海洋实践教学观测平台的建设与应用探索

田慧娟，周 立，汤均博，李 玉

（江苏海洋大学 测绘与海洋信息学院，江苏 连云港 222005）

我国是海洋大国，拥有广泛的海洋战略利益。中共十九大报告提出“加快建设海洋强国”的发展战略，并纳入“建设现代化经济体系”中[1-2]，同时大力发展海洋科技，推动海洋技术创新，保障国家海洋安全[3-4]。因此在产业发展、技术创新、领海安全等各方面，我国必将需要更多更好的涉海人才[5]。

江苏海洋大学地处江苏连云港市，该市拥有突出的海洋资源优势。海洋科学与技术类专业是实践性非常强的专业，高质量的实验教学和实践操作是海洋科学教育的必要环节，也是人才培养的质量保证[6-7]。然而与陆地不同，海上实践教学一般会受到海洋环境、人员设备运载、天气、费用等因素制约，实践的时间和空间可能被压缩，实验实习效果会有所削减，实施不当时有可能达不到高质量标准。为此，学校及相关学院开展了海洋实践类教学观测平台的建设与应用探索，建设了大型综合性海洋观测平台，利用平台开展实践教学和科研任务，积极配合海洋科学与技术学科稳步发展，满足学校本科人才培养的高质量要求。

1 海洋观测平台的建设构成

1.1 海洋工程技术研究中心基本情况

为保证海洋人才培养目标完成，保障实践教学质量，学校建成了海洋工程技术研究中心（以下简称“中心”）。中心的建筑面积达3400 m2，基础建设投入1000万元，设备投入1300万元。中心包括一楼大厅和十多个工作室，并配有仪器室、操控室、数据处理中心等。中心拥有完善的教学设施条件，目前配有多种类型常规海洋仪器和多台/套大型海洋仪器，如多波束测深仪、单波束测深仪、浅地层剖面仪、海洋磁力仪、水下机器人、水下光谱测试仪、侧扫声纳仪等。中心建有海水波流观测水池、海洋测量水池等，可提供室内大型水动力实验环境，能够在学校完成实验和实践教学综合训练课程，使学生掌握各种海洋工程技能。实验条件达到国内同类高校的先进水平。

学校目前有海洋技术、海洋科学、港口与航道工程、船舶与海洋工程等多个涉海专业，中心建成后已服务于以上专业，承担学校海洋工程类实验实训教学和培训工作，涉及海洋物理、海洋地质、海洋测量、环境流体学、水力学、泥沙学等多门课程的实验和实践教学。

1.2 波流观测水池

波流观测水池长50 m，宽20 m，深2.5 m，可以模拟波浪、海流及波流耦合等海洋动力环境，并能在 0.3～2.5 m范围内任意调节水深。水池功能包括设置水池水位、流速流向、含沙量、颗粒级配、淤积地形等，具有先进的多边界潮汐非恒定流数据采集、控制、监视系统和 ADV三维流速测量系统。潮流实验系统为三边开边界的潮汐控制系统，能准确模拟各潮波传播方向与潮流速大小。水池配备随机波造波机，能够模拟三维随机波并改变波浪方向。同时配备造流系统，实验区域流场均匀，可调流速流向，可与波浪方向顺向、逆向、斜向、垂向耦合。水池造流最大流速0.2 m/s，流速误差小于10%，X-Y流向往复可变。

波流观测水池可进行海岸及近海的波浪、海流及其相互耦合作用复杂海况的物理模拟，为物理海洋、海洋工程、海洋地质和海洋水产及渔业工程科研实验提供有效手段。其承担了海洋地质、海洋测量、海岸结构工程、海洋环境工程、海洋调查与观测、海岸侵蚀与防护、海岸动力学、水文地质学、港口工程学、航港流体学和船舶阻力、推进、耐波性及操纵性等实验。

1.3 海洋测量观测水池

图1 海洋测量观测水池

海洋测量观测水池如图1所示。观测水池长25 m、宽20 m、深6 m，并能在0.3～6 m范围内任意调节水深。同时水池墙壁附有吸声尖劈，也可作测量消声水池。利用砼水底格网10×10 m填充砂石等各种底质形成微地形，模拟出水下地形地貌环境；水下安装了模拟航道以及线路管道等，可开展水下地形地貌测量、水深测量、航道测量、磁力测量等工程训练。

1.4 海洋仪器操作实训系统

海洋仪器操作实训系统示意图见图 2。设于波流观测水池与海洋测量观测水池之间，长7.5 m、宽5 m、高出水面 2.5 m，正在规划建设中。该系统配有操控桌、仪器装配间、配电柜等，架设多波速测深仪、浅地层剖面仪、海洋磁力仪、水下机器人、海洋信息浮标、水下光谱仪、潮位仪、水质仪、侧扫声纳等大型仪器，以及水位波浪雷达站、气象观测站、卫星接收站、布吊设备、救护设备等。

