［摘要］“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”是機(jī)械專業(yè)研究生必修的一門重要核心課程，水動(dòng)力噪聲是“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程的重要內(nèi)容。通過引入“兩彈一星”功勛科學(xué)家為祖國國防事業(yè)奮斗的案例，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育。其思政元素為：在講解水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲之間差異的時(shí)候，通過啟發(fā)提問的方式引入了錢學(xué)森先生的先進(jìn)事跡；在講解N-S方程的求解方法時(shí)，通過介紹奇異攝動(dòng)理論引入了郭永懷先生的光輝事跡。探討了思政元素引入的過程及效果，達(dá)到了對(duì)機(jī)械專業(yè)研究生進(jìn)行思政教育的目的。［關(guān)鍵詞］水動(dòng)力噪聲；思政教育；“兩彈一星”引言“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”是哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué)院面向機(jī)械、水聲工程和聲學(xué)研究方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，其目的是讓學(xué)生掌握水動(dòng)力噪聲、結(jié)構(gòu)振動(dòng)與聲輻射、信道中目標(biāo)的聲散射特性等基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生靈活運(yùn)用振動(dòng)與聲學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，為他們撰寫畢業(yè)論文及繼續(xù)攻讀博士學(xué)位等奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。課程內(nèi)容分為水動(dòng)力噪聲、輻射噪聲和信道中目標(biāo)聲散射等部分?！八心繕?biāo)聲學(xué)特性”課程的特色在于從水下航行器的三大噪聲源講起，分為水動(dòng)力噪聲部分、機(jī)械振動(dòng)噪聲部分和目標(biāo)回波的聲學(xué)特征等，符合理工結(jié)合的水聲工程特色學(xué)科需求，更貼近實(shí)際的工程應(yīng)用。水動(dòng)力噪聲部分的授課內(nèi)容有水動(dòng)力噪聲的研究范圍、水動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)方程、湍流脈動(dòng)壓力起伏特性、空泡噪聲理論和其他水動(dòng)力噪聲源等。因?yàn)樗畡?dòng)力噪聲與水下航行器的航行速度緊密相連，在中高航速條件下會(huì)成為最突出的噪聲源，目前受到廣泛關(guān)注，如何抑制中高航速條件下的水動(dòng)力噪聲也是迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中指出：“全黨要把青年工作作為戰(zhàn)略性工作來抓，用黨的科學(xué)理論武裝青年，用黨的初心使命感召青年……”［1］因此，對(duì)于處于知識(shí)渴求旺盛階段的大學(xué)生和研究生而言，在教授知識(shí)的同時(shí)進(jìn)行思政教育是非常有必要的。以“大學(xué)物理”課程中的機(jī)械振動(dòng)為例，深入探討“大學(xué)物理”課程中蘊(yùn)含的思政元素，推進(jìn)課程育人，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展、健康成長［2］。將思政教育與愛國主義情懷融入“水聲測量技術(shù)”課程的理論和實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)于學(xué)生知識(shí)滲透和知識(shí)技能提升有重要意義［3］。按照“迎一程、引進(jìn)門、領(lǐng)上桌”的專業(yè)課程建設(shè)思路，開展了水聲工程專業(yè)本科四年一貫式課程思政的改革實(shí)踐［4］。以“數(shù)字音頻技術(shù)”課程為例，探究了教學(xué)中的課程思政融合案例，為“數(shù)字音頻技術(shù)”一線教師挖掘思政元素并將其融入教學(xué)過程中提供了參考［5］。通過從顯化科學(xué)方法教育、挖掘振動(dòng)與藝術(shù)的聯(lián)系、巧妙設(shè)計(jì)例題、聯(lián)系社會(huì)生活等具體方面入手，最大限度地助力學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更好地促進(jìn)課程思政融入大學(xué)物理教育［6］。針對(duì)慕課平臺(tái)上噪聲與振動(dòng)控制教學(xué)的特點(diǎn)，將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值觀塑造三者有機(jī)融合，使思政元素自然滲透于知識(shí)點(diǎn)中，提出課程內(nèi)容與思政教育融合的思考，達(dá)到育人、育德、育才的目的［7］。