波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐

沈 超， 付小莉， 李衛(wèi)超

（同濟(jì)大學(xué)a.水利工程系；b.地下建筑與工程系，上海200092）

0 引 言

1 建設(shè)目標(biāo)

波浪是海洋中最常見的現(xiàn)象，是岸灘演變、海港和海岸工程重要的動(dòng)力因素和作用力［1］。了解波浪運(yùn)動(dòng)的特性是研究近岸泥沙運(yùn)動(dòng)和岸灘演變的基礎(chǔ)，對港口選址規(guī)劃、港口建筑物設(shè)計(jì)乃至橋梁［2］和海上風(fēng)電設(shè)計(jì)［3］等均有著重要意義。因此，學(xué)習(xí)波浪運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識是港航專業(yè)學(xué)生的主要任務(wù)之一，也是土木工程相關(guān)專業(yè)同學(xué)需了解的重要內(nèi)容。我校港航專業(yè)特將波浪運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)設(shè)立在其專業(yè)核心課程中，以期達(dá)到夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，啟發(fā)專業(yè)探索性思維的作用。但經(jīng)過在教學(xué)中的實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)，目前該實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程仍存在諸多問題：①理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)銜接不夠緊密，實(shí)驗(yàn)過程可能涉及多方面專業(yè)知識，學(xué)生無法及時(shí)有效回顧；②實(shí)驗(yàn)所用的波流水槽設(shè)備為大型儀器，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生共用一套設(shè)備，受場地和時(shí)間的限制，學(xué)生無法全過程操作和觀察；③專業(yè)知識與工程實(shí)踐和應(yīng)用間無法有機(jī)結(jié)合，學(xué)生難以真正達(dá)到學(xué)有所用。實(shí)際上，以上問題也廣泛存在于類似的工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中［4-5］。

基于以上分析可知，當(dāng)前的波浪運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)教學(xué)亟待改革和轉(zhuǎn)型。教育部在《關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》（教高廳［2017］4號）中明確指出，要深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，不斷加強(qiáng)高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)與應(yīng)用，著力提高高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐育人水平，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作［6］。通過對波浪運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真建設(shè)，不僅可做到將理論教學(xué)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用有機(jī)融合，更可實(shí)現(xiàn)因受線下實(shí)驗(yàn)規(guī)模、周期和成本等限制無法開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，此外靈活豐富的線上教學(xué)方法在“雙一流”建設(shè)的人才培養(yǎng)方面也更具優(yōu)勢［7］。

大學(xué)生的創(chuàng)造性發(fā)展是在掌握扎實(shí)、充分的基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐得以真正實(shí)現(xiàn)的［8］。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科教學(xué)中重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，既有將基礎(chǔ)知識融會(huì)和運(yùn)用的責(zé)任，更有承載著教學(xué)環(huán)節(jié)向工程應(yīng)用精準(zhǔn)過渡的使命。在此認(rèn)知的基礎(chǔ)上，港航專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在日常教學(xué)中通過不斷地積累和研究［9-10］，借助先進(jìn)的信息技術(shù)對波浪運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全新的教學(xué)設(shè)計(jì)，建設(shè)了波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含① 水槽實(shí)驗(yàn)部分將傳統(tǒng)波浪運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了全面優(yōu)化，并擴(kuò)充了認(rèn)知學(xué)習(xí)和港口實(shí)驗(yàn)兩大部分。通過深入挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)涵和相關(guān)的理論背景知識，在系統(tǒng)中將實(shí)驗(yàn)所涉及的知識點(diǎn)集中整合，使理論知識與波浪運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣；②在與線下對應(yīng)的波浪運(yùn)動(dòng)特性水槽實(shí)驗(yàn)中，一比一還原實(shí)驗(yàn)室場景和儀器，并對線下做不到、觀察不到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)一步夯實(shí)理論基礎(chǔ)并建立港航專業(yè)實(shí)驗(yàn)思路；③在港口實(shí)驗(yàn)部分，真實(shí)模擬國內(nèi)某港口的陸域和水域等場景，對港區(qū)波浪進(jìn)行定性定量的分析和討論，使專業(yè)知識和水槽實(shí)驗(yàn)兩部分內(nèi)容在具體工程中得以有機(jī)融合并應(yīng)用。3大部分內(nèi)容形成認(rèn)知-探究-實(shí)踐層層遞進(jìn)的教學(xué)模式，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間壁壘，對其進(jìn)行了重新教學(xué)定位，使之適應(yīng)新時(shí)代教學(xué)和人才培養(yǎng)的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主要內(nèi)容設(shè)計(jì)

