李志富

摘要：隨著我國“冰上絲綢之路”的推進(jìn)，作為近北極國家，加強(qiáng)極地船舶與海洋工程裝備的研發(fā)，對(duì)我國實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的宏偉目標(biāo)意義重大。因此，《極地水波動(dòng)力學(xué)》作為極地裝備研發(fā)的基礎(chǔ)課程應(yīng)運(yùn)而生。本文將從課程建設(shè)與教學(xué)方法兩個(gè)方面進(jìn)行探討，以期待為新時(shí)期極地裝備研發(fā)培養(yǎng)后備人才。

關(guān)鍵詞：極地；水波動(dòng)力學(xué)；船舶與海洋工程；課程建設(shè)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）49-0109-02

一、《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程設(shè)立背景

隨著北極地區(qū)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(lián)系亞歐美三大洲的最短航線，與傳統(tǒng)蘇伊士運(yùn)河和巴拿馬運(yùn)河航線相比，使用北極航道能夠縮短數(shù)千公里航程。因此，北極航道的開通將會(huì)極大降低商業(yè)運(yùn)輸成本，同時(shí)將形成包括俄羅斯、北美、歐洲、東亞的環(huán)北極經(jīng)濟(jì)圈。與此同時(shí)，較大規(guī)模地開發(fā)北極資源也逐漸成為現(xiàn)實(shí)可能。據(jù)評(píng)估，北極擁有全球13%未開采的石油儲(chǔ)量，以及30%未開發(fā)的天然氣儲(chǔ)量。目前，我國已經(jīng)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(zhàn)略提供新的保障。

作為近北極國家，為了合理開發(fā)利用北極資源，增進(jìn)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(jīng)濟(jì)中心的海運(yùn)航道。因此，加強(qiáng)極地船舶與海洋工程裝備的研發(fā)，對(duì)我國實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的宏偉目標(biāo)意義重大。在此背景下，根據(jù)國家對(duì)船舶與海洋工程領(lǐng)域人才的戰(zhàn)略需求，《極地水波動(dòng)力學(xué)》作為極地裝備研發(fā)的基礎(chǔ)課程應(yīng)運(yùn)而生。

二、《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程建設(shè)方法

1.精編課程輔助教材。教材是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課程的重要參考資料，因此選擇一本適合于《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程內(nèi)容的輔助教材是該課程建設(shè)的首要任務(wù)。雖然當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于水波動(dòng)力學(xué)的經(jīng)典書籍有很多，比如Batchelor主編的《An introduction to fluid dynamics》、國內(nèi)由哈爾濱工程大學(xué)張亮和李云波教授主編的《流體力學(xué)》，以及由江蘇科技大學(xué)朱仁慶教授等主編的《船舶流體力學(xué)》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(duì)極地海冰的描述尚未涉及，尤其是極地海冰內(nèi)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(dòng)力學(xué)》一書，重點(diǎn)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(shù)值求解方法，并對(duì)當(dāng)前最新的物理模型實(shí)驗(yàn)技術(shù)予以描述，以配套課程教學(xué)。

2.豐富課程教學(xué)案例。為了在《極地水波動(dòng)力學(xué)》基礎(chǔ)理論的授課過程中達(dá)到特定的教學(xué)目的，并取得良好的授課效果，在整個(gè)授課過程中應(yīng)適當(dāng)融入案例式教學(xué)。在選擇教學(xué)案例時(shí)，應(yīng)注意案例既要能反應(yīng)本門課程的授課背景和相關(guān)的工程問題，同時(shí)又能夠激發(fā)學(xué)生們學(xué)習(xí)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(shí)，引入北極海冰覆蓋面積及海冰的形態(tài)隨時(shí)間周期性變化規(guī)律教學(xué)案例，一方面，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程在極地生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面重要性的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，另一方面，也能夠鍛煉學(xué)生利用彎曲重力波色散方程解決實(shí)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(shí)，引入極地油氣資源開發(fā)教學(xué)案例，一方面，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程在極地油氣資源開發(fā)方面重要性的認(rèn)識(shí)，另一方面，也能夠鍛煉學(xué)生從實(shí)際工程問題中凝練物理模型和建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行數(shù)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(nèi)浮體作用問題時(shí)，引入北極航道開發(fā)教學(xué)案例，一方面，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程在極地航道資源開發(fā)方面重要性的認(rèn)識(shí)，另一方面，也能夠鍛煉學(xué)生利用已有理論知識(shí)去解決新的工程問題能力。應(yīng)注意，在授課過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況不斷豐富、完善教學(xué)案例。

