《水聲學》學習指南

1、學習指南（1）重點、難點分析水聲學課程具有很強的理論性，同時也具備較強的工程性。理論內(nèi)容是為解決工程實際問題服務(wù)的，而工程實際問題反過來又可以指導理論模型的建立，兩部分相輔相成。水聲學課程的難點主要在于其理論的復(fù)雜性和工程的抽象性。研究課程內(nèi)容可知，聲納方程是該課程的主線，課程各章節(jié)與聲納參數(shù)是一一對應(yīng)的，為了能真正理解聲納方程，并使用聲納方程進行聲納設(shè)備的設(shè)計或性能預(yù)報，解決工程實際問題，必須對每一個聲納參數(shù)所隱含的基本物理概念、物理機理有所理解和認識，課程的重點內(nèi)容包括以下幾個模塊：聲納系統(tǒng)和聲納參數(shù)的概念及物理含義。該模塊從概念的角度描述聲納方程，是理解聲納方程、應(yīng)用聲納方程的前提；海洋

2、環(huán)境的聲學特性。它影響聲波的傳播規(guī)律，從而影響聲納設(shè)備的工作性能。了解海洋環(huán)境的聲學特性是后面聲傳播規(guī)律研究的基礎(chǔ)；聲場建模理論和典型信道中的聲傳播規(guī)律。該模塊主要介紹聲場建模的兩種基本理論以及對典型信道中聲傳播規(guī)律的物理解釋，具有非常強的理論性，同時又具備一定的工程性，因此成為課程的難點。該部分也是聲納工作環(huán)境中聲傳播規(guī)律研究的基礎(chǔ)，是聲納設(shè)備的設(shè)計和性能預(yù)報不可跨越的鴻溝，對后續(xù)研究生課程水聲傳播原理的學習將有直接的影響，成為課程的核心內(nèi)容之一；聲波在目標上的反射和散射。該模塊闡述了水下目標對聲波的散射能力（即目標強度），以及目標散射信號的組成及形成機理（即目標回波特性）。目標強度的大小決

3、定了該目標能否用聲納進行探測。目標回波特性決定了聲納信號處理中回波特征提取和識別的問題。復(fù)雜目標的聲散射極其復(fù)雜，因此其計算和特性分析也具有一定難度；海洋混響。該模塊介紹了混響強度預(yù)報的一種基本理論，是理解混響的形成機理、混響的特征、混響抑制的基本方法的基礎(chǔ)，具有較強的理論性；水下噪聲。該模塊主要介紹海洋環(huán)境噪聲、艦船自噪聲和輻射噪聲的噪聲源和噪聲譜，以及描述噪聲強弱的譜級和噪聲級；課程的理論體系如下圖所示。（2）解決辦法聲波即看不見也摸不著，水聲學課程具有很強的理論性，同時又具備較強的工程性，課程不同章節(jié)內(nèi)容具有不同的特征。針對課程難點內(nèi)容的特點，授課中采用了不同的表現(xiàn)手法、不同的授課方法和

4、授課手段，將無法感性認識的聲場轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l、音頻、圖像、動畫，將理論聯(lián)系實際，將通識教育與個性教育相結(jié)合，依此解決課程的難點問題，具體方法列舉如下：對聲場建模理論章節(jié)的簡正波理論，則對理論公式中的關(guān)鍵步驟進行現(xiàn)場推導，同時結(jié)合課程組制作的簡正波駐波分布flash動畫進行演示；對于深海聲道中的聲傳播規(guī)律，則應(yīng)用科研中的三維聲線計算軟件計算了典型深海聲道的聲線軌跡，并應(yīng)用動畫制作軟件將聲線軌跡制作成動畫。從動畫中直接就看出了聲影區(qū)、匯聚區(qū)及傳播規(guī)律；對于目標散射聲場的測量，由于受時間的限制，學生無法到實驗室進行實驗。為此，課程組教師依據(jù)實際測量實驗，制作了目標散射聲場測量演示實驗。演示實驗以動畫的形

5、式表現(xiàn)出來，并嚴格按照實驗步驟包含了實驗的每一個過程。對于目標回波特性的分析，由于受許多因素的影響，比如有聲波的頻率、入射角、目標的尺寸、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等，理論分析也相當困難，因此制作了規(guī)則目標散射場指向性與上述因素之間的聯(lián)系flash動畫，用動畫代替文字講解。將這些形象生動的多媒體課件應(yīng)用于課堂的授課中，學生很容易地理解了這些物理現(xiàn)象及其形成機理。除此之外，科研中的新原理、新方法、新思路的引入也使得課堂內(nèi)容變得更具體，學生更易于把握課程的重點內(nèi)容，同時還可以應(yīng)用多種方法理解難點內(nèi)容；建立了水聲學課程網(wǎng)（ HYPERLINK ），編寫了電子版教材、教學大綱、教學進度表、水聲學多媒體教學課件、習題集及參考答案、水聲學題庫。除題庫外，所有電子教學資源均在課程網(wǎng)站中。為了擴大學生的視野，豐富學生的學習資料，網(wǎng)站中列出了水聲工程專業(yè)領(lǐng)域主要參考文獻，鏈接了國內(nèi)外主要研究機構(gòu)和學術(shù)機構(gòu)，同時轉(zhuǎn)載了中國科學院聲學研究所Theoretical Acoustics和廈門大學Fundamentals of Acoustics課程的多媒體教學課件。為培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造性思維，網(wǎng)站中開設(shè)了自主實驗欄目。為便于學生的交流，網(wǎng)站中開設(shè)了課程論壇板