“科教與產(chǎn)教”融合驅(qū)動船舶動力專業(yè)課程的教學改革與實踐

朱元清 馮永明 周松

摘? ? 要：船舶動力專業(yè)研究生培養(yǎng)是我國碳達峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是助力我國“海洋強國”戰(zhàn)略和“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略目標實現(xiàn)的人才保障。哈爾濱工程大學船舶動力專業(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”教學與在線研討教學新模式，致力于向社會輸送“可靠頂用”的碳達峰碳中和專業(yè)人才。文章分析了我國船舶動力專業(yè)課程教學改革的需求及變化，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中的應用及效果。

關鍵詞：“雙碳”戰(zhàn)略;船舶動力;交叉融合;教學改革

中圖分類號：G642.4? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2023）03-0044-03

目前，中國經(jīng)濟已發(fā)展成為高度依賴海洋的外向型經(jīng)濟，對海洋資源、空間的依賴程度大幅提高，必須提升開發(fā)海洋、利用海洋、保護海洋、管控海洋的國家綜合實力[1]。自黨的十八大以來，中國政府堅定不移地實施“海洋強國”戰(zhàn)略，在船舶工業(yè)、海工平臺及海洋開發(fā)等方面取得了巨大成就，實現(xiàn)了向世界第一造船大國的轉(zhuǎn)變。隨著海洋經(jīng)濟向綠色化、高端化轉(zhuǎn)型發(fā)展加速，航運業(yè)對豪華郵輪、LNG船舶等高附加值船舶需求增加，但這是中國造船工業(yè)短板，與世界先進水平仍有不少差距。尤其是船舶動力方面，國內(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)新及市場競爭力，亟需大量掌握先進船舶動力理論知識和設計能力的專業(yè)型人才。

21世紀以來，世界船舶污染物排放法規(guī)不斷升級，國際海事組織和中國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行嚴格的污染物排放限制要求，這在一定程度上促進了船舶動力技術的升級與發(fā)展。2018年，國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，力爭在21世紀末達到海運溫室氣體零排放。2020年，習近平總書記在聯(lián)合國第七十三次會議上明確提出“30·60碳達峰碳中和”戰(zhàn)略目標（“雙碳”戰(zhàn)略目標），并將其寫入中國“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，分階段、分步驟地降低中國二氧化碳排放量，在2060年前實現(xiàn)全國二氧化碳凈零排放。在全球溫室氣體減排的大背景下，能源技術變革不斷推進與深化，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)船舶動力裝置必須經(jīng)過改造升級才能滿足新型燃料的使用要求。這對當前船舶動力知識結構、理論“深度”及“廣度”都提出了新要求，必須加強前沿知識、高新技術“深度”與“廣度”的講授，滿足中國造船企業(yè)碳達峰碳中和專業(yè)人才的需要，實現(xiàn)中國高附加值船舶制造的“彎道超車”。

總體而言，實現(xiàn)碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，對加強新時代各類人才培養(yǎng)提出了新要求[2]。受到新冠感染疫情的影響，傳統(tǒng)線下教學模式受到進一步?jīng)_擊，現(xiàn)有船舶動力專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿足當前社會經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，必須結合碳達峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)要求，探索并創(chuàng)新研究生教學及培養(yǎng)模式，切實提高研究生創(chuàng)新與實踐能力，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)《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設工作方案》，明確提出高等教育高質(zhì)量發(fā)展服務國家碳達峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)需求，為船舶動力專業(yè)課程改革指明了方向。哈爾濱工程大學是一所具有船海特色的研究型大學，學校動力工程及工程熱物理、能源動力與輪機工程專業(yè)均服務于高質(zhì)量船舶動力專業(yè)人才培養(yǎng)。在“海洋強國”和“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略目標的牽引下，船舶動力專業(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)在以下幾個方面。

