“賽教聯合+項目驅動”的“船舶阻力與推進”課程改革

摘" 要：文章以“賽教聯合”項目驅動的創新型教學模式在“船舶阻力推進”課程中的應用為主要研究內容，討論了船舶阻力推進課程的現狀和痛點，圍繞“案例—項目—競賽”的創新型教學模式，建立了嶄新的“船舶阻力與推進”課程體系，通過“學情調研分析、課前自學和預習資料的準備、課上互動環節的設置，課后進階學習和實踐”四步走，進行了“教—學—研—賽”有機整體的教學方法探索。該創新課程模式充分體現以“以學生為中心”和“賽教結合”的理念，不僅可以增強課程的教學效果，還可以使學生在項目中理解、應用課本知識，提高學生參加科技競賽活動的熱情。該模式將在我國高等教育堅持創新型人才培養的發展進程中發揮顯著的功效。

關鍵詞：“船舶阻力與推進”;“賽教聯合”;項目驅動;課程改革

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）32-0049-06

自2014年9月李克強總理在夏季達沃斯論壇上正式提出要推動“大眾創業、萬眾創新”以來，國務院辦公廳先后印發多個文件，明確提出要深化高等學校創新創業教育改革。[1]目前創新創業賽事已成為高等學校創新創業教育的重要內容和創新創業人才培養的重要抓手，各高校積極探索基于大賽的創新創業人才培養模式，旨在以賽促學、以賽促教、以賽促創，推動高校人才培養范式深刻變革。

“賽教聯合”是指以課程“項目化”教學為中心，由專業指導教師和學生組成項目訓練隊伍，把學生在專業相關課程教學活動中必須掌握的各項基本知識、能力分解并應用于實際項目。學生通過參加各項專業競賽活動，在應用中提升自己對專業知識理解與應用能力，反思自身學習的不足之處，不斷改進自己的學習方法，從而達到“以賽促學”的效果。與職業教育相比，賽教融合、以賽促教的教育理念在學術性、理論性較強的高等教育領域仍有待加強，[2]尤其是在海工專業的實踐研究較少。在船海領域，2008年武漢理工大學開展了案例教學法在“船舶原理”教學中的應用探析，證明了其可行性，但也發現許多問題需要解決如案例的用時比例問題、案例教學與其他教學方法的協調與配合問題以及案例教學法應用的環境和條件的改善等。[3]2012年浙江海洋學院船舶與建筑工程學院開展了“船舶快速性”課程教學模式的探索與實踐，以強化實踐環節引領技能創新的做法為手段，開展了教學做“三位一體”教學模式的探索與實踐。[4]2015年淮海工學院以“船舶阻力與推進”課程為研究對象，從教學內容、教學形式、教學手段、考核方式等方面展開研究，也提出了課程教學模式改革建議。[5]2016年上海海事大學進行了卓越工程師培養計劃的“船舶阻力與推進”課程的教學改革與實踐，開展了“教師講授”“自主學習”“實踐創新”教學模式的改革與實踐。[6]2018年華南理工大學土木與交通學院針對“船舶原理”開展了基于培養應用型本科人才為導向的項目課程教學改革實踐。[7]2019年河海大學開展了能源與動力工程專業學位課程的案例教學設計與實踐。[8]2020年江蘇科技大學船舶與海洋工程學院進行了“船舶阻力與推進”教學改革探析，分別從教學內容、教學方法和考核方式三個方面入手，對傳統的教學模式進行改革。[9]同年廣東海洋大學海洋工程學院從“船舶設計原理”課程教學的現狀出發，在該課程中進行PBL（問題導向）教學法的設計。[10]2021年，煙臺大學海洋學院已開展融入創新競賽的船舶動力裝置課程實踐教學研究。[11]2021年集美大學輪機工程學院基于科教融合與人工智能的船海人才培養探索。[12]

為培養具有專業基礎知識扎實、實踐能力強的專業型復合人才，各大院校都已經開展了海工領域核心課程教學改革，在案例教學、項目引領和科教結合方面也已取得一些研究成果，但仍未形成一種行之有效的教學模式。項目在探究“賽教聯合”模式下的海工學院專業課課程“船舶阻力與推進”的課程改革，以“全國海洋航行器大賽”為引領，項目案例融入課程教學，旨在讓學生真實項目情境下學習理論知識并通過對項目的構思、設計、實施等鍛煉學生的實踐能力、創新能力、團隊協作能力以及問題解決能力，為深化創新創業教育改革尋找新思路和新經驗。