以大連理工大學(xué)的本科生課程“船舶噪聲實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為例，對(duì)實(shí)施課程思政的必要性和具體教學(xué)案例進(jìn)行了探討，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識(shí)體系教育的有機(jī)統(tǒng)一［8］。以國家重大工程戰(zhàn)略需求為引導(dǎo)，從“曉背景、知差距、習(xí)案例、探前沿、學(xué)先賢”等五個(gè)方面構(gòu)建了貫穿全課程知識(shí)點(diǎn)的兩個(gè)思政案例，使專業(yè)課與思政課同向同行，引導(dǎo)學(xué)生投身裝備研制、振動(dòng)學(xué)科領(lǐng)域前沿研究［9］。從上面的文獻(xiàn)綜述中可以發(fā)現(xiàn)，在“振動(dòng)與噪聲”課程、“實(shí)驗(yàn)測量”課程中已開展了將思政元素與知識(shí)點(diǎn)相融合的研究，并取得了良好的育人效果。由于尚未在“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程中開展融入思政元素的探討，因此，結(jié)合“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”中的知識(shí)內(nèi)容，探討思政元素的融入方式。由于水動(dòng)力噪聲的特性與氣動(dòng)噪聲的特性較為相似，而且水動(dòng)力噪聲的很多研究都可以在風(fēng)洞中完成，擬以伯努利原理、N-S方程的求解過程等為思政元素探討的切入點(diǎn)，融入課程思政案例，對(duì)“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程進(jìn)行思政教學(xué)改革，對(duì)機(jī)械專業(yè)的研究生進(jìn)行思政教育，達(dá)到將思政教育與知識(shí)傳授相結(jié)合的目的。本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)課程思政案例，分別為將錢學(xué)森先生的事跡融入水動(dòng)力噪聲研究范圍部分、將郭永懷先生的事跡融入水動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)方程部分。下面介紹思政元素的融入過程及應(yīng)用效果分析。一、水動(dòng)力噪聲研究范圍與特點(diǎn)的思政元素探討因?yàn)樵凇八心繕?biāo)聲學(xué)特性”課程的水動(dòng)力噪聲部分涵蓋的“水動(dòng)力噪聲的研究范圍與特點(diǎn)”的知識(shí)內(nèi)容中，會(huì)講述水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲之間的差別與聯(lián)系，還會(huì)講解伯努利原理，故以此知識(shí)點(diǎn)引入“錢學(xué)森彈道”，從而講述錢學(xué)森先生毅然決然地回到祖國、報(bào)效祖國的事跡，介紹錢學(xué)森先生為國家“兩彈一星”事業(yè)做出的杰出貢獻(xiàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育，挖掘“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程中的思政元素。（一）教學(xué)過程整個(gè)教學(xué)過程的實(shí)施框架如圖1所示，分為課前、課中和課后。課前為預(yù)習(xí)階段，課中為案例導(dǎo)入及講解階段，課后為考查案例實(shí)施效果階段。通過分組討論、課堂互動(dòng)回答與課后作業(yè)提交情況，分析思政元素實(shí)施效果。（二）教學(xué)方法課程開始前，教師將課程的教材《水動(dòng)力噪聲原理》及要講述的PPT分發(fā)給上課的學(xué)生，學(xué)生完成知識(shí)內(nèi)容的預(yù)習(xí)。在上課階段，教師根據(jù)教學(xué)大綱和備課記錄開始課堂授課，當(dāng)授課內(nèi)容講解到水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲的差別與聯(lián)系時(shí)，由教師依據(jù)“打水漂”過程中采用的伯努利原理進(jìn)行啟發(fā)式提問，并依據(jù)學(xué)生回答問題的情況，嵌入“錢學(xué)森彈道”及錢學(xué)森先生為我國“兩彈一星”事業(yè)做出的突出貢獻(xiàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育，加深他們對(duì)水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲異同點(diǎn)的理解。在課后，教師將根據(jù)布置的作業(yè)及其完成情況進(jìn)行分析，考查將錢學(xué)森先生的先進(jìn)事跡作為“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程的思政元素進(jìn)行思政教育的效果。