工程实践能力培养体系的改革与思考

创新人才培养是一项复杂、综合且系统性的工程。目前，传统的工程实践能力培养体系已无法满足行业发展及科技创新的要求，高等学校创新型人才工程实践能力培养体系正面临从单一学科向跨学科转变、从理论向实践转变的趋势。针对海洋工程专业研究生教育培养在新形势下面临的挑战，本文提出了一种基于CDIO理念的培养模式改革。该理念起源于2000年10月，麻省理工学院（MIT）和瑞典皇家工学院等四所大学合作组成了一个跨国研究组，由美国工程院院士Ed. Crawley教授领导［8］。经过四年的深入探索研究，他们创立了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO国际合作组织。CDIO理念以体系运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中体现。作为工程教育改革创新的工具，CDIO框架提供了面向学生的教育方式，强调在全部学习过程中，学生可以通过Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实施）和Operate（运行）等阶段，综合学习工程理论并实践。自2000年以来，CDIO模式在全球范围内被广泛推行，并取得了显著成果。目前，包括丹麦、芬兰、法国、南非、新加坡、中国等20多个国家的大学已加入CDIO合作计划，共同致力于进一步发展和完善CDIO教学模式［9］。与传统教育模式侧重点不同，CDIO理念强调将“有理想、有道德、有文化、有纪律”等理念融入大学生培养体系中。CDIO的培养理念不仅重视校企合作的研究生联合培养模式，更是以项目为基础，使学生的构思、设计、实施和运作贯穿整个项目的实践过程，全方位地培养和提升他们综合解决工程问题的能力。因此，CDIO理念作为工程教育理念改革的创新性工具，为学生提供了一个综合教育平台，可为培养具备更高工程实践能力的创新型复合人才提供有效帮助。

（一）人才培养目标

人才培养是高等教育的核心使命之一。作为国家未来建设者及海洋工程领域的专业人才，学生应怀有对祖国建设和海洋事业发展的极高热忱。这种热忱不仅表现为对国家发展的关切和参与，更体现在对国家文化、历史和价值观的尊重与传承。通过培养学生的爱国热忱，可以提升他们的国家意识和社会责任感，进而激励他们为国家的繁荣和海洋工程领域的进步做出积极贡献。其次，工匠精神在人才培养中不可或缺。工匠精神强调对工作追求卓越和精益求精的态度。学生应具备对所学专业的高度敬畏和追求卓越的精神，通过不断地学习和实践，不断提升自己的技能和能力。工匠精神注重细节和精细工艺，这对培养学生的创新思维、团队合作精神及解决实际工程问题的能力都至关重要。最后，专业知识和实践能力的协同发展是人才培养的关键。学生在高等教育中首先应注重多学科学术理论的学习，掌握专业知识体系。同时，只有理论与实践相结合，学生才能真正理解和应用所学知识，掌握解决实际问题的能力，在海洋工程蓬勃发展的现状下成为领域内急需的复合型人才。

（二）工程实践能力培养体系建设方法

本文依托CDIO理念，以目标为导向，反向设计课程实践环节［10］，推荐建立以“基础概念—创新实验—科研项目”为主要载体的递进式实践教学模式，循序渐进地将目标能力指标与专业知识贯穿各实践环节，培养研究生不同层次的实践能力。其主要手段主要分为以下三个部分。

1.建设实验教学平台。充分发挥校内实验室的实验资源优势，同时将现代数值仿真技术和模型实验技术融入教学，建设虚拟—现实结合的实验教学平台，在实验室模拟和解决实际工程问题，充分培养学生的科学实践能力。

以大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室为例，其拥有丰富的实验资源，包括物理模型、实验设备和实验场地等。这些资源可以用于模拟真实的海岸和近海工程环境，如波浪、潮流、海底地质等。基于实验室设备和设施的支持，学生可以在受控环境中进行实验操作，深入了解工程实践的要求和挑战。这样的实验环境为学生提供了一个解决实际问题的平台，使他们能够将理论知识与实际操作相结合，探索并解决真实工程问题。同时，将现代数值仿真技术和模型实验技术融入教学过程。通过数值仿真技术，利用计算机模拟真实场景，进行工程设计和性能评估。这种虚拟实验的方式不仅提供了一个安全、经济的实验平台，还能加深学生对工程原理和实践的理解。与此同时，模型实验技术可以让学生通过构建和测试物理模型，验证理论假设和设计方案的有效性。这种实验方法可以帮助学生从实际操作中获得直观的体验和反馈，培养他们的实验技能和解决问题的能力。为了更好地实现科学实践能力的培养，建设虚拟—现实结合的实验教学平台是十分必要的。这样的平台可以结合虚拟实验和真实实验，提供更加丰富和多样化的学习体验。学生可以在虚拟环境中进行预实验，熟悉实验流程和操作步骤。随后，他们可以在实验室中进行实际操作，将虚拟实验中获得的知识和技能应用到实际情境中。通过虚拟—现实结合的实验教学平台，学生可以更好地理解和掌握工程实践的核心概念和方法，认识到在实际工程问题中，掌握跨学科知识的重要性，进而促进其理论知识的学习，进而为未来从事海洋工程领域的研究和实践奠定坚实的基础，并且能够充分适应行业的发展需求。