實驗簡介：

流域河網(wǎng)水環(huán)境保護與治理是我國全面提升水環(huán)境質(zhì)量，形成良好水生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)“人水和諧”目標(biāo)的關(guān)鍵舉措。團隊依托河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程“雙一流”建設(shè)學(xué)科，面向我國流域水網(wǎng)環(huán)境保護教育事業(yè)發(fā)展需求，以培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才為目標(biāo)，堅持“學(xué)生為本、問題導(dǎo)向、學(xué)科融合、創(chuàng)新實踐”的實驗教學(xué)理念，本著“寧實不虛、虛實結(jié)合、以虛補實”的原則，以受人工干預(yù)較為強烈的濱江水網(wǎng)為切入點，開發(fā)了控源改善濱江水網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量虛擬仿真實驗，面向行業(yè)和社會開放。實驗以濱江水網(wǎng)水質(zhì)改善為問題導(dǎo)向，圍繞“濱江河網(wǎng)污染源調(diào)查→環(huán)境現(xiàn)狀與問題診斷→控源方案設(shè)計→效果模擬優(yōu)化”任務(wù)線索展開，旨在對濱江河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境綜合治理與效果評估提供安全性、綜合性、全面性、強交互性的情景模擬，以解決當(dāng)前環(huán)境專業(yè)實踐教學(xué)中的瓶頸問題?？捎糜诃h(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、生態(tài)工程、水處理工程等專業(yè)的課程實驗，滿足包括《環(huán)境水力學(xué)》、《環(huán)境影響評價》、《環(huán)境規(guī)劃與管理》、《水資源利用與保護》等多課程的實驗需求。

實驗背景：

1.流域水網(wǎng)環(huán)境治理對跨專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新需求，符合新工科專業(yè)建設(shè)的發(fā)展方向。

流域水網(wǎng)環(huán)境治理是當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點與工程技術(shù)前沿，它高度融合了環(huán)境、水文、生態(tài)等不同學(xué)科方向，涉及環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、生態(tài)工程、水處理工程、水利工程等傳統(tǒng)工科專業(yè)，對具備實踐能力的跨專業(yè)人才培養(yǎng)需求非常迫切；同時，依托具體情境，在開展開放式、啟發(fā)式和探究式教學(xué)過程中，全面融入“立德樹人”課程思政理念，使學(xué)生通過沉浸式體驗，不僅能充分理解流域水環(huán)境治理在生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域的重要價值，更能夠潛移默化地激發(fā)投身環(huán)保行業(yè)的情懷和使命感，符合新工科專業(yè)建設(shè)的發(fā)展方向。

2.流域水網(wǎng)環(huán)境治理實驗成本極高、實驗風(fēng)險大，相關(guān)實驗教學(xué)必須依托虛擬仿真技術(shù)展開。

目前水環(huán)境治理相關(guān)實驗教學(xué)手段以小型操作實驗為主，這種傳統(tǒng)實驗教學(xué)手段在實踐過程中存在以下問題：

（1）環(huán)境類許多專業(yè)課程面向整個流域或區(qū)域，空間尺度和時間尺度均較大，影響因素極端復(fù)雜，難以在實驗室有限空間、有限時間范圍內(nèi)開展實踐教學(xué)；

（2）河網(wǎng)水環(huán)境模擬與綜合治理是當(dāng)前水環(huán)境保護的重要手段，其內(nèi)容分散于環(huán)境水力學(xué)、環(huán)境影響評價、環(huán)境規(guī)劃與管理、水資源利用與保護、生態(tài)工程學(xué)、水處理工程等各門課程中，學(xué)生知識學(xué)習(xí)碎片化，缺少應(yīng)用情景，綜合應(yīng)用訓(xùn)練不足；

（3）野外參觀與實習(xí)雖然可以給學(xué)生提供一個現(xiàn)場學(xué)習(xí)的真實場景，一定程度上彌補室內(nèi)實驗的不足，但往往走馬觀花，很難去實際操作，缺乏對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)；而選取現(xiàn)實流域水網(wǎng)進行水環(huán)境模擬與綜合治理的教學(xué)實驗，其實施成本極高，實驗風(fēng)險大且后果難以控制，技術(shù)、經(jīng)濟均不具備可行性。

因此，開展控源改善濱江水網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量虛擬仿真實驗教學(xué)具有極強的必要性和迫切性。

設(shè)計原則：

流域水環(huán)境治理融合了環(huán)境、水文、生態(tài)等多學(xué)科，是當(dāng)前水環(huán)境保護領(lǐng)域的研究熱點，涉及河網(wǎng)水系岸上、水下、上下游等各方面，對具備實踐能力的跨專業(yè)人才需求非常迫切。然而，流域水環(huán)境實驗耗資巨大，開展難度大，學(xué)生無法進行實際操作與深入了解，學(xué)習(xí)效果非常有限。針對上述問題，團隊以相關(guān)科研和教學(xué)成果為基礎(chǔ)，本著“寧實不虛、虛實結(jié)合、以虛補實”的原則，以受人工干預(yù)較為強烈的濱江水網(wǎng)為切入點，自主研發(fā)了控源改善濱江水網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量虛擬仿真實驗項目。

