海洋生态灾害研究已经成为当前海洋研究及人才培养领域的热点，该研究方向涉及海洋环境科学、海洋生物学、海洋遥感等诸多学科，但长期以来该领域的现场教学实习面临着高成本、高风险的局面，而仅理论教学培养出的学生其实践能力与社会需求严重脱节。仿真模拟实验平台构建已经成为海洋科学研究及人才培养领域的重要工作方向，当前各涉海高校纷纷建成或推进建设相关模拟平台。但在海洋生态灾害领域的仿真模拟平台尚未有报道。本校作为新兴海洋大学，且是江苏省唯一一所海洋大学，建成海洋生态灾害模拟仿真实验平台对于提高影响力、创建一流海洋大学和学科具有重要意义。

自2007年以来，绿潮灾害已连续六年在黄海大规模暴发，影响范围和程度日趋增加，已成为黄海海域的主要海洋灾害之一。绿潮暴发时大量浒苔聚集漂浮，阻塞航道、破坏海洋生态系统，严重威胁沿海渔业、旅游业发展，对沿海城市旅游、水产等造成严重影响。在学校课程中，室内实验课时短，实验内容精简，无法真实反映实际绿潮灾害的情况，只让学生简单读取、与处理数据，理论与实践相脱节，大大制约了学生学习积极性和创新能力的培养。为解决上述问题，本实验项目运用虚拟仿真的教学手段，把绿潮暴发整体在虚拟场景实现，在加深学生理论知识理解学习的基础上，培养学生实际问题分析与解决能力，进一步培养学生创新思维。

凭借江苏海洋大学江苏省生物学实验教学示范中心和海洋工程技术研究中心，以黄海绿潮暴发为背景开发了海洋有害藻类成灾过程动态模拟仿真实验教学项目。本实验可让学生在虚拟场景下独立完成背景学习、绿潮来源、绿潮暴发机制和绿潮防控四个方面的实验教学内容，为培养解决实际问题的卓越人才提供有效路径。

通过实验应达到以下目的：

（1）理解绿潮暴发的原因及形成绿潮的主要物种。

（2）从温度，光照，氮磷营养盐几个方面来加深学生对绿潮暴发机制的理解。

（3）了解目前对绿潮进行防控的主要方法。

（4）培养学生运用理论知识分析、解决实际问题的能力。

（5）提高学生解决复杂问题的能力，培养学生的创新能力。

本项目针对黄海绿潮成灾过程与防控这一热点问题，融合绿潮形成原因、绿潮物种鉴别、绿潮来源、绿潮暴发机制及绿潮防控等知识建立成虚拟仿真综合实验。项目运用监测数据调查、文献查询、观察法和实验法四种方法，以“温度对浒苔生长状况的影响实验”、“光照对浒苔生长状况的影响实验”、“氮、磷营养盐对浒苔生长状况的影响实验”和“单因素试剂灭杀浒苔实验”为基础，把实验问题导入、实验操作教学、实验设计和实验实施四个教学环节在虚拟仿真场景中实现。学生在虚拟场景下，掌握基础知识与原理，了解黄海绿潮历年暴发过程概况，学习浒苔的四种生长状态，掌握绿潮的暴发机制及防控措施。本软件是一个三维的、高仿真度的、高交互操作的、全程参与式的、可提供实时信息反馈与操作指导的、虚拟的基础化学模拟操作平台。

