科技創(chuàng)新競賽對促進海洋機器人專業(yè)人才培養(yǎng)的研究
——以全國海洋航行器設計與制作大賽為例

孫延超，王海鵬，秦洪德，黃祥宏

（哈爾濱工程大學 船舶工程學院，黑龍江 哈爾濱 150006）

引言

隨著海洋科學技術的發(fā)展與新工科專業(yè)的興起，傳統(tǒng)的高校專業(yè)教育已經(jīng)難以滿足當前社會對創(chuàng)新型、復合型人才的需求，探索和創(chuàng)新人才培養(yǎng)與教學模式已成為高校教學改革的重點。哈爾濱工程大學積極響應并推進教育部“關于推薦新工科研究與實踐”工作，并結合學校自身“三海一核”特色優(yōu)勢學科，依托水下機器人技術重點實驗室等優(yōu)勢平臺，創(chuàng)建了全國首個海洋機器人專業(yè)，積極探索學科融合教育模式與新工科人才培養(yǎng)模式。

科技創(chuàng)新競賽由于其相對自由的競賽模式、廣泛的專業(yè)覆蓋以及多元化的評審模式，可以提高學生的創(chuàng)新、學習與協(xié)作能力，是高校教學改革的重要載體，對于探索新工科專業(yè)教學與培養(yǎng)模式具有十分重要的參考意義。目前，基于科技創(chuàng)新競賽的高校教育改革和人才培養(yǎng)創(chuàng)新模式得到了越來越廣泛認同。全國海洋航行器設計與制作大賽作為海洋裝備領域創(chuàng)新、設計、制作、控制的科技創(chuàng)新競賽，自2012 年以來已經(jīng)成功舉辦了九屆，獲獎作品累計千余件，競賽項目、競賽形式與評審形式都趨于成熟，對高校海洋及相關專業(yè)教學和人才培養(yǎng)產(chǎn)生了巨大的影響。

本文將從全國海洋航行器設計與制作大賽的競賽形式與評審形式出發(fā)，從科技創(chuàng)新競賽角度分析高校人才培養(yǎng)的目標，探索海洋航行器設計與制作大賽對海洋機器人專業(yè)教學模式的引領作用和人才培養(yǎng)的促進作用。

一、大賽現(xiàn)狀與競賽項目分析

全國海洋航行器設計與制作大賽涉及海洋機器人，包括自主式水下航行器、遙控水下機器人以及水面無人船等領域的創(chuàng)新設計與自動控制等競賽項目。本節(jié)將從全國海洋航行器設計與制作大賽出發(fā)，對大賽發(fā)展歷程、競賽項目、競賽形式與評審形式進行總結與分析。

（一）競賽發(fā)展歷程與競賽項目分析

海洋航行器設計與制作大賽從創(chuàng)立到成熟，主辦方每年都根據(jù)海洋科技前沿需求對競賽項目進行調(diào)整，已經(jīng)形成了較為完備的大賽運行模式和嚴謹?shù)母傎愒u審模式。第一屆大賽共設置了三個項目的比賽，分別是新概念創(chuàng)意設計類、海洋航行器設計與制作、艦船模型智能航行。第二屆大賽中新增了名船名艦外觀模型仿真制作、船模競速賽兩類比賽項目。第四屆大賽中新增了帆船模型競速賽項目。第五屆大賽中將海洋航行器設計與制作類分為水面組與水下組，帆船模型競賽分為古代帆船與現(xiàn)代帆船組，并對不同的組別設置不同的評分要求。第七屆大賽中新增對岸火力支援模擬競賽項目。第九屆大賽由于疫情防控原因轉(zhuǎn)為線上競賽，保留了易于實現(xiàn)網(wǎng)絡評審的新概念創(chuàng)意設計類和海洋航行器設計與制作類比賽項目，增加技術難題求解類和前沿科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)類項目。

從該大賽發(fā)展歷程可以看出，大賽始終圍繞水面/水下航行器發(fā)展，主要設置創(chuàng)新設計類與控制操縱類兩種類型的競賽，競賽項目從最初以設計為主到后來加入了多項實物競賽類項目，第九屆大賽增加了技術難題類項目，讓參賽人員直接面對實際工程中的難題，競賽項目的發(fā)展和評審方式的豐富從一定程度上也反映了企業(yè)和社會對海洋裝備領域新工科人才的能力要求。且競賽項目與海洋機器人專業(yè)研究內(nèi)容契合度較高，對探索海洋機器人專業(yè)人才培養(yǎng)方式和培養(yǎng)目標具有很高的參考價值。表1詳細總結了大賽設立以來所有項目和不同競賽的評審形式。

