船舶学院李帅在今年黑龙江省教育厅组织开展的我省第二届高等学校课程思政教学竞赛中,船舶学院李帅老师主讲的研究生课程《气泡动力学》获特等奖。本报邀请李帅老师讲述其课程建设特色做法，希望可以为广大教师带来启示和借鉴。

本人目前承担研究生专业课程《气泡动力学》的教学任务。虽然每年只有32学时，但是这门课程包含了流体力学、数学物理方法以及传热传质学等多门课程基本理论，涵盖的知识体系非常庞大，需要充分发挥每一学时的价值。我的目标不仅是让学生掌握专业课程的理论知识，还要培养他们的学习兴趣、激发科研热情，更重要的是提高学生独立发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的综合能力。

《气泡动力学》是流固耦合技术研究团队充分利用最新研究成果，实现“科研反哺教学”的研究生专业课程。在平时的研究生科研指导过程中，我发现学生虽然掌握了较为全面的理论知识体系，但在科学研究方面仍存在较大不足。这并不是因为孩子们不够努力，而是因为在他们的学习过程中往往缺乏对科研的引导和科研案例的探索，导致科研与教学脱钩，影响了他们科研能力的提升。因此，本人和张阿漫教授希望以《气泡动力学》为突破口，探索教学与科研融合的方法，解决教学与科研脱钩的现实问题。

我们结合多年的教学经验，系统梳理了气泡相关的前沿科研成果，将适合科教融合培养的知识转化为教学内容，打造了“发现问题-提炼问题-分析问题-师生研讨-解决问题”的“五步走”科教融合前沿探索式的教学模式，形成了“理论-数值-实验”多元化方法相结合的培养方案。我们还开展了“我最感兴趣的气泡问题”翻转课堂学术研讨，不仅传授相关知识，还融入了课程思政元素和案例，着力培养和提升研究生的科学精神和综合科研能力。

下面以气枪气泡动力学章节为例，对“五步走”科教融合教学模式进行阐述。生活中存在诸多气泡动力学现象，但大多数学生对此类现象的理解并不深入。首先要发现问题，我在课堂上会向学生展示杯中倒水这一日常生活现象，并向学生提问：一滴水落入水中为什么会产生清晰的咕咚声？学生在听到问题后往往第一直觉是水滴撞击水面产生了声音，然而事实真是如此吗？为了激励学生去主动思考，自主发现问题，而不是被动接受答案，课程准备了水滴入水的高速摄影视频，向学生展示水滴入水的真实细节，引导学生发现并思考声音的真实来源，帮助学生从复杂现象中发现问题本质（后一步详述），不仅通过再现物理现象本身有趣的细节激发了学生的学习兴趣和探索欲，还培养了学生在日常生活中发现问题的能力。

当水滴撞击水面时，会在水中形成一个脉动的小气泡，我们需要确定它是否是声音的真实来源，这可以从水下气泡的物理特性出发进行分析。声波是介质密度的波动，当水中气泡脉动时，会向周围水域施加挤压或拉伸力，并向外辐射一定频率的声波。因此，我们可以将发现的问题提炼为气泡的物理声波特性，并通过观察气泡的脉动频率与声波频率是否一致来判断倒水的咕咚声是否来自于水中形成的小气泡。前人的实验证明，两者的频率是相同的。上世纪60年代，美国利用水下气泡声辐射原理发明了气枪震源勘探技术，该技术通过高压气枪在水下激发气泡向外辐射低频声波，从而对海底石油资源进行探测。与其他主动震源技术相比，气枪震源具有绿色环保、低成本和高可重复性等优点。然而，由于该技术被西方封锁长达半个世纪，我国在海洋资源勘探方面一直受到限制。通过气枪的例子可以看出，如果能够发现常见现象中有价值的问题并进行科学提炼，就有可能实现国家科技领域的重大突破。

随后，利用科学的手段与方法去剖析问题是解决问题的关键。在气枪气泡脉动问题中，气泡的固有频率是一个非常重要的物理量。正是因为气枪气泡的固有频率可以达到10Hz以下，辐射的声波才能够穿透海水和海底岩层。对于这类问题，我们可以基于势流理论，通过线性气泡动力学方法对气泡的固有频率进行分析求解。通过理论与实验结果的分析对比，总结气枪气泡的动力学特性规律，为解决气枪震源实际问题提供参考。同时，在授课过程中，我们也会讲述本校著名水动力学大师戴遗山教授开创我国势流理论计算方法先河的事迹，以此来鼓励学生们继承和发扬老一代军工人忠诚使命、胸怀大局、甘于奉献、勇攀高峰的精神，不断推动课程思政建设。

通过大量的教学实践发现，许多学生不擅长或不愿意与老师交流研讨问题，他们可能更倾向于将问题留到课后解决或者避免直面问题，这导致他们对问题理解不够深入和全面。因此，在完成“五步走”的前三步后，教师与学生之间的交流互动就显得尤为重要了。为此，本课程开展了气枪气泡动力学师生研讨活动，鼓励学生上台讲解气枪震源的传统理论模型以及前沿发展动态。在讲解过程中，学生本人不断发散思维，通过课堂理论学习和文献调研，对气枪气泡动力学目前存在的问题提出自己的见解，并对其他学生的疑问进行解答。这种互动的方式可以激发学生的兴趣和好奇心，提高他们的自主学习和探索能力。在学生讲解之后，我们采用启发式和引导式教学手段，帮助学生理性地放飞思想，形成“学/讲互洽式”教学模式。同时，我在讲授高精度气枪震源理论模型时，向学生们分享与壳牌公司联合研发新型气枪震源的经历，并推翻使用长达30余年的错误理论，引导学生形成敢于质疑权威和理性求证的科学精神。

“五步走”教育教学培养方法的核心是解决问题，也是发现和分析问题的综合实践。流固耦合技术团队在气枪震源领域深耕十余年，已突破多项核心技术，并具备深厚的理论基础、实验条件以及解决问题的经验。我们充分利用科研成果回馈教学，鼓励学生学习气枪震源的理论模型，动手编程进行气枪气泡的数值计算研究，并利用团队建设的实验台架进行气枪气泡动力学相关机理实验，帮助学生通过理论-数值-实验的联合方式解决问题，揭开科研的神秘面纱。

综合来说，“五步走”科教融合前沿探索式的教学模式是一个创新性的教学模式，将科学研究和教学紧密结合，让学生在学习中不但能够掌握专业知识，而且能够培养独立思考、自主发现问题、探究问题的能力。虽然教学模式经过改革后颇具成效，但课程建设是永无止境的，仍需授课教师紧跟世界前沿，赋予科研成果更多的教学活力，将思政元素与课程内容充分结合，引导学生成为真正的国之栋梁。