海洋實(shí)踐教學(xué)觀測(cè)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用探索

田慧娟，周 立，湯均博，李 玉

（江蘇海洋大學(xué) 測(cè)繪與海洋信息學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

我國(guó)是海洋大國(guó)，擁有廣泛的海洋戰(zhàn)略利益。中共十九大報(bào)告提出“加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”的發(fā)展戰(zhàn)略，并納入“建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系”中[1-2]，同時(shí)大力發(fā)展海洋科技，推動(dòng)海洋技術(shù)創(chuàng)新，保障國(guó)家海洋安全[3-4]。因此在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新、領(lǐng)海安全等各方面，我國(guó)必將需要更多更好的涉海人才[5]。

江蘇海洋大學(xué)地處江蘇連云港市，該市擁有突出的海洋資源優(yōu)勢(shì)。海洋科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)是實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)，高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐操作是海洋科學(xué)教育的必要環(huán)節(jié)，也是人才培養(yǎng)的質(zhì)量保證[6-7]。然而與陸地不同，海上實(shí)踐教學(xué)一般會(huì)受到海洋環(huán)境、人員設(shè)備運(yùn)載、天氣、費(fèi)用等因素制約，實(shí)踐的時(shí)間和空間可能被壓縮，實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)效果會(huì)有所削減，實(shí)施不當(dāng)時(shí)有可能達(dá)不到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為此，學(xué)校及相關(guān)學(xué)院開(kāi)展了海洋實(shí)踐類教學(xué)觀測(cè)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用探索，建設(shè)了大型綜合性海洋觀測(cè)平臺(tái)，利用平臺(tái)開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)和科研任務(wù)，積極配合海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)科穩(wěn)步發(fā)展，滿足學(xué)校本科人才培養(yǎng)的高質(zhì)量要求。

1 海洋觀測(cè)平臺(tái)的建設(shè)構(gòu)成

1.1 海洋工程技術(shù)研究中心基本情況

為保證海洋人才培養(yǎng)目標(biāo)完成，保障實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，學(xué)校建成了海洋工程技術(shù)研究中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）。中心的建筑面積達(dá)3400 m2，基礎(chǔ)建設(shè)投入1000萬(wàn)元，設(shè)備投入1300萬(wàn)元。中心包括一樓大廳和十多個(gè)工作室，并配有儀器室、操控室、數(shù)據(jù)處理中心等。中心擁有完善的教學(xué)設(shè)施條件，目前配有多種類型常規(guī)海洋儀器和多臺(tái)/套大型海洋儀器，如多波束測(cè)深儀、單波束測(cè)深儀、淺地層剖面儀、海洋磁力儀、水下機(jī)器人、水下光譜測(cè)試儀、側(cè)掃聲納儀等。中心建有海水波流觀測(cè)水池、海洋測(cè)量水池等，可提供室內(nèi)大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠在學(xué)校完成實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)綜合訓(xùn)練課程，使學(xué)生掌握各種海洋工程技能。實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到國(guó)內(nèi)同類高校的先進(jìn)水平。

學(xué)校目前有海洋技術(shù)、海洋科學(xué)、港口與航道工程、船舶與海洋工程等多個(gè)涉海專業(yè)，中心建成后已服務(wù)于以上專業(yè)，承擔(dān)學(xué)校海洋工程類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)和培訓(xùn)工作，涉及海洋物理、海洋地質(zhì)、海洋測(cè)量、環(huán)境流體學(xué)、水力學(xué)、泥沙學(xué)等多門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)。

1.2 波流觀測(cè)水池

波流觀測(cè)水池長(zhǎng)50 m，寬20 m，深2.5 m，可以模擬波浪、海流及波流耦合等海洋動(dòng)力環(huán)境，并能在 0.3～2.5 m范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)水深。水池功能包括設(shè)置水池水位、流速流向、含沙量、顆粒級(jí)配、淤積地形等，具有先進(jìn)的多邊界潮汐非恒定流數(shù)據(jù)采集、控制、監(jiān)視系統(tǒng)和 ADV三維流速測(cè)量系統(tǒng)。潮流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為三邊開(kāi)邊界的潮汐控制系統(tǒng)，能準(zhǔn)確模擬各潮波傳播方向與潮流速大小。水池配備隨機(jī)波造波機(jī)，能夠模擬三維隨機(jī)波并改變波浪方向。同時(shí)配備造流系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)區(qū)域流場(chǎng)均勻，可調(diào)流速流向，可與波浪方向順向、逆向、斜向、垂向耦合。水池造流最大流速0.2 m/s，流速誤差小于10%，X-Y流向往復(fù)可變。