表1 全國海洋航行器設計與制作大賽競賽要求

（二）競賽形式與評審形式分析

全國海洋航行器設計與制作大賽設立9類不同的競賽項目，每個競賽項目又根據(jù)其不同的競賽內(nèi)容采用了不同的競賽形式和評審形式，如表1所示。這種多元的評價形式有助于對人才展開全方位的考核與評價，對海洋機器人專業(yè)人才培養(yǎng)與評價具有較高的參考意義。通過對全國海洋航行器設計與制作大賽競賽形式與評審形式進行歸納和分析，主要評價形式分為以下幾類。

1.報告與答辯形式。科技創(chuàng)新競賽部分比賽項目以答辯為主，如新概念創(chuàng)意設計類競賽項目，參賽團隊需要撰寫并提交設計說明書，以闡述作品的主要功能、創(chuàng)新點、國內(nèi)外水平對比、應用前景等相關內(nèi)容，需要學生前期做好充足的調(diào)研，對參賽作品及其相關領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀具有足夠的熟悉程度，并且對學生文字表達能力、報告和論文撰寫能力提出了一定的要求。此外，競賽還要求學生進行現(xiàn)場答辯，接受專家的提問，對學生的語言表達能力、臨場應變能力和心理素質(zhì)能力均提出了較高的要求。

2.自主學習與技能展示。科技創(chuàng)新競賽采取多元化的競賽形式與考核形式，這對學生的專業(yè)技能提出較高的要求。科技創(chuàng)新成果展示的形式有仿真模型、實物模型、實物操縱與控制、視頻動畫演示、圖紙等。多元的成果展示形式需要學生自主學習軟件與技能，而課程設置中往往缺少對軟件與技能的訓練，學生需要通過網(wǎng)上教程或書籍教程自主學習相關的技能以完成科技成果的展示，這對學生的自主學習能力與專業(yè)技能均提出了較高的要求。

3.實物制作。科技創(chuàng)新部分競賽項目要求實物模型，如海洋航行器設計與制作類競賽項目，需要參賽選手設計并制作海洋航行器實物模型，不僅對學生專業(yè)知識與技能的熟練運用提出了較高要求，更對學生的工程實踐能力與動手能力提出了較高的要求，學生不僅需要自主設計出海洋航行器，還需要自行采購原材料與零件、控制項目成本、制作與組裝航行器。同時競賽還對原材料采購與模型制作過程的環(huán)保、節(jié)約等問題提出了一定的要求。

4.模型競賽。模型競賽是科技創(chuàng)新競賽最大的特點之一。全國海洋航行器設計與制作大賽設有船模競速賽、帆船競速賽、對岸火力支援模擬競賽等實物模型競賽項目，要求參賽者自制航行器模型，并使用模型按照競賽項目分類與要求完成競賽。如對岸火力支援模擬競賽要求設計制作具備自動尋跡、航行控制和對陸射擊能力的航行器，在規(guī)定場地與時間內(nèi)依次完成自主航行和對岸射擊任務，對參賽選手的專業(yè)知識和實踐技能以及參賽作品的性能和可靠性均提出較高的要求。

二、科技創(chuàng)新競賽對專業(yè)教學的引領作用

海洋機器人專業(yè)具有學科高度融合特性，是典型的新工科專業(yè)，需要展開廣泛的研究與實踐來探索該專業(yè)的教學模式。全國海洋航行器設計與制作大賽經(jīng)過9年的實踐積累，已經(jīng)形成了較為完備的競賽模式與評審模式，競賽項目的發(fā)展歷程與發(fā)展趨勢在一定程度上顯示當前海洋裝備領域的工程前沿問題和人才培養(yǎng)要求，對海洋機器人專業(yè)教學方式與教學內(nèi)容具有極其重要的參考意義與引領作用。

（一）注重人才培養(yǎng)的導向

創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力。新時代人才培養(yǎng)最重要的一點是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，不僅需要學會課本上的知識，而且需要了解工程實際中存在的技術難點，熟練運用所學知識提出創(chuàng)新性的解決方案。創(chuàng)新能力也是科技創(chuàng)新競賽考察的重點。全國海洋航行器設計與制作大賽設置有新概念創(chuàng)意設計項目，要求對功能原理或總體布局展開創(chuàng)新，推動了海洋裝備領域創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。船舶工程學院積極開展創(chuàng)新型課程體系建設，探索海洋機器人專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案，開設了“新概念海洋機器人”等一批創(chuàng)新型課程，引導學生建立和養(yǎng)成創(chuàng)新性思維。

