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“计算海洋声学”课程内容优化研究

作者：刘巍马树青蓝强

来源：《教育教学论坛》2022年第44期

［摘要］“计算海洋声学”课程教学内容以水声传播数学模型为核心，教学信息量与难度

较大。为减轻学生课业负担，该课程学时数被大幅压缩，为此迫切需要对课程内容进行调整与

优化。提出了“计算海洋声学”课程内容优化方案，主要包括删减与其他相关课程重复的内容，

适量增加频域有限差分等数值类模型与技术，整合波数积分与简正波模型，对课程内容进行重

新归类等。该方案在课程内容上有减、有增、有整合，可更加清晰地梳理该课程知识体系，提

高课程教学质量。

［关键词］教育教学改革；理论教学；课程优化

［基金项目］2020年度国防科技大学研究生教育教学改革研究课题“计算海洋声学课程优

化改革研究”（yjsy2020066）；2020年度国防科技大学研究生教育教学改革研究课题“以学科

竞赛为牵引探索海洋信息处理教学团队建设”（yjsy2020069）；2019年度国家自然科学基金面

上项目“高精度海洋声场模型的可扩展并行算法与千亿级网格应用”（批准号

［作者简介］刘巍（1980—），男，吉林辽源人，博士，国防科技大学气象海洋学院副

研究员，主要从事水声物理研究；马树青（1981—），男，河南安阳人，博士，国防科技大学

气象海洋学院副教授，主要从事水声工程研究；蓝强（1988—），男（畲族），江西赣州

人，博士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事海洋信息处理研究。

［中图分类号］G642.4［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2022）44-0000-04

［收稿日期］2021-10-11

一、课程介绍

“计算海洋声学”是国防科技大学海洋信息工程、水声工程方向的骨干专业课程，主要讲授

如何建立水声传播物理过程的数学模型及其相应的计算机算法，并通过计算机仿真研究海洋环

境、声源频域与位置等声学相关要素对海洋声场的影响规律。目前我校“计算海洋声学”课程教

材为《计算海洋声学（第二版）》［1］，该书于1994年面世，并于2011年推出第二版，内

容（按章节顺序）主要包括：海洋声学基础、波动方程理论、射线法、波数积分法、简正波

法、抛物方程法、有限差分和有限元法、宽带建模与噪声建模，此外还涉及声纳方程、波束形

成、匹配场处理等多种水声应用技术，构成了内容丰富、架构完备的水声建模理论体系，并通

过多个水声标准算例搭建了从理论模型到计算机仿真的技术链条。

“计算海洋声学”课程承担着培养水声信息领域高技术创新型人才的重要任务。该课程理论

知识体系从水声波动方程出发，沿环境简化与方程近似两条主线将波动方程各类求解方法分类

展开，综合运用高等数学、数学物理方法、计算方法、计算机编程等多方面的基础知识，并涉

及水声物理、计算数学以及计算机科学等领域的专业技术。学生通过该课程能够掌握海洋中声

能传播的求解方法，获得水声传播基本物理规律，具备水下声场建模与声纳性能评估的能力，

并相应提高数学物理方程推导、水声场计算机仿真、声场可视分析等多方面的专业技术水平

［2］。此外，该课程强调水声物理与计算机技术相结合，能够充分发挥国防科技大学在高性

能计算、计算数学等学科的优势，从而在我国水声建模与仿真技术总体落后于发达国家的大背

景下，争取形成“计算海洋声学”方向的局部优势，并将研究成果适时融入课程，批量培养水声

信息方向的高技术创新型人才。

然而，该课程教学目前面临着多方面的挑战。学生方面，由于各类水声模型均涉及大量数

学公式，而选课研究生的本科专业背景多样、数学基础差异显著，因此需要合理制定水声模型

数学方面的深度、难度才能提高研究生学习该课程的实际收益［3］。教师方面，由于海洋声

学在当今信息时代发展速度明显加快，要求教师付出更多努力提升自己以适应当前快速、多元

的学科发展态势，此态势的主要特征为：期刊电子检索出现免费的趋势，使相关研究信息生产

与传播速度提高；计算机性能提升迅速，海洋声学借助计算数学与高性能计算而开辟的新技术

发展赛道不断涌现。课程教学内容方面，近几年为了减轻研究生课业压力，该课程学时数被大

幅压缩，这显然与新知识不断出现相矛盾，并直接促动任课教师对课程内容作相应调整。以上

几个方面的挑战将课程发展改革的重点聚焦到课程内容上，为此本文结合课程教学实践，对该

课程内容的调整与优化进行了研究。

一、课程f内容优化研究

课程内容优化的总体方案为：充分调研海