實(shí)驗(yàn)簡介：

增強(qiáng)海平面上升環(huán)境下的海堤防護(hù)能力，是保障沿海地區(qū)防洪安全的基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)基于參與的國家重大工程建設(shè)，采用虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)了“資料調(diào)查分析-防護(hù)方案設(shè)計(jì)-防護(hù)方案評價”三個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將立德樹人融入教學(xué)全過程，著重解決教學(xué)過程中無法具象的知識難點(diǎn)，克服實(shí)體實(shí)驗(yàn)直觀展示難度大、風(fēng)暴觀測風(fēng)險高等不足。

實(shí)驗(yàn)背景：

風(fēng)暴潮是指由于強(qiáng)大的大氣擾動，如強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變所引起的海平面異常上升現(xiàn)象，常會在近岸地區(qū)誘發(fā)強(qiáng)烈的動力作用，可以在短時間內(nèi)引起大量泥沙運(yùn)動，對海岸岸灘演變及海岸建筑物造成極大的災(zāi)害性影響。風(fēng)暴潮災(zāi)害居海洋災(zāi)害之首位，世界上絕大多數(shù)因強(qiáng)風(fēng)暴引起的特大海岸災(zāi)害都是由風(fēng)暴潮造成的。例如，1953年2月發(fā)生在荷蘭沿岸的強(qiáng)大風(fēng)暴潮，使風(fēng)暴潮水位高出正常潮位3米多。洪水沖毀了防護(hù)堤，淹沒土地80萬英畝，導(dǎo)致2000余人死亡（圖1）。又如2017年臺風(fēng)“天鴿”，登陸時恰逢天文大潮，為珠海、香港、澳門等地區(qū)帶來重大破壞，造成了24人死亡和68.2億美元經(jīng)濟(jì)損失。全球變暖、海平面上升環(huán)境下，臺風(fēng)災(zāi)害已位居海洋災(zāi)害之首，并且其頻率及強(qiáng)度仍在逐年增加。海堤是保護(hù)陸域人民生命及財(cái)產(chǎn)安全的第一道屏障，增強(qiáng)海平面上升環(huán)境下的海堤防護(hù)能力，是提高沿海地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力的迫切需求。

設(shè)計(jì)原則：

實(shí)驗(yàn)秉承“能實(shí)不需”原則，堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，貫徹“以教師為引導(dǎo)，以任務(wù)為主線，以學(xué)生為主體”三位一體的指導(dǎo)方針，融入“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)。將一個海堤防護(hù)方案設(shè)計(jì)拆解為“海洋調(diào)查資料分析、海堤防護(hù)方案設(shè)計(jì)和海堤防護(hù)方案評價”三個模塊，任務(wù)難度任務(wù)層層遞進(jìn)。著重解決在實(shí)際教學(xué)過程中無法具象的知識難點(diǎn)，克服實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)風(fēng)險高、難以操作等難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，通過教師引導(dǎo)、任務(wù)設(shè)置、模塊分解，學(xué)生自主獨(dú)立地完成海洋調(diào)查資料分析、海堤防護(hù)方案設(shè)計(jì)以及防護(hù)方案綜合評價等各模塊任務(wù)，明確每一個模塊的具體要求、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，提升學(xué)生在海堤防護(hù)方案設(shè)計(jì)中的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力以及綜合分析能力，設(shè)置了部分多種防護(hù)措施組合方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

海堤防護(hù)設(shè)計(jì)涉及知識點(diǎn)較多，涵蓋海洋動力、海洋結(jié)構(gòu)物以及動力-結(jié)構(gòu)物相互作用等。傳統(tǒng)課程教學(xué)過程中，這些知識點(diǎn)往往較為抽象及枯燥，學(xué)生對知識點(diǎn)間的串聯(lián)難度大，學(xué)習(xí)成本高。本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)將動力和結(jié)構(gòu)相結(jié)合，將海堤防護(hù)設(shè)計(jì)拆解為多個模塊，并以鏈條式方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，對不同知識點(diǎn)進(jìn)行集成，提高學(xué)生對多知識點(diǎn)的理解程度，支撐復(fù)合型人才培養(yǎng)需求，拓展教學(xué)內(nèi)涵，是對傳統(tǒng)教學(xué)方法、資源的有效延伸與拓展。具體而言，實(shí)驗(yàn)包括如下幾點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)：

（1）促進(jìn)學(xué)生對不同課程交叉知識點(diǎn)的融會貫通；

（2）培養(yǎng)學(xué)生自主式、探究式海堤防護(hù)方案的設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)前瞻意識；

（3）增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)技能，樹立工程價值觀，強(qiáng)化社會責(zé)任意識。

實(shí)驗(yàn)要求：

模塊一實(shí)驗(yàn)要求：

掌握在不同防護(hù)等級下，設(shè)計(jì)波浪的計(jì)算方法

實(shí)驗(yàn)不同海平面高度與設(shè)計(jì)波浪組合，觀察波浪的傳播與變形

分析不同實(shí)驗(yàn)條件下，堤前波高、波浪爬高等參數(shù)的變化

模塊二實(shí)驗(yàn)要求：

了解不同海堤防護(hù)措施特性

掌握不同海堤防護(hù)措施參數(shù)設(shè)計(jì)及其消浪效果實(shí)驗(yàn)分析方法

探索組合方案參數(shù)設(shè)計(jì)及消浪效果（探索性環(huán)節(jié)）

模塊三實(shí)驗(yàn)要求：

掌握海堤防護(hù)方案的安全經(jīng)濟(jì)性分析方法

了解海堤防護(hù)措施的多因素綜合評價方法