基于跨介質發射技術平臺探索應用型人才培養

施 瑤， 陳思汝， 姜 軍， 潘 光

（西北工業大學航海學院，西安 710072）

0 引言

21 世紀，人類步入海洋開發利用的新時代，大國對抗的主戰場也逐漸由陸地轉向海洋。近年來，海洋安全形勢日益嚴峻，釣魚島問題、南海爭端等國家利益沖突頻繁發生，警示我國在教育上要重視海防武器應用型人才的培養，為強化海洋軍事力量提供堅實的人才儲備基礎［1］。

加強高水平海洋人才隊伍建設是實現海洋強國夢的重要舉措，對海洋經濟可持續發展、海洋裝備更新換代以及海洋資源開發保護具有深遠意義［2］。2011 年，國家海洋局發布《全國海洋人才發展中長期規劃綱要》，首次對高質量海洋人才培養工作的開展做出明確指示，提出設立高層次科技人才庫要結合國家戰略要求，依靠校企和科研院所的培養資源和發展平臺，通過工程項目、學術訓練、科研實踐等多種途徑實現人才綜合素質的提高［3］。

為了推進海洋強國和人才隊伍建設，深化教育體制改革，涉海軍工院校需要結合自身辦學特色貫徹落實國家人才發展計劃。因此，我院基于跨介質發射技術平臺設立出入水課題研究團隊，開展應用型人才培養試點工作，以此探索人才教育新模式，為我國海洋事業發展輸送更多高層次工程技術人才。

1 跨介質發射技術平臺的背景與意義

1.1 有利于高校“雙一流”建設

教育強國，人才興邦，深化教育體制改革是提升高等教育質量的必由之路。2015 年，國務院針對高校發展提出“雙一流”建設的總體方案，對高等院校在教育改革要求和學科建設任務方面做出明確指示，強調加快建設“世界一流大學和世界一流學科”，完成師資力量優化、卓越人才培養和科研能力提升等具體任務［4］。面對世界格局的新形勢和國家發展的新變化，“雙一流”建設任重而道遠，這就要求高校開展教學試點工作，為發展教育事業提供新的方案，為優化人才隊伍探索新的培養模式。

人才培養是建設“雙一流”高校的核心，增強學生創新能力是培養復合型人才的關鍵。作為研究海洋裝備的內陸院校，我校航海學院依托無人水下運載實驗室，開展了一系列創新人才培養模式的嘗試與探索［5］，為學生參與科研工作營造了“師生共商、資源共享、校企共榮”的學術氛圍。跨介質發射技術平臺作為實驗室的新生模塊，不僅有利于促進學生全面發展、提升人才實踐能力、推動高校“雙一流”建設［6］，同時也為其他遠海高校構建海洋應用型人才隊伍提供了新的培養思路。

1.2 有利于服務國家重大需求

世界一流大學和學科建設聯系著教育民生，世界一流軍隊建設關系著國泰民安。作為軍工人才培養的重要基地，國防高校必須以國家重大戰略為先導，深化教育改革，強化應用型軍事人才后備力量。發展海洋事業對提升經濟和軍事實力具有重要意義，在國家海洋戰略實施的新需求下，海洋裝備技術人才資源較為短缺［7］。為了推動海洋強國建設、充實海洋人才隊伍，涉海院校必須明確自身辦學特色，把握專業發展方向，著眼于裝備研究和技術更新，致力于培養更多服務于海防事業的創新型人才。

空投魚雷和潛射導彈是提升軍隊作戰能力的水中利刃，其跨介質發射及降載技術也成為科研院所聯合攻關的重點課題。在國家重大項目和型號研制任務的支持下，我院于2017 年成立跨介質出入水課題組，通過整合理論資源、規范仿真操作、改良試驗設備，完成跨介質發射技術平臺的自主搭建，為學生研究科學問題提供了仿真應用和試驗測試的技術支持。依托平臺建設進行人才培養實踐，不僅能有效推動科研成果轉化，滿足國家發展需要，更有利于促進裝備技術革新，實現海洋強軍夢。

1.3 有利于培養海洋工程人才

開展實踐教學有利于促進學生創新能力的提升，實現工程人才專業知識與應用技能的轉化［8］。然而，地處內陸的涉海高校不便于開展海上實踐活動，進行人才培養實地教學。因此，加強試驗平臺建設成為促使學生培養科研精神、形成自助探索習慣、增強創新實踐能力的有效途徑。同時，開展高效的創新實驗教學模式有利于學生將專業知識、實踐技能和國家需要三者有機結合［5］，不斷提升自己的綜合素質，成為助力海洋發展、服務國防建設的后備軍。