本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共建設(shè)有實(shí)驗(yàn)簡介、認(rèn)知學(xué)習(xí)、水槽實(shí)驗(yàn)、港口實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告5大模塊，系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。

圖1 波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)架圖

（1）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后首先是系統(tǒng)簡介視頻，讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)意義、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和系統(tǒng)構(gòu)建有整體的認(rèn)識，啟發(fā)學(xué)生探索實(shí)驗(yàn)的好奇心。登錄后首先進(jìn)入實(shí)驗(yàn)簡介模塊（見圖2），本模塊中學(xué)生可快速熟悉實(shí)驗(yàn)背景，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及線下實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，為進(jìn)行波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。

圖2 實(shí)驗(yàn)簡介模塊部分內(nèi)容

（2）認(rèn)知學(xué)習(xí)模塊（見圖3）圍繞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行篩選和有機(jī)整合，下設(shè)5個(gè)子模塊，涵蓋了波浪分類、水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、波浪要素、波浪疊加、波浪反射5大內(nèi)容，由淺至深引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識，并通過視頻、文字和互動(dòng)問答操作等生動(dòng)、直觀的教學(xué)方式，幫助學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容高效理解和掌握。

圖3 認(rèn)知學(xué)習(xí)模塊部分內(nèi)容

（3）水槽實(shí)驗(yàn)包含5個(gè)子模塊，作為“認(rèn)知-探究-實(shí)踐”3個(gè)遞進(jìn)模塊的過渡模塊，以儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)流程學(xué)習(xí)為切入點(diǎn)，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境（見圖4）及操作后，依次開展規(guī)則波實(shí)驗(yàn)、不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)、駐波實(shí)驗(yàn)、消波實(shí)驗(yàn)，充分理解波浪運(yùn)動(dòng)各項(xiàng)特性。具體內(nèi)容設(shè)計(jì)為：①進(jìn)入本模塊，學(xué)生首先可進(jìn)行儀器設(shè)備的學(xué)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)中設(shè)備系統(tǒng)整體布置情況（見圖5），并可對波流水槽、造波機(jī)和推波板、波高儀、流速儀、壓力傳感器等實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)觀察和儀器知識的學(xué)習(xí)；②隨后按照語音提示和系統(tǒng)引導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)流程的學(xué)習(xí)，分別有布置采集儀器、打開并設(shè)置波高采集儀、啟動(dòng)造波機(jī)、打開造波軟件進(jìn)行采樣設(shè)置、設(shè)置造波參數(shù)、調(diào)整波高儀入水深度并采集零點(diǎn)、發(fā)送文件開始造波、波長測量、查看數(shù)據(jù)和各角度造波仿真觀測等10余個(gè)互動(dòng)操作，完成后即可進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)；③規(guī)則波實(shí)驗(yàn)和不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)均在以上儀器設(shè)置的基礎(chǔ)上分別輸入波浪要素（波高、水深、周期）進(jìn)行規(guī)則波和不規(guī)則波造波實(shí)驗(yàn)（見圖6、7）；④ 此外，在駐波實(shí)驗(yàn)中基于前期認(rèn)知學(xué)習(xí)，在此設(shè)置選擇題考查學(xué)生對駐波形成條件的掌握，選擇正確后放置直立擋板按造波步驟進(jìn)行操作，觀察駐波的形成過程和其運(yùn)動(dòng)形式有什么不同；⑤消波實(shí)驗(yàn)中，通過無效能裝置、吸收海岸消波、海綿層消波、主動(dòng)消波4種情況對比，同步呈現(xiàn)4種情況波浪變化過程，讓學(xué)生更直觀地觀察并掌握波浪反射和波能吸收的過程，這種同步對比實(shí)驗(yàn)在線下是無法實(shí)現(xiàn)的。

