培养海洋机器人行业领导者！哈工程首创专业点亮新工科培养！

在第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛总决赛上，几位来自哈工程的大三学生研发的机器人在全国340万个参赛项目中脱颖而出，首次参加超一流大赛的他们如同黑马一路过关斩将，他们研发的“深海医师——海洋结构物智能检测机器人”最终获得大赛银奖。

团队成员均来自我国首个海洋机器人专业哈工程海洋机器人专业，作为以培养引领海洋机器人未来发展的行业领导者为目标的新工科专业，哈工程从系统工程的角度进行课程设置，通过项目导向、任务驱动和教学实践一体的教学模式，不断提高学生解决复杂系统工程问题能力、创新创业与跨界整合能力等。此次“深海医师”团队的出色表现，正是该人才培养模式的成功体现。

打造前沿课程体系

培养紧缺急需人才

相比于欧美国家和日本，我国海洋机器人相关研究起步较晚，人才储备不足。尤其是海洋复杂环境下，海洋机器人的控制、通信、能源以及目标识别等方向还存在许多“卡脖子”难题，急需培养一批学科交叉型高层次人才。

2018年，经教育部审批，哈工程在原船舶与海洋工程专业海洋机器人方向的基础上，获准成立海洋机器人专业，该专业成为全国首个海洋机器人本科专业。

新专业、新课程、新教材，一切从零开始。培养什么样的人？学什么？怎样学？一切从头规划。

首先在课程设置上，学校确定了对接国家需求前沿和对接行业发展“两个深度对接”。通过对高校、科研院所、企业的需求调研，结合船海领域急需突破的技术难题，行业、企业海洋机器人研发和生产技术瓶颈，海洋机器人领域具体人才需求和缺口，确定了海洋机器人专业课程：面向国家需求前沿，开设系列特色课程，面向行业发展前沿，开设《海洋机器人操纵与控制》《海洋机器人环境感知》《海洋机器人设计》等行业前沿课程。

“海洋机器人的研发是多学科交叉融合的过程，涉及到控制、信息、机电等多学科的专业知识，为了让学生在有限的时间内学习多学科课程，我们在课程设计时进行了抽丝剥茧，比如操纵控制这门典型的海洋机器人专业课，针对性地阐述了与海洋机器人密切相关的操纵性模型和控制理论，使学生很快掌握海洋机器人研发过程所涉及到的专业知识。”船舶学院张磊介绍。

为了进一步对接行业发展前沿，专业还经常邀请企业、行业专家来校或在线进行专题讲座，确保课程体系的完整性、前沿性、特色性。

变课堂为学术研讨会

首批毕业生成绩一鸣惊人

海洋机器人专业依托水下机器人技术国家级重点实验室的平台优势，实验室近30位老师全部承担教学课程，他们将自己的科研项目与教学紧密结合，课堂教学模式不再是老师讲学生听，而更像是一场学术研讨会。小班授课机制，启发式、研讨式、项目式、探究式等多种教学方式受到了广大师生的欢迎。专业教师学生评教优秀率96%，海洋机器人专业也成为了学院最受学生欢迎的专业。2019级首批毕业生学习平均成绩为84.07，位居学校所有专业之首。

“如何判断系统的稳定性？” 教师孙延超结合知识点随堂出题，邀请同学们走上讲台，分享自己的看法。有的同学采用之前学习的用劳斯判据，做出劳斯表从而判断是否稳定；有的同学采用自己课外学习的赫尔维茨判据，依据赫尔维茨行列式来判断；还有的同学运用本堂课频域法中学习的奈奎斯特判据来完成判断。

老师鼓励学生带着问题学，凝练海洋机器人领域“卡脖子”难题，为学生发放“带着问题学”手册。根据课程性质采用问题引导式、案例教学式等多种灵活授课方式，提升了学生学习的兴趣，加强了师生互动。

“水下采集的这些数据就算人类来判断目标都极为困难，如何让机器人来判断目标是目前的一大难点。”在人工智能课上，王卓以在科研中最新的研究成果为例，用真实的水下声呐扫描的图片来给学生们介绍人工神经网络应用于水下目标识别的痛点，王卓的引导让同学们更直观地理解了BP神经网络在船海领域的应用，学生们通过自主调研、相互分享，对抽象的神经网络有了更具体的认识。

课堂上，老师们突破教材局限和专业局限，有意识地融入前沿科技成果、产业发展现状、课程思政元素和工程应用案例，结合行业企业真问题，推动理论与实践有效衔接、工程与社会无缝对接，打造了多门有创新性、高阶性和挑战度的新工科“工程金课”，2门课程荣获黑龙江省高等学校思政示范课。《海洋机器人与人工智能》等在线课程成为国内首批上线的海洋机器人在线课程，《舞动的水下精灵——水下运载器》成为海洋机器人领域首个国家级视频公开课，《海洋机器人导论》课程也成为了学生最喜欢校企共建课。

