工程實踐教學和考評創新在船舶與海洋工程環境載荷課程中的應用

摘 要：船舶與海洋工程環境載荷課程在海洋工程教育中至關重要，旨在培養學生理解和掌握船舶與海洋結構物在海洋環境中的動力響應和載荷特性。傳統教學方法以理論講授為主，存在授課時間不足、教學方法單一及學生參與度低等問題。該文通過引入實踐教學環節、運用信息化教學手段、結合經典案例教學和加強師生互動，提出一系列教學改革措施。實踐結果表明，這些創新方法顯著提高教學效果，激發學生的學習興趣和創新能力，為培養高素質應用型工程人才奠定堅實基礎。

關鍵詞：教學創新；考核與評價；工程實踐；涉海人才培養；海洋工程與技術

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）31-0062-05

Abstract： The course Environmental Loads on Ships and Marine Structures is crucial in marine engineering education， aiming to develop students' understanding and mastery of the dynamic response and load characteristics of ships and marine structures in marine environments. Traditional teaching methods rely heavily on theoretical lectures， facing issues such as insufficient class time， single teaching methods， and low student engagement. This paper describes a series of teaching reforms by introducing practical teaching sessions， utilizing information technology， incorporating classic case studies， and enhancing teacher-student interaction. Results show that these innovative methods significantly improve teaching effectiveness， stimulate students' interest and innovation， and lay a solid foundation for training high-quality applied engineering talents.

Keywords： pedagogical innovation; evaluatf8ef9fd15fcf2131d3c49b7794a3407fion and assessment; engineering practice; cultivation of talent in maritime affairs; ocean engineering and technology

海洋科技創新的關鍵是人才，人才不僅是海洋強國的第一戰略資源，更是推動海洋事業發展、實現建設海洋強國遠景目標的根本保障[1]。習近平總書記指出，建設海洋強國，必須進一步關心海洋、認識海洋、經略海洋，加快海洋科技創新步伐[2]。為了走好涉海人才培養的第一步，高校中的涉海課程必須與時俱進，盡快順應我國在新時代海洋強國建設方面的需求。船舶與海洋工程環境載荷是一門面向船舶與海洋工程領域本科生的基礎課程，其培養目標是讓學生理解和掌握船舶與海洋結構物在海洋環境中的動力響應和載荷特性，并將所學應用到實際工程設計當中。因此，課程的教學質量直接關系到學生在未來的職業生涯中能否有效應對實際工程問題。

隨著海洋資源開發的深入和工程技術的不斷進步，業界對課程的教學目標提出了更高要求。傳統的授課模式以教師講授為主導，即教師強制向學生灌輸理論知識，然而，這種方法難以充分激發學生的學習興趣和創新能力。因此，如何在課程中引入更多的實踐教學和案例分析，增強學生的實際動手能力和工程應用能力，成為亟待解決的問題。本文針對船舶與海洋工程環境載荷教學中現存的授課時長不足、學生參與度低及工程案例缺失等問題分別提出了解決方案，并從多個角度、以多種形式對學生進行全方位考評，完善了現有課程考評體系，探索出一條能夠有效激發學生學習興趣、提高實踐能力和創新思維的路徑。

一 課程概述

船舶與海洋工程環境載荷是一門面向船舶與海洋工程專業本科生的基礎課程。本課程介紹了在海洋環境風、浪、流的作用下，船舶與海洋工程結構物所受到的環境載荷和水動力性能的理論基礎和分析方法，并闡述這些理論和方法在實際工程中的應用。主要包括海洋環境、海洋工程環境載荷、定位系統與立管系統、浮式海洋平臺運動和渦激共振問題等內容。課程設定結合工程案例和練習，介紹理論原理在多種海洋工程結構物中的應用，主要包括浮式生產儲卸油系統（FPSO）、半潛式平臺（SEMI）、張力腿平臺（TLP）、立柱式平臺（SPAR）、系泊系統和動力定位系統，以及海洋立管（圖1）。通過學習本課程，學生能夠全面且深入地理解船舶與海洋工程流體動力學性能的專業知識，并提升專業基礎水平、實踐應用能力和創新能力水平[3]，為今后從事船舶與海洋工程領域的科研工作打下堅實基礎。

