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虚拟实验海洋工程专业大学生培养模式

摘要：随着海洋强国战略部署的不断深入，各个高校不断增设海洋相关专业，海洋项目

是海洋相关专业的重要根底课程，具有很强的理论性与实践性。本文结合目前海洋相关专业

的教学实践特点，就目前海洋项目实践中存在的问题进行探讨，提出了利用海洋项目模拟仿

真技术加强学生对海洋项目专业的认识和理解。从调动学生兴趣入手，使教学内容直观、形

象、生动而同时具有科学性，增强学生对专业知识的理解，完善课程内容，加强实践教学。

利用数值模拟仿真技术进行可视化教学，对海洋项目中的测试、安装、运行现象采用计算机

模拟，并在课程中参加相关动画。一方面，使该专业学生加强对海洋项目的理解，另一方面，

提高学生的实践能力，提高学生应用模拟分析办法解决实际问题的能力，培养学生在进行海

洋项目设计时严谨的思路并为未来海洋项目建设的相关工作打下扎实的根底。

关键词：虚拟实验，数值仿真，海洋项目，能力培养，教学模式

一、研究背景

海洋强国战略的有效实施需要海洋科学技术的开展作为有力撑持。加快建设海洋强国的

进程中，海洋相关的高等教育面临着严峻的挑战。努力培养适应海洋产业开展需要的创新型

人才、技术型人才和应用型人才，不断提高海洋知识和技术创新水平，已成为建设海洋强国

进程中高等教育所面临的一项重大战略任务。为响应国家战略部署与时代需求，国内诸多高

校陆续增设海洋项目与技术专业，以培养海洋技术人才【1】。由于海洋项目结构庞大且所处

海洋环境极为复杂，海洋项目实践具有高风险、高技术、高投入等特点，在大学阶段学习的

学生难以实地地接触海洋项目结构物且直观地观测海洋环境，因此，在海洋项目专业学生的

培养阶段，大局部海洋项目知识通过课堂讲述的办法将知识传授给本专业学生，教学方式单

一且效率较低。随着科技的不断开展，多媒体伎俩不断应用到课堂教学中，通过观看视频或

者动画的演示，能够分明地看出海洋环境风场、波浪场以及流场的变化，除此之外，海洋项

目设计、建造、海上安装、施工等过程也能较为直观地展示出来【2】。但是，海洋项目与技

术专业为工科专业，需要更多的实践提高技术及创新能力。在海洋项目实地实践受限的情况

下，如何提高研究生的实践创新能力成为教学改革的重要研究内容。针对教学实践的这一短

板，本论文提出采用虚拟实验的办法提高研究生的实践及创新能力。从而，使我校未来的海

洋技术人才更好地适应市场和社会的需要，将其培养成一批批合格的海洋强国战略实施者。

二、虚拟实验分析

海洋项目专业作为一门应用学科，有着与其他理论学科的不同之处，作为一门以察看和

实践为根底的学科，其揭示了海洋项目领域内的自然科学规律。在进行察看与实践时，受项

目环境、复杂设施等的条件限制，很难实现现场观测及数据收集和处理，对本专业的教学质

量有一定的影响。随着计算机和数值理论计算办法的不断进步和开展，使得“理论分析〞、数“

值模拟〞和虚拟实验〞三者相互促进，成为现代项目学科的三大支点。虚拟实验主要借助“

构建的物理模型，利用有限元模拟软件或程序运行软件的计算，通过输出声音、图像、动画

等功能模拟海洋项目物理现象，诠释物理规律，演示运动过程；突破真实实践条件，排除任

何外界环境条件的干扰，通过数值模拟精确地得到试验的结果，以方便地发展实践教学并提

高教学成果。一套完整的虚拟实验程序，分为前处理、计算分析和后处理三个阶段。前处理

为根底数据搜集和模型成型。示例，假设计算一片海域的水动力条件，需收集海域的水深条

件、边界条件，验证潮位值、流速流向值等，根据收集的数据对该海域进行网格划分、水深

值差值以及边界处理。前处理需要到达能保证下一步计算分析稳定运行的目的，并且在最大

程度减小计算量的同时，保证计算精度。可见，前处理对于虚拟实验的精确程度有着重要的

影响。利用前处理建立好的数值模型，进行计算分析。计算分析的核心为方程的求解过程，

示例，在水动力方程三种守恒方程。通过求解网格不同点的方程，得到模型不同地方的数值，

比方，流速、流向、水位等。在不同的格点及格心处存储单元的属性。将存储的数据进行可

视化处理及数据统计分析称为后处理，通过较为直观的方式，展现流场、物体的变化过程。

三、虚拟实验在教学工作中的应用

通过虚拟实验的办法，可以进行不同参数、不同条件下的实验，以及进行动态演示，加

深对现象的感知及物理理论的理解。1.学生对实际的海洋项目不足一定的了解，在学习中容

易产生一定的困惑。随着我国对海洋项目的重视程度不断加深，本专业的学生对项目的大致

样貌有一定的了解。但是，由于多数学