前沿科研成果融入船舶快速性课程教学探索

摘 要：随着科学技术的不断发展，科研成果的产出使得传统教学形式和教学内容产生重要变革。该文结合新型船舶及新型推进方式，将前沿科学技术进步趋势和研究成果融入船舶快速性课程教学，立足于海洋强国战略需求，紧跟船舶海洋领域前沿科研发展形势，不断充实和完善船舶快速性教学内容，从而使教学内容适应船舶行业快速发展的变化形式，将最新科研成果融入教学，丰富教学内容，开拓学生视野，培养学生对船舶海洋领域国际前沿问题的敏感性和前瞻性。

关键词：船舶快速性；科研教学；海洋强国；课程教学；船舶行业

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）29-0011-04

Abstract： With the continuous development of science and technology， the output of scientific and technological achievements makes the traditional teaching form and teaching content produce important changes. Combining with new type of ship and new propulsion mode， the frontier technology progress of science and technology trends and research results into Ships Rapidity course teaching， based on the strategy of sea power demand， keep up with the ship sea area frontier science and technology development situation， constantly enrich and perfect Ships Rapidity of teaching content， to adapt the teaching content to change form of shipping industry rapid development. The recent scientific research results will be integrated into the teaching， enriching the teaching content， broadening students' vision， and cultivating students' sensitivity and foresight to international frontier issues in the field of shipping and ocean.

Keywords： Ships Rapidity; scientific research teaching; sea power parameter; course teaching; shipping industry

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革研究项目“《船舶快速性》课程的多维度教学模式探究与应用”（SJGY20210212）

第一作者简介：王超（1981-），男，汉族，安徽砀山人，博士，教授，博士研究生导师。研究方向为船舶推进性能与节能技术、冰区船舶航行性能预报及分析技术。

*通信作者：孙聪（1988-），男，汉族，辽宁瓦房店人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为船舶推进与节能、船舶推进器水动力力学。

为了提高教学质量，目前不少高校陆续推出面向21世纪的教改方案。将科研成果引入教学，实现科技和教育一体化进程，培养创新型人才是高校的重要职责和任务，科研促进教学，提高教学质量俨然成为一种教学改革趋势。

随着新技术、新科学、新材料的不断产生和应用，为船海学科开拓了许多新的应用领域，原有船舶快速性课程的教学内容和方法已不能满足最新科技发展的需求。目前，船舶快速性课程的教学多停留在理论研究方面，与实际工程问题结合较差，忽略了用原理知识解决实际问题的能力，致使学生虽耗费大量的时间和精力，在后续的课程中对于相关知识的应用感到困难。通过对教学内容进行选择和补充的方式及时把最新的科研成果引入课堂教学，调动学生上课的积极性。科研成果不仅能促进精品课程的建设、教学与科研的共同发展，而且还能为学生的个性发展提供空间，起到了很好的教学效果。但目前针对船舶快速性课程的相关改革研究较少。

目前，国内众多院校积极开展传统课程教学改革，笔者从事船舶快速性相关研究及教学多年，针对相关前沿科技成果与船舶快速性教学内容相融合，从以下几个方面浅谈教改探索经验。

一 科学成果转化为教学内容

习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。[1]”“双碳”目标一经提出，在国际国内得到了强烈响应。据国际能源署公布数据显示，2020年交通运输行业碳排放量占比全世界总量24%，国际航运业每年排放近8亿吨温室气体[2]。我国在致力于“双碳”目标达成的过程中也在积极改革、不断探索，从国家对科研方面的投入可见一斑，这也给前沿科学研究提供了更多的机会和更广阔的平台，也为科研成果进一步转化为教学内容提供了基础。在国民经济122个产业部门中，船舶工业涉及98个部门。船舶碳中和是我国实现“碳中和”不可或缺的组成部分，船舶碳中和是我国海洋强国战略的重要举措。大力发展海洋事业，大力推进海洋强国战略，将相关前沿科学引入到船舶快速性教学之中，加强专业特色的同时，也加强了新时代下船舶快速性课程教学的创新性和前沿性。