3.打造專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)是知識(shí)向?qū)W生傳遞的紐帶。因此，《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程的建設(shè)，離不開一支梯隊(duì)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)合理，教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，科研實(shí)踐能力強(qiáng)，深入了解極地水波動(dòng)力學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)，具備船舶與海洋工程專業(yè)工程背景，熱愛教育教學(xué)、甘于奉獻(xiàn)的高水平、具有國際化視野的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。本課程著力打造“校內(nèi)基礎(chǔ)理論傳授”+“校外工程實(shí)踐教學(xué)”+“國際間訪學(xué)交流”，三維一體的教育教學(xué)模式。在“校內(nèi)基礎(chǔ)理論傳授”方面，在培養(yǎng)現(xiàn)有團(tuán)隊(duì)教師極地流體動(dòng)力學(xué)相關(guān)科學(xué)素養(yǎng)外，分層次引進(jìn)國內(nèi)外相關(guān)名校、名導(dǎo)師培養(yǎng)出的優(yōu)秀青年博士，設(shè)立專項(xiàng)學(xué)科資金，扶持專業(yè)優(yōu)秀青年教師在極地水波動(dòng)力學(xué)方面的發(fā)展，同時(shí)，以“極地水波動(dòng)力學(xué)”課程為基礎(chǔ)，積極扶持課程帶頭人申報(bào)國家級(jí)、省級(jí)教學(xué)名師，并引進(jìn)極地領(lǐng)域內(nèi)知名國家級(jí)教學(xué)名師、杰出青年等來校講學(xué)。在“校外工程實(shí)踐教學(xué)”方面，完善工程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生在課程工程實(shí)踐課時(shí)階段下廠參觀實(shí)習(xí)，了解極地船舶與海洋工程裝備的建造規(guī)范，設(shè)計(jì)流程，并重點(diǎn)關(guān)注極地船舶與海洋工程浮體型線的特征。在“國際間訪學(xué)交流”方面，搭建與國際上在極地裝備基礎(chǔ)理論和工程建造方面知名學(xué)府與科研機(jī)構(gòu)的合作交流，比如俄羅斯國家科學(xué)院、英國倫敦大學(xué)學(xué)院等，引導(dǎo)學(xué)生參加短期國際交流，了解國外知名機(jī)構(gòu)在極地流體動(dòng)力學(xué)方面的最新動(dòng)態(tài)。

三、《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)方法

1.緊密結(jié)合科研實(shí)踐。《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程內(nèi)容比較抽象，偏重于理論推導(dǎo)。如果在“校內(nèi)基礎(chǔ)理論傳授”方面，課程的教學(xué)內(nèi)容僅限于教材內(nèi)濃縮的基礎(chǔ)理論推導(dǎo)，學(xué)生則很難形象、直觀地理解授課內(nèi)容，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)、乏味枯燥的情感，影響授課效果。因此，在進(jìn)行基礎(chǔ)理論推導(dǎo)教學(xué)過程中，適當(dāng)?shù)囊虢虒W(xué)團(tuán)隊(duì)在極地船舶與海洋工程裝備研發(fā)方面的最新研究成果，不僅有助于拓展學(xué)生們?cè)谠摲较蛏系膰H視野，了解最新前沿動(dòng)態(tài)，還有助于提高學(xué)生們課堂學(xué)習(xí)的積極性，以及日后從事相關(guān)科學(xué)研究工作的熱情。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在準(zhǔn)備教學(xué)資料的過程中，有針對(duì)性的補(bǔ)充了相關(guān)授課內(nèi)容，例如：在彎曲重力波的色散特性方面，補(bǔ)充了極地海冰在冰緣區(qū)的季節(jié)性演化規(guī)律，以及實(shí)地記錄情況，在彎曲重力波的傳播特征方面，補(bǔ)充了冰層覆蓋區(qū)域內(nèi)水波與浸沒結(jié)構(gòu)物的相互作用特征等。

2.引入先進(jìn)授課手段。在對(duì)重難點(diǎn)推導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行黑板板書的同時(shí)，積極引入多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)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(xué)。在課程多媒體課件的制作過程中，注意對(duì)抽象問題、抽象概念的生動(dòng)化、直觀化，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、積極參與的習(xí)慣，比如在水波經(jīng)冰緣區(qū)的傳播機(jī)理部分，通過引入冰緣區(qū)海冰形態(tài)季節(jié)性變化視頻，引導(dǎo)學(xué)生們從冰區(qū)水波動(dòng)力學(xué)方面，思考不同形態(tài)海冰產(chǎn)生的原因，提高學(xué)生們的上課積極性。此外，在規(guī)定的課堂教學(xué)內(nèi)容外，開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，建立網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)答疑網(wǎng)站，根據(jù)最新的前沿動(dòng)態(tài)為學(xué)生設(shè)立課外拓展讀物，建立并豐富相關(guān)試題庫，充實(shí)多媒體內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生們隨時(shí)自我測試，提高學(xué)習(xí)的自由度。

3.理論與工程應(yīng)用相結(jié)合。在授課過程中，堅(jiān)持理論教學(xué)與工程應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合。針對(duì)《極地水波動(dòng)力學(xué)》理論性與抽象性強(qiáng)的特點(diǎn)，注意在各章節(jié)的授課中，引入相關(guān)理論在現(xiàn)實(shí)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，把培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)工程問題的能力始終貫穿于課堂教學(xué)中去，提高學(xué)生凝練科學(xué)問題、解決科學(xué)問題的素養(yǎng)。比如，在講授冰區(qū)航道內(nèi)船舶的水動(dòng)力特性章節(jié)，通過冰區(qū)航道船舶的大幅共振運(yùn)動(dòng)特性，引導(dǎo)學(xué)生們思考極地船舶減搖裝置的設(shè)計(jì)原理。

四、結(jié)語

隨著我國“冰上絲綢之路”的推進(jìn)，提高我國極地船舶與海洋工程裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)能力迫在眉睫，《極地水波動(dòng)力學(xué)》作為極地裝備研發(fā)的基礎(chǔ)課程應(yīng)運(yùn)而生。本文從課程設(shè)立背景、課程建設(shè)方法，以及課程教學(xué)方法三個(gè)方面進(jìn)行了探討，但是《極地水波動(dòng)力學(xué)》課程的建設(shè)是一個(gè)不斷發(fā)展、完善的過程，今后我們將繼續(xù)總結(jié)與探討，以適應(yīng)新時(shí)代國家戰(zhàn)略發(fā)展的需求。

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