波流觀測(cè)水池可進(jìn)行海岸及近海的波浪、海流及其相互耦合作用復(fù)雜海況的物理模擬，為物理海洋、海洋工程、海洋地質(zhì)和海洋水產(chǎn)及漁業(yè)工程科研實(shí)驗(yàn)提供有效手段。其承擔(dān)了海洋地質(zhì)、海洋測(cè)量、海岸結(jié)構(gòu)工程、海洋環(huán)境工程、海洋調(diào)查與觀測(cè)、海岸侵蝕與防護(hù)、海岸動(dòng)力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、港口工程學(xué)、航港流體學(xué)和船舶阻力、推進(jìn)、耐波性及操縱性等實(shí)驗(yàn)。

1.3 海洋測(cè)量觀測(cè)水池

圖1 海洋測(cè)量觀測(cè)水池

海洋測(cè)量觀測(cè)水池如圖1所示。觀測(cè)水池長(zhǎng)25 m、寬20 m、深6 m，并能在0.3～6 m范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)水深。同時(shí)水池墻壁附有吸聲尖劈，也可作測(cè)量消聲水池。利用砼水底格網(wǎng)10×10 m填充砂石等各種底質(zhì)形成微地形，模擬出水下地形地貌環(huán)境；水下安裝了模擬航道以及線路管道等，可開(kāi)展水下地形地貌測(cè)量、水深測(cè)量、航道測(cè)量、磁力測(cè)量等工程訓(xùn)練。

1.4 海洋儀器操作實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

海洋儀器操作實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖 2。設(shè)于波流觀測(cè)水池與海洋測(cè)量觀測(cè)水池之間，長(zhǎng)7.5 m、寬5 m、高出水面 2.5 m，正在規(guī)劃建設(shè)中。該系統(tǒng)配有操控桌、儀器裝配間、配電柜等，架設(shè)多波速測(cè)深儀、淺地層剖面儀、海洋磁力儀、水下機(jī)器人、海洋信息浮標(biāo)、水下光譜儀、潮位儀、水質(zhì)儀、側(cè)掃聲納等大型儀器，以及水位波浪雷達(dá)站、氣象觀測(cè)站、衛(wèi)星接收站、布吊設(shè)備、救護(hù)設(shè)備等。

圖2 海洋儀器操作實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)示意圖

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)涵蓋儀器種類多，涉及面廣，集成度高，可進(jìn)行海洋測(cè)深、海底地貌觀測(cè)、水文氣象觀測(cè)、磁力探測(cè)等多方面實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)。使用人員在平臺(tái)上可完成儀器安裝與布放、設(shè)備操作、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、維修保養(yǎng)等多項(xiàng)工作，且四周有高位欄桿防護(hù)，人員在此作業(yè)方便，不僅提高工作效率，而且更加保障人員安全。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是集實(shí)踐教學(xué)與科學(xué)研究于一體的綜合性平臺(tái)，加上前述的兩大水池系統(tǒng)，使得整個(gè)教學(xué)觀測(cè)平臺(tái)的功能有巨大提升。

2 海洋觀測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用及功效

2.1 海洋觀測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用

2.1.1 實(shí)踐教學(xué)

觀測(cè)平臺(tái)提供造波造浪條件，并將海洋水環(huán)境以模擬形式進(jìn)行觀測(cè)，構(gòu)建了海洋觀測(cè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)大型室內(nèi)教學(xué)體系，優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，形成多功能、多模式、系列化、網(wǎng)絡(luò)化的海洋科學(xué)與技術(shù)立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。海洋實(shí)踐教學(xué)觀測(cè)平臺(tái)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要平臺(tái)，突出以學(xué)生為本的服務(wù)方向，平臺(tái)的運(yùn)行全面提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，深化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新，保障了學(xué)生的實(shí)踐操作能力培養(yǎng)。海洋實(shí)踐教學(xué)觀測(cè)平臺(tái)能夠再現(xiàn)自然界中的海洋動(dòng)力現(xiàn)象，這也符合教育過(guò)程中的認(rèn)識(shí)規(guī)律和實(shí)踐規(guī)律。我校非常重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，把實(shí)踐能力培養(yǎng)作為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革核心[8]。該平臺(tái)已開(kāi)設(shè)24門(mén)實(shí)驗(yàn)課程、68個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，面向全校涉海專業(yè)碩士研究生、本科生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)任務(wù)。

2.1.2 理論教學(xué)和科研工作

利用海洋觀測(cè)平臺(tái)，可模擬出海洋實(shí)地教學(xué)環(huán)境，使工科的理論教學(xué)從純理論講述提升為理論與儀器演示相結(jié)合，例如講述潮汐規(guī)律與測(cè)定原理，通過(guò)平臺(tái)潮位站的操作與演示，讓學(xué)生更直觀掌握原理知識(shí)，提高了理論知識(shí)的直觀性和交互性。平臺(tái)還能夠按照理論設(shè)想和預(yù)定方案快速模擬海洋中的各種自然現(xiàn)象，從而達(dá)到從深層次認(rèn)識(shí)理論的效果，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，使學(xué)生扎實(shí)地掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本技能和基本研究方法。