（一）“雙碳”背景下船舶動力專業(yè)研究生育人培養(yǎng)需求改變

“雙碳”戰(zhàn)略目標提出后，工信部印發(fā)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出，“強化專業(yè)型和跨領域復合型人才培養(yǎng)，建立完善多層次人才合作培養(yǎng)模式”[4];教育部印發(fā)《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設工作方案》提出，“加強綠色低碳教育，推動專業(yè)轉(zhuǎn)型升級，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)和科技攻關能力;強調(diào)高等教育要高質(zhì)量發(fā)展服務國家碳達峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)需求”。國際化的高素質(zhì)專業(yè)人才培養(yǎng)涵蓋個人品德涵養(yǎng)、知識構成和思維模式等多方面。現(xiàn)階段，世界正處于能源技術變革初期，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，而綠色低碳知識的高素質(zhì)人才培養(yǎng)必須從更高維度構建能源可持續(xù)發(fā)展模式，才能更好、更快速地服務“雙碳”戰(zhàn)略目標。

（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)展趨勢與方向。由化石能源利用所導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;“藍氫”是在灰氫的基礎上，利用碳捕集與存儲技術，實現(xiàn)低碳制氫;“綠氫”則是利用光電、風電等可再生能源電解水，實現(xiàn)零碳制氫[5]。因此，培養(yǎng)碳達峰碳中和專業(yè)人才必須將綠色低碳教育理念貫穿整個人才培養(yǎng)過程，打破以往“填鴨式”“保姆式”和“放羊式”等教學模式，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)

實現(xiàn)碳中和是解決世界能源問題，應對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，實現(xiàn)碳的零排放甚至負排放。現(xiàn)階段，世界能源結構仍以碳基能源為主，而“雙碳”戰(zhàn)略目標的提出，為能源動力行業(yè)提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。科技是第一生產(chǎn)力，但人才應是主體，技術是驅(qū)動力，企業(yè)則是技術轉(zhuǎn)化的著力點。只有將高新技術轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，才能切實高效推動溫室氣體減排。目前，世界各國均在大力推動國家人才發(fā)展重大項目，集中力量進行碳達峰碳中和高新技術研發(fā)。為了加快成果的轉(zhuǎn)化，高校、企業(yè)必須協(xié)同合作，高水平技術的研發(fā)必須融入現(xiàn)有研究生教學環(huán)節(jié)，探索新的“科研+產(chǎn)教”協(xié)同育人教學模式，強化專業(yè)型和跨領域復合型人才培養(yǎng)，培養(yǎng)掌握前沿知識、高水平技術的專業(yè)技術人才，提高碳達峰碳中和專業(yè)人才的創(chuàng)新力和競爭力。

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

二、“替代燃料與碳減排”課程教學改革內(nèi)容

（一） 課程介紹

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

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

（二）課程改革內(nèi)容

1.科教融合促進前沿知識進課堂。教育教學以專業(yè)知識為基礎，并滯后于科技發(fā)展。現(xiàn)階段，新一輪技術革命與產(chǎn)業(yè)革命不斷推進，世界各國都在集中優(yōu)勢科研力量進行高技術水平科研攻關，專業(yè)理論的突破、高新技術的升級迭代速度加快。對于“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、動力型式及環(huán)保措施三方面問題，但是，海運碳減排技術路徑還存在一定的不確定性，各種技術發(fā)展突飛猛進。

課程教學團隊承擔了工信部高技術船舶項目、“船用低速發(fā)動機創(chuàng)新工程”國家重大專項、科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金重點項目等國家級科研任務，跟蹤替代燃料與碳減排方向前沿技術發(fā)展趨勢，聚焦節(jié)能減排前沿技術及關鍵設備的突破。因此，課程教學內(nèi)容綜合考慮船海特色、行業(yè)需求及技術突破，分類劃分課程專題、固定基礎專業(yè)知識、補充最新技術突破，推進科研成果進課堂，探索面向科教融合的“開放型”教學內(nèi)容與互動研討教學模式。

2.產(chǎn)教融合促進高新技術進課堂。高等教育必須借鑒教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的有機銜接問題，使得人才培養(yǎng)供給和產(chǎn)業(yè)需求在結構、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，提高碳達峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進高新技術、科研成果快速轉(zhuǎn)化落地。在能源技術革命快速發(fā)展的時代，可再生能源、高新節(jié)能技術等正快速突破并發(fā)展，傳統(tǒng)能源技術應用市場需求正在縮減，社會經(jīng)濟發(fā)展需要掌握高新技術的專業(yè)人才。