目前，哈尔滨工程大学多体船技术国防重点学科实验室的雄厚师资力量和科研设备基础，对船舶前沿科学研究不断深入，为前沿科研成果转化为船舶快速性教学改革探索奠定了坚实基础。实验教学在高校创新性人才培养中有着举足轻重的地位[3]。其中，黄德波教授对于改进的Noblesses新细长船理论的研究成果，将由Kochin自由波幅函数和Havelock波阻表达式得出行波阻力系数表达式

以及远场自由波系的波高程数学表达式

修正后得出兴波阻力系数表达式

更准确地对现有科学研究中兴波阻力系数的表达，得出更精准的反馈出契合多船型的兴波阻力系数。将其引入到现有船舶快速性教学之中，在教学过程中使得同学可以直接地学习到最新船舶快速性科研成果，接受最先进的快速性专业知识。

二 科研方法融入到教学过程

将科研过程中遇到的问题，对问题的分析、科研的思维方式、解决问题的思路融入到教学过程中，使抽象的问题具体化，增强教学的深度、拓展广度，便于理论和实践的结合，提高教学效果。

16世纪开始，西方国家开始了大航海时代，在全球建立了无数殖民地。19世纪，全球格局基本都被西方国家的海上探险队摸清楚了，只剩下了南极和北极区域，因此，出现了很多南极、北极探险队。1893年，挪威探险家南森在北极探险时遇到了很奇怪的事情，一开始他的船“弗雷姆”号很正常地行驶在北冰洋上，突然在行驶到一块区域时，船员感觉到船在不停地减速，好像被什么拖住了，最终停了下来，船员找不到原因，以为遇到了海怪。但是过了一阵，船又可以正常航行，南森将这段经历记录了下来，并把这种现象称为“死水效应”。后来经过科学家的研究，发现这和海水的密度分层有关系[4]（图1）。

海水的密度不是常数，它随盐度和温度变化，特别是在垂直方向。一般情况下，温度高和盐度低的海水密度小，而温度低和盐度高的海水密度大。在热带和赤道区域，这种现象特别明显。

如果有风力或引潮力等外力作用在“密度跃层”的界面上，界面就会产生在海面上根本看不到的波浪，即内波。当船只行驶到存在“密度跃层”的海上时，如果船的吃水深度等于上层水的厚度，船桨的搅动就会使“密度跃层”产生内波，内波的运动方向同船前进的方向刚好相反。如果这时船速很低，船就会被“黏”住，寸步难行。

内波[5]是水下武器装备作战效能与生存能力有着重要影响的一类重要的非声水动力学现象。一方面，由于海洋密度分层产生的内波这种特殊水动力学现象，会使水下武器装备出现内波增阻及航行性能发生突变等问题，影响作战战技术性能的发挥；另一方面，水下武器装备在密度分层海洋中航行时产生的内波信号容易成为机载或星载雷达跟踪监测的目标，从而暴露其行踪，降低其隐蔽性。“密度跃层”的上下界都会使声波产生反弹，可以作为良好的水下“声道”，加快声波的传播速度，扩大声音传播的距离。1960年，澳大利亚在西南海域投下了六枚深水炸弹，爆炸声波恰巧在水下1 200 m处的“密度跃层”内传播，结果，连北半球都听到了爆炸声（图2）。

在授课过程中，结合科研中所遇实际问题，将对问题的发掘、分析、对科研的思维方式，以及解决问题的思路融入到教学过程中，可以使抽象的问题具体化，已达到增强教学的深度、拓展广度的目的，便于理论和实践的结合，提高教学效果。

三 将前沿科研痛点植入课堂教学

随着科学研究的不断探索，外界对我们的打压也在不断加深。美国已经禁止哈工大使用MATLAB，后续其他在实体清单中的公司陆续也会被禁止使用MATLAB，不仅是MATLAB，还有更多的美国开发的软件或者含有美国技术的软件会被添加到禁用目录中，这就是美国对国内大学科学技术的打压。美国商务部宣布将新增33家中国公司及机构列入“实体清单”，这些高校将被美国《出口管理条例》限制出口、进口或转口，无法和美国进行任何商业交易，在获得美国科技方面面临新的限制。这些高校和被列入清单的华为、中兴等中国企业一样，和美国企业之间的进、出口业务需要美国政府的批准，也就是所谓的“技术制裁”。迫于政府的压力，MATLAB所属公司 MathWorks 被迫中止对这些国内高校的正版授权。这意味着学校的人员再发表论文或者从事商业项目，其成果原则上就不应包含任何基于MATLAB的内容，这对国内相关企业和研究学者带来的影响不可忽视。