一、“船舶阻力與推進”的教學現狀及痛點

“船舶阻力與推進”是船舶與海洋工程核心專業科之一，是集理論、實踐于一體綜合性的一門課程。課程教學的主要任務是通過各個教學環節使學生掌握船舶流體力學性能的基本概念、原理和解決問題的方法，并將流體力學基礎理論應用于船舶快速性性能分析。隨著工程教育認證的開展，從創新創業人才培養的需求出發，該課程不僅要求本科生在設計層面上“能夠設計針對復雜工程問題的解決方案”，還要在研究層面上培養學生創新精神和實踐能力，“能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究”。而船舶行業內的“海洋航行器設計與制作大賽”是由中國科學技術協會、工業和信息化部指導，中國船舶重工集團公司、中國船舶工業集團公司、中國造船工程學會主辦，面向全國全日制非成人教育的各類高等學校、科研院所學生的綜合性競賽項目。競賽的宗旨和目的是“崇尚科學、實踐求知、銳意創新、面向海洋、服務國防”，正是本專業理論應用于實踐的展示平臺和創新平臺。其中船模競速（E類）和新概念創意設計（A1類）參賽項目與本課程緊密聯合，滿足船舶快速性的創新設計與實踐的需求。

但是目前本門課程的教學仍以傳統的課堂教學為主渠道，以教師主動施教為核心，學生被動吸收知識：1. 本門課程的內容偏于理論，理論抽象、公式復雜、缺乏實踐環節的設計和實際案例的設計體驗，使學生缺少探究思考與應用內化，不利于激發學生的學習興趣。2. 課程教材較陳舊，雖然體系完善但缺乏對國際新技術新成果的補充，更缺少案例設計和分析等引導學生實踐的環節。盡管本課程內容幾乎貫穿了船舶的完整快速性設計，可以針對船舶競速比賽項目來培養學生從船舶阻力計算優化到推進系統選型、設計和分析解決船舶快速性相關問題的能力。但目前沒有充分發揮科技賽事的引領作用，賽事的良好項目資源沒有融合在教學中，導致學生不會學以致用，理論與實踐分離，缺乏創新能力。3. 由于學生的知識儲備和能力參差不齊，大班授課加上學時壓縮，原來大而全的教學大綱和講授為主的教學模式無法發揮學生的自主學習能力，導致教師很難因材施教，導致好學生吃不飽，后進生跟不上，整體學習積極性下降，課堂效率降低。4. “平時作業+期末考試”的考核形式仍然比較單一。“四新”時代，學生需要多元化的考核形式檢驗其學習效果、反映其協作創新能力，這是傳統“作業+考試”的形式做不到的。綜上，對船舶阻力與推進課程進行以“賽教聯合”項目驅動的創新型教學模式改革非常有必要。

二、圍繞“賽教聯合”體系的教學改革

課程的教改整體包括三部分：課程梳理和競賽項目解構;整體的教學方法設計和準備;考核評價方式的探索及反饋收集。整體方案如圖1所示。

（一）圍繞“案例—項目—競賽”體系的課程梳理和競賽項目解構

本部分需要通過查找并參考兄弟院校的相關課程PPT和MOOC課程，按照模塊進行劃分和知識點梳理;總結和劃分學校近幾年參賽海洋航行器大賽項目及獲獎項目，整理出可以利用或者分解的競賽案例;隨后與項目組老師進行討論，最后形成一個和本課程學時、項目案例相匹配的“賽教聯合”的課程知識點體系。

由于新的教學大綱中本門課程的課時由原來的64學時壓縮為40學時，本次改革又進一步增加了對前沿問題以及項目和案例的講解，在原有教材《船舶原理》的基礎上需要進一步優化，[13]以知識點和對應任務模塊進一步進行課程知識點分級梳理和競賽項目解構。根據本課程的情況，涉及的競賽種類主要為E船模競速（常規動力組）和A1新概念創意設計兩部分。依據海洋航行器大賽競速賽的要求分解為以下兩個任務。任務一是設計1m長競速船模，在能源受限的條件下，通過合理的船型、動力設計和優化，使其能夠在盡可能短的時間內完成規定的直線航行距離，并能夠裝載比賽要求的載荷物。任務二是利用先進的設計理念，從仿生推進、減阻新方法等新概念出發進行新概念創意設計。這兩個任務分別面向工程型和科研型兩類學生。

