海平面上升环境下的海堤防护虚拟仿真实验

风暴潮是指由于强大的大气扰动，如强风和气压骤变所引起的海平面异常上升现象，常会在近岸地区诱发强烈的动力作用，可以在短时间内引起大量泥沙运动，对海岸岸滩演变及海岸建筑物造成极大的灾害性影响。风暴潮灾害居海洋灾害之首位，世界上绝大多数因强风暴引起的特大海岸灾害都是由风暴潮造成的。例如，1953年2月发生在荷兰沿岸的强大风暴潮，使风暴潮水位高出正常潮位3米多。洪水冲毁了防护堤，淹没土地80万英亩，导致2000余人死亡（图1）。又如2017年台风“天鸽”，登陆时恰逢天文大潮，为珠海、香港、澳门等地区带来重大破坏，造成了24人死亡和68.2亿美元经济损失。全球变暖、海平面上升环境下，台风灾害已位居海洋灾害之首，并且其频率及强度仍在逐年增加。海堤是保护陆域人民生命及财产安全的第一道屏障，增强海平面上升环境下的海堤防护能力，是提高沿海地区防灾减灾能力的迫切需求。

海堤防护设计涉及知识点较多，涵盖海洋动力、海洋结构物以及动力-结构物相互作用等。传统课程教学过程中，这些知识点往往较为抽象及枯燥，学生对知识点间的串联难度大，学习成本高。本虚拟仿真实验将动力和结构相结合，将海堤防护设计拆解为多个模块，并以链条式方法设计实验模块，对不同知识点进行集成，提高学生对多知识点的理解程度，支撑复合型人才培养需求，拓展教学内涵，是对传统教学方法、资源的有效延伸与拓展。具体而言，实验包括如下几点教学目标：

（1）促进学生对不同课程交叉知识点的融会贯通；

（2）培养学生自主式、探究式海堤防护方案的设计能力，加强前瞻意识；

（3）增强学生专业技能，树立工程价值观，强化社会责任意识。

实验秉承“能实不需”原则，坚持以学生为中心的教学理念，贯彻“以教师为引导，以任务为主线，以学生为主体”三位一体的指导方针，融入“两性一度”的“金课”标准。将一个海堤防护方案设计拆解为“海洋调查资料分析、海堤防护方案设计和海堤防护方案评价”三个模块，任务难度任务层层递进。着重解决在实际教学过程中无法具象的知识难点，克服实践教学环节风险高、难以操作等难点。实验中，通过教师引导、任务设置、模块分解，学生自主独立地完成海洋调查资料分析、海堤防护方案设计以及防护方案综合评价等各模块任务，明确每一个模块的具体要求、实验目标，提升学生在海堤防护方案设计中的自主学习能力、实践能力以及综合分析能力，设置了部分多种防护措施组合方案设计，培养学生的创新意识。

模块一实验要求：

• 掌握在不同防护等级下，设计波浪的计算方法

• 实验不同海平面高度与设计波浪组合，观察波浪的传播与变形

• 分析不同实验条件下，堤前波高、波浪爬高等参数的变化

模块二实验要求：

• 了解不同海堤防护措施特性

• 掌握不同海堤防护措施参数设计及其消浪效果实验分析方法

• 探索组合方案参数设计及消浪效果 （探索性环节）

模块三实验要求：

• 掌握海堤防护方案的安全经济性分析方法

• 了解海堤防护措施的多因素综合评价方法

系统对实验的操作步骤进行记录，根据学生各模块的操作情况依照操作规范进行评分。实验结束后生成实验报告得分及实验操作得分。实验完成后，系统自动生成实验报告，学生在线下完成实验报告中预留的结论撰写部分，再上传供教师评阅，该部分满分为10分，实验操作得分总分为90分，与各个模块的操作有关，评价体系根据三个模块的评判进行加权，得到最终成绩，第一模块占比30%，第二模块占比40%，第三个模块占比30%。

1. 主持的教学研究课题

（1）江苏省研究生教育教学改革课题——“双一流”背景下交叉学科研究生培养创新模式研究，江苏省教育厅，2019.01~2020.12

（2）国家首批新工科研究与实践项目，面向“一带一路”的港口海岸及近海工程教育国际化研究与实践，2018.01~2019.12

（3）江苏省研究生教育教学改革课题，“双一流”建设背景下研究生国际化能力提升的探索与研究——以水利类研究生教育为例，2019.01~2019.12

2. 第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文

（1）“双一流”背景下交叉学科研究生培养创新模式研究—以河海大学港口、海岸与近海工程专业为例，教育教学论坛，2020

（2）面向“一带一路”的港口、海岸及近海工程教育国际化思考——以河海大学为例，中国水利学会2018学术年会“一带一路·走出去”论文集，2018，78-82

（3）港口、海岸及近海工程留学研究生全英文课程体系的构建——以河海大学为例，中国水利学会2018学术年会“一带一路·走出去”论文集，2018，72-77

3. 获得的教学表彰与奖励

（1）河海大学教学特等奖，新时代背景下港航工程国际化创新型人才培养的探索与实践，2018，排名1

（2）江苏省教学成果奖二等奖，虚实结合，科教互动，基础与专业并重的实验教学中心发展模式的探索与实践，2017，排名8