虚拟仿真教学在海洋生态学研究生实验教学中的应用

吴海龙 徐军田 赵亚婷

（江苏海洋大学 江苏连云港 222005）

一、虚拟仿真教学推广应用现状

国家发展规划中明确提出提高教育现代化水平，加快建设创新型国家的人才培养要求。在各层面的人才培养及其教育活动中，研究生教育是国家教育层次结构中等级最高的人才培养层次，所培养的人才将成为国家海洋领域的中坚力量。然而当前在研究生培养过程中，仍存在较多影响培养质量的因素，主要包括研究生生源质量参差不齐、导师水平高低有别、管理模式尚需完善和优化以及学风尚需严格强化。教育部颁布的《关于全面提高高等教育质量的若干意见》明确提出：“加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设”，《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中也明确提出要强化高校实践教学环节。其中，虚拟仿真实验教学成为高校实验教学建设的重要内容。教育部颁布《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》旨在开展国家级虚拟仿真实验教学平台建设。虚拟仿真旨在基于高速发展的信息化、网络化和大数据手段，把复杂背景下的现实现象通过网络虚拟手段呈现出来，以取得相对真实的测试或研究结果，以满足教学、实验、培训等现实需求。虚拟仿真手段因其安全、节约、快捷，在制造业和高新产业中被广泛应用，尤其是机械、航天、医学等专业的产业方向[1-2]。

二、海洋生态学虚拟仿真教学的必要性

我国是海洋大国，但尚未成长为海洋强国，其重要的原因就是人才培养质量难以满足产业需求和国家竞争所需。因此，在走向蓝海和推进建设海上粮仓的关键时期，建立和完善以职业能力培养为导向的虚拟仿真实训平台，以培养出满足国家海洋事业发展需求的高质量人才成为建成海洋强国的重要途径。因此，各海洋大学纷纷开始建立专业相关虚拟仿真实训平台。中国海洋大学开设有海洋地球科学虚拟仿真实验教学中心，主要承担海洋地球科学学院本科生的海洋地质、海洋地球物理方向相关的实验课程，以及面向校内外的海洋地球科学虚拟仿真实验资源的开放共享服务。大连海洋大学开设有海上专业实验教学中心 ，承担全校海上专业的实验、实训、实习教学任务和海上综合素质教育。依托“海上专业实验教学中心”，同步组建了“海上专业虚拟仿真实验教学中心”。上海海洋大学也正在建设海洋科学类虚拟仿真实验教学课件平台及管理平台。综合以上情况可见，海洋类虚拟仿真平台已经成为海洋类高校高质量发展的重要路径。然而，江苏省在海洋领域的仿真项目尚处于起步阶段，已经建成并实现运行的虚拟仿真教学中心尚未见报道。而江苏海洋大学作为江苏省唯一一所海洋大学，承担着为江苏海洋事业发展培养高质量人才的历史使命，建成特色鲜明的海洋类虚拟仿真实验平台成为人才培养的突破点。

海洋学相关传统教学中，往往局限于理论知识及简单室内实验的开展，与自然海域实际情况相距较远，且学生并未有直观感受。海洋学研究，特别是海洋生态现象的预测预警只有在真实的暴发场景中，才能真正体现预测预警的意义。但真实的海上监测及监测调查工具的配置需要大量资金支持和劳务工作，且海上风险较大。因此，将真实海上生态现象移植入模拟仿真空间中，引导学生开展虚拟仿真学习是目前提高高校学生实训和政府管理部门生态管控的有效途径。目前海洋生态灾害领域在国内尚无仿真模拟实验平台。

三、海洋生态学虚拟仿真教学模式探析

海洋生态学主要研究海洋生物及其与海洋环境响应的相关关系，旨在阐明生物海洋学的规律，助益海洋生物资源的开发、利用好海洋环境管理、调控，从而为保护海洋环境和构建海洋生态平衡等提供科学依据。因此，海洋生态学虚拟仿真实验平台的建设应兼具实验和实训目的。而海洋生态领域中最具代表性的海洋现象是生态灾害暴发现象，因此对海洋生态成灾过程的仿真模拟最具实践意义。具体途径为采用线上线下混合式教学，主要采用虚拟仿真软件在线交互式操作的方式，使学生了解思考并掌握成灾分类和成长、成灾过程室内控制实验设计方案、自然海区成灾驱动过程及其调查监测方案。实施过程通过在线平台上的虚拟仿真软件进行，要求学生在规定时间内进入规定情境的虚拟生态灾害现场进行成灾形成原因、驱动过程、调查监测手段的操作实验并提交实验报告[3-4]。

为了巩固学习效果，还可以在理论课在线教育平台同步发布相关在线考试，考核课程要点。同时，可针对不同服务对象开发出相关模式，建立特色化途径。其中，针对高校，研发不同生态灾害场景的VR 实践体系，如实验室内控制实验操作体系、海上调查监测实践体系等；针对政府管理部门管理实际需求，研发不同海区的生态风险辨识及预测预警监测体系。承担全校涉海专业海洋生态灾害调查与预警模拟实践。承接政府管理部门海洋生态灾害风险模拟研判及预警演练。