以系留无人机项目为依托的新工科项目式教学探讨
张素侠刘习军
［摘要］随着国家“四新”建设的提出，以及创新人才培养“强基”“拔尖”计划的提出，培养具有解决复杂工程问题能力的创新人才的任务提上日程。从目前课程教学中存在的问题出发，考虑学生的认知规律、“拔尖”“强基”人才课程的设置及工程问题的特点，以系留无人机项目为背景，设计了系列项目式题目，实现新工科背景下的项目式教学。实践表明，项目式教学能够有效提高学生解决复杂工程问题的能力、多学科创新思维、动手实践能力和敏锐的工程观察能力，为拔尖创新人才的培养提供了有力支撑。
［关键词］项目式教学；多学科交叉；创新人才培养
［基金项目］2019年度天津市教委天津市线上线下混合式一流建设课程项目“工程振动与测试（振动力学）”；2014年度国家自然科学基金委员会国家自然科学基金项目“考虑松弛-张紧效应时深海系缆-平台耦合运动及稳定性研究”；2018年度天津市科学技术委员会天津市自然科学基金项目“细长柔性体畸变模型的非线性修正规律研究”（JCYBJC18700）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）12-0022-04［收稿日期］2022-09-16
新工科是主动应对新一轮科技革命和产业变革的战略行动，是“卓越工程师教育培养计划”2.0的核心内容和主要抓手，是新时代工程教育改革的新方向［1］。在新工科背景下，学生除了需要具备文献检索、模型抽象简化、程序编写、自学和动手实验等能力外，还要具备多学科创新思维、敏锐的工程观察能力、分析和决策能力及解决复杂工程问题的能力，这就对目前的高等教育和教学提出了新的要求。在新工科背景下，必须为学生提供更加接近真实情景、开放环境下的具有挑战性的任务［2］。在项目任务解决过程中，调用、整合多门学科知识，打破学科之间的壁垒，提升科学思维［3］，增强自身的知识获取能力、知识整合能力与运用能力，从而培养主动学习、积极探索的学习态度［4］。通过项目式的研究性学习，强调学生获取知识、训练能力的研究性角度和方式［5］，突出学生学习的主动性。本文以笔者承担的系留无人机有关的科研项目为背景，探索新工科背景下的项目式课程教学方法，培养学生解决具有多学科交叉融合特点的复杂工程问题的高阶思维和创新能力，为国家的发展和民族复兴培养卓越人才。
一、目前教学中存在的问题
（一）理论与工程实际脱节
目前教学中存在理论与工程实际脱节的问题，教学内容与工程实际联系不足。比如，振动力学有很大一部分内容为基础理论，学生的实践学习部分主要借助书本上简化后的独立的例题和习题，与实际工程问题联系不够紧密，很难将理论内容与实际工程联系。
（二）课程知识的系统性不足
学生难以系统性地掌握课程知识，对解决复杂工程问题的思维和能力的培养不足。学生的学习过程一般都是从独立的概念、理论出发，没有整体的、系统性的掌握课程知识的媒介和抓手，学生缺乏培养创新能力和创新思维的机会与载体。
（三）课程群体系建设不足
目前教学中各门课程内容相对独立，无法很好地体现多门课程间的关联性和综合性，学生难以形成对课程的整体认知，人才培养方案亟待完善，缺少多学科交叉融合和跨学科人才的培养平台。
二、以系留无人机项目为依托的项目式教学
为了解决实际教学中存在的问题，结合项目式教学的特点和承担的系留无人机相关科研项目的特点，提出了以舰载系留无人机项目为依托的项目式教学，在实际的实施过程中受到学生的广泛喜爱和欢迎。
（一）项目式教学的特点
1.项目式教学便于实现抽象概念的具体化。项目式教学是将课程内容融合到一个具体的项目中，通过将课程内容应用于具体工程，抽象的概念在工程的具体问题和实际的工程现象中得以体现，利于学生深刻理解和掌握，在学习课程内容的同时解决工程问题。
2.项目式教学有利于学科的交叉融合。在常规的教学中，单一知识点与其他学科或者是知识点的关联较难实现。但是在具体的项目中，需要同时满足工程结构多个方面的需求，涉及各个学科的内容，所以容易实现学科的交叉融合。
3.项目式教学有利于课程内容的引申和推进。对于一般的工程问题，可以根据关注的问题，或者解决问题的阶段，形成不同的简化模型，简化为不同难度的问题，因此，可以给出不同难度系数的问题，这有利于学生创新能力的培养。
项目式教学的这些特点，很好地满足了目前新工科背景下学生的培养要求，所以开展项目式教学符合目前的人才培养需要。
（二）系留无人机项目的特点
系留无人机一般由无人机、综合缆绳和绞缆机三部分组成，如图1所示。其中综合缆绳是一般无人机与系留无人机的主要区别，集光纤、电缆、承力层和保护层于一体，电缆能够持续供电，支持无人机在空中的长时间悬停。这些设备工作于舰船上就构成了舰载系留无人机。以系留无人机项目为