《極地水波動力學》課程建設與教學方法探討

李志富

摘要：隨著我國“冰上絲綢之路”的推進，作為近北極國家，加強極地船舶與海洋工程裝備的研發，對我國實現海洋強國戰略的宏偉目標意義重大。因此，《極地水波動力學》作為極地裝備研發的基礎課程應運而生。本文將從課程建設與教學方法兩個方面進行探討，以期待為新時期極地裝備研發培養后備人才。

關鍵詞：極地；水波動力學；船舶與海洋工程；課程建設；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）49-0109-02

一、《極地水波動力學》課程設立背景

隨著北極地區海冰厚度和覆蓋面積的不斷縮減，北極航道逐步開通。北極航道是聯系亞歐美三大洲的最短航線，與傳統蘇伊士運河和巴拿馬運河航線相比，使用北極航道能夠縮短數千公里航程。因此，北極航道的開通將會極大降低商業運輸成本，同時將形成包括俄羅斯、北美、歐洲、東亞的環北極經濟圈。與此同時，較大規模地開發北極資源也逐漸成為現實可能。據評估，北極擁有全球13%未開采的石油儲量，以及30%未開發的天然氣儲量。目前，我國已經成為北極理事永久觀察員，豐富的北極油氣資源，將為我國的油氣安全戰略提供新的保障。

作為近北極國家，為了合理開發利用北極資源，增進各國之間的交流與合作，我國提出了“冰上絲綢之路”的概念，即穿越北極圈，連接北美、東亞和西歐三大經濟中心的海運航道。因此，加強極地船舶與海洋工程裝備的研發，對我國實現海洋強國戰略的宏偉目標意義重大。在此背景下，根據國家對船舶與海洋工程領域人才的戰略需求，《極地水波動力學》作為極地裝備研發的基礎課程應運而生。

二、《極地水波動力學》課程建設方法

1.精編課程輔助教材。教材是學生學習專業基礎課程的重要參考資料，因此選擇一本適合于《極地水波動力學》課程內容的輔助教材是該課程建設的首要任務。雖然當前國內外關于水波動力學的經典書籍有很多，比如Batchelor主編的《An introduction to fluid dynamics》、國內由哈爾濱工程大學張亮和李云波教授主編的《流體力學》，以及由江蘇科技大學朱仁慶教授等主編的《船舶流體力學》等，但是這些教材大多專注于流體概念、控制方程，以及自由表面波，對極地海冰的描述尚未涉及，尤其是極地海冰內彎曲重力波的色散特性和傳播特征。在此背景下，我們將編著出版《極地水波動力學》一書，重點講解極地彎曲重力波的物理概念、控制方程，以及理論解析與數值求解方法，并對當前最新的物理模型實驗技術予以描述，以配套課程教學。

2.豐富課程教學案例。為了在《極地水波動力學》基礎理論的授課過程中達到特定的教學目的，并取得良好的授課效果，在整個授課過程中應適當融入案例式教學。在選擇教學案例時，應注意案例既要能反應本門課程的授課背景和相關的工程問題，同時又能夠激發學生們學習和思考問題的積極性。比如，在講授水波與半無限延展的岸基冰相互作用問題時，引入北極海冰覆蓋面積及海冰的形態隨時間周期性變化規律教學案例，一方面，加強學生對本課程在極地生態環境保護方面重要性的認識，激發學習積極性，另一方面，也能夠鍛煉學生利用彎曲重力波色散方程解決實際極地工程問題的能力；在講授水波與無限延展冰層下浸沒圓柱相互作用問題時，引入極地油氣資源開發教學案例，一方面，加強學生對本課程在極地油氣資源開發方面重要性的認識，另一方面，也能夠鍛煉學生從實際工程問題中凝練物理模型和建立數學模型，并進行數值求解的能力；在講授水波與半無限延展冰層限制的冰間航道內浮體作用問題時，引入北極航道開發教學案例，一方面，加強學生對本課程在極地航道資源開發方面重要性的認識，另一方面，也能夠鍛煉學生利用已有理論知識去解決新的工程問題能力。應注意，在授課過程中，需要根據實際情況不斷豐富、完善教學案例。