跨介質發射技術平臺為學生開展科研工作提供了堅實的試驗技術保障，讓學生在研究高速航行器跨介質發射的水動力學特性時，能夠寓學于為，鞏固專業知識；讓學生在探索航行器減阻降載的解決方案時，能夠學以致用，總結實踐經驗。我院跨介質出入水團隊以理論研究為指導，以仿真模擬為載體，以試驗平臺為基礎，由老師帶領學生開展海洋工程技術性問題的探究與討論，在實際教學中，加深了學生對流體、機械、材料等基礎知識的理解程度，推動了多學科文化的交叉共融。同時，團隊通過定期組織跨專業領域的實習交流，培養了學生多維度思考和分析問題的能力，促進了學生實踐技能的多元化發展［9］，提升了海洋工程人才的專業性、實踐性和全面性。

2 跨介質發射課題團隊的建設與發展

2.1 良好的學術氛圍是人才培養的前提

良好的學術氛圍有利于激發學生從事科研工作的熱情和興趣，有利于培養學生學術探究精神和創新實踐能力，有利于促進科研成果的共融和轉化［10］。目前，海洋領域人才隊伍建設存在管理體系不健全、科研積極性不強、資源共享性不高等問題［11］，對此，我院跨介質出入水團隊在人才培養的實踐中逐漸形成了“教師引領、本研互動、成果激勵”三位一體的學風建設模式，同時配合一系列行之有效的管理措施，旨在為學生發展提供一個充滿良性競爭、促進能力提升的學術環境，見圖1。

圖1 團隊學風建設體系示意圖

老師的責任心和執行力往往是激發學生主觀能動性的關鍵。因此，為了確保學生對科研有充足的時間投入，團隊老師以身作則，自覺完成工作打卡并監督學生準時到崗；為了讓學生開拓學術視野、積累科研本領，團隊經常組織學生參與海洋前沿會議，鼓勵學生加入由老師牽頭的項目任務中；為了培養和鍛煉學生獨當一面的能力，團隊與企業和研究所建立長期合作，支持學生進行專業技能的強化培訓和科研項目的對接工作。

團隊合作中加入良性競爭不僅可以鞏固團隊的凝聚力和向心力，更能激發學生致力于科研的內在潛能。因此，面對來自本、碩、博3 個不同階段的學生，團隊在人才培養時明確了每個博士生重點研究的具體模塊和負責指導的低年級學生，以此增進本研互助交流、推動成員共同進步、提高團隊協作能力，同時在工作分配時因人而異，合理安排成員分工，促使個人優勢在任務驅動下得到充分發揮，加快科研項目的完成進度。在此基礎上，團隊通過定期進行工作匯報，及時掌握和督促學生的科研進展，不僅讓學生在經驗分享中互相學習、取長補短、全面發展，也讓學生在成果展示中看到差距、見賢思齊、完善自我。

近年來，高壓內卷的邪風席卷職場、教育等各個領域，為了營造綠色、和諧、健康、持久的學術生態圈，有必要采取具有針對性的激勵措施。在人才培養的實踐中，團隊通過鼓勵和支持學生撰寫論文、申請專利的方式，讓學生在鍛煉學術寫作能力的同時，也在文章發表、專利授權中感受到學有所得、勞有所獲的樂趣，以此提高學生科研熱情的持續力和學術成果的合格率。此外，團隊還會定期組織團建活動，以此促進學生身心健康，讓學生在勞逸結合中實現事半功倍的效果。

2.2 完備的實踐平臺是人才培養的基礎

新工科背景下要求涉海高校進一步加快教育體系改革，結合工程需要開展實踐教學，培養學生的創新能力和科研精神，為航海領域輸送更多專業型人才［12］。因此，我院跨介質出入水團隊結合研究領域特點和人才培養方案，自主搭建了一套功能完備、用途多樣的實踐平臺，如圖2 所示，跨介質發射技術平臺可以分為仿真操作和試驗測試兩部分。

圖2 跨介質發射技術實踐平臺組成示意圖

仿真實踐平臺切實符合研究需要，不僅為學生運用軟件提供了對應的自編算例教程以及調試經驗文檔，也為學生仿真分析提供了全新的硬件設備和充足的計算資源，以此保障學生可以盡快融入科研生活，并能自由進行研究發現和試錯［13］。在使用SOLIDWORKS軟件進行三維建模的基礎上，學生可以利用STAR-CCM +、FLUENT 等軟件完成流體仿真計算，也可以采用LS-DYNA 軟件實現結構沖擊模擬，或是結合ABAQUS 和CFD 軟件解決流固耦合問題；同時，學生還可以基于MATLAB、Java等計算機語言編寫代碼進行圖像識別和信息提取。由此可見，仿真實踐平臺實現了機械、流體、材料、編程等多學科的組合優化，有助于學生在仿真探索中將知識融會貫通，在學科交叉領域獲得創新靈感。

