面向新工科的水动力噪声特性及控制课程改革研究

摘  要：为满足新工科建设需要，对水动力噪声特性及控制课程进行教学改革。首先，以制作电子资源的方法对培养模式进行改革，促使学生主动学习；其次，提高水动力噪声控制技术内容所占课程的比例以及采用中船研究所的反馈对课程内容进行动态更新迭代，促进课程知识与工程实践的结合；再次，以英文课程辅修、小论文撰写和线上讲座的形式拓宽学生国际化的视野；最后，以分享逻辑性强的视频加强人文素养与课程中专业技能之间的结合，以时政新闻制作成思政教育案例。分析和评价教学改革的效果，研究结果可为水下噪声控制类课程的教学改革奠定基础。

关键词：水声工程；水动力噪声特性；水动力噪声控制；教学改革；新工科建设

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）24-0148-04

Abstract： In order to meet the requirements of the emerging engineering education construction， teaching reforms had been carried out on the course of Hydrodynamic Noise Characteristics and Control. Firstly， the training mode was reformed by the creation of electronic resources to encourage students to study actively. Secondly， the proportion related to hydrodynamic noise control content was increased in the course， and dynamic iterative updates to the course content is provided based on the feedback from China Shipbuilding Research Institute to combine the content knowledge with the practical engineering. Thirdly， the internationalization view of the students was broadened through English language minor courses， essay writing， and online lectures. Finally， the integration of humanistic literacy and professional skills was enforced in the course by the internet videos of strong logical analysis abilities， the ideological and political education cases were built up by current affairs. The teaching reform effects were analyzed and evaluated. The results can lay the foundation for the teaching reform of underwater noise control courses.

Keywords： underwater acoustic engineering; hydrodynamic noise characteristics; hydrodynamic noise control; teaching reform; construction of emerging engineering education

目前，机电控制理论[1]、海洋信息工程[2]、轮机工程[3]、流体力学[4]、船舶与海洋工程[5]、海洋技术[6]已开展了新工科背景下的教学改革。水动力噪声特性及控制是面向水声工程和海洋信息科学与工程两个交叉学科开设的一门专业课程，教学目标是向学生传授舰船及水下航行器水动力噪声产生机理与水动力噪声抑制技术的知识，为舰船及水下航行器的减振降噪和声隐身性能研究培养专业型人才。在新工科建设的背景下，专业课程的人才培养模式[7-8]、知识内容设置[9]、国际化方面和人文素养塑造必须适应新时代的发展要求。按照《普通高等教育学科专业设置调整优化改革方案》的相关要求，借鉴混合式教学[10]和产教融合[11]的经验，对水动力噪声特性及控制课程进行全要素升级改革，优化课程的基础和结构，以提高立德树人的成效。

一  课程教学大纲的基本概况

水动力噪声特性及控制课程的教学大纲及培养方案中涵盖的人才培养模式、知识内容设置、国际化方面和人文素养塑造等基本情况如下。

（一）  人才培养模式

课程教学大纲规定的人才培养模式，还是以教师讲授和研讨为主，但研讨学时与讲授学时的比例为1∶6，即使学生能够发言，也不能使得每个学生都畅所欲言。因此，在教学过程中，大多数学生还是作为被动的听众，与教师的互动性差，缺乏促使学生主动学习以及自觉学习等方面的措施。

（二）  知识内容设置

课程的参考教材以科学出版社的《水动力噪声理论》为主，该书从水动力噪声的来源开始介绍，直到湍流边界层压力起伏激励航行器产生的辐射噪声特性，侧重的是从声学角度阐述水动力噪声的产生机理；对于水动力噪声控制的知识内容设置约占课程学时数的20%。通过对中船系统内研究所进行的调研发现，目前对于舰船及水下航行器的低噪声性能设计需求很强烈，尤其是在中高航速条件下的水动力噪声控制技术需求更为迫切，急需将这方面的知识传授给学生们，为日后学生在船舶系统行业就业打下坚实的基础。

（三）  国际化方面

在教学大纲和培养方案中对国际化方面考虑得较少，课程以多年前的国外期刊作为参考资料，还属于闭门造车型的课程。随着国际上对海洋环境和海洋生物的保护性要求，舰船等大型船舶必须降低水下噪声，例如韩国船级社（URN-T20）规定：船舶在20节速度航行时需符合水下辐射噪声标准。因此，在教学过程中，需要提高学生们的国际化水平，时刻跟踪国际上对船舶水下噪声的研究需求，与国外大学的知名学者同频共振，开阔学生们的视野。

（四）  人文素养塑造

课程内容的设置考虑了思政元素，但是对人文素养的塑造方面考虑较少。人文素养不仅可以促进学生逻辑思维能力的培养[12]，还可以陶冶学生们的道德情操。因此，在工科类课程中增加人文素养教育，一方面可以提高授课效果，另一方面也可加强对学生们的思政教育，增强他们的底气、志气和骨气。

二  面向新工科建设的教学改革思路

课程的改革思路如图1所示。

图1  课程改革思路示意图

（一）  电子资源和难点汇总提高学习主动性

在上课之前，借助学校智慧课堂的硬件条件，教师将水动力噪声特性及控制课程的教材上传至学习通，制作成电子资源后，可以方便学生利用智能化的办公设备（例如智能手机或平板电脑等）进行学习，一方面能够色彩丰富地显示相关的知识内容，另一方面也减少学生们利用智能设备玩游戏等不良现象；同时，将水动力噪声特性及控制课程的PPT结合智慧树课堂的录音制作成有声的电子读物一并上传至学习通，方便学生们在课前预习和课后自学；再者，通过微信群和钉钉文档的方式收集学生们在预习或复习教材及课程PPT中碰到的知识难点，教师在汇总这些难点后，对教案及授课PPT等进行针对性的修改，压缩非课程难点的授课时间，在上课时侧重讲授这些知识难点并与学生进行研讨，掌握造成学生学习吃力的原因，探索提高学生们理解课程知识难点能力的方法，提供解决知识难点问题的思路，培养学生们发现问题和解决问题的能力。