面对技术封锁，面对新时代、新需求，在新形势下的授课过程中，积极引导同学了解前沿技术，明确技术难点，激发同学热情，勇于进行探索至关重要。注重现代化教学技术在实验教学中的应用[6]，将前沿科研成果融入船舶快速性教学当中，从物理水池的试验技术讲授上引入前沿科研“数值水池”虚拟试验系统研发[7-8]，从国家的战略需求上讲授螺旋桨空泡等前沿科研问题，从传统走向前沿，激发同学获取专业知识的热情，以达到更优的授课效果（图3）。

四 将前沿科研成果嵌入实验教学

为培养学生创新意识和提高技能水平，创造条件结合科研课题，通过事先认真准备，组织学生开展相关实验活动。教师注重研究型实验教学[9]，与课程配套的实验，即螺旋桨敞水实验、船模阻力实验融入前沿实验装置及科研过程中产生的前沿模型成果，与前沿理论成果相互支撑，用真刀真枪的演练，以期培养学生的实际工作能力及创新能力。

依托工信部高技术船舶科研项目“三体船水动力性能分析预报技术研究”中的三体船水动力性能科研实验，将三体船船模与其水动力性能测试分析相关实验方法反哺本科实验教学，丰富实验教学内容，为教学实验提供素材；利用船模水池实验室精细流场PIV测试系统[10]，将精细流场测量方法融入到船舶快速性实验技术课程教学中，开拓了学生在实验技术领域的视野。船舶与海洋工程科技水平的发展，对实验技术提出更高的要求，多年致力于实验技术和实验方法的研究，开发新的科研、实验教学设备[11-12]。总结多年的实验教学经验，自行研制了“缆拖式船模阻力实验方法研究”。该方法不依赖于大型水池拖车的船模阻力实验方法，可使这一传统实验大为简化。同时，该实验方法的研制也增加了船模拖曳水池在船模阻力实验方法选择上的多样性，已应用于船舶快速性课程中并取得了良好效果。本实验教学仪器设备模块化可拆换单元也为教学提供优秀的实验教具，提高学生动手能力的同时增强学生对实验原理的理解，培养了学生对船舶工程测试领域复杂工程问题的理解能力[12]（图4、图5）。

学生在学习过程中接受科研能力的培养，解决实际问题的能力得到提高。通过培养学生的自主学习能力与创新能力，使学生有严谨的治学态度和科学的思维方法，在实际应用的过程中，通过实践深化和巩固所学知识，为后续更为深入的专业知识学习打下良好基础，获得良好的教学效果。继续围绕学校“培养具有坚定信念与创新精神，视野宽、基础厚、能力强和素质优的可靠有用之才”的培养目标[13]。教师在课堂上将科研问题简化用于教学，拓展教学内容，科研促进教学，提高了教师的教学水平[14]。学生也能将所学理论知识转化为解决实际问题的能力，提高培养质量。科研内容引入船舶快速性理论的学习为学生后续的科研工作打下良好的基础，提高科研能力[15]。

五 结束语

在海洋强国战略的大背景下，新型船舶与推进方式不断涌现。本文针对船舶快速性课程的改革进行研究。把握前沿科技发展形势，针对船舶快速性教学内容传统教学形式进行不断充实和完善，使教学内容紧跟船舶行业的快速发展变化。为科研成果促进船舶快速性课程教学，将前沿科研成果融入船舶快速性课程教学中，激起学生的学习兴趣和积极性，在科研中的心得体会使教师能更好地指导学生发现问题、分析问题、解决问题，具有积极的借鉴意义。

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