吳海龍 徐軍田 趙亞婷

（江蘇海洋大學(xué) 江蘇連云港 222005）

一、虛擬仿真教學(xué)推廣應(yīng)用現(xiàn)狀

國家發(fā)展規(guī)劃中明確提出提高教育現(xiàn)代化水平，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家的人才培養(yǎng)要求。在各層面的人才培養(yǎng)及其教育活動中，研究生教育是國家教育層次結(jié)構(gòu)中等級最高的人才培養(yǎng)層次，所培養(yǎng)的人才將成為國家海洋領(lǐng)域的中堅(jiān)力量。然而當(dāng)前在研究生培養(yǎng)過程中，仍存在較多影響培養(yǎng)質(zhì)量的因素，主要包括研究生生源質(zhì)量參差不齊、導(dǎo)師水平高低有別、管理模式尚需完善和優(yōu)化以及學(xué)風(fēng)尚需嚴(yán)格強(qiáng)化。教育部頒布的《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》明確提出：“加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、實(shí)踐教學(xué)共享平臺建設(shè)”，《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》中也明確提出要強(qiáng)化高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的重要內(nèi)容。教育部頒布《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》旨在開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)。虛擬仿真旨在基于高速發(fā)展的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和大數(shù)據(jù)手段，把復(fù)雜背景下的現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象通過網(wǎng)絡(luò)虛擬手段呈現(xiàn)出來，以取得相對真實(shí)的測試或研究結(jié)果，以滿足教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)等現(xiàn)實(shí)需求。虛擬仿真手段因其安全、節(jié)約、快捷，在制造業(yè)和高新產(chǎn)業(yè)中被廣泛應(yīng)用，尤其是機(jī)械、航天、醫(yī)學(xué)等專業(yè)的產(chǎn)業(yè)方向[1-2]。

二、海洋生態(tài)學(xué)虛擬仿真教學(xué)的必要性

我國是海洋大國，但尚未成長為海洋強(qiáng)國，其重要的原因就是人才培養(yǎng)質(zhì)量難以滿足產(chǎn)業(yè)需求和國家競爭所需。因此，在走向藍(lán)海和推進(jìn)建設(shè)海上糧倉的關(guān)鍵時期，建立和完善以職業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺，以培養(yǎng)出滿足國家海洋事業(yè)發(fā)展需求的高質(zhì)量人才成為建成海洋強(qiáng)國的重要途徑。因此，各海洋大學(xué)紛紛開始建立專業(yè)相關(guān)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺。中國海洋大學(xué)開設(shè)有海洋地球科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，主要承擔(dān)海洋地球科學(xué)學(xué)院本科生的海洋地質(zhì)、海洋地球物理方向相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，以及面向校內(nèi)外的海洋地球科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源的開放共享服務(wù)。大連海洋大學(xué)開設(shè)有海上專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ，承擔(dān)全校海上專業(yè)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)教學(xué)任務(wù)和海上綜合素質(zhì)教育。依托“海上專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，同步組建了“海上專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”。上海海洋大學(xué)也正在建設(shè)海洋科學(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件平臺及管理平臺。綜合以上情況可見，海洋類虛擬仿真平臺已經(jīng)成為海洋類高校高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑。然而，江蘇省在海洋領(lǐng)域的仿真項(xiàng)目尚處于起步階段，已經(jīng)建成并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的虛擬仿真教學(xué)中心尚未見報道。而江蘇海洋大學(xué)作為江蘇省唯一一所海洋大學(xué)，承擔(dān)著為江蘇海洋事業(yè)發(fā)展培養(yǎng)高質(zhì)量人才的歷史使命，建成特色鮮明的海洋類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺成為人才培養(yǎng)的突破點(diǎn)。

海洋學(xué)相關(guān)傳統(tǒng)教學(xué)中，往往局限于理論知識及簡單室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的開展，與自然海域?qū)嶋H情況相距較遠(yuǎn)，且學(xué)生并未有直觀感受。海洋學(xué)研究，特別是海洋生態(tài)現(xiàn)象的預(yù)測預(yù)警只有在真實(shí)的暴發(fā)場景中，才能真正體現(xiàn)預(yù)測預(yù)警的意義。但真實(shí)的海上監(jiān)測及監(jiān)測調(diào)查工具的配置需要大量資金支持和勞務(wù)工作，且海上風(fēng)險較大。因此，將真實(shí)海上生態(tài)現(xiàn)象移植入模擬仿真空間中，引導(dǎo)學(xué)生開展虛擬仿真學(xué)習(xí)是目前提高高校學(xué)生實(shí)訓(xùn)和政府管理部門生態(tài)管控的有效途徑。目前海洋生態(tài)災(zāi)害領(lǐng)域在國內(nèi)尚無仿真模擬實(shí)驗(yàn)平臺。

三、海洋生態(tài)學(xué)虛擬仿真教學(xué)模式探析

海洋生態(tài)學(xué)主要研究海洋生物及其與海洋環(huán)境響應(yīng)的相關(guān)關(guān)系，旨在闡明生物海洋學(xué)的規(guī)律，助益海洋生物資源的開發(fā)、利用好海洋環(huán)境管理、調(diào)控，從而為保護(hù)海洋環(huán)境和構(gòu)建海洋生態(tài)平衡等提供科學(xué)依據(jù)。因此，海洋生態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)應(yīng)兼具實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)目的。而海洋生態(tài)領(lǐng)域中最具代表性的海洋現(xiàn)象是生態(tài)災(zāi)害暴發(fā)現(xiàn)象，因此對海洋生態(tài)成災(zāi)過程的仿真模擬最具實(shí)踐意義。具體途徑為采用線上線下混合式教學(xué)，主要采用虛擬仿真軟件在線交互式操作的方式，使學(xué)生了解思考并掌握成災(zāi)分類和成長、成災(zāi)過程室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、自然海區(qū)成災(zāi)驅(qū)動過程及其調(diào)查監(jiān)測方案。實(shí)施過程通過在線平臺上的虛擬仿真軟件進(jìn)行，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)入規(guī)定情境的虛擬生態(tài)災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行成災(zāi)形成原因、驅(qū)動過程、調(diào)查監(jiān)測手段的操作實(shí)驗(yàn)并提交實(shí)驗(yàn)報告[3-4]。

為了鞏固學(xué)習(xí)效果，還可以在理論課在線教育平臺同步發(fā)布相關(guān)在線考試，考核課程要點(diǎn)。同時，可針對不同服務(wù)對象開發(fā)出相關(guān)模式，建立特色化途徑。其中，針對高校，研發(fā)不同生態(tài)災(zāi)害場景的VR 實(shí)踐體系，如實(shí)驗(yàn)室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)操作體系、海上調(diào)查監(jiān)測實(shí)踐體系等；針對政府管理部門管理實(shí)際需求，研發(fā)不同海區(qū)的生態(tài)風(fēng)險辨識及預(yù)測預(yù)警監(jiān)測體系。承擔(dān)全校涉海專業(yè)海洋生態(tài)災(zāi)害調(diào)查與預(yù)警模擬實(shí)踐。承接政府管理部門海洋生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險模擬研判及預(yù)警演練。