如圖3 和4 所示，多功能試驗測試平臺由高速入水發射系統和多體出水發射系統兩部分組成，同時配有高分辨率攝像機和多參數控制器。前者基于學院實驗室的綜合水池（長70 m ×寬44 m ×深10/15 m）［5］搭建而成，可以完成不同幾何參數和發射條件下的全尺寸模型高速入水試驗、測試不同結構和材料復合情況下保護頭帽入水時的緩沖性能，模型頭部內置IMU測量模塊，可以實時記錄入水沖擊載荷的數據變化；后者基于自主設計的小型水箱（長1.84 m ×寬1.2 m ×高1.22 m，最大水深0.8 m）搭建而成，可以實現艇速調節、同步控制、多彈體發射等功能，完成不同外形和工況條件下的縮比模型出水試驗，輔助科研院所進行通氣模型出水的降載效果測試，同時，大型減壓出水發射系統也在搭建當中，其外壓調節模塊可以實現出水試驗過程的空化數相似。因此，基于上述實踐平臺，不僅可以讓學生在試驗設計和實施的過程中培養自己三維建模、動手操作和研究分析的能力，還可以讓學生在多元化的合作交流中延展自己學術思維的廣度和深度。

圖3 高速入水發射試驗系統

圖4 多體出水發射試驗系統

2.3 明確的研究體系是人才培養的動力

海洋高等教育作為我國高等教育的重要一環，其學科建設依然存在定位不清晰，專業性不強等問題［14］，明確的研究體系既有利于學生找準學術方向，把握科研重點，緊跟國家需求，在前沿領域開拓創新，也能有效促進人才培養的可持續發展。針對跨介質發射過程涉及的非定常流動和瞬態高壓脈沖問題，跨介質出入水團隊從水動力學特性、緩沖降載設計和試驗測試技術3 個方面展開系統化研究，如圖5 所示。隨著學術研究方法和成果的更新，研究體系的內容和范圍也在進一步調整、細化、和擴展。

圖5 跨介質出入水課題研究體系示意圖

基于明確的研究體系，團隊學生可以在“高速入水”和“出水發射”兩種不同的跨介質行為中選擇自己感興趣的方向進行深入研究，同步開展非定常空化問題的分析和緩沖降載方案的設計工作。經過五年的探索實踐，團隊逐漸形成了“博士指導碩士，碩士幫助本科”薪火相傳的工作模式，這不僅有助于保證研究體系的完整和延續，更有利于避免人才培養的流失和斷代。目前，團隊在針對自然/通氣空化特性、多彈體流動干擾等問題的研究中已取得一系列重要結論，同時提出不對稱增穩頭型、變密度緩沖頭帽等新型降載方案，今后團隊將進一步開展復雜海洋環境下的跨介質出入水課題研究。

3 人才培養階段性成果

3.1 形成“產學研用”一體化運行模式

基于國家發展和人才培養的需要，我院跨介質出入水團隊主要由老師牽頭申報科研項目，再由博士生根據項目要求進行任務梳理和細化，并將具體工作根據難度系數分配到碩士生和本科生，以此實現任務的逐層分解、責任到人和高效完成，保證各類學生在與專業強相關的項目實踐中，將課程所學用于科研工作，得到綜合技能的全面提升［15］；同時，依賴于完備的試驗測試系統，團隊與其他兄弟院校、國防單位以及702、705 等軍工研究所建立了長期的合作關系，以此促使學術研究與產業應用直接掛鉤，讓學生在了解工業需要的前提下切實解決軍備技術難題，將科研做到實處。由此，在科研項目和校企合作的推動下，團隊逐漸形成了“產學研用”一體化的教學模式，加速了應用型人才培養以及科研成果的轉化［16］。

3.2 建成持續發展的應用型人才隊伍

跨介質出入水課題研究團隊成立五年以來，總共培養學生22 名，其中博士7 人，碩士12 人，本科生3人，獲研究生國家獎學金者3 人，8 名畢業生目前均就職于國防單位，努力奮戰在軍工事業的一線；團隊老師作為行業內的青年翹楚和技術骨干，帶領學生申請和完成軍委科技委重點項目、海軍預研及國家自然基金等項目20 余項，獲得科研經費超千萬元，同時指導學生在Ocean Engineering、Physics of Fluids、力學學報等業內知名期刊上發表高質量學術論文36 篇，其中SCI論文25 篇（JCR一區12 篇，一區8 篇，二區8 篇），累計影響因子81.2，并且支持學生申請發明專利16 項（4 項已授權），其中有關緩沖頭帽的結構設計目前已實現系列化生產，并廣泛應用于多個型號魚雷研制，為魚雷發射和任務執行提供了安全保障。今后，團隊將進一步完善和強化人才隊伍建設，為國家發展持續輸送優質人才。

4 結語

西北工業大學航海學院跨介質出入水團隊基于自主設計的綜合發射平臺積極開展了人才培養的試點工作。通過五年來以國家需求為先、以學生利益為本的教學實踐，形成了“產學研用”一體的團隊運行模式，建成了可持續發展的海洋人才隊伍；同時說明了提升學術氛圍、完善實踐平臺以及明確研究體系的必要性，為其他內陸涉海高校推動一流人才隊伍建設提供了參考方案。

·名人名言·

把簡單的事情考慮得很復雜，可以發現新領域；把復雜的現象看得很簡單，可以發現新定律。

——牛頓