（1）堅持以學(xué)生為本、問題導(dǎo)向的教學(xué)理念。實驗方案采用了問題導(dǎo)向的設(shè)計方法，實驗情景吸引力強，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

（2）培養(yǎng)學(xué)生獨立解決復(fù)雜問題的綜合設(shè)計與創(chuàng)新思維能力。本實驗按三大環(huán)節(jié)設(shè)計，分別體現(xiàn)虛擬仿真實驗的濱江水網(wǎng)水環(huán)境調(diào)查與污染行為認知，污染源調(diào)查與水環(huán)境問題診斷、區(qū)域控源措施應(yīng)用以及水網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量改善效果模擬評估等。不同環(huán)節(jié)既相互獨立又相互關(guān)聯(lián)，各環(huán)節(jié)的上一層測驗結(jié)果也會直接影響下一層實踐的結(jié)果，并相互制約。通過環(huán)環(huán)相扣的實驗環(huán)節(jié)，將知識學(xué)習(xí)和能力提升有機融合，引導(dǎo)學(xué)生通過容錯探究式的實驗過程得到個性化的實驗結(jié)果。

（3）本實驗的挑戰(zhàn)度高。本實驗內(nèi)容來源于實際河網(wǎng)環(huán)境治理案例，實驗仿真程序和模擬數(shù)據(jù)均來源于科研中的實際程序和實測數(shù)據(jù)。在實驗前，學(xué)生需要通過本實驗提供的“在線知識角”，對相關(guān)領(lǐng)域的知識進行學(xué)習(xí)。

（4）立德樹人融入教學(xué)全過程。河網(wǎng)水環(huán)境質(zhì)量改善與綜合治理是當(dāng)前我國根本提升水環(huán)境質(zhì)量與水生態(tài)功能的關(guān)鍵手段，其成效與人民健康安全和生活質(zhì)量息息相關(guān)。我們把相關(guān)學(xué)習(xí)資料均收錄在實驗項目的在線“知識角”中。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，深入理解河網(wǎng)水環(huán)境模擬與綜合治理技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的重要價值。然后進一步通過情景體驗式的實驗教學(xué)過程，潛移默化的激發(fā)學(xué)生投身環(huán)保行業(yè)的情懷和使命感。

實驗?zāi)繕?biāo)：

本實驗根據(jù)水環(huán)境調(diào)查、模擬與綜合治理關(guān)鍵知識點，結(jié)合濱江水網(wǎng)水環(huán)境保護的應(yīng)用背景，構(gòu)建了基于控源改善水網(wǎng)環(huán)境質(zhì)量的虛擬仿真實驗情景。以“污染源調(diào)查→環(huán)境現(xiàn)狀與問題診斷→控源方案設(shè)計→效果模擬優(yōu)化”為任務(wù)線索，開展自主容錯探究式虛擬仿真實驗，達到以下實驗?zāi)康摹?/p>

（1）掌握濱江水網(wǎng)點、面污染源的調(diào)查方法，能夠應(yīng)用點、面源污染負荷模型，核算區(qū)域入河污染負荷；

（2）掌握濱江水網(wǎng)水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查與評價方法，能夠依據(jù)污染源和水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價結(jié)果，診斷濱江水網(wǎng)主要的環(huán)境問題；

（3）掌握濱江水網(wǎng)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型基本原理，掌握濱江水網(wǎng)水環(huán)境狀況模擬、預(yù)測與分析的方法和流程；

（4）能夠靈活應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識，設(shè)計濱江水網(wǎng)控源治理方案，并對水質(zhì)改善效果進行預(yù)測評估，提出優(yōu)化方案；

（5）培養(yǎng)探究式的思維方式和解決復(fù)雜問題的綜合能力，為進一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及從事相關(guān)專業(yè)的科學(xué)研究、工程技術(shù)及管理工作提供必備的理論基礎(chǔ)。

實驗要求：

（1）專業(yè)與年級要求

高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程、環(huán)境工程、給排水工程、水利工程、水文學(xué)等相關(guān)專業(yè)的大三或大四學(xué)生。

從事環(huán)保、水利等行業(yè)的從業(yè)人員，以及對流域水環(huán)境模擬與綜合治理有濃厚興趣的一些非專業(yè)人員。

（2）基本知識和能力要求

河網(wǎng)水環(huán)境模擬與綜合治理是一個融合了環(huán)境、水文、生態(tài)等多學(xué)科的研究方向。本課程教學(xué)內(nèi)容跨專業(yè)、跨學(xué)科，先修課程包括《環(huán)境水力學(xué)》、《環(huán)境影響評價》、《水資源利用與保護》（或其他相關(guān)課程）。

學(xué)習(xí)本門課程之前所需掌握的主要能力和知識結(jié)構(gòu)包括：掌握水環(huán)境污染源調(diào)查、環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查與評價的基本方法；了解點、面污染源控制的基本方法和原理；對污染負荷模型、水量水質(zhì)模型有一定的了解且熟練運用。

值得一提的是，由于本項目的知識角提供了大量文獻、視頻學(xué)習(xí)資料，因而上述先修課程的學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，也都能較好的完成本實驗所有環(huán)節(jié)的實驗任務(wù)。