实验目的

波浪是海洋中的重要现象，《海浪原理与计算》是海洋科学专业物理海洋方向的必修课。探索波浪的生成机制与运动过程是物理海洋学的重要研究方向，覆盖了波浪成长、传播、破碎，浪流相互作用、海气相互作用、浪与地形相互作用等海洋科学领域。风浪流水槽实验对于《海浪原理与计算》等海浪相关课程的学习和海浪研究是至关重要的手段。

目前，实体的风浪流水槽实验面临以下难题：

（1）危险系数高

实体风浪流水槽高3米，水深可达2米，学生在水槽上方安装必要的实验设备危险性高，容易引发摔伤、溺水、触电等严重安全事故。

（2）实验难度大耗时长

实体风浪流水槽实验只能开展简化个例实验，一次完整的精细地形实验或海气相互作用实验需要连续半个月至一个月的时间。学生通过实体风浪流水槽实验难以实现对波浪生成机制与运动过程的全貌认知。

（3）实验资源匮乏且成本高

实体风浪流水槽占地面积广（40m×10m=400m2），水电耗费大（2000元/时），不能满足每位学生参与实验的需求，更不能多次重复实验，尤其是学生宝贵的实验设计方案难以得到实现。

（4）实验设备性能有局限性

受电机功率限制，真实风浪流水槽实验难以进行高风速(＞20m/s)下波浪的物理现象及变化规律的研究。

为了解决上述问题，开发了风浪流水槽波浪生成机制与运动过程探究虚拟仿真实验（图2-2-1），实验涵盖实验操作、自主搭建实验和创新实验设计三个层次，通过实验应达到以下目的：

（1）理论联系实际，掌握波浪的制造方法和测量方法。

（2）掌握波浪的生成机制与运动过程，加强对该科学问题全貌认知。

（3）掌握不同场景实验搭建的基本步骤和设计方法。

（4）通过紧急情况的应急反应训练提升学生的心理素质和应急能力。

（5）培养学生设计创新实验解决复杂科学问题的能力，为毕业后科研和业务工作打下基础，提高海洋科学专业人才的综合素质和创新能力。

图2-2-1 风浪流水槽波浪生成机制与运动过程探究虚拟仿真实验场景