专业教师还编著了我国首批海洋机器人专业教材，教材在思想上体现了“为船为海为国防”的使命担当，在知识结构上充分体现了学科交叉和融合创新，从内容体现形式上逐步进行了数字化嵌入和转型。其中《水面无人艇技术》、《无人水面机器人》《波浪驱动水面机器人》入选“十三五”国家重点出版物出版规划项目，《海洋机器人系统概论》《海洋机器人自主控制》2本教材获批工信部“十四五”规划教材立项。

强化学生“大工程观”

打造课、赛、训实践能力提升“三叉戟”

在水下机器人技术国家级重点实验室，学生们参与研发的海洋机器人随处可见。海洋机器人专业将培养目标从重视理论传授向重视工程创新能力培养转变，强化“大工程观”，着力培养学生自主学习能力、跨界整合能力、创新创业能力、解决工程问题的能力。通过实践课堂、项目实训、科创比赛“三叉戟”，实现对学生工程能力由浅入深、由简单到复杂、由单一学科到多学科交叉的梯度进阶式培养提升。

神经网络本是同学们大三时才上的专业课，但海洋机器人专业2020级本科生陈思文早在大一时就开始跟着专业导师学习这一领域的知识，并在大三时，拿到了全国“互联网+”大学生创新创业大赛银奖。

“大一时班主任王刚老师带我们参观实验室时就提到，如果有人想学习神经网络可以找他报名，神经网络四个字充满了神秘和未知，我很好奇。”陈思文和十几位同学在课余时间跟着王老师学习神经网络，并认真完成老师布置的学习任务，系统练习编程。“我按照老师的理念不断降低代码的复杂度， 3个多月后，一次编程后系统显示，我超越了100%的人。”陈思文说。

这给了陈思文很大的动力，他加入了王刚的项目团队，老师提出要将神经网络系统知识运用到在研的海洋机器人焊缝识别系统中，陈思文和同学们找了1000多张焊缝照片，尝试不同的网络结构进行训练，最终确定了一种网络结构助力了系统研发。

初次感受科研的魅力让陈思文很兴奋，他和同学成立了科创团队，研发自己的海洋机器人。而海洋机器人的研发涉及多个领域的知识，陈思文自学了单片机、建模、C语言等知识，并运用到科创项目中，最终完成了变磁力吸附装置，让海洋机器人能够稳定地吸附于被检测装备上。

“创新型人才，不仅要学会课本上的知识，还要了解工程实际中存在的技术难点，熟练运用所学知识提出创新性的决方案。”在指导学生科创时，王刚结合项目技术难题不断激发学生创新活力，以提高学生解决复杂工程问题的综合能力。而同学们的创新思维和动手能力也常常给他惊喜。团队在研的机器人在识别焊缝时，常遇到不规则结构，对此，同学们提出了三个自由度结构，仿佛给机器人安装了多个关节的机械臂，让机器人工作不再受限。

船舶工程学院副院长康庄介绍，为了培养学生实践创新能力，学院特别开设了《水面无人艇技术创新创业综合实践》《海洋机器人操控实践课》《海洋机器人设计课程设计》等实践课程。在虚拟仿真实验课上，同学们要结合多门课程的专业知识，组装一个水下航行器，并且操作它实现指定功能；在操控实验课上，同学们走进水池，通过仿真程序操控真实的AUV、ROV；在软件设计课上，同学们要针对某个实际的工程问题，设计一款和具体应用相关的应用程序；在新概念海洋机器人课上，同学们要综合多门课程和学科的知识，设计一款海洋机器人。

为进一步提升学生的创新实践能力，学院大力开展海洋机器人科技创新培训工作，创办了船海大学生双创中心、Marine Robots（MR）科创社团等学生组织，举办了全国海洋航行器大赛，带领学生参加了RobotX国际海事挑战赛、全国大学生水利创新设计大赛等一系列高质量海洋机器人科技创新竞赛，促使学生将多学科知识结合起来用于工程问题求解和航行器设计与制作，让学生更好地将理论与实际联系在一起，深化对专业知识的理解与运用。

如今，即将于明年6月毕业的海洋机器人专业第一批学生全部选择继续深造，这与学院培养引领船舶与海洋工程未来发展的行业领导者的人才培养目标相吻合。经过几年的创新与开拓，海洋机器人专业在大类分流选专业中，也成为了学院最受学生欢迎的专业。与此同时，专业课程教材成果颇丰，不断填补专业空白，专业教师成长迅速，先后涌现了一批国家优秀教师、省级教学名师以及国家级课程思政团队、黑龙江省课程思政团队。几年来，上海交通大学、大连理工大学等高校前来学习和借鉴专业人才培养方案。

未来，学院将持续推进新工科课程建设，丰富课程思政案例库，扩充应用型和趣味型教学案例库，面向新时代发展要求和新工科建设，培养更多拔尖创新人才。

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    哈尔滨工程大学    

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撰文 | 朱虹

排版 | 王铭軒

编辑、责编 | 霍萍

审核 | 吕冬诗 金声

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