图2 海洋仪器操作实训系统示意图

实训系统涵盖仪器种类多，涉及面广，集成度高，可进行海洋测深、海底地貌观测、水文气象观测、磁力探测等多方面实验实习。使用人员在平台上可完成仪器安装与布放、设备操作、数据采集、数据处理、维修保养等多项工作，且四周有高位栏杆防护，人员在此作业方便，不仅提高工作效率，而且更加保障人员安全。实训系统是集实践教学与科学研究于一体的综合性平台，加上前述的两大水池系统，使得整个教学观测平台的功能有巨大提升。

2 海洋观测平台的应用及功效

2.1 海洋观测平台的应用

2.1.1 实践教学

观测平台提供造波造浪条件，并将海洋水环境以模拟形式进行观测，构建了海洋观测实验实训大型室内教学体系，优化整合实验教学平台，形成多功能、多模式、系列化、网络化的海洋科学与技术立体化实验教学资源。海洋实践教学观测平台是培养学生实践能力和创新能力的重要平台，突出以学生为本的服务方向，平台的运行全面提高了实验教学质量，深化了实验教学改革与创新，保障了学生的实践操作能力培养。海洋实践教学观测平台能够再现自然界中的海洋动力现象，这也符合教育过程中的认识规律和实践规律。我校非常重视实践性教学环节，把实践能力培养作为实验实训体系和教学内容的改革核心[8]。该平台已开设24门实验课程、68个实验项目，面向全校涉海专业硕士研究生、本科生开展实验实习教学任务。

2.1.2 理论教学和科研工作

利用海洋观测平台，可模拟出海洋实地教学环境，使工科的理论教学从纯理论讲述提升为理论与仪器演示相结合，例如讲述潮汐规律与测定原理，通过平台潮位站的操作与演示，让学生更直观掌握原理知识，提高了理论知识的直观性和交互性。平台还能够按照理论设想和预定方案快速模拟海洋中的各种自然现象，从而达到从深层次认识理论的效果，培养学生的综合能力，使学生扎实地掌握基础理论知识、基本技能和基本研究方法。

平台也提供给教师完成科研任务的条件，可同时开展多学科多交叉的综合性任务，实现理论与实际相结合，教学与科研相结合。同时，教师在平台的教学活动可制作成慕课用于视频教学[9]，并且授课视频可持续更新优化、便于课程内容的引用整合，这样充分利用平台资源、拓展教学思路，也提高学生的学习效率。

2.1.3 科普宣传

海洋观测平台体现了学校鲜明的海洋办学特色，是学校海洋通识教育实验室示范基地，也已成为省级实验教学示范中心。

本平台以典型的海洋观测调查系统为实体，利用先进的海洋仪器，模拟出海洋调查环境，具有鲜明的高科技海洋特色。通过实地参观平台系统，一方面增加参观者的海洋知识，通过了解海洋科技和我国海洋科技取得的成果，大大增强参观者对我国实现“海洋强国”的自信心，对学校教风学风建设也是有益的补充；另一方面通过学习海洋调查活动，让他们学会思考在利用海洋资源的同时如何爱护海洋，提高参观者的海洋保护意识。

2.2 海洋观测平台的功效

（1）改进传统教学，显著提高实践教学质量。由于受资金、时间和空间的限制，一些高校在海上的实验实习无法充分开展，多限于小范围、短时间内完成的基础实验部分[10-11]，远远达不到实验、实习质与量的教学需要。海上观测平台的建设实现了模拟海上作业，提供给学生学习和操作足够的时间和空间，且不受天气、气候等影响，这样大大加强了学生动手操作能力、独立作业能力、团队协作能力，让学生无须携带设备走出校门即可进行海洋实践活动。海洋观测平台的基本建成，更加贴合理工科类各专业的需要和教学理念，积极配合海洋人才高质量培养，对进一步深化实验教学改革，提升学校海洋实训水平，提高学生学习、实践及创新能力等具有重要现实意义。

（2）让学生走近海洋，感受现代化海洋科技。学校利用地域优势，一直奋力建设具有鲜明的“海洋特色”大学，海洋观测平台极大地体现了学校办学特色。同时，海洋观测平台顺应国家“海洋强国”战略要求，在实践教学之外定期对外开放，切实做好海洋教育和宣传工作。平台架设多个先进海洋仪器，通过参观学习，让学生真切感受到海洋科技、海洋资源和海洋文化，让“发展海洋科技，建设海洋强国”的理念深深印在学生知识体系中，进一步增强学生参与海洋科研及相关工作的积极性、主动性、创造性。

（3）控制实验成本，惠及地区师生。该平台如同我校的海洋馆，打造成为苏北地区海洋科普教育基地，通过全市科研院所和大中小师生参观考察，扩大学校办学影响力，打造出江苏海洋大学又一海洋特色亮点。同时，用有限的维护成本，保证了模拟实验场地的多次使用，实现了海洋观测调查实践活动的可持续发展。

3 结语

海洋观测平台的建设对于开展海洋科学技术实践教学有着重大的意义和作用。随着平台开放、制度管理、经费运行等方面的改进和完善，在教学资源整合、实验项目开发、实验内容更新等方面进一步优化，海洋观测平台在人才培养和学科建设方面将发挥更大作用。