二 傳統教學模式的局限性及解決方案

本節所述“傳統教學模式”是指教師以新媒體幻燈片或板書為手段，單方面向學生灌輸知識的授課方式。不可否認的是，傳統教學模式曾對教學活動產生過積極的進步性作用。然而，這種教學模式忽視了學生的主觀能動性，學生得到的只不過是機械的“短時記憶”而非真正理解所學內容[5]。而由于船舶與海洋工程環境載荷涉及多學科交叉，體系龐大、難度系數高，學生要想完全掌握其背后的解題思想需要具備扎實的專業基礎和數學功底。顯然，這種僅僅依靠教師單方面輸出知識的教學模式并不適用于此類課程。本節結合船舶與海洋工程環境載荷的課程特點，總結了三點現存主要問題，并提出了相應的解決方案。

（一） 授課時長不足

船舶與海洋工程環境載荷廣泛涉及海洋知識，包括海洋動力學和海洋浮式結構動力學等，需要學生具備一定專業基礎并掌握數理計算方法。然而，并非所有學生都具備良好的專業素質。在教學實踐中，考慮到學生對知識的接收效果，教師不得不根據課堂反饋實時調整授課重點和節奏，從而影響授課進度。受限于每學期僅有的幾十個課時的教學時長，課堂講授很難覆蓋全部內容。因此，教師必須在理論講解和實際應用之間權衡，內容的廣度和深度更是無法兼顧，導致教學效果低于預期。

在教學實踐中，作者嘗試采用“模塊化教學”法解決這一問題。該方法將每一大類授課主題劃分為“基礎理論模塊”“應用技術模塊”以及“案例分析模塊”。首先，聚焦于主題核心理論知識對原有內容進行適當簡化，形成基礎理論模塊；其次，準備多個典型習題，形成應用技術模塊，在授課過程中，教師以難度依次遞增的順序講解，針對課堂反饋實時調整對應于不同知識點的練習，切實、及時地解決學生的疑惑；最后，收集典型和發生在近期的工程案例，引導學生理解和討論課堂知識。

為了切實提升授課效率，模塊化教學要求教師抓住核心內容，精心梳理授課思路和框架，不斷發現關鍵問題，預判學生疑惑，并針對歷年出現的經典問題提供有效的解惑方案，盡最大限度地將問題在當堂解決，不留后患。

（二） 學生參與度低

在傳統教學模式中，教師常常由于具備遠多于學生的知識量而主導課堂話語權，學生作為知識層面的弱勢方而被動接收信息。這種授課形式可以輕松保證教學進度按照計劃推進，但忽略了學生與教師之間的互動，降低了學生的課堂參與感。由于課程專業性強且知識點繁多，因此學生極有可能無法一次性理解傳授內容。加之，課堂很少提問、討論和操作實踐，從而導致教學效果不佳。長此以往，學生逐漸對課程失去興趣和耐心，最終可能使學生對整個專業產生消極看法。

對于上述問題，作者嘗試在課程設置中增加研討環節，并引入信息化實踐教學。研討環節主要分為兩部分。一方面，適當增加課堂互動環節，鼓勵和引導學生主動發現并提出問題。例如，通過提問和小組討論的方式，讓學生切實參與到課堂探討中，加深學生對理論知識的理解和記憶。另一方面，參照“翻轉課堂”的教學模式，在每個主題或整個課程結束時，安排學生借助幻燈片等媒介講解拓展知識點，鼓勵其脫稿自述而非照本宣科，喚醒學生中“沉默的大多數”。所謂“信息化實踐教學”，即引導學生利用虛擬仿真實驗平臺和計算機仿真軟件，在虛擬工程環境中學習和驗證[6]。例如，利用計算機仿真軟件計算船舶在波浪中的運動和載荷情況，在虛擬環境中進行實驗操作和數據分析（圖2）。此外，還可以鼓勵學生在給定的計算機代碼上進行改進，并形成研究報告。