（三）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)第一步，教師隨機(jī)點(diǎn)名提問，考查學(xué)生提前預(yù)習(xí)“水動(dòng)力噪聲研究范圍與特點(diǎn)”的效果。第二步，根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，結(jié)合PPT進(jìn)行正常的課程授課，講解相應(yīng)的課程內(nèi)容。第三步，當(dāng)講解到水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲差別的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)調(diào)水動(dòng)力噪聲的基本理論基礎(chǔ)均源于空氣動(dòng)力噪聲，兩者的第一點(diǎn)差別即水的密度比空氣的密度大4個(gè)數(shù)量級(jí)，兩者的動(dòng)黏性系數(shù)相差13倍，以此啟發(fā)學(xué)生：“相信有很多同學(xué)曾經(jīng)玩過‘打水漂’的游戲，它的原理是什么呢？”（見圖2）。第四步，“打水漂”的基本原理是當(dāng)物體高速掠過水面時(shí)，會(huì)帶動(dòng)周圍的水高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)伯努利方程，此時(shí)水面的水壓力低，而下層的水因?yàn)殪o止壓力高，從而給水面的水及運(yùn)動(dòng)物體提供“反彈力”，導(dǎo)致水漂形成，特別是當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)周圍水旋轉(zhuǎn)，此時(shí)“打水漂”的效果更加明顯。因此，“打水漂”的基本原理就是伯努利原理，由此啟發(fā)學(xué)生：“在空氣中能否進(jìn)行‘打氣漂’？”第五步，“打氣漂”是可以的。在高速空氣動(dòng)力學(xué)中，特別是外太空中，當(dāng)導(dǎo)彈高速再入大氣層時(shí)，受到與水漂一樣的作用原理，可以反彈回外太空，從而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離投送，這就是國際上著名的“錢學(xué)森彈道”。根據(jù)“錢學(xué)森彈道”研制成功的高超聲速導(dǎo)彈再入過程，如圖3所示。由此講述錢學(xué)森先生的先進(jìn)事跡。錢學(xué)森是新中國成立前，就已經(jīng)在國際上馳名的空氣動(dòng)力學(xué)家，他對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的研究做出了突出的貢獻(xiàn)。第六步，講解完錢學(xué)森先生的事跡后，再次啟發(fā)學(xué)生：“‘打水漂’與‘打氣漂’的不同之處體現(xiàn)在哪里？”將此問題作為課后作業(yè)，然后繼續(xù)按照教學(xué)大綱完成課堂教學(xué)。（四）課程思政內(nèi)容當(dāng)錢學(xué)森先生在獲知新中國成立后急需人才時(shí)，毅然放棄美國優(yōu)厚的條件，即使被抓入監(jiān)獄，也要回到祖國。經(jīng)過毛澤東主席和周恩來總理的不懈努力，錢學(xué)森在國家的幫助下，沖破重重阻撓，終于回到了祖國；在茫茫的戈壁沙灘，他嚼著摻著沙粒的饅頭，依舊精神百倍地往前沖，為祖國的“兩彈一星”事業(yè)辛勤地耕耘著；在看到學(xué)生沒有計(jì)算尺時(shí)，他無私地將在美國的稿費(fèi)捐出；即使在退休后，他仍時(shí)刻關(guān)注著祖國的載人航天事業(yè)，為中國載人航天的宇宙飛船與航天飛機(jī)選型之間的爭論做出了決斷等?；仡欏X學(xué)森先生的一生，他把自己的知識(shí)和智慧全部無私地奉獻(xiàn)給了祖國和人民，他身上所體現(xiàn)的愛國主義精神、科學(xué)精神、無私奉獻(xiàn)精神，必將激勵(lì)包括研究生在內(nèi)的全體中華兒女為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而不懈奮斗。（五）融入方式通過研究分析水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲的差別，以“兩彈一星”勛章獲得者錢學(xué)森的先進(jìn)事跡作為思政元素，融入“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程的授課過程中。通過“打水漂”與“打氣漂”所用原理的啟發(fā)，引入“錢學(xué)森彈道”，講解“兩彈一星”功勛科學(xué)家錢學(xué)森報(bào)效祖國的事跡，利用講故事的形式，提高學(xué)生對(duì)水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲之間差別的理解能力。由伯努利原理引出“打水漂”與“打氣漂”的形式，講解水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲的差別，可以加深學(xué)生對(duì)水動(dòng)力噪聲研究范圍與特點(diǎn)的理解，活躍課堂氣氛，提高授課效率。