圖4 水槽實(shí)驗(yàn)室部分場景

圖5 水槽實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)概況

圖6 水槽實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

圖7 水槽實(shí)驗(yàn)造波及數(shù)據(jù)采集

（4）港口實(shí)驗(yàn)設(shè)有港口介紹、港口漫游、港口實(shí)驗(yàn)、思考題4大子模塊，本模塊主要目標(biāo)，通過之前認(rèn)知學(xué)習(xí)和水槽實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)完成了從認(rèn)知到探究的過程，在此基礎(chǔ)之上結(jié)合港口實(shí)驗(yàn)進(jìn)行工程實(shí)踐應(yīng)用。學(xué)生不僅能對港航工程有整體的了解，還可通過港口實(shí)驗(yàn)中定性定量的實(shí)驗(yàn)對比分析來進(jìn)行港口的平面布置設(shè)計(jì)，充分鍛煉了學(xué)生自主探索、思考的能力。設(shè)計(jì)內(nèi)容為：①以視頻形式向?qū)W生全面介紹港口的組成和實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容（見圖8），讓學(xué)生對港口實(shí)驗(yàn)有整體的了解和學(xué)習(xí)；②在介紹視頻后學(xué)生已經(jīng)對港區(qū)構(gòu)成有了大致了解，接下來進(jìn)入港口漫游模塊，學(xué)生自主操作，在港區(qū)內(nèi)以第一視角進(jìn)行探索，對水域-錨地、水域-防波堤、碼頭、陸域等港口主要組成部分近距離的觀察和學(xué)習(xí)；③ 正式進(jìn)入港口實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)包括口門方向?qū)Ρ群涂陂T寬度對比兩部分，分別探討其對港區(qū)水域產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)包含對口門寬度和方向參數(shù)的設(shè)定、波浪要素的選取、儀器測點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)采集和結(jié)果分析（見圖9～11）等近20步的必要互動(dòng)操作，學(xué)生可在試驗(yàn)后通過點(diǎn)擊港口縮略圖中測點(diǎn)編號，調(diào)取各測點(diǎn)的波高數(shù)據(jù)，并啟發(fā)學(xué)生自主思考，通過12

圖8 港口部分組成圖

圖9 港口實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)布置

圖10 港口實(shí)驗(yàn)造波及數(shù)據(jù)采集圖

圖11 港口實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

個(gè)測點(diǎn)波高變化數(shù)據(jù)圖，綜合分析其產(chǎn)生原因，掌握港口平面布置方案設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化思路；④ 最后，通過思考題的形式，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中所學(xué)和所見進(jìn)行回顧，對隱含知識點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)掘和思考，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（5）實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)生成，報(bào)告包括水槽實(shí)驗(yàn)和港口實(shí)驗(yàn)學(xué)生自選工況、數(shù)據(jù)圖和問答題等內(nèi)容，且在實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)按預(yù)設(shè)評分邏輯對關(guān)鍵步驟進(jìn)行評分，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)總分即刻生成在報(bào)告中。