在計劃施行信息化實踐教學時，教師應提前安排學生做好預習工作，盡早熟悉仿真平臺的操作原理和流程，從而提高課堂教學效率。

（三） 工程案例缺失

根據中山大學海洋工程與技術學院對海洋工程與技術專業本科培養方案的要求，船舶與海洋工程環境載荷的授課內容應當面向國家重大戰略需求、國家和區域經濟社會發展及行業創新發展需求，掌握堅實的基礎理論和系統的專業知識，服務于船舶與海洋工程領域的職業發展需求，強調工程性、實踐性和應用性[7]，緊密結合自身優勢與海洋工程與技術特色，明晰培養定位，突出培養特色，為船海行業及相關部門培養應用型、復合型高層次工程技術和工程管理人才。如果脫離了工程案例，那么不僅無法考查學生對知識的掌握程度，更是有違于開課初衷。因此，在授課過程中，教師應當重視理論知識與工程案例之間的聯系，適當以課堂知識解釋其在工程中的應用，加深學生對知識的理解，進一步提升學習興趣。

作者將上述問題作為“模塊化教學”中“案例分析模塊”的補充。經典教材因措辭嚴謹而廣受教師青睞，但由于其出版年份久遠而缺乏對新技術、新工程案例的收錄，因此需要教師自行搜索和補充[8]。表1中列出了作者在教學實踐中講解的知識點及對應的工程案例。此外，在課程設置中，教師還可以適當增加實踐環節的比例，即教師在講解工程案例后，鼓勵學生合理假設下進行簡單計算和驗證，引導學生掌握基本理論。進一步地，教師還可以組織簡單的物理實驗，將課堂所學直觀地展示在學生面前，引導學生對原理的思考（圖3）。

在開展工程案例講解前，教師可以借助新媒體介紹工程背景，并解釋理論在案例中的重要性，充分激發學生學習興趣。

三 傳統考核與評價方式的局限性及優化措施

考核是檢驗學生對知識掌握程度的最直接方式，能夠激勵學生發展動力、診斷學生發展問題、調節學生發展目標、促進學生發展質量[9]。科學、有效的考評方式，是提升課程質量的關鍵。本節總結了傳統課程考評方式中存在的問題，并提出了適用于船舶與海洋工程環境載荷的優化措施，全方位提升了課程考核與評價體系的科學性。

（一） 傳統考核與評價方式的局限性

本節所述“傳統考核與評價方式”是指僅將結課考試成績（或將“平時表現”和“結課考試”成績以一定比例組成的總成績）作為課程的唯一考評指標。這種方式的優勢在于，教師能夠根據標準答案明確地為卷面賦分，快速地完成對學生的考評。但是，對于船舶與海洋工程環境載荷這類知識點繁雜、單題計算量大、學科交叉明顯的課程，學生對知識的把握程度很難僅憑一張在規定時間內完成的試卷反映出來。而課程設置的目標是多維的，即培養學生在理論和實際兩個層面上的能力，過度依賴結課考試的考評方式既無法完全反映學生的理論功底，也沒有考查實操水平，因此，得到的只是一組畸形的數字。

（二） 優化措施

一方面，要推動考評方式由單一走向多元。在形式上，要從多個角度考查學生在課程學習中的綜合表現；在內容上，要根據時代和行業發展需求，豐富和完善現有考評內容，將學生發展的多維指標納入考評體系中，真正促進考評朝向學生發展方向[9]。另一方面，要結合課程設置初衷和學科特點，靈活調整考查內容和形式，提升“過程性”[10]分數在總成績中的占比，形成一套能夠反映學生在學習全過程中的考評體系，從根本上擺脫傳統考評思想的束縛。

作者針對船舶與海洋工程環境載荷課程，提出了一種多維度、多樣化的考評方式（以下稱“新考評方式”）。所述“多維度”和“多樣化”，分別指多元化的考評內容和形式。新考評方式（表2）的考查內容由結果向內容和過程向內容組成。

