出現(xiàn)于21世紀初的海底觀測網(wǎng)被認為是繼地面與海面觀測、遙感遙測后人類建立的第三種觀測平臺，標志著海洋探索方式的變革。它利用海底光電纜和無線聲通信，將安裝在海底固定、移動平臺上的各種觀測儀器與陸基信息設備互聯(lián)，具備水下大功率遠程充裕電能供給、海量雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，可實現(xiàn)全天候、長期、連續(xù)、實時的高分辨率和高精度的海洋觀測。

海底觀測網(wǎng)為人類在海底裝上了“眼睛”，標志著全球海洋探索方式的變革。發(fā)達國家紛紛布局海底長期觀測系統(tǒng)，將其作為新一代海洋科學的制高點之一。

背景與痛點

建設海洋強國必須大力發(fā)展海洋高新技術，海底長期組網(wǎng)觀測技術是關乎國家海洋環(huán)境監(jiān)測、災害預警預報、能源資源開發(fā)、海洋權益維護等方面戰(zhàn)略需求的核心技術。這就對我國培養(yǎng)具備自主創(chuàng)新實踐能力的海底觀測網(wǎng)組網(wǎng)觀測技術人才提出了迫切的需求。

海底觀測網(wǎng)在設計、建設和運行管理過程中需要綜合運用機械、電子、計算機、人工智能、大數(shù)據(jù)等多種海洋技術，根據(jù)科學觀測需求建設的海底科學觀測網(wǎng)還需要應用物理海洋、海洋化學、海洋生物等多種海洋科學知識，具有綜合性強、復雜度高的跨學科特點，開展原理實驗的難度大；且實施運行場景為廣袤的海洋，內(nèi)部組網(wǎng)觀測過程不可見，真實實驗成本高昂，因此，傳統(tǒng)教學方式學生難以理解，應用虛擬仿真方法進行實驗教學十分必要。

解決方案：原則與方針

為形象生動地傳授海底科學觀測網(wǎng)組網(wǎng)觀測新知識，遵循“學生為本-循序漸進-容錯優(yōu)化-科教融合”的設計原則，恒點與上海同濟大學聯(lián)合開發(fā)了海底科學觀測網(wǎng)組網(wǎng)觀測虛擬仿真實驗。

實驗基于三維虛擬仿真技術，依據(jù)《海洋技術導論》課程大綱和關鍵知識點建立了多層次、多模塊的實驗教學體系，真實還原了由海面到海底全方位、立體化、開放式、交互性的實驗場景，身臨其境地通過“沉浸式”交互式操作，高效有序地開展實驗。

實驗使學生逐步完成“基礎認知、分析設計、應用探索”三個層面的實驗，循序漸進地開展“基本原理知識學習、設計分析能力訓練、創(chuàng)新工程思維培養(yǎng)”的實踐學習過程。培養(yǎng)學生建立理論設計、仿真驗證、反復優(yōu)化的工程設計思維，以及設計計算、實踐操作和工程應用的能力。

解決方案：設計亮點

在觀測網(wǎng)基本組成認知環(huán)節(jié)：幫助學生認知岸基站、主干網(wǎng)系統(tǒng)、終端觀測系統(tǒng)、監(jiān)控與數(shù)據(jù)中心等關鍵組網(wǎng)單元的結構和功能，使學生掌握觀測網(wǎng)基本組成和工作原理的知識。

在觀測平臺設計集成環(huán)節(jié)：幫助學生掌握風、浪、流等環(huán)境載荷對于坐底、潛標和浮標觀測平臺作用力的計算方法，引導學生探究海洋環(huán)境載荷對觀測平臺結構設計影響的解決方案，使學生建立從“結構組件”到“系統(tǒng)設計”的整體思維，構筑根據(jù)不同觀測需求開展設計的基礎。

在組網(wǎng)觀測技術應用實驗環(huán)節(jié)：通過設計缺氧和藻華觀測任務，引導學生開展終端觀測系統(tǒng)配置、組網(wǎng)拓撲設計、海光纜選型和施工以及數(shù)據(jù)管理工作，鍛煉學生應用理論知識解決實際工程問題的能力，提升創(chuàng)新思維能力。

結合海底科學觀測網(wǎng)國家重大科技基礎設施課程思政教育基地的實體支撐，將思政教育融入到實驗教學過程，激發(fā)學生的專業(yè)認同感以及投身“海洋強國”建設的情懷和使命感。

結語      

建設海洋強國必須大力發(fā)展海洋高新技術，海底長期組網(wǎng)觀測技術是關乎國家海洋環(huán)境監(jiān)測、災害預警預報、能源資源開發(fā)、海洋權益維護等方面戰(zhàn)略需求的核心技術。

本實驗充分利用團隊所掌握的國際上最新的海底觀測網(wǎng)組網(wǎng)觀測相關知識，將高水平的科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源，在傳授海底觀測網(wǎng)組網(wǎng)觀測新知識的同時，潛移默化地激發(fā)學生投身海洋強國建設的情懷和使命感。