依托學校資源，課程教學團隊與中船集團柴油機有限公司、濰柴動力有限公司、中船動力有限公司、陜西柴油機重工有限公司、中船集團七一一研究所、中船集團七〇三研究所等國內(nèi)著名企業(yè)、研究所建立了良好的合作關系。在課程教學中，結合發(fā)動機轉(zhuǎn)速、功率范圍及技術特點，分別以中高速發(fā)動機、低速發(fā)動機為界限，邀請企業(yè)專家線上教學，將企業(yè)的最新技術及產(chǎn)品介紹引入課堂教學環(huán)節(jié)，讓研究生更加了解企業(yè)需求，使得課程教學、學業(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）課程實踐與考核方式

課程教學改革注重理論研究與實踐探索的相融合，實踐“邊研究、邊改革、邊建設、邊推廣”方式，推動科研項目成果、企業(yè)專家進課堂，探索科研育人與產(chǎn)教融合相結合的教學模式。在教學準備階段，以教學大綱為依據(jù)，分析本課程目標和課程內(nèi)容的需求、任務以及學習者的基礎，設計“科研與教學”融合、“產(chǎn)業(yè)與教學”融合方式與知識傳輸方式，構思教學活動中的互動研討環(huán)節(jié)及方案，提升學生課程融入感和參與度。另外，設計學習效果的評價過程、評價方法，及時獲得學生的效果反饋。

教學過程中，學生對專業(yè)方向熱點關注度較高，利用豐富的熱點視頻資源開展教學。同時，教學不僅考察學生對知識的理解，還要考察學生運用知識的能力。因此，課程建立了一套完整的熱點專題庫，支撐課程教學的多元考核機制，把過程性評價與期末考核有機結合起來。

（四） 教學效果及評價

自新冠感染疫情以來，課程教學團隊分別在三屆學生中開展了三種教學模式的實踐，包括“線下”教學模式、“線上”教學模式及“線下+線上”教學模式。由于“線下”教學模式中，教師與學生面對面教學，能夠及時掌握學生對知識點的理解程度，且線下學習氛圍能夠充分調(diào)動學生的積極性，所以“線下”教學模式中學生對知識點的掌握最好，32%的研究生成績達到優(yōu)秀;而“線上”教學模式只有14%的研究生成績達到優(yōu)秀。同時，“線上”教學中，學生自律性對教學目標實現(xiàn)的影響很大，學生成績分級明顯。

結合實際教學情況，課程教學團隊以問卷的形式，從理論知識、前沿知識、學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、教學方法、師生互動、知識點講解等方面進行調(diào)研。其中，“線下”教學滿意度最高，“線下+線上”教學結合模式也達到了93%的高滿意度。由于“線上”教學模式教師很難完全、時時掌握學生動態(tài)，且存在師生互動不夠充足的問題，研究生對線上教學模式滿意度差異化較大。

三、結語

助力“雙碳”戰(zhàn)略目標實現(xiàn)，教育部、工信部等多部委提出了綠色低碳技術科技攻關、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，加快碳達峰碳中和專業(yè)人才培養(yǎng)進程。哈爾濱工程大學船舶動力專業(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”教學與在線研討教學新模式，推動船舶動力技術研發(fā)，強化船舶動力專業(yè)人才培養(yǎng)，向社會輸送“可靠頂用”的碳達峰碳中和專業(yè)人才。

參考文獻：

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[3]張振.深化教育供給側(cè)結構性改革推進行業(yè)企業(yè)成為重要辦學主體—國家發(fā)展改革委有關負責人就《關于深化產(chǎn)教融合的若干意見》答記者問[J].中國經(jīng)貿(mào)導刊，2018（1）.

[4]工業(yè)和信息化部.工業(yè)和信息化部關于印發(fā)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》的通知[EB/OL].（2021-11-15）[2022-08-07].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-12/03/content_5655701.htm.

[5]李毅中.要科學選擇制氫路徑[J].中國石油石化，2020（1）.

[6]顏河清，唐靈芝，盧星星.研討式教學引入研究生教育的理論與實踐——以東華理工大學法學專業(yè)為例[J].銅陵職業(yè)技術學院學報，2018（1）.