跨专业研究生计算海洋声学课程理论教学方法思考

马树青 包长春 王一博 吴艳群

摘要：根据《计算海洋声学》课程理论教学特点，结合近年来在教学过程中的一些思考，在课程建设、教学目标、理论讲授方法等方面进行了总结，为该课程的建设、提高教学质量等方面提供了部分思路，文中方法也可对理论相关的课程教学提供参考。

关键词：计算海洋声学;理论教学;讲授方法

中图分类号：G642.4     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）42-0167-02

一、概述

国防科技大学水声工程硕士点成立于2003年，2004年开始招收硕士研究生。这是湖南省也是国防科大涉及海洋技术具有硕士学位授予权的唯一专业。多年来逐步建成《水声学原理》、《声纳信号处理》、《计算海洋声学》及《专门水声实验》四门课程，构成水声工程学科的较完整的学科专业课程体系。其中，《计算海洋声学》课程于2011年开始论证建设，并于2013年春季学期开始授课，面向对象为研究生一年级以及博士生一年级学生，至今已开设课程四次。

2015年1月国防科学技术大学成立海洋科学与工程研究院，并将水声工程学科纳入研究院下，这两年来，选课学生人数逐步增加，同时学生的专业包含了水声工程、计算机科学与技术、电子科学与技术、光学工程、软件工程等多个专业的硕士与博士研究生。学生们本科学习基础不同，数理功底差异明显，因此在课程讲述过程中，需要考虑学生对不同基础知识点的覆盖面，并不断优化教学课件与讲授方式，才能有效提高教学质量。

二、课程介绍

《计算海洋声学》课程授课目的是深入探索海洋中声传播规律所形成的物理机理，通过建立海洋声场理论模型，通过理论推导及数值计算的方式研究海洋声场的物理现象与规律，具有较深的数学性、物理性，并着重培养学生的数值计算能力。同时也承担着高素质创新型水声工程领域人才培养的任务。课程要求学生能深刻理解水声物理规律，具备深厚的水声数理计算素养，能够灵活运用水声计算方法，因而对理论教学方法提出了更新更高的要求。

计算海洋声学从声学理论基础中的波动方程出发，推导出频域内亥姆霍兹方程，该方程属于数学物理方程中泊松方程的一种特殊类型。通过不同的数学与数值求解方法，可以得到海洋中声波传播的数值模拟仿真。通过近年来的教学总结，发现学生需要综合利用本科时期所学习的多门数理知识，同时，非相关专业的研究生需要补充相当一部分额外的知识体系，这些基础知识体系为较好地掌握该门课程提出了很高的要求，也为教学带来了挑战。

三、理论教学方法思考

1.明确理论教学目标。任何一门理论课的学习目标包括整体学习目标与各章的分支学习目标。整体学习目标是对课程的整体内容而言的，各分支学习目标是从属和服务于整体学习目标的。在学习过程中，只有让学生首先明确学习目标，解决为什么学的问题，才能使学生抓住学习的主动权，积极主动地投入学习，避免或减少学习的盲目性，从而获得理想的学习效果。（1）整体学习目标。教科书的前言中讲到：“本书试图介绍用于求解非均匀液态—固态介质中波动方程的现代数值技术。重点在于阐述对于实际海洋环境能直接得出数值实现方法的理论基础。”该段文字在教科书前言中第四段的中部，点明了该课程的主要内容及目的，在近两年的教学过程中，在第一节课中，通过扩充该段内容，并进行详细解释，使学生进一步了解课程的整体学习目标，为后续的教学提供了一个主线。（2）分支学习目标。课程中每个章节均具备明确的分支学习目标。具体来说，或通过某种方法得到海洋中声传播的规律，或通过规律研究海洋中的某种特殊现象。在每章学习中，首先给出该章内容的总体目录，之后通过备课时的分析，给出该章内容的章节结构图，引导学生初步了解该章的各个小节的分支学习目标，进而掌握章节学习目标，为学习提供一条流水线。章节结构图在每次课程的开始、结束前及下次课程开始的复习中出现，通过三次分析，使学生形成明确的学习思路，加深学生印象。如图1给出课程第二章中的章节结构图。当然，在备课中也发现，很多小的知识点并非是串行分布，存在多类并行现象，这就需要在规划章节结构图时，一方面复杂化图形结构，另一方面，通过兼顾主线，有所取舍，尽量使结构图简明扼要，便于学生掌握。