二、N-S方程求解過程中的思政元素探討在講述水動(dòng)力噪聲部分時(shí)，會(huì)涉及水動(dòng)力學(xué)與聲學(xué)基本方程的知識(shí)點(diǎn)。在水動(dòng)力學(xué)方程中，經(jīng)時(shí)間平均后的N-S方程會(huì)導(dǎo)致方程右側(cè)出現(xiàn)雷諾應(yīng)力，從而使得經(jīng)時(shí)間平均后的N-S方程不封閉，導(dǎo)致無法求解。只有在極低流速的層流時(shí)，時(shí)間平均后的N-S方程才可以進(jìn)行求解。在其他情況下，此方程均不可求解，這被美國的Science期刊列為125個(gè)未知的問題之一。因此，針對(duì)時(shí)間平均后的N-S方程，出現(xiàn)了很多的近似求解方法，例如奇異攝動(dòng)理論，通過引入對(duì)該理論做出突出貢獻(xiàn)的“兩彈一星”功勛科學(xué)家郭永懷的光輝事跡，挖掘課程中的思政元素，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育。下面介紹該思政元素的形成過程。（一）教學(xué)過程該思政元素的教學(xué)實(shí)施過程與圖1類似，也分為課前階段、課中階段和課后階段。課前為課程知識(shí)點(diǎn)預(yù)習(xí)階段，課中為郭永懷先生的光輝事跡導(dǎo)入及講解階段，課后為考查思政元素的實(shí)施效果階段。通過分組討論、課堂互動(dòng)回答與課后作業(yè)提交情況，分析該思政元素的實(shí)施效果。（二）教學(xué)方法教師將教學(xué)參考書《水動(dòng)力噪聲原理》及授課PPT提前下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生完成預(yù)習(xí)。上課階段，教師在講解時(shí)間平均后的N-S方程的過程中與學(xué)生進(jìn)行探討，依據(jù)學(xué)生討論的N-S方程求解方法，引入奇異攝動(dòng)理論，由此分析利用奇異攝動(dòng)理論求解時(shí)間平均后的N-S方程的過程，加深學(xué)生對(duì)時(shí)間平均后的N-S方程極難求解過程的理解。在課后，根據(jù)布置的作業(yè)及其完成情況進(jìn)行分析，考察將郭永懷的光輝事跡融入“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程進(jìn)行思政教學(xué)的效果。（三）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)第一步，教師隨機(jī)點(diǎn)名提問，考查學(xué)生預(yù)習(xí)“水動(dòng)力學(xué)方程與聲學(xué)方程”知識(shí)點(diǎn)的效果。第二步，根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，開展正常的授課，并依據(jù)教學(xué)大綱和教案進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)講解。第三步，當(dāng)講解到水動(dòng)力學(xué)方程與聲波方程時(shí)，強(qiáng)調(diào)水動(dòng)力學(xué)的重要方程——N-S方程，在對(duì)其進(jìn)行時(shí)間平均后，會(huì)在N-S方程的右側(cè)出現(xiàn)雷諾應(yīng)力項(xiàng)，導(dǎo)致該方程不封閉，從而使方程無法求解。目前，對(duì)于N-S方程只能采用近似的方法進(jìn)行求解，它的求解方法非常多，例如，有限體積法、奇異攝動(dòng)方法等。同時(shí)，讓學(xué)生上網(wǎng)搜索這些方法的求解過程以及目前的發(fā)展?fàn)顩r，并讓他們著重關(guān)注奇異攝動(dòng)理論的發(fā)展過程。第四步，奇異攝動(dòng)方法是指數(shù)學(xué)上一個(gè)含有小參數(shù)，但不能直接把小參數(shù)設(shè)為零來求得所有近似解的問題。在描述奇異攝動(dòng)問題的方程中，小參數(shù)將會(huì)作為系數(shù)出現(xiàn)在含有最高階次方或?qū)?shù)項(xiàng)里面。如果按照常規(guī)攝動(dòng)法把小參數(shù)設(shè)成零，會(huì)導(dǎo)致方程的階數(shù)降低而不能得到所有的近似解。奇異攝動(dòng)的來源是這類問題里存在多個(gè)尺度，為求得在每個(gè)尺度上的有效近似解，需要將方程用不同尺度進(jìn)行規(guī)范化并得到一個(gè)新的方程，新的方程則可以用常規(guī)的攝動(dòng)法來求近似解。第五步，中國的許多學(xué)者為奇異攝動(dòng)法的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)，例如郭永懷發(fā)展了變形坐標(biāo)法，被錢學(xué)森先生命名為PLK法；錢偉長的合成展開法；林家翹的解析特征線法；等等。奇異攝動(dòng)法是從事理論研究的重要數(shù)學(xué)工具之一，對(duì)于弱非線性問題的分析更為有效。