（二）推動學科交叉與交流

全國海洋航行器設計與制作大賽共設立9個項目的比賽，涉及船舶、通信、控制、機械、計算機等多個學科的知識，參賽隊伍多為跨專業(yè)組隊，有效地提高了不同院系專業(yè)之間的交流。海洋機器人專業(yè)是多學科交叉的新工科專業(yè)，并且注重工程實踐。船舶工程學院依托水下機器人重點實驗室，與智能科學與工程學院和計算機科學與技術學院就海洋機器人專業(yè)教學計劃開展深入交流，開設了“自動控制原理”“人工智能”“嵌入式軟件設計”等課程，引導學生從多個學科角度理解海洋機器人專業(yè)，不僅豐富了學生的專業(yè)技能，還提高了學生多學科融合知識儲備與技術素養(yǎng)，也有助于培養(yǎng)復合型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。

（三）創(chuàng)新多種考核方式

傳統(tǒng)的高校課堂教育往往采用考試的方式進行考核，雖然有些課程會采用課程設計的考核形式，但大多都流于形式，沒有真正幫助學生將所學理論與工程實踐結合起來，不能激發(fā)學生的學習自主性，不利于新工科人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。科技創(chuàng)新競賽中采用了多種考核方式并行的方法，如航行器設計與制作類競賽項目，將科技創(chuàng)新與撰寫報告、答辯結合起來，以制作模型和演示視頻作為輔助手段，參賽學生在準備競賽的過程中不僅加深了對海洋機器人理論知識的理解和應用，更提高了科技創(chuàng)新的創(chuàng)新意識與技術素養(yǎng)。

（四）注重科創(chuàng)興趣培養(yǎng)

傳統(tǒng)教學往往只注重理論知識的傳授，教學過程缺乏趣味性，學生學習的興趣不高，培養(yǎng)目標的達成度較差。科技創(chuàng)新競賽往往需要設計出實物模型并控制操縱模型實現(xiàn)預定的任務，更容易使學生獲得成就感，并且這類賽事往往涉及參賽作品之間的競賽環(huán)節(jié)，具有較高的趣味性，有利于激發(fā)學生的學習和科創(chuàng)興趣。船舶工程學院依托全國海洋航行器設計與制作大賽，大力開展海洋機器人科技創(chuàng)新培訓工作，創(chuàng)辦了船海大學生雙創(chuàng)中心、Marine Robots（MR）科創(chuàng)社團等學生組織，舉辦了RobotX國際海事挑戰(zhàn)賽、全國大學生水利創(chuàng)新設計大賽等一系列質(zhì)量較高的海洋機器人科技創(chuàng)新競賽，加大了對科技創(chuàng)新成果的獎勵；同時在教學中推進創(chuàng)新思想，提高教師對學生科創(chuàng)活動的指導力度，激發(fā)學生自主學習的興趣，引導學生開展科技創(chuàng)新工作。

三、科技創(chuàng)新競賽對人才培養(yǎng)的促進作用

培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高質(zhì)量復合型人才是對高校教育最主要的要求。科技創(chuàng)新競賽不僅體現(xiàn)了當前急需的新工科人才的培養(yǎng)要求，也有力地推動了人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。全國海洋航行器設計與制作大賽作為海洋裝備領域最有影響力的科技創(chuàng)新競賽，對海洋機器人專業(yè)人才培養(yǎng)具有巨大的促進作用。

（一）培養(yǎng)創(chuàng)新思維與能力

創(chuàng)新已成為新時代工科人才最具競爭力的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是當前海洋機器人專業(yè)面臨的重點和難點問題。創(chuàng)新思維與能力也是科技創(chuàng)新競賽最重要的考核要求，全國海洋航行器設計與制作大賽中設置有新概念創(chuàng)意設計類競賽，明確提出參賽作品應體現(xiàn)功能原理創(chuàng)新或總體布局創(chuàng)新，要求參賽學生撰寫作品說明書，并對創(chuàng)新點進行總結，而且需要進行答辯。參賽過程中這一系列的創(chuàng)新訓練，使學生更清晰地了解了科技創(chuàng)新活動的流程與方法，引導學生主動開展科技創(chuàng)新活動，有助于推進學生創(chuàng)新性思維與能力的養(yǎng)成。