結果向考查以期末考試為主導，考查內容覆蓋課程的核心知識點和日常強調之處，題型包括選擇題、簡答題和計算題，確保全面考查學生對試題的理解和思考能力。期末考試沿用傳統考評方式的組織形式，旨在初步評估學生對基礎理論和基本技能的掌握情況。因為其分數占比相對傳統考評方式有所下降，所以不宜提前劃定考查范圍。

過程向考查分數通過授課過程中組織的各項考核賦予，考查內容包括學生出勤、課堂和課后練習、研討環節（互動、“翻轉課堂”）、信息化實踐環節和物理實驗環節等。授課期間，教師可以安排課程和課后練習，此環節注重學生對授課內容的理解程度，因此鼓勵學生簡述解題思路，相關練習在規定時間節點前提交即可。研討環節分為兩部分，其中，互動貫穿整個課程，教師應引導學生及時在授課中以及小組討論中提出問題，從而引發學生思考。此時，教師可以尋找另一位學生解答，并最后予以糾正，以此反映出學生對此問題的接受情況。“翻轉課堂”需要學生在教師給定的主題中自由選題，根據課堂、課后學習以及自身理解，結合幻燈片講述選題及相關拓展內容，最后由教師和學生共同參與評價。“翻轉課堂”更加注重考查學生對選題的理解以及科學表述能力，因此鼓勵學生脫稿進行。信息化實踐和物理實驗環節的考評主要通過實踐/實驗報告來反映。該部分注重培養學生的實踐能力和寫作能力，因此報告應當完整記錄實踐/實驗的操作流程、原理以及結果。報告形式應當嚴格參照科研報告形式完成，內容至少包括背景及意義、目的、計算/實驗原理及方法、結果與討論、參考文獻。

“過程性”考評部分以引導和激勵學生向優秀、先進和榜樣看齊為主，細化每個環節的得分項目，全方位考查學生的綜合能力素質。在該考評過程中，應制定考評標準，避免由于標準模糊而導致學生之間的分數區分度低的現象。

新考評方式結合筆試、課堂表現以及實踐等多種形式，綜合考查了學生對基本理論的掌握程度、對知識的理解程度、科學表述和寫作能力、實踐能力以及課堂活躍程度等多個維度的情況，擺脫了應試教育的“一考定音”思想，從而實現了對學生學習效果的全面評價。這種多維度、多樣化的考評體系不僅關注學生的知識掌握情況，還強調對其實踐能力和綜合素質的培養，有助于全面提升學生的學習效果和工程應用能力。

四 結束語

本文根據船海專業課——船舶與海洋工程環境載荷的特點，通過一系列教學創新，有效解決了授課時長不足、學生參與度低以及工程案例缺失引發的問題。此外，本文還提出了一種多維度、多樣化的考評方式，全面評估了學生的理論掌握程度和實際操作能力。本文提出的教育創新理念將“以教師為中心”的課堂模式轉向師生共同參與，將“以卷面考試為主導”的傳統考評方式轉向內容多元、注重過程的新方式，以順應新時代對理工科本科生的培養需求。隨著教學改革的不斷深入，作者將在本文提出的創新教學方法的基礎上繼續探索提升教學質量的授課新模式，為培養具有創新能力和實踐能力的高素質工程人才作出更大貢獻。

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基金項目：廣東省海上風電聯合基金重點項目“海上漂浮式風電與海洋牧場融合關鍵技術及其生物適應性研究”（2022B1515250005）；2023年度中山大學海洋工程與技術學院教學質量與教學改革工程類項目資助子項目“船舶與海洋工程環境載荷的教學改革與探索”（76170-12220011）

第一作者簡介：王凱（1983-），男，漢族，浙江東陽人，博士，副教授，博士研究生導師。研究方向為海上漂浮式風機全耦合設計與仿真，風漁融合裝備的開發。

*通信作者：黃碩（1984-），女，漢族，黑龍江伊春人，博士，副教授，博士研究生導師。研究方向為船舶水動力性能預報，海洋可再生能源開發與利用，深遠海養殖牧場抗風浪設計。