“科教與產(chǎn)教”融合驅(qū)動(dòng)船舶動(dòng)力專業(yè)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

朱元清 馮永明 周松

摘? ? 要：船舶動(dòng)力專業(yè)研究生培養(yǎng)是我國(guó)碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是助力我國(guó)“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略和“碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的人才保障。哈爾濱工程大學(xué)船舶動(dòng)力專業(yè)以船海為背景，以人才培養(yǎng)為核心，探索“科教與產(chǎn)教”融合的“開放性”教學(xué)與在線研討教學(xué)新模式，致力于向社會(huì)輸送“可靠頂用”的碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才。文章分析了我國(guó)船舶動(dòng)力專業(yè)課程教學(xué)改革的需求及變化，并以“替代燃料與碳減排”課程為例，介紹了“科教與產(chǎn)教”融合的協(xié)同育人模式在課程教學(xué)中的應(yīng)用及效果。

關(guān)鍵詞：“雙碳”戰(zhàn)略;船舶動(dòng)力;交叉融合;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2023）03-0044-03

目前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)已發(fā)展成為高度依賴海洋的外向型經(jīng)濟(jì)，對(duì)海洋資源、空間的依賴程度大幅提高，必須提升開發(fā)海洋、利用海洋、保護(hù)海洋、管控海洋的國(guó)家綜合實(shí)力[1]。自黨的十八大以來，中國(guó)政府堅(jiān)定不移地實(shí)施“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略，在船舶工業(yè)、海工平臺(tái)及海洋開發(fā)等方面取得了巨大成就，實(shí)現(xiàn)了向世界第一造船大國(guó)的轉(zhuǎn)變。隨著海洋經(jīng)濟(jì)向綠色化、高端化轉(zhuǎn)型發(fā)展加速，航運(yùn)業(yè)對(duì)豪華郵輪、LNG船舶等高附加值船舶需求增加，但這是中國(guó)造船工業(yè)短板，與世界先進(jìn)水平仍有不少差距。尤其是船舶動(dòng)力方面，國(guó)內(nèi)普遍采用引用許可證生產(chǎn)的模式，產(chǎn)品缺乏自主創(chuàng)新及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，亟需大量掌握先進(jìn)船舶動(dòng)力理論知識(shí)和設(shè)計(jì)能力的專業(yè)型人才。

21世紀(jì)以來，世界船舶污染物排放法規(guī)不斷升級(jí)，國(guó)際海事組織和中國(guó)政府相繼制定了船舶污染物排放控制區(qū)，在航行密集的海域及港口實(shí)行嚴(yán)格的污染物排放限制要求，這在一定程度上促進(jìn)了船舶動(dòng)力技術(shù)的升級(jí)與發(fā)展。2018年，國(guó)際海事組織制定了船舶溫室氣體（主要為二氧化碳）排放新要求，力爭(zhēng)在21世紀(jì)末達(dá)到海運(yùn)溫室氣體零排放。2020年，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國(guó)第七十三次會(huì)議上明確提出“30·60碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)（“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)），并將其寫入中國(guó)“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，分階段、分步驟地降低中國(guó)二氧化碳排放量，在2060年前實(shí)現(xiàn)全國(guó)二氧化碳凈零排放。在全球溫室氣體減排的大背景下，能源技術(shù)變革不斷推進(jìn)與深化，以甲醇、氨氣、氫氣等為代表的低碳燃料、零碳燃料必將取代高含碳的汽油、柴油燃料。由于低碳燃料、零碳燃料存在汽化潛熱高、著火溫度高及腐蝕磨損等問題，常規(guī)船舶動(dòng)力裝置必須經(jīng)過改造升級(jí)才能滿足新型燃料的使用要求。這對(duì)當(dāng)前船舶動(dòng)力知識(shí)結(jié)構(gòu)、理論“深度”及“廣度”都提出了新要求，必須加強(qiáng)前沿知識(shí)、高新技術(shù)“深度”與“廣度”的講授，滿足中國(guó)造船企業(yè)碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才的需要，實(shí)現(xiàn)中國(guó)高附加值船舶制造的“彎道超車”。

總體而言，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，對(duì)加強(qiáng)新時(shí)代各類人才培養(yǎng)提出了新要求[2]。受到新冠感染疫情的影響，傳統(tǒng)線下教學(xué)模式受到進(jìn)一步?jīng)_擊，現(xiàn)有船舶動(dòng)力專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，必須結(jié)合碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)要求，探索并創(chuàng)新研究生教學(xué)及培養(yǎng)模式，切實(shí)提高研究生創(chuàng)新與實(shí)踐能力，根除人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求的“兩張皮”問題[3]。