該法在基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究中被廣泛應(yīng)用于軌道力學(xué)、固體力學(xué)、微分方程、非線性振動(dòng)、流體力學(xué)、大氣動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力海洋學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、等離子體物理學(xué)和量子力學(xué)等領(lǐng)域。因此，奇異攝動(dòng)方法也非常適合經(jīng)時(shí)間平均后的N-S方程的求解，在此引入對(duì)奇異攝動(dòng)法做出重要貢獻(xiàn)的郭永懷的光輝事跡，并講述郭永懷報(bào)效祖國、無私奉獻(xiàn)的事跡及其愛國主義精神，如圖4所示。第六步，講解完郭永懷先生的光輝事跡后，繼續(xù)開展課程教學(xué)，直至課程結(jié)束。（四）課程思政內(nèi)容受到錢學(xué)森的邀請(qǐng)，郭永懷在獲知新中國成立后急需人才的時(shí)候，將在美國記錄的手稿筆記全部燒毀，以防美國移民局以此作為要挾，阻礙他回國。在郭永懷的倡議和推動(dòng)下，他制定了中國第一個(gè)有關(guān)爆炸力學(xué)的科學(xué)規(guī)劃，并引導(dǎo)力學(xué)走上與核武器試驗(yàn)相結(jié)合的正確道路。1968年10月，郭永懷先生再一次來到青海試驗(yàn)基地，為新中國第一顆熱核導(dǎo)彈發(fā)射試驗(yàn)從事準(zhǔn)備工作。同年12月4日，他在青?；卣藘蓚€(gè)多月，由于在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極其重要的線索，他趕忙回北京，派人爭分奪秒地聯(lián)系飛機(jī)，12月5日凌晨，飛機(jī)在首都機(jī)場緩緩降落。但是，在離地面400多米的時(shí)候，飛機(jī)突然失去了平衡，墜毀在1000米外的莊稼地里。當(dāng)人們奮力辨認(rèn)出郭永懷的遺體時(shí)，他一直穿在身上的那件夾克服已燒焦了大半，但是卻和警衛(wèi)員牟方東緊緊地?fù)肀г谝黄?，?dāng)人們費(fèi)力將他倆分開時(shí)，在他們兩個(gè)人的胸前安然無損地夾著郭永懷先生那只裝有絕密資料的公文包，里面有記錄的重要數(shù)據(jù)。我們要學(xué)習(xí)郭永懷烈士為建設(shè)祖國努力奮斗并認(rèn)真鉆研的愛國愛黨、敬業(yè)奉獻(xiàn)的精神，同時(shí)以飽滿的熱情投身于愛國事業(yè)和報(bào)效祖國的事業(yè)中。（五）融入方式通過將“兩彈一星”功勛獲得者郭永懷的光輝事跡融入“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”課程的授課過程，提高學(xué)生對(duì)水動(dòng)力學(xué)與聲學(xué)方程的理解能力，使其掌握聲學(xué)方程如何從水動(dòng)力學(xué)方程中推導(dǎo)的過程。時(shí)間平均后的N-S方程雖然不能直接求解，但是可以利用郭永懷發(fā)展的奇異攝動(dòng)理論進(jìn)行近似求解，拓展學(xué)生的知識(shí)面，為他們后續(xù)的科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三、教學(xué)效果評(píng)價(jià)通過2022年春季和2023年春季開設(shè)的研究生課程“水中目標(biāo)聲學(xué)特性”的授課情況來看，采用“兩彈一星”功勛科學(xué)家錢學(xué)森和郭永懷的先進(jìn)光輝事跡來對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育，分別有85%和88%的學(xué)生真正地理解了“水動(dòng)力噪聲與空氣動(dòng)力噪聲的區(qū)別”以及“時(shí)間平均后的N-S方程的近似求解方法”。通過對(duì)課后作業(yè)及考試成績的分析來看，分別有87%和90%的學(xué)生受到了課程思政效果的影響，改變了以往他們只是為了拿學(xué)分、應(yīng)付考試的現(xiàn)象，他們通過網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)等了解了錢學(xué)森和郭永懷的先進(jìn)光輝事跡，深深為這兩位“兩彈一星”功勛科學(xué)家對(duì)中國奠定國際地位做出的貢獻(xiàn)所折服，而且他們通過搜索還發(fā)現(xiàn)了當(dāng)年給中國共產(chǎn)黨成立90周年獻(xiàn)禮的電視劇《五星紅旗迎風(fēng)飄揚(yáng)》，里面有關(guān)于錢學(xué)森和郭永懷事跡的詳細(xì)生動(dòng)介紹，有些研究生連續(xù)幾天追完了該電視劇，事后他們給筆者的反饋是靈魂得到了極大的觸動(dòng)。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索到多年前上映的電視劇，并使他們?nèi)绱巳朊?，這是思政元素探索和教育的額外收獲。因此，通過在“水中目標(biāo)聲學(xué)特