知识点：共13个

①世界各地绿潮暴发点

②绿潮形成原因及物种

③近年来造成我国黄海绿潮暴发的主要藻类

④绿潮历年暴发情况

⑤黄海绿潮的两种来源

⑥浒苔的四种生长状态

⑦浒苔生长最快的温度范围，浒苔进入消亡期的温度范围

⑧浒苔生长的最适光照条件，浒苔开始漂浮的光照量

⑨浒苔生长最经济的氮、磷浓度

⑩绿潮暴发机制

?温度，光照，氮、磷营养盐对浒苔生长状况的影响

?次氯酸钠、碳酸钠及柠檬酸溶液杀灭浒苔的最佳浓度

?根据检测数据选定浒苔最佳打捞区域

（2）核心要素仿真设计（对系统或对象的仿真模型体现的客观结构、功能及其运动规律的实验场景进行如实描述，限500字以内）

虚拟仿真设计主要包括“温度对浒苔生长状况的影响实验”、“光照对浒苔生长状况的影响实验”、“氮、磷营养盐对浒苔生长状况的影响实验”和“单因素试剂灭杀浒苔实验”三个模块，把实验问题导入、实验操作教学、实验设计和实验实施四个教学环节在虚拟仿真场景中实现。学生在虚拟场景下，掌握基础知识与原理，了解黄海绿潮历年暴发过程概况，学习浒苔的四种生长状态，掌握绿潮的暴发机制及防控措施。本软件是一个三维的、高仿真度的、高交互操作的、全程参与式的、可提供实时信息反馈与操作指导的、虚拟的基础化学模拟操作平台

实验内容：

（1）有害藻类背景知识学习：模拟在山东-江苏沿岸黄海海域、江苏紫菜养殖海滩的一个大的环境背景之下，首先了解有害藻类的基础知识如绿潮成灾原理、危害、和暴发情况、以及浒苔的四种形态，从而感知到绿潮防控治理的重要性与紧迫性。主动探究学习有关知识，在有一定的基础了解后并完成理论知识点考核。

（2）绿潮暴发机制的学习和操作：通过学习有海藻类的基础背景知识，对有害藻类成灾过程有一个系统的了解，再以小见大，探究环境因素对有害藻类-浒苔生长状态的影响。实验模拟绿潮成灾过程，设置的四种环境因素有不同梯度温度、光照、以及氮磷营养盐的浓度，选择不同的因素，界面会呈现出相应的浒苔生长单因素实验数据。根据绿潮的生长状态，从而选择出最佳的条件。通过自主的想象力，有助于对整个实验的理解和掌握。

（3）模拟绿潮防控措施：针对绿潮的防控方法主要有两种：一种是针对固着在紫菜养殖筏架上的浒苔进行试剂灭杀，一种是针对漂浮生长的浒苔进行打捞。试剂杀灭浒苔中，选择合适的试剂以及合适的试剂浓度。打捞浒苔环节是模拟黄海海域地图的场景中实现，根据地图，选择最佳打捞区域。

本项目开发的模拟仿真实验软件通过互联网进行教学与应用，可突破实验室场地小、实验学时少的限制，学生可随时随地参与到实验教学活动中，有利于调动学生的积极性和主动性，提高学习效果。

参数设计与结果：

本虚拟仿真实验项目软件涵盖学习绿潮暴发背景知识，了解绿潮来源，模拟绿潮暴发机制，模拟绿潮防控措施四个环节，涉及的实验材料和参数主要包括：

（1）绿潮的成因和暴发位置选定

（2）浒苔的四种生长状态

（3）浒苔生长、漂浮、消亡的温度设定

（4）浒苔生长、漂浮的光照条件设定

（5）浒苔生长的最经济氮、磷浓度设定

（6）绿潮防控中使用试剂杀灭浒苔的最佳浓度

（7）选择海域是否为最佳打捞区域范围的选定

单因素实验涉及参数：

（1）光照周期：12 L：12 D

（2）温度：0-35℃

（3）光照：40-500/mol photons m^-2 s^-1

（4）氮营养盐浓度梯度设置：0、10、50、100、500 mol/L

（5）磷营养盐浓度梯度设置：0、0.5、5、15、30 mol/L

（6）次氯酸钠溶液设梯度设置：2、4、6、8、10 mmol/L

依据山东至江苏黄海海域的历年绿潮暴发数据及江苏紫菜养殖海滩搭建模型，按照自然海区绿潮暴发过程和实验室数据呈现完成交互，完整再现了绿潮开始漂浮、快速生长、绿潮治理、衰退消失等过程。让学生对于有害藻类成灾过程及来源有一定的了解，并学习黄海绿潮相关知识，探究不同环境因素对浒苔生长状况的影响，和杀灭浒苔的试剂的最佳浓度。根据学生选择的结果，系统自动调节相应的预设参数，采用虚拟仿真实验装置，在不接触实际的实验装置和相关化学物质，学生可以充分发挥自己的想象力，在不停的尝试的过程中培养实践能力和创新能力。

交互步骤：

学生交互性步骤共15步，总共41个步骤