青藏高原凍土形成及其影響虛擬仿真實驗是上海師範大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：青藏高原凍土形成及其影響虛擬仿真實驗
- 建設院校： 上海師範大學
- 課程負責人： 高峻
- 授課教師：張敏、杜士強、康建成、溫家洪
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
凍土廣泛分布於高緯地帶和高山垂直帶的上部。凍土因流動性和凍融性特徵使其成為影響區域基礎工程設施安全的主要因素。我國青藏高原區分布有141萬平方公里(占國土面積14.6%)的多年凍土和季節凍土，使得凍土問題成為制約我國青藏高原區基礎設施建設和經濟發展的關鍵因素。同時，隨著全球氣候變化的影響，凍土退化逐漸成為影響高原地區生態穩定的不利因素。地貌學是研究地表形態特徵、成因、分布及其演變規律的學科。凍土的分布特徵及其形成機理研究是地貌學研究的重點問題之一。所以，本實驗項目擬從凍土的分布特徵及其形成機理著手，探討不同工程措施對冰川凍土的影響，以培養具有專業勝任能力和創新能力的拔尖創新型人才為目標，踐行“學生中心、問題導向、學科融合、創新實踐的實驗教學理念。通過“虛實結合，以虛補實的原則，以凍土區路基建設為切入點，選取不同路基降溫措施，採用3D建模、動畫、人機互動等技術自主研發了青藏高原凍土形成及其影響虛擬仿真實驗，以解決地理野外實踐的困難:
1.實驗成本較高。青藏高原凍土的土體凍融過程實驗需要在野外實地進行操作，實地操作難度大、成本高。按每學期.150人計算，通過虛擬仿真實驗可節約差旅費、住宿費，土地租用費等50萬元。.
2.實驗周期偏長。凍土路基建設與降溫措施的驗證是-項系統工程， 包括環境選址、土石路基堆砌、降溫措施設計、路基降溫實施等，完成整個實驗需要經歷半年以上時間，學生難以在地貌學課程期間完成這一-過程 ，通過虛擬仿真實驗可縮短到4學時，極大地縮短了實驗周期。
3.實驗環境匱乏。學生了解凍土環境需在青藏高原的特定區域進行野外考察。然而，青藏高原低壓低氧環境對學生的身體素質要求較高。並且，因生態保護的需要不便組織大規模的學生前往考察。
本虛擬仿真實驗教學項目以上海師範大學環境與地理科學學院環境科學與工程上海市高峰高原建設學科為依託，以中國科學院蘭州寒區旱區研究所青藏鐵路建設工程研究為核心，整合了近年相關研究進展，實現了科學研究成果與實踐教學優勢的充分融合。虛擬仿真教學實驗解訣了凍融過程不可見及路基降溫措施複雜性、野外實地考察和實習成本高等問題，將凍融過程、熱傳遞、工程保溫措施進行模擬建模，並配合虛擬的觀測設備及手段，使實習過程在短時間內便可形象的獲取凍土熱傳遞及保溫措施知識。而且常規的教學實習需要前往季節性凍土區進行實地觀測，且僅能觀察到春季(融化)或秋季(封凝)的某一個過程， 而且無法觀察到路基下真實發生的物理變化。同時，在解決凍融關鍵技術後，能夠互動式的進行措施組合配置，並獲得路基穩定性評價。藉助適當的視頻、音頻、文本材料，能夠使實習過程變得更加具體、形象，使得獲取知識變得更加便捷和直接，達到野外實習教學的實踐能力培養需求。
教學目標
擬申請的青藏高原凍土形成及其影響虛擬仿真實驗教學，基於凍土形成基本物理知識，設計路基降溫措施，在分析路基溫度傳導特徵的基礎上，引領學生將長時間序列(幾個月或幾年)下完成的實驗以虛擬的形式進行形象演示，達到鞏固理論知識點和激發學生積極性的教學目的。
為提升課程學習效果，縮減實踐時間、節約實踐成本，解決地理學相關專業人才培養過程中的問題，結合上海師範大學環境科學與工程上海市高峰高原學科建設要求，培養具有創新意識、創新精神和創新能力的地理學創新型人才隊伍，結合地貌學、土壤學、自然地理學、水文學和測量學等學科的綜合知識，故在“地貌學”課程中開設此虛擬仿真實驗課程，符合教育部“做不了，做不好，做不到”要求，旨在讓學生通過本項目達到如下培養目標:
1.了解凍土的重要性，包括凍土在中國及世界的分布、凍土研究是國家戰略的需要、凍土對全球氣候變化的回響。
2.分析季節性凍土的凍融過程，認識凍土的凍融過程對地表形態及路基的影響。
3.探討凍融問題對建設工程的不利影響，體會中國青藏鐵路建設的偉大意義。
4.掌握控制凍融過程的工程措施原理。通過工程措施，降低土層溫度，防範凍融過程對基礎設施的影響。
5.培養全方位的地理學實踐操作技能。通過對凍t環境的認識學習及不同工程措施對凍融過程影響的探討，提高學生對知識的掌握與分析套用能力，為畢業後繼續進行科研工作和地理學研究打下基礎。
6.養成綜合實踐能力、知識套用能力、思維判斷與分析能力、跨學科思維能力、對新技術的學習能力;培養團隊意識、創新精神、科學嚴謹的工作態度;建立凍土資源利用與開發的社會責任感。
上述實驗教學目標的達成有助於提高學生對地貌學套用性的認識，加深對凍土資源開發利用的理解，畢業後快速適應地理學相關工程檢測、野外施工等工作，或從事地理研究、凍土開發等科學研究。為畢業生成長為高層次套用型“新理工科”人才奠定了重要的基礎。