平臺(tái)也提供給教師完成科研任務(wù)的條件，可同時(shí)開(kāi)展多學(xué)科多交叉的綜合性任務(wù)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際相結(jié)合，教學(xué)與科研相結(jié)合。同時(shí)，教師在平臺(tái)的教學(xué)活動(dòng)可制作成慕課用于視頻教學(xué)[9]，并且授課視頻可持續(xù)更新優(yōu)化、便于課程內(nèi)容的引用整合，這樣充分利用平臺(tái)資源、拓展教學(xué)思路，也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.1.3 科普宣傳

海洋觀測(cè)平臺(tái)體現(xiàn)了學(xué)校鮮明的海洋辦學(xué)特色，是學(xué)校海洋通識(shí)教育實(shí)驗(yàn)室示范基地，也已成為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。

本平臺(tái)以典型的海洋觀測(cè)調(diào)查系統(tǒng)為實(shí)體，利用先進(jìn)的海洋儀器，模擬出海洋調(diào)查環(huán)境，具有鮮明的高科技海洋特色。通過(guò)實(shí)地參觀平臺(tái)系統(tǒng)，一方面增加參觀者的海洋知識(shí)，通過(guò)了解海洋科技和我國(guó)海洋科技取得的成果，大大增強(qiáng)參觀者對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國(guó)”的自信心，對(duì)學(xué)校教風(fēng)學(xué)風(fēng)建設(shè)也是有益的補(bǔ)充；另一方面通過(guò)學(xué)習(xí)海洋調(diào)查活動(dòng)，讓他們學(xué)會(huì)思考在利用海洋資源的同時(shí)如何愛(ài)護(hù)海洋，提高參觀者的海洋保護(hù)意識(shí)。

2.2 海洋觀測(cè)平臺(tái)的功效

（1）改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)，顯著提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。由于受資金、時(shí)間和空間的限制，一些高校在海上的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)無(wú)法充分開(kāi)展，多限于小范圍、短時(shí)間內(nèi)完成的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分[10-11]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)質(zhì)與量的教學(xué)需要。海上觀測(cè)平臺(tái)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了模擬海上作業(yè)，提供給學(xué)生學(xué)習(xí)和操作足夠的時(shí)間和空間，且不受天氣、氣候等影響，這樣大大加強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手操作能力、獨(dú)立作業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓學(xué)生無(wú)須攜帶設(shè)備走出校門(mén)即可進(jìn)行海洋實(shí)踐活動(dòng)。海洋觀測(cè)平臺(tái)的基本建成，更加貼合理工科類各專業(yè)的需要和教學(xué)理念，積極配合海洋人才高質(zhì)量培養(yǎng)，對(duì)進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提升學(xué)校海洋實(shí)訓(xùn)水平，提高學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐及創(chuàng)新能力等具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

（2）讓學(xué)生走近海洋，感受現(xiàn)代化海洋科技。學(xué)校利用地域優(yōu)勢(shì)，一直奮力建設(shè)具有鮮明的“海洋特色”大學(xué)，海洋觀測(cè)平臺(tái)極大地體現(xiàn)了學(xué)校辦學(xué)特色。同時(shí)，海洋觀測(cè)平臺(tái)順應(yīng)國(guó)家“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略要求，在實(shí)踐教學(xué)之外定期對(duì)外開(kāi)放，切實(shí)做好海洋教育和宣傳工作。平臺(tái)架設(shè)多個(gè)先進(jìn)海洋儀器，通過(guò)參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真切感受到海洋科技、海洋資源和海洋文化，讓“發(fā)展海洋科技，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”的理念深深印在學(xué)生知識(shí)體系中，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生參與海洋科研及相關(guān)工作的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性。

（3）控制實(shí)驗(yàn)成本，惠及地區(qū)師生。該平臺(tái)如同我校的海洋館，打造成為蘇北地區(qū)海洋科普教育基地，通過(guò)全市科研院所和大中小師生參觀考察，擴(kuò)大學(xué)校辦學(xué)影響力，打造出江蘇海洋大學(xué)又一海洋特色亮點(diǎn)。同時(shí)，用有限的維護(hù)成本，保證了模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的多次使用，實(shí)現(xiàn)了海洋觀測(cè)調(diào)查實(shí)踐活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

海洋觀測(cè)平臺(tái)的建設(shè)對(duì)于開(kāi)展海洋科學(xué)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)有著重大的意義和作用。隨著平臺(tái)開(kāi)放、制度管理、經(jīng)費(fèi)運(yùn)行等方面的改進(jìn)和完善，在教學(xué)資源整合、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新等方面進(jìn)一步優(yōu)化，海洋觀測(cè)平臺(tái)在人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)方面將發(fā)揮更大作用。