圖2為原有教材的課程體系，以章節為單位，內容較多，但缺乏內在聯系的總結及其與實際工程的結合。圖3為本項目探討并完善的“賽教聯合”項目化引導后的知識體系模塊。阻力部分和推進部分均有5大模塊。其中，工程基礎競速類項目貫穿整個課程體系，分成模塊1（阻力的理論和計算），模塊2（阻力的實驗測試），模塊3（船型的設計優化），推進模塊2（推進裝置的理論）和推進模塊4-5（船槳機匹配設計）進行;創意類競賽項目主要根據提高模塊展開，結合近期科研成果以及研究熱點進行內容更新，把該部分引申為擴充知識點供學有余力的學生展開創新研究。分成推進模塊1（建模方法）、阻力提高模塊（CFD仿真）、阻力提高模塊（減阻方法及實驗設計）、推進提高模塊（仿生推進器設計）、推進提高模塊（增推減阻裝置）幾部分。

（二）“教—學—研—賽”整體教學方法設計

進行“教—學—研—賽”有機整體的教學方法探索主要通過線上線下交互以及“對話式”課堂的途徑展開。在前期知識點模塊整合的基礎上，完成課前預習資料的下達（線上QQ群）;課程導入及引入案例（線下授課）;項目和案例分解講解（線下授課+對話式”課堂）;預習情況和知識點的課上考核（“對話式”課堂）;針對競賽的課下小組討論和方案提交（線上輔導和提交）。形成教師的“備課”“授課”“知識點考核”“輔導實踐”“改進教學”和學生的“預習”“上課”“完成考核”“線下實踐”“評教改進教學”，十個環節中的教學內容相互穿插，組成完整的漸進式教學模式與過程循環。

1. 學生水平及興趣等學情調研

在授課之前即鼓勵學生參與問卷調查，以完成對學生前期競賽經歷、興趣方向以及仿真水平的調研，為組織學生分類以及完成項目進行摸底。根據學生水平及能力，組織三個類別的項目供學生選擇，分別為科學前沿及經典問題的文獻調研及報告、基于項目及競速的工程設計及估算、基于工程或競速項目的軟件仿真。經過兩輪的課堂實踐發現，這三類任務基本可以覆蓋全部學生的興趣方向，并基本實現了根據學生興趣及能力的分層次教學，選擇的人數比例也基本穩定在2：1：1的合理范圍。第一類項目文獻調研既可以為研究型學生對前沿問題的深入了解以及研究綜述奠定基礎，也可以為基礎型或學習吃力的同學提供加深理解的機會。第二類工程設計和估算項目則既包括參與競速項目的學生的船型阻力估算內容，也包括參加創意類競賽的學生的創新設計。第三類仿真分析的項目則是在前期創新研修課“海洋工程設計軟件”“船舶美學設計”的基礎上，指導學生利用軟件仿真為競速的船型優化提供支撐，以及利用仿真動畫為創新創意類競賽項目提供素材。

2. 課前自學和預習資料的準備

為了有效地將線上預習與線下課堂有機融合，我們設計了三類內容。第一類根據教學目標，將對應低階目標、難度不大、易于理解的內容交給學生線上自學預習（例如阻力模塊1、2的快速性定義、阻力分類及成因;阻力模塊2的附加阻力、船體粘性阻力的常規減阻方法;阻力模塊3的船模阻力實驗的目的、依據、設備和方法;阻力模塊4 船型對阻力影響的基本概念）。第二類根據課堂授課內容，課前提出案例問題，學生經過查閱資料、小組討論等課前活動，提交解決方案，課上學生代表匯報、教師點評（例如從平板邊界層理論討論流態和Re對摩擦阻力的影響;從文獻出發討論船模競賽的黏性阻力如何減小等）。第三類結合課堂學習內容，發放相關資料，讓學生預習本節課的經典理論起源與發展、著名科學家的科研經歷等，以引發學生學習的興趣。