2.2 核心要素仿真

（1）對真實(shí)實(shí)驗(yàn)和工程環(huán)境及操作的仿真。水槽實(shí)驗(yàn)和港口實(shí)驗(yàn)均參照真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室和港口工程建筑結(jié)構(gòu)，按原型比例進(jìn)行的建模。水槽實(shí)驗(yàn)對標(biāo)學(xué)校水利港口綜合實(shí)驗(yàn)室，全面還原了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部環(huán)境、水槽設(shè)備構(gòu)造及儀器性能和操作流程；港口模塊選取國內(nèi)某已建港口工程項(xiàng)目，對港區(qū)的水域、陸域和碼頭岸線等進(jìn)行線上真實(shí)再現(xiàn)。學(xué)生可對水槽實(shí)驗(yàn)室和港口實(shí)驗(yàn)區(qū)域所建全部場景進(jìn)行360°巡航，實(shí)驗(yàn)流程與線下過程一致，真實(shí)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)操作有助于增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的沉浸感和互動(dòng)感。

（2）采用高精度流體建模技術(shù)和先進(jìn)的渲染技術(shù)。波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)核心難點(diǎn)就是怎樣在保證實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的條件下，對流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行自然模擬和呈現(xiàn)，這也是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)的核心技術(shù)要求。在對國內(nèi)外流體建模軟件多方調(diào)研的基礎(chǔ)上［11-12］，最后選用時(shí)下最流行的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法SPH［13］進(jìn)行建模，該技術(shù)采用拉爾朗日法，使每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)上均承載著各自物理量，且以質(zhì)點(diǎn)為單位進(jìn)行后期渲染，因此仿真精度更高，渲染效果細(xì)膩、真實(shí)，是當(dāng)前較符合流體類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)需求的技術(shù)。

（3）基于真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)值仿真。在采用高精度流體建模軟件的基礎(chǔ)上，將數(shù)模結(jié)果與真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，以進(jìn)一步保證仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。水槽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自線下波流水槽相同工況的實(shí)測采集，港口實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)源于已開展的科研實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)校核，模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)擬合良好，變化規(guī)律一致，證明虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

3 項(xiàng)目特色

3.1 以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

以教育部國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的要求［4，14］為指導(dǎo)，波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)始終將“以學(xué)生為中心”作為建設(shè)的核心理念，遵循從簡單到復(fù)雜、微觀到宏觀和理論到實(shí)踐的認(rèn)識規(guī)律，突破原有的教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了“學(xué)習(xí)-探究-實(shí)踐”3層次遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊。系統(tǒng)中建設(shè)有5個(gè)自制教學(xué)視頻、多個(gè)動(dòng)畫和關(guān)鍵操作的引導(dǎo)提示，在3大模塊中均有所應(yīng)用，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)理論知識和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。此外，對實(shí)驗(yàn)場景的高度還原、多角度的觀察和漫游和對水體渲染效果的精益求精都旨在增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的代入感和互動(dòng)感。將“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念落實(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)的全過程，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，更可能啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)探索創(chuàng)新的精神。

3.2 以問題和需求為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容

港口相關(guān)實(shí)體實(shí)驗(yàn)以往都是依托科研項(xiàng)目采用物理模型方式在港池等大型設(shè)備中開展的［15］，目前我校并未建設(shè)港池這一大型設(shè)備。其次，這類實(shí)驗(yàn)占地面積大、成本高且周期長，教學(xué)中不具備開展此類實(shí)驗(yàn)的條件。此外，模型實(shí)驗(yàn)中學(xué)生無法對港口布局規(guī)劃和建筑物等進(jìn)行全面的了解和學(xué)習(xí)，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)又具有一定的危險(xiǎn)性。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無疑是解決這一問題最有效的手段，在港區(qū)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中開展現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，多角度、多層次調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的熱情，是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的必然舉措。

此外，近年來我國已形成5大沿海港口群，以洋山港為首的主要港口正在向著世界一流港口邁進(jìn)，港口的建設(shè)已成為體現(xiàn)綜合國力重要組成部分，因此對港航專業(yè)后備人才的培養(yǎng)也提出了更高的要求［16］。本系統(tǒng)從知識理解、實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到工程實(shí)踐層層遞進(jìn)，構(gòu)建起了從課堂學(xué)習(xí)到工程應(yīng)用之間的橋梁，將工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生作為建設(shè)參與者的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，觸發(fā)其對職業(yè)責(zé)任的理解和思考，以立德樹人為本，以“雙一流”建設(shè)思想為指導(dǎo)，著力創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型優(yōu)秀人才的培養(yǎng)。