2.多样化理论讲授方法。理论教学尤其是公式推导，对学生而言是一个十分枯燥并且难以理解的过程，应尽量减少公式的数学推导过程。但对于计算海洋声学这门课程，理论性较强，因此有些重点的理论讲解必不可少。为了提高理论教学质量，笔者在近年来的教学中有以下三点体会。（1）教学重点体系化理论讲授。针对章节中重点的理论知识，无法弱化过多的理论讲授过程。此时，尽量采用体系化思路对公式进行讲解。类似于章节结构图，首先给出理论推导的全过程结构的文字流程图，使学生了解大体思路，之后按照顺序逐一讲解。当讲解完成后，给出理论推导过程的公式流程图，进一步加深学生学习印象。这样以结构图为主线，进行体系化理论讲授，一方面使学生了解理论推导的目标，另一方面不会陷入到理论中，从而影响总体理解。如教学中第五章简正波法的主要推导过程，首先给出简正波法的整体推导文字流程思路，然后分部讲解该方法的理论推导过程，讲解完成后，再次给出文字流程图，并给出公式流程图，通过文字流程与公式流程，使学生建立起该方法的分析体系，从而可以深入思考体系中各部分难点。（2）教学非重点物理概念讲授。理论教学中针对非重点的理论推导，尽量采取以物理概念为主体的讲授方法。首先弱化理论推导过程，只针对思路与难点进行讲解，另一方面以物理概念为主，配合图形讲述理论公式给出的具体含义。通过让学生了解公式的目的、物理含义及结果显示，可以极大减轻学生的学习压力，并且物理概念、图形等信息直观且容易理解和记忆，学生通过学习可以获得直观的印象。如果学生将来有需要，可以通过再次学习掌握相关内容。（3）结合编程的实践化理论讲授。本课程虽然以理论教学为主，但培养学生的实践能力也是课程的重要任务之一。由于条件所限，目前课程以编程仿真作为主要的实践内容。一方面使抽象的公式转变为形象化的图形显示，另一方面，使学生通过课程掌握部分编程实现方法，为后续的研究生毕业课题打下基础。在授课过程中，在每章节的讲述过程中均加入了程序仿真的内容，在课堂中进行讲解与仿真运行，并对仿真结果进行详细解释，通过学生反馈来看，这样的授课效果取得学生的一致认可;在授课完成后，预留仿真问题，让学生亲自动手进行仿真，通过这种方法回顾课程学习内容，并近一步掌握理论知识。

四、总结

针对跨专业研究生而言，《计算海洋声学》课程存在理论艰深、基础门槛高等特点，在教学中应有所侧重，提高学生学习兴趣，提升学习质量。本文根据近年来教学过程中的一些思考，在教学目标、讲授方法等方面进行了总结，为该课程的建设提供了部分思路，也可对理论教学相关的课程提供参考。由于笔者教学经验尚浅，课程建设时间有限，在教学教具、课程实验等方面还存在大量欠缺，需要在后续的教学过程中近一步进行研究与实践。

参考文献：

[1]国防科学技术大学研究生院.国防科学技术大学研究生教育指南[Z].2004.

[2]国防科学技术大学研究生院.国防科学技术大学研究生2009年培养方案[Z].2009.

[3]张志伟，孙运泉.目的·中心·思路——《分析化学》理论教学工作初探[J].教法研究，2013，（10）.

[4]肖伟才.理论教学与实践教学一体化教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2011，（04）.

Thought on Theory Teaching Method of Computational Ocean Acoustic Course for Cross-specialty Graduate Students

MA Shu-qing，BAO Chang-chun，WANG Yi-bo，WU Yan-qun

（Academy of ocean science and engineering，National University of Defense Technology，Changsha，Hunan 410073，China）

Abstract：According to the characteristics of theory teaching on Computational Ocean Acoustics course，combined with some thoughts in the process of teaching，this article summarized curriculum development，teaching objectives and the theoretical teaching methods. It can provide some information to the construction of course and improving the quality of teaching，and can provide some references to theory dependent courses.

Key words：Computational Ocean Acoustics;Theory Teaching;Teaching Methods