一、船舶動(dòng)力專業(yè)課程改革與人才培育需求

2022年5月，教育部印發(fā)《加強(qiáng)碳達(dá)峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設(shè)工作方案》，明確提出高等教育高質(zhì)量發(fā)展服務(wù)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)需求，為船舶動(dòng)力專業(yè)課程改革指明了方向。哈爾濱工程大學(xué)是一所具有船海特色的研究型大學(xué)，學(xué)校動(dòng)力工程及工程熱物理、能源動(dòng)力與輪機(jī)工程專業(yè)均服務(wù)于高質(zhì)量船舶動(dòng)力專業(yè)人才培養(yǎng)。在“海洋強(qiáng)國(guó)”和“碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的牽引下，船舶動(dòng)力專業(yè)課程改革與專業(yè)人才培育需求正在發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）“雙碳”背景下船舶動(dòng)力專業(yè)研究生育人培養(yǎng)需求改變

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)提出后，工信部印發(fā)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出，“強(qiáng)化專業(yè)型和跨領(lǐng)域復(fù)合型人才培養(yǎng)，建立完善多層次人才合作培養(yǎng)模式”[4];教育部印發(fā)《加強(qiáng)碳達(dá)峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設(shè)工作方案》提出，“加強(qiáng)綠色低碳教育，推動(dòng)專業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快急需緊缺人才培養(yǎng);深化產(chǎn)教融合協(xié)同育人，提升人才培養(yǎng)和科技攻關(guān)能力;強(qiáng)調(diào)高等教育要高質(zhì)量發(fā)展服務(wù)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)需求”。國(guó)際化的高素質(zhì)專業(yè)人才培養(yǎng)涵蓋個(gè)人品德涵養(yǎng)、知識(shí)構(gòu)成和思維模式等多方面?，F(xiàn)階段，世界正處于能源技術(shù)變革初期，傳統(tǒng)專業(yè)育人培養(yǎng)體系及需求已逐漸不能滿足未來需求，而綠色低碳知識(shí)的高素質(zhì)人才培養(yǎng)必須從更高維度構(gòu)建能源可持續(xù)發(fā)展模式，才能更好、更快速地服務(wù)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)。

（二）綠色低碳教育理念融入高質(zhì)量研究生培養(yǎng)體系

能源問題是人類社會(huì)發(fā)展的根本問題，以清潔、無碳、智能為核心的新能源體系是現(xiàn)階段世界能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢(shì)與方向。由化石能源利用所導(dǎo)致的碳排放是大氣環(huán)境中碳富集的直接來源，利用可再生能源是降低二氧化碳排放最有效的措施，但必須從全生命周期的角度看待可再生能源的清潔性。以氫氣為例，從其來源可以分為“灰氫”“藍(lán)氫”及“綠氫”，“灰氫”是通過化石燃料（如石油、天然氣或煤）燃燒產(chǎn)生的氫氣;“藍(lán)氫”是在灰氫的基礎(chǔ)上，利用碳捕集與存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳制氫;“綠氫”則是利用光電、風(fēng)電等可再生能源電解水，實(shí)現(xiàn)零碳制氫[5]。因此，培養(yǎng)碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才必須將綠色低碳教育理念貫穿整個(gè)人才培養(yǎng)過程，打破以往“填鴨式”“保姆式”和“放羊式”等教學(xué)模式，重視研究生邏輯性、創(chuàng)新性等高階思維能力的培養(yǎng)，進(jìn)而提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量[6]。

（三）“科教與產(chǎn)教”協(xié)同育人融入高質(zhì)量專業(yè)人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)

實(shí)現(xiàn)碳中和是解決世界能源問題，應(yīng)對(duì)全球氣候變化的有效途徑。所謂碳中和，即通過碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)等多種途徑，實(shí)現(xiàn)碳的零排放甚至負(fù)排放。現(xiàn)階段，世界能源結(jié)構(gòu)仍以碳基能源為主，而“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，為能源動(dòng)力行業(yè)提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，但人才應(yīng)是主體，技術(shù)是驅(qū)動(dòng)力，企業(yè)則是技術(shù)轉(zhuǎn)化的著力點(diǎn)。只有將高新技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，才能切實(shí)高效推動(dòng)溫室氣體減排。目前，世界各國(guó)均在大力推動(dòng)國(guó)家人才發(fā)展重大項(xiàng)目，集中力量進(jìn)行碳達(dá)峰碳中和高新技術(shù)研發(fā)。為了加快成果的轉(zhuǎn)化，高校、企業(yè)必須協(xié)同合作，高水平技術(shù)的研發(fā)必須融入現(xiàn)有研究生教學(xué)環(huán)節(jié)，探索新的“科研+產(chǎn)教”協(xié)同育人教學(xué)模式，強(qiáng)化專業(yè)型和跨領(lǐng)域復(fù)合型人才培養(yǎng)，培養(yǎng)掌握前沿知識(shí)、高水平技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人才，提高碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才的創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力。