（二）  增加噪声控制知识占比和动态设置知识内容

通过修订教学大纲和培养方案，将课程知识内容分为水动力噪声特性和水动力噪声控制技术两部分。其中，水动力噪声特性方面的参考教材为科学出版社的《水动力噪声理论》，水动力噪声控制技术方面的参考教材为科学出版社的《多种流动控制技术》和哈尔滨工程大学出版社的《水下航行器水动力噪声的抑制方法》，这两部分的教学内容在学时数上按照40%∶60%的比例进行分配，删减了《水动力噪声理论》教材中的“空化噪声理论”，因为舰船及水下航行器发生空化之后，气泡溃灭产生的冲击波会对螺旋桨的表面造成严重损伤，使得舰船及水下航行器的噪声急剧增加，声隐身性能被严重破坏，因此，现代的舰船及水下航行器均需要避免发生空化，故舍去“空化噪声理论”是合理的，将删减的学时增加至水动力噪声控制技术方面，突出水动力噪声控制技术的重要性。同时，在水动力噪声控制技术知识的编排，兼顾了两个方面：一方面是高速的流动控制技术，另一方面是低噪声的流动控制技术，这两个方面的结合满足了目前对中高航速条件下舰船及水下航行器减振降噪的需求。同时，将课程内容和教材转发至中船第702研究所的船舶振动噪声重点实验室和中船第701研究所的声隐身性能重点实验室，请研究所内资深专家把关课程内容，并根据专家反馈意见对课程内容进行更新迭代，力争使课程内容更加符合舰船及水下航行器减振降噪的实际工程应用，使水动力噪声产生机理和水动力噪声控制技术的知识能够落地。在与专家进行沟通的过程中，也使教师了解舰船及水下航行器减振降噪的发展需求，有利于开展校企之间的相互合作，加快了科研反哺教学和科研成果融入教学的过程。

（三）  课程辅修、小论文撰写和讲座提高国际化水平

目前，学校大力推广国际化工程，由此设立的南安普顿海洋工程联合学院中有很多振动与噪声方面的专业课程。因此，对选择水动力噪声特性及控制课程的学生做出下面的要求。第一，需要在南安普顿海洋工程联合学院选择一门由英国籍教师授课的课程作为辅修，按照与课程内容的关联性排列：①David Thompson教授，他讲授噪声控制工程以及列车的噪声与振动等课程，主要开展铁路的低噪声设计以及高速列车的气动噪声等方面的研究；②Timothy Leighton教授，他讲授海洋声学和生物医学超声等课程，侧重水声测量和生物声学方面的研究；③Paul White教授，他讲授海洋生物噪声等课程，侧重噪声对海洋生物的影响等方面的研究。通过让学生任选其中一门英文课程进行辅修，可以提高学生们对专业词汇的掌握能力，因为很多专业单词都是相通的，便于学生们后期撰写论文。第二，需要按照教材参考书中的外文期刊进行汇总撰写一篇小论文，或者根据本课程涉及的研究方向撰写一篇小论文，或者根据即将召开的国际会议要求撰写一篇小论文，小论文的撰写水平占课程综合成绩的20%，成绩优秀的学生还需做口头汇报，给其他同学传授撰写小论文的经验，通过此举训练学生们的表达能力。第三，邀请国际上著名大学的学者及其团队的成员采用视频会议的形式介绍水动力噪声特性与控制技术的发展趋势，例如英国南安普顿大学的超声学和水声学研究团队以及加拿大阿尔伯塔大学的流体与界面研究团队，使学生们了解国际上水声学的发展趋势以及如何利用超疏水材料来控制水动力噪声等，开阔学生们的视野。

（四）  公众号视频塑造逻辑能力和时政进行思政教育

新工科专业要求学生具有较好的数理基础、较强的逻辑思维能力，才能使学生将所学的课程知识转化为工程实践，而逻辑思维能力的培养则主要依赖于人文素养的塑造。虽然学生们已学过马克思主义的基本原理，也深入学习了哲学的基本原理，但是对于如何将哲学中的逻辑思维能力与课程知识进行融合则缺乏相应的训练。为此，通过将今日头条中“静思有我”等制作的视频链接发至课程群，让学生们利用上课途中步行或其他的闲暇时间收听收看这些精选的视频内容，例如俄乌冲突对中国的影响、沙特与伊朗复交对中东局势的影响等，因为今日头条公众号里的很多文章已制作成音视频文件便于播放和收听，这些文章内容的论点很新颖，关键在于逻辑性强，有理有据有节，便于训练学生们的逻辑思维能力，有利于培养他们后期撰写科研论文的能力；同时，将时政新闻制作成思政案例嵌入至PPT中，例如2021年10月美国核潜艇在南海撞山被迫上浮的事件、2023年4月美国核潜艇在霍尔木兹海峡被伊朗海军发现和浮出水面的事件等，通过在讲授课程的过程中，以案例的形式展示这些真实发生的事件，启发学生们认识舰船及水下航行器所辐射水动力噪声进行控制的重要性，只有可靠地降低舰船及水下航行器导流罩透声窗的自噪声和螺旋桨产生的流激辐射噪声等，才可以极大地降低在水下被声探测的概率，因此，这些思政案例一方面能够减少学生们听课的疲劳感，另一方面也增强了学生们的民族自信心，实现了课程的思政教育。