（二）培養(yǎng)工程實踐能力

傳統(tǒng)的高校教學往往停留在書本上，而科技創(chuàng)新競賽項目對參賽學生的工程實踐能力提出了較高的要求。全國海洋航行器設計與制作大賽設有海洋航行器設計與制作類、船模競速賽等競賽項目，需要參賽學生自主設計和制作船模或海洋航行器參賽。學生在設計制作航行器實物的過程中，需要進行總體設計、建立仿真模型、繪制圖紙、零部件采購、制作與組裝、電路連接等工作，在深化本專業(yè)知識技能的同時，學習了課本上沒有的工程知識。親手搭建海洋航行器的過程，也增加了學生對海洋機器人專業(yè)的興趣，提高了學生工程實踐能力。

（三）培養(yǎng)團隊協(xié)作的能力

高校當前更多的是考核學生的個人知識素養(yǎng)，并沒有系統(tǒng)地培養(yǎng)與考核學生的團隊協(xié)作能力。科技創(chuàng)新競賽一般是團隊賽，全國海洋航行器設計與制作大賽允許每個參賽隊伍有兩名指導老師，每隊最多5名成員，參賽隊伍的團隊協(xié)作至關重要。如何合理地對團隊成員進行分工合作、處理技術難題與意見分歧等問題，對團隊負責人和隊員的組織協(xié)調(diào)能力提出了較高的要求。同時競賽項目往往涉及多個學科的知識內(nèi)容，需要和其他專業(yè)的同學或老師進行交流與學習，在團隊組建與參賽過程中，學生的組織協(xié)調(diào)能力、團隊合作能力和溝通交流能力都得到了極大的鍛煉，有利于培養(yǎng)學生的團隊意識和集體榮譽感，推進具有協(xié)調(diào)和組織能力的復合型專業(yè)人才，有助于學生在今后科研和工作中的發(fā)展。

（四）培養(yǎng)學生將理論與現(xiàn)實問題結合的能力

科技創(chuàng)新競賽與課程學習的區(qū)別是知識的綜合應用，課程學習過程主要是學習如何解決本門課程內(nèi)的問題，且部分學科過于理論化，學生對于所學知識理解得并不清晰，也不了解如何在現(xiàn)實問題中應用。科技創(chuàng)新競賽往往是針對某個實際的工程問題，綜合多門課程和學科的知識，尋找解決問題的方案。如全國海洋航行器大賽中的技術難題求解類競賽項目、航行器設計與制作類競賽，需要學生將多學科的知識結合起來用于工程問題求解和航行器設計與制作。通過這種訓練，能夠使學生很好地將理論與實際聯(lián)系在一起，深化對專業(yè)知識的理解與運用。

結語

科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，也是高校人才培養(yǎng)的重要目標。科技創(chuàng)新競賽由于其相對自由和多元的競賽形式與評審方式，為學生提供了更加自由的選擇機會與學習機會，更加有利于培養(yǎng)學生的獨立思考能力與科技創(chuàng)新能力。全國海洋航行器設計與制作大賽是海洋裝備領域最高水平的科技創(chuàng)新競賽，競賽項目與海洋機器人專業(yè)研究內(nèi)容契合度較高，對探索與研究該專業(yè)的教學模式和人才培養(yǎng)具有十分重要的參考價值。

本文通過對全國海洋航行器設計與制作大賽的發(fā)展歷程、競賽項目、競賽形式與評審形式的總結與分析，從科技創(chuàng)新競賽的角度分析了對高校人才的培養(yǎng)要求，闡述了科技創(chuàng)新競賽對海洋機器人專業(yè)教學的引領作用和人才培養(yǎng)的促進作用。科技創(chuàng)新競賽是創(chuàng)新人才引領的重要載體，必須發(fā)揮科技創(chuàng)新競賽在新工科海洋機器人專業(yè)人才培養(yǎng)方面的積極作用，學習和借鑒科技創(chuàng)新競賽的優(yōu)點，對海洋機器人專業(yè)教學模式進行改革與創(chuàng)新，積極探索創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式。只有持續(xù)不斷地深入研究、與時俱進，才能培養(yǎng)出高素質(zhì)的海洋領域創(chuàng)新型人才，為我國發(fā)展成海洋強國貢獻力量。