新冠感染疫情幾年以來，哈爾濱工程大學(xué)已經(jīng)積累了豐富的線上、線下教學(xué)經(jīng)驗(yàn);同時(shí)，依托于船用低速機(jī)重大工程等國(guó)家級(jí)重點(diǎn)科研任務(wù)和良好的企業(yè)資源，開展了“科教與產(chǎn)教”融合的“開放性”教學(xué)與在線研討教學(xué)工作研究，助力國(guó)家碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)需求，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用前景。

二、“替代燃料與碳減排”課程教學(xué)改革內(nèi)容

（一） 課程介紹

“替代燃料與碳減排”課程是一門節(jié)能減排方向的基礎(chǔ)課程，課程目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生掌握替代燃料燃燒理論及排放分析的基礎(chǔ)知識(shí)、天然氣和甲醇等碳基燃料特性及應(yīng)用、氫氨燃料特性及氫氨動(dòng)力應(yīng)用、零排放動(dòng)力循環(huán)發(fā)展及碳捕集技術(shù)應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生利用專業(yè)知識(shí)解決新型船舶動(dòng)力和碳減排裝置設(shè)計(jì)問題的能力。為了達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)，課程設(shè)置替代燃料理論基礎(chǔ)、低碳燃料及其利用、零碳燃料及其利用、零排放動(dòng)力循環(huán)及碳捕集四部分內(nèi)容。

課程教學(xué)采用線下線上相結(jié)合模式，建立完善的視頻教學(xué)資源庫(kù)，著力推行科研融入教學(xué)、前沿技術(shù)融入教學(xué)、互動(dòng)研討教學(xué)相融合模式，使學(xué)生能夠接觸最新、最前沿的知識(shí)。通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生達(dá)到以下要求：（1）掌握替代燃料燃燒熱物性計(jì)算方法;（2）掌握替代燃料預(yù)混層流燃燒分析方法;（3）熟悉碳基燃料、無碳燃料特性及應(yīng)用現(xiàn)狀;（4）熟悉零排放動(dòng)力循環(huán)發(fā)展及碳捕集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

（二）課程改革內(nèi)容

1.科教融合促進(jìn)前沿知識(shí)進(jìn)課堂。教育教學(xué)以專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，并滯后于科技發(fā)展?，F(xiàn)階段，新一輪技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)革命不斷推進(jìn)，世界各國(guó)都在集中優(yōu)勢(shì)科研力量進(jìn)行高技術(shù)水平科研攻關(guān)，專業(yè)理論的突破、高新技術(shù)的升級(jí)迭代速度加快。對(duì)于“替代燃料與碳減排”課程而言，首先要解決的是船舶燃料類型、動(dòng)力型式及環(huán)保措施三方面問題，但是，海運(yùn)碳減排技術(shù)路徑還存在一定的不確定性，各種技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了工信部高技術(shù)船舶項(xiàng)目、“船用低速發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新工程”國(guó)家重大專項(xiàng)、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)科研任務(wù)，跟蹤替代燃料與碳減排方向前沿技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，聚焦節(jié)能減排前沿技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的突破。因此，課程教學(xué)內(nèi)容綜合考慮船海特色、行業(yè)需求及技術(shù)突破，分類劃分課程專題、固定基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)、補(bǔ)充最新技術(shù)突破，推進(jìn)科研成果進(jìn)課堂，探索面向科教融合的“開放型”教學(xué)內(nèi)容與互動(dòng)研討教學(xué)模式。

2.產(chǎn)教融合促進(jìn)高新技術(shù)進(jìn)課堂。高等教育必須借鑒教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的有機(jī)銜接問題，使得人才培養(yǎng)供給和產(chǎn)業(yè)需求在結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、水平上相匹配。教育部、工信部都印發(fā)專門文件，明確深化產(chǎn)教融合協(xié)同育人新模式，提高碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)高新技術(shù)、科研成果快速轉(zhuǎn)化落地。在能源技術(shù)革命快速發(fā)展的時(shí)代，可再生能源、高新節(jié)能技術(shù)等正快速突破并發(fā)展，傳統(tǒng)能源技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)需求正在縮減，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要掌握高新技術(shù)的專業(yè)人才。