3.打造專業教學團隊。教學團隊是知識向學生傳遞的紐帶。因此，《極地水波動力學》課程的建設，離不開一支梯隊優化、結構合理，教育教學經驗豐富，科研實踐能力強，深入了解極地水波動力學相關基礎理論知識，具備船舶與海洋工程專業工程背景，熱愛教育教學、甘于奉獻的高水平、具有國際化視野的專業教學團隊。本課程著力打造“校內基礎理論傳授”+“校外工程實踐教學”+“國際間訪學交流”，三維一體的教育教學模式。在“校內基礎理論傳授”方面，在培養現有團隊教師極地流體動力學相關科學素養外，分層次引進國內外相關名校、名導師培養出的優秀青年博士，設立專項學科資金，扶持專業優秀青年教師在極地水波動力學方面的發展，同時，以“極地水波動力學”課程為基礎，積極扶持課程帶頭人申報國家級、省級教學名師，并引進極地領域內知名國家級教學名師、杰出青年等來校講學。在“校外工程實踐教學”方面，完善工程實踐教學平臺，引導學生在課程工程實踐課時階段下廠參觀實習，了解極地船舶與海洋工程裝備的建造規范，設計流程，并重點關注極地船舶與海洋工程浮體型線的特征。在“國際間訪學交流”方面，搭建與國際上在極地裝備基礎理論和工程建造方面知名學府與科研機構的合作交流，比如俄羅斯國家科學院、英國倫敦大學學院等，引導學生參加短期國際交流，了解國外知名機構在極地流體動力學方面的最新動態。

三、《極地水波動力學》課程教學方法

1.緊密結合科研實踐?！稑O地水波動力學》課程內容比較抽象，偏重于理論推導。如果在“校內基礎理論傳授”方面，課程的教學內容僅限于教材內濃縮的基礎理論推導，學生則很難形象、直觀地理解授課內容，進而導致學生產生厭學、乏味枯燥的情感，影響授課效果。因此，在進行基礎理論推導教學過程中，適當的引入教學團隊在極地船舶與海洋工程裝備研發方面的最新研究成果，不僅有助于拓展學生們在該方向上的國際視野，了解最新前沿動態，還有助于提高學生們課堂學習的積極性，以及日后從事相關科學研究工作的熱情。為此，教學團隊在準備教學資料的過程中，有針對性的補充了相關授課內容，例如：在彎曲重力波的色散特性方面，補充了極地海冰在冰緣區的季節性演化規律，以及實地記錄情況，在彎曲重力波的傳播特征方面，補充了冰層覆蓋區域內水波與浸沒結構物的相互作用特征等。

2.引入先進授課手段。在對重難點推導內容進行黑板板書的同時，積極引入多媒體教學和網絡輔導授課。在授課過程中，避免單一的板書或單一的幻燈片式教學。在課程多媒體課件的制作過程中，注意對抽象問題、抽象概念的生動化、直觀化，同時培養學生主動思考、積極參與的習慣，比如在水波經冰緣區的傳播機理部分，通過引入冰緣區海冰形態季節性變化視頻，引導學生們從冰區水波動力學方面，思考不同形態海冰產生的原因，提高學生們的上課積極性。此外，在規定的課堂教學內容外，開發計算機輔助教學系統，建立網絡輔導答疑網站，根據最新的前沿動態為學生設立課外拓展讀物，建立并豐富相關試題庫，充實多媒體內容，引導學生們隨時自我測試，提高學習的自由度。

3.理論與工程應用相結合。在授課過程中，堅持理論教學與工程應用實踐相結合。針對《極地水波動力學》理論性與抽象性強的特點，注意在各章節的授課中，引入相關理論在現實工程設計中的應用，把培養學生應用理論知識解決現實工程問題的能力始終貫穿于課堂教學中去，提高學生凝練科學問題、解決科學問題的素養。比如，在講授冰區航道內船舶的水動力特性章節，通過冰區航道船舶的大幅共振運動特性，引導學生們思考極地船舶減搖裝置的設計原理。

四、結語

隨著我國“冰上絲綢之路”的推進，提高我國極地船舶與海洋工程裝備的設計研發能力迫在眉睫，《極地水波動力學》作為極地裝備研發的基礎課程應運而生。本文從課程設立背景、課程建設方法，以及課程教學方法三個方面進行了探討，但是《極地水波動力學》課程的建設是一個不斷發展、完善的過程，今后我們將繼續總結與探討，以適應新時代國家戰略發展的需求。

參考文獻：

[1]馬小劍，劉珍，嵇春艷，李良碧.基于“卓越工程師教育培養方案”的海洋工程與技術專業教師隊伍建設與企業實訓平臺構建[J].教育教學論壇，2015，（48）：19-20.

[2]程勇，劉珍，白旭.《海洋平臺設備與系統》課程教學方法改革探討[J].教育教學論壇，2017，（51）：184-185.

[3]劉永濤.《船舶流體力學》課程建設的實踐與探索[J].職業教育，2012，（10）：159-160.