3. 課堂互動環節的設置

根據具體的章節內容進行“課程導入—組間互動對抗—知識拓展—自主歸納”四個環節的設計，提高學生的教學環節參與度。

（1）在“課程導入”環節，團隊從經典理論、時事新聞、競賽獲獎案例以及科研成果出發，以視頻、網頁、實地觀摩等為載體導入新課內容。如在講授“推進器類型和特點”這一知識點時，在學生中發起討論活動：“你認識的推進器都有哪些？有何特點？”學生通過互動軟件“雨課堂”進行即時回復，并通過大屏幕展示話題討論的統計結果，一方面可以提高學生的參與度，另一方面可以快速掌握學生對知識點的接受程度;在講授“螺旋槳基礎理論”這一模塊時，引入我國新研制的世界最大螺旋槳這一時事要聞及視頻作為導入;在講授船舶快速性及分類時，從我國導彈驅逐艦的性能談起，激發學生興趣及愛國熱情。在講授船模阻力實驗時以循環水槽船模實驗實地觀測作為課程導入;螺旋槳基礎理論中的機翼理論也以擺翼推進實驗實地觀測作為課程導引。

（2）在“組間互動對抗”環節，全班分為2—3組，不同的組以不同的方法解決同一個問題，或每個組完成不同的小問，互相分享，調動學習熱情。例如，在阻力近似估算方法章節中，課堂分組用不同的阻力估算方法估算同一個船型的阻力，各組分享結果并討論誤差。例如，在學習船模阻力實驗章節，課堂分組用二因次法和三因次法分別完成船模的阻力換算，討論產生誤差的原因以及方法的優劣。例如，在螺旋槳基本理論章節，課堂分組用理想推進器理論和理想螺旋槳理論分別計算某螺旋槳的效率，對比誤差并討論原因。例如，在粘性阻力的計算方法及減阻方法部分，各組分別總結船體摩擦阻力和船體粘壓阻力的估算方法，并討論其相似性和差異性等。該方法打破了專業課的沉悶課堂，也解決了大班制不適合小組討論的問題。

（3）在“知識拓展”環節：教師將對知識點進行發散與遷移，介紹學科前沿動態，以及與知識點相關的國家歷史、文化、科技等領域的成果，培養學生的科研精神、工匠精神、家國情懷和使命擔當。在線下，針對學生的能力和興趣，對成組的項目大作業進行追蹤指導，為參與競賽做準備。如指導學生進行表面帶凹坑的馬格努斯圓柱風帆的仿真模擬;引導學生進行了擺翼水動力性能仿真、水翼船的設計以及擺翼增推的項目設計。

（4）在“自主歸納”環節：由老師板書引導，學生代表進行總結，其他學生補充說明，培養學生自主歸納的能力。

4. 課后進階學習與實踐

課程的項目大作業以及建模大作業均需要學生課后根據課程的基本知識進行實踐，個人或以小組為單位完成。本課程共40學時，經過統計，學生自主課前預習、課后實踐的總學時約為20學時。

（1）螺旋槳建模大作業一方面幫助學生直觀地理解螺旋槳的幾何特征及相互關系，另一方面從實踐上增加學生對建模軟件的掌握度，提高動手能力。

（2）課程的項目大作業則在各個題目中滲透了課程中的理論知識，鍛煉學生在設計層面上“能夠設計針對復雜工程問題的解決方案”，還可以在研究層面培養學生創新精神和實踐能力，“能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究”。同時老師也在與學生的交流中發現并培養競賽團隊。

（3）大作業的報告則是專業知識與文案能力相結合的表現，鍛煉學生的表達能力、寫作能力，為大四學生完成畢業設計奠定基礎。

（三）考核評價方式探索

課程嘗試采用過程式考核和表現性考核相結合的方式，如圖4所示。由于增加了項目引導教學，以及課堂互動，所以課程總成績大部分采取累加式，包括理論課成績（卷面成績）、實踐成績（螺旋槳建模大作業以及自選項目大作業）、平時表現成績（平時小測及課堂表現）、分別占比為50%、30%、20%左右。