依托學(xué)校資源，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)與中船集團(tuán)柴油機(jī)有限公司、濰柴動(dòng)力有限公司、中船動(dòng)力有限公司、陜西柴油機(jī)重工有限公司、中船集團(tuán)七一一研究所、中船集團(tuán)七〇三研究所等國(guó)內(nèi)著名企業(yè)、研究所建立了良好的合作關(guān)系。在課程教學(xué)中，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率范圍及技術(shù)特點(diǎn)，分別以中高速發(fā)動(dòng)機(jī)、低速發(fā)動(dòng)機(jī)為界限，邀請(qǐng)企業(yè)專家線上教學(xué)，將企業(yè)的最新技術(shù)及產(chǎn)品介紹引入課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，讓研究生更加了解企業(yè)需求，使得課程教學(xué)、學(xué)業(yè)規(guī)劃更加精確、高效，解決人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求的“兩張皮”問題。

（三）課程實(shí)踐與考核方式

課程教學(xué)改革注重理論研究與實(shí)踐探索的相融合，實(shí)踐“邊研究、邊改革、邊建設(shè)、邊推廣”方式，推動(dòng)科研項(xiàng)目成果、企業(yè)專家進(jìn)課堂，探索科研育人與產(chǎn)教融合相結(jié)合的教學(xué)模式。在教學(xué)準(zhǔn)備階段，以教學(xué)大綱為依據(jù)，分析本課程目標(biāo)和課程內(nèi)容的需求、任務(wù)以及學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)“科研與教學(xué)”融合、“產(chǎn)業(yè)與教學(xué)”融合方式與知識(shí)傳輸方式，構(gòu)思教學(xué)活動(dòng)中的互動(dòng)研討環(huán)節(jié)及方案，提升學(xué)生課程融入感和參與度。另外，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)過程、評(píng)價(jià)方法，及時(shí)獲得學(xué)生的效果反饋。

教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)專業(yè)方向熱點(diǎn)關(guān)注度較高，利用豐富的熱點(diǎn)視頻資源開展教學(xué)。同時(shí)，教學(xué)不僅考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，還要考察學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。因此，課程建立了一套完整的熱點(diǎn)專題庫(kù)，支撐課程教學(xué)的多元考核機(jī)制，把過程性評(píng)價(jià)與期末考核有機(jī)結(jié)合起來。

（四） 教學(xué)效果及評(píng)價(jià)

自新冠感染疫情以來，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)分別在三屆學(xué)生中開展了三種教學(xué)模式的實(shí)踐，包括“線下”教學(xué)模式、“線上”教學(xué)模式及“線下+線上”教學(xué)模式。由于“線下”教學(xué)模式中，教師與學(xué)生面對(duì)面教學(xué)，能夠及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，且線下學(xué)習(xí)氛圍能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，所以“線下”教學(xué)模式中學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握最好，32%的研究生成績(jī)達(dá)到優(yōu)秀;而“線上”教學(xué)模式只有14%的研究生成績(jī)達(dá)到優(yōu)秀。同時(shí)，“線上”教學(xué)中，學(xué)生自律性對(duì)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的影響很大，學(xué)生成績(jī)分級(jí)明顯。

結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)以問卷的形式，從理論知識(shí)、前沿知識(shí)、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、教學(xué)方法、師生互動(dòng)、知識(shí)點(diǎn)講解等方面進(jìn)行調(diào)研。其中，“線下”教學(xué)滿意度最高，“線下+線上”教學(xué)結(jié)合模式也達(dá)到了93%的高滿意度。由于“線上”教學(xué)模式教師很難完全、時(shí)時(shí)掌握學(xué)生動(dòng)態(tài)，且存在師生互動(dòng)不夠充足的問題，研究生對(duì)線上教學(xué)模式滿意度差異化較大。

三、結(jié)語(yǔ)

助力“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，教育部、工信部等多部委提出了綠色低碳技術(shù)科技攻關(guān)、產(chǎn)教融合協(xié)同育人要求，將綠色低碳教育理念融于高等專業(yè)人才培養(yǎng)體系中，加快碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)進(jìn)程。哈爾濱工程大學(xué)船舶動(dòng)力專業(yè)以船海為背景，以人才培養(yǎng)為核心，探索“科教與產(chǎn)教”融合的“開放性”教學(xué)與在線研討教學(xué)新模式，推動(dòng)船舶動(dòng)力技術(shù)研發(fā)，強(qiáng)化船舶動(dòng)力專業(yè)人才培養(yǎng)，向社會(huì)輸送“可靠頂用”的碳達(dá)峰碳中和專業(yè)人才。

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