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    新工科建设“新”在哪里?

    今年年初,《教育部2022年工作要点》明确,实施新时代高等教育育人质量工程,建设高质量人才培养体系。统筹卓越拔尖人才培养,深入实施卓越拔尖人才培养计划,加强和改进科学教育、工程教育,深入推进新工科、新医科、新农科、新文科建设,加快培养理工农医类专业紧缺人才。龙江高校新工科建设“新”在哪里?建设成果如何?有哪些先进经验?对高校人才培养,特别是当前大力推进的新工科实践育人环节又有哪些启示?如何成为推动教育教学改革的发动机和联动器?近日,记者针对上述问题展开调查采访。

    重实践:“沉浸式”提升动手能力

    登录客户端,扫描教材图片,3D立体的虚拟图像、视频资料、船舶模型“跃然纸上”;头戴VR头盔,坐在VR座椅上,使用定位器和控制手柄“乘风破浪”……走进哈尔滨工程大学实验课堂,传统自动化专业与“智能+”交叉拓展,5G技术、混合现实、数字孪生技术纷纷引入,一堂堂突破时空限制,科技含量“爆棚”的实验课让学生们大呼过瘾……

    智能学院教师李冰(右四)

    “一边是船舶航行的虚拟场景,一边是缩比实物。通过平台,学生可以在线学习、完成海洋环境干扰、船舶航向控制、减摇控制、航行姿态综合控制4个实验环节15个实验步骤。可以进行实验,看到船舶的运动轨迹以及它每一个经过的具体空间坐标点。并在完成实验后,系统自动评分,生成实验报告。”学校智能学院教师李冰介绍,船舶自动化及相关专业需要大量实验,船海实验的设备庞大且运行成本高,师生不可能在真实的海洋环境中教学。团队研发“船舶航行姿态控制虚拟仿真实验教学平台”,提供了“虚拟+现实”的航行场景,解决了这一问题。

    《船舶航行姿态控制》是学校自动化专业的核心课程,作为一门理论课,一直以来未设置实验课学时。仅靠课本上晦涩的专业理论和公式,无法激发学生的兴趣,也使理论学习与工程实践脱节。“解决实际问题是学生学习的最终目的。”作为课程负责人,李冰2014年提出开设实验学时并着手研发实验所需器材。

    从2016年搭建成功的只有一个饮水机大小、只能在陆地上模拟船舶运动形态的虚实结合海洋运动体仿真实验教学系统第一代样机,到2018年由船舶姿态视景仿真系统、船舶运动模拟系统和船舶VR虚拟现实系统组成的教学系统迭代更新,再到2021年结合课程需要增加了船舶动力定位的实验水池、造风造浪系统,并配齐10套物理样机和30台高性能虚拟机的设备更新,团队先后三次荣获全国高等学校自制实验教学仪器设备评选一等奖。

    经过8年的探索实践,李冰与团队完成传统专业核心课程设置、教学内容、教材建设、教学环节、资源配置、教学管理的全链条完全自主创新,让专业课向“智能+”升级。

    团队进行湖海试验

    解难题:科研哺教 打开“加速器”

    海洋装置与控制技术团队老师全部讲授本科生课程,学生们特别期待。因为课上老师们经常将基础理论知识与在湖海试验时遇到的实际问题相结合,这样的授课方式让学生不仅加深了理解,更开拓了视野。

    “严老师在课程中,还会引入我国科学家对国防事业发展的贡献,以及中国制造2025的背景和意义,这些都让我认识到国防现代化与科技发展的紧密联系,无人系统在国家战略中发挥着重要作用,让我对自己的专业有了更深的热爱,也有了为国家做科研的使命感和荣誉感。”学生们说。

    本科生课程重视联系实际,硕博研究生培养同样重视解决实际工程问题的能力提升。学生们根据自己的研究方向与课题进行硬件控制、软件设计、网站维护等方面的创新,以定期开组会、联合调试等形式,不同研究方向的学生交叉学习解决实际问题。

    “一个实验控制达不到最好效果,需要船舶模型、仿真界面、算法、通信等各个部分的联合调试与优化,解决问题。”智能学院2019级博士研究生李铭泽作为核心成员参与研发的留胚米智能加工系统,在2021年第七届中国“互联网+”大学生创新创业大赛中获得师生共创组金奖。他说,在这样的培养模式下,实践能力得到了提升,也积累了参赛经验,这帮助他获得了科创奖励。

    敢创新:勇闯“从0到1无人区”

    横滚两周惊艳亮相,精准撞球“智商”在线,听声出圈机敏过人......在日前圆满落下帷幕的首届世界大学生水下机器人大赛上,“领航鲸”水下机器人以绝对优势夺冠。在这支学生科创团队夺冠的背后,是全国高校黄大年式的教师团队——哈工程智能学院海洋装置与控制技术团队不仅精于打造深潜领域国之重器,更勇担“为党育人、为国育才”的初心使命。团队充分利用数十年形成的科研积淀与学科优势,倾心培养符合新工科要求的拔尖创新型人才。

    我国唯一开展全谱系航行器研发的领军人严浙平教授(左一)

    “看,这就是我们团队研发的我国第一台水下无人航行器。”领航鲸负责人哈工程智能学院博士生方亮回忆起上第一节专业导论课时,严浙平教授带着刚接触专业学习的学生们到学校41号楼海洋装置与控制技术研究所现场教学。

    “传感器在浅海区用哪种?深海区用哪种?在控制方面,不同深度的海域需要考虑哪些变量?”《探索海洋内空间的无人潜航器控制》专业导论课是严浙平在2017年面向新工科人才培养需要,特别开设的课程,课程结合工程实际的案例,强调科学知识前沿性,注重学生学科思维引领。学生们在课上不仅可以了解到专业的社会需求、最新发展方向,还能了解到专业的科研成果、科研领域及科研动态。

    学生们在科创过程中经常会遇到技术瓶颈,并逐渐发现没有其他学科的专业知识积累,解决问题十分困难。这时,老师们不会像上专业课一样给学生讲解知识,而是以任务为导向,指导他们应该去学习哪些领域的哪些方面知识,从而提高自主学习和解决复杂工程问题的能力。

    计算机专业的闵旭宇加入领航鲸团队时负责视觉系统,在科创项目中,为了解决控制问题,主动学习了自动化专业的课程。遇到技术难题时,严浙平教授常会告诉他去看哪一本书的哪部分内容,以任务为导向,闵旭宇学习后将专业知识即刻运用到实践中。“起初对一些理论知识一知半解,但在不断试错后,严老师会告诉我,设置极端条件反向思维,反复尝试后,我对基础理论知识再认识,会发现自己理解错的点。”闵旭宇说,几年里他陆续自学了控制、机械、电气等多个专业的知识,如今已成为了一名控制科学与工程专业的博士生。

    我国唯一开展全谱系航行器研发的领军人严浙平教授表示,随着“大科学时代”和数据密集型科学时代到来,重大科技问题的解决和突破,要超越传统学科边界,以科学问题为导向,融合多学科领域的知识。未来,面向国家重大战略需求,团队将在不断的实践创新中培养敢想敢为,求真务实的领跑型创新人才,把科技创新成果落到实处。

    (图片由受访者提供)

    记者 蒋平


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