1. 結合課堂教學特點的累加式考核。根據知識點的難易程度和課程預習作業，合理設置隨堂測試內容，通過對知識點進行往復式考核加強學生對課程內容的理解。在建立系統題庫的前提下，依據章節內容抽取隨堂測試題目，對所講授的知識點進行即時考核（預習情況考核）和復習式考核（章節測驗）。課堂表現主要體現在課堂對抗互動環節，以及自主總結環節，根據學生課堂參與度加分。

2. 結合賽事參與的實踐成績考核。實踐成績主要考慮報告的準確及全面性，以及學生在項目準備和完成過程中的表現和工作量。考核評價中融入參賽項目因子對學生參與賽事的積極性有極大的促進作用，也有利于實現學習評價的多元化。

3. 問卷調查反饋促進持續優化。最后通過整理問卷反饋及聽取學生評教建議，對新方法在學生中的認可程度和反饋意見匯總并討論，逐步發現問題，改進方案，形成可持續改進的課程改革實踐方法。

三、結語

結合海洋航行器大賽項目任務的分解和整合，圍繞“案例—項目—競賽”建立了嶄新的“船舶阻力與推進”課程體系，梳理了相關的知識點和實踐能力并完成了級別劃分;對章節增設合理的案例與前沿科研內容，完成了對新的教學方案下章節進度的統籌改進;通過“課前調研分析、課前自學和預習資料的準備、課上互動環節的設置，課后進階學習和實踐”四步走，進行了“教—學—研—賽”有機整體的教學方法探索，增加課堂互動對抗環節，確定往復式隨堂測試內容，形成新的系統課程考核方式。課前、課中、課后的系列活動，將學生的角色由被動接受者轉變為參與者、執行者，灌輸式課堂轉變為互動對話式、思辨式課堂。而課后項目任務模塊有效地將課堂學習延拓到課外，以競賽項目為導引，結合學生課堂所學理論知識，注重任務的進階和實踐能力的增長。該課程模式充分體現了以“以學生為中心”“賽教結合”的理念，必將在我國高等教育堅持創新型人才培養的發展進程中，發揮出顯著的效果和重要的作用。

參考文獻：

[1] 李龍翔，周夢妮，章浩. 基于“賽教聯合”的創新創業人才培養模式研究：以同濟大學為例[J]. 創新創業理論研究與實踐，2020，3（18）：103-104+107.

[2] 賽教融合開辟育人新空間[N]. 科技日報，2023-09-06（05）.

[3] 鄭建華. 案例教學法在“船舶原理”教學中的應用探析[J]. 船海工程，2008（04）：187-190.

[4] 應業炬，龐君. “船舶快速性”課程教學模式的探索與實踐[J]. 長春理工大學學報，2012，7（10）：219-220+222.

[5] 張會霞，郭廷良，程玉芹. “船舶阻力與推進”教學模式的實踐與研究[J]. 科技資訊，2015，13（08）：151-152.

[6] 張寶吉，周暉. 卓越工程師培養計劃的“船舶阻力與推進”課程的教學改革與實踐[J]. 船海工程，2016，45（06）：158-160.

[7] 韓翔希，符妃，馮志強. 以培養應用型本科人才為導向的《船舶原理》課程改革總體思路探索[J]. 課程教育研究，2018（14）：232-233.

[8] 潘虹，周大慶. 能源與動力工程專業學位課程的案例教學設計與實踐[J]. 教育教學論壇，2019（33）：134-136.

[9] 張代雨，劉倩，朱信堯，等. “船舶阻力與推進”教學改革探析[J]. 新課程研究，2020（03）：57-58.

[10] 侯玲，陳志明，黃技，等. PBL教學法在專業課中的應用初探：以廣東海洋大學“船舶設計原理”課程為例[J]. 科教導刊：上旬刊，2020（13）：129-130.

[11] 謝春玲. 融入創新競賽的船舶動力裝置課程實踐教學研究[J]. 內燃機與配件，2021（10）：229-230.

[12] 莊一凡，吳德烽. 基于科教融合與人工智能的船海人才培養探索[J]. 集美大學學報（教育科學版），2021，22（04）：59-62.

[13] 盛振邦，劉應中. 船舶原理[M].上海：上海交通大學出版社，2003：151-289.