3.3 多模式融合的教學(xué)方法

為滿足信息化時(shí)代背景下學(xué)生需求，提升線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融合自主式學(xué)習(xí)、互動(dòng)式教學(xué)、問題探究式教學(xué)等多種教學(xué)方法。自主式學(xué)習(xí)教學(xué)方法主要是為訓(xùn)練學(xué)生對海岸動(dòng)力學(xué)、港口水工建筑物和港口規(guī)劃與布置等課程大綱中知識點(diǎn)的掌握，該教學(xué)方法貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，相對于專業(yè)知識本身，該方法的應(yīng)用更注重引導(dǎo)學(xué)生對知識來源的探索；互動(dòng)式教學(xué)方法體現(xiàn)在學(xué)生可通過改變不同設(shè)計(jì)參數(shù)（如波浪要素、口門方向、口門寬度等）按自己的思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，且在實(shí)驗(yàn)中通過提示和問答的方式啟發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考和分析，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性；問題探究式教學(xué)方法旨在用設(shè)問的方式引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行更深層的探究，如在港口實(shí)驗(yàn)問答中，學(xué)生需基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，綜合考慮港內(nèi)波況、港區(qū)船舶通行條件和經(jīng)濟(jì)等因素，來進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，可有效鍛煉學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。

4 應(yīng)用和評價(jià)

波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)已正式投入教學(xué)應(yīng)用，應(yīng)用過程中共有7位港航專業(yè)教師和4位企業(yè)研發(fā)人員提供在線教學(xué)服務(wù)和技術(shù)支持，確保線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效開展。自投入使用以來，本系統(tǒng)教學(xué)成效良好，實(shí)驗(yàn)的精確度和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)效果受到了師生的一致好評，特別在新冠疫情期間，因?qū)W生無法返校導(dǎo)致眾多教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法開展，而本系統(tǒng)在此期間起到了重要的作用，為2017、2018屆港航專業(yè)和2018屆智能建造3個(gè)班級共83人開展了線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)做了及時(shí)的補(bǔ)充和拓展，波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也被正式寫入教學(xué)大綱中，將持續(xù)提供線上教學(xué)服務(wù)。本系統(tǒng)不僅服務(wù)于同校相關(guān)專業(yè)，也面向社會(huì)開放，且已與湖北多所高校溝通協(xié)商，近期將重點(diǎn)支援湖北相關(guān)專業(yè)院校的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)，未來將逐步向全國港航、海洋及相關(guān)專業(yè)高校推廣。

5 結(jié) 語

波浪運(yùn)動(dòng)特性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)基于實(shí)測數(shù)據(jù)和真實(shí)工程案例，采用高精度的流體建模技術(shù)和先進(jìn)的渲染技術(shù)，圍繞3個(gè)主要內(nèi)容建設(shè)了5大模塊，對原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了擴(kuò)充和升級，構(gòu)建了“認(rèn)知-探究-實(shí)踐”逐層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為學(xué)生提供了內(nèi)容豐富、場景逼真和技術(shù)先進(jìn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)平臺，彌補(bǔ)了線上教學(xué)資源的不足，對線下做不到的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了線上拓展，融合了多種教學(xué)方法，面向大國建設(shè)和“雙一流”建設(shè)需求，著力創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的培養(yǎng)。系統(tǒng)目前應(yīng)用成效良好，在當(dāng)前疫情狀況下，有效增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)抵御風(fēng)險(xiǎn)的韌性，未來港航實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索，不斷完善本系統(tǒng)，建設(shè)更多虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)提供更好的平臺。