本文作者：闫佰忠 周亚红 于开宁 李铎 李方红 刘昭 邱淑伟 发表期数：现代职业教育 2022年34期 本文字数：2486
[摘 要] 为了提高水文地质实践教学的时效性和前瞻性，通过融合大数据和虚拟仿真技术，构建了基于室内实验室、室外实验场、校外实践基地和多种专业软件仿真模拟的“四维度”水文地质教学实践平台。采取“虚实互补、以虚促实”的教学实践原则，扩充丰富了教学实践内容，增强了学生教学实践过程的操作性和锻炼性，完善了实践成绩评定体系，解决了教学实践场地、师生比低、资金不足的问题。实践证明，这一平台能满足水文地质学相关课程的室内和野外实践教学要求，达到了强化学生专业知识实践，增强学生的野外独立工作能力和创新能力的预期目标，同时为地下水科学与工程专业进行工程教育专业认证服务。
[关 键 词] 大数据;虚拟仿真;水文地质实践教学;新体系
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2022）34-0046-04
随着社会经济发展对工科应用创新型人才的迫切需求，高等教育对大学生的创新实践能力也提出了越来越高的要求。特別是在新形势下，国家对人才的需求发生了变化，学科的战略发展方向改变以及地质行业转型的时期，对于高素质、具有创新实践能力的卓越工程师人才的培养提出越来越高的要求。地下水科学与工程专业（前身为水文地质专业）是河北地质大学国家级特色专业、河北省一流本科专业建设点、河北省高等学校品牌特色优势专业，在学生培养方面已经具有完善的培养体系，，但是传统的实践教学环节已不能完全满足“卓越工程师”培养的需要。如何在大数据、虚拟仿真等新兴技术快速发展的新形势下，按照社会需求和新工科的要求进行课程体系整合，探索虚拟现实、数据挖掘等新兴技术促进水文地质实践教学改革，进而培养卓越的地下水科学与工程专业技术人才，已成为刻不容缓的工作。
目前，在新工科和工程教育专业认证背景下，大数据和虚拟仿真技术广泛应用于地质、水文地质实践教学中。代俊鸽等通过对地质专业实验室建设概况分析后，探索了“四步骤”实验教学模式，将虚拟仿真技术融入实践教学中，建立了“以学生为本”的教育理念[1]。丁明涛等开发了一套基于虚拟仿真技术的地质灾害减灾选线实验教学系统，让学生在虚拟环境中进行身临其境的交互学习，以弥补课堂教学过程中的不足[2]。陈健等探索建立了“虚拟场景—模拟设备—实景教学”三结合的实践教学新模式，提高了防震减灾实践教学水平[3]。强伟帆等探讨了虚拟仿真技术在地质学中的应用，介绍了面向地学的综合型、国际化的沉浸式虚拟仿真实验室实例[4]。梁莉莉等阐述了建设“地下水与环境”虚拟仿真实验室的优缺点，并列举了部分已建成的虚拟仿真实验室项目，阐述了地下水相关专业的培养目标为“厚基袖、强能力、重创新”的新型人才，阐明了“虚实结合，优势互补，多元协同工作”的实验室建设方向[5]。何虎军等探讨了汉中梁山野外地质实习虚拟仿真教学平台建设的思路和解决的关键问题[6]。贾蓬等针对隧道工程课程的特点和实践教学难点，“以学生为中心”，开展了“慕课+翻转课堂”和“线上虚拟仿真+线下研讨”的混合式教学实践[7]。
通过对以上现有虚拟仿真技术的应用，其在地质和水文地质教学过程中发挥了至关重要的作用，但是目前没有关于大数据和虚拟仿真技术融合的教学尝试，这将是本文主要研究的内容和方向。
一、水文地质实践教学现状
我校是在20世纪50年代设置水文地质专业，现有水资源与环境领域的本科专业均由原水文地质工程地质专业发展而来。学校依托水资源学科群优势，面向京津冀战略需求，以优势学科为平台，以重大科研项目为引导，以一流师资队伍为保障，以培养适应京津冀水资源开发利用与保护所需的应用人才为培养目标，不断进行人才培养模式改革、创新与实践，充分发挥“水文学及水资源”重点学科、“水资源可持续利用与开发”重点实验室、“水资源可持续利用与产业结构优化”协同创新中心等学科平台的优势，形成了以“水资源环境开发利用与保护”为特色方向的创新人才培养体系。近年来，也尝试引入虚拟仿真技术和数据挖掘等新兴技术用于水文地质实践教学环节，在实践教学硬件和软件基础、实践教学师资培训和虚拟仿真实践教学应用方面均有一定的加强，具体如下。
（一）实践教学硬件基础
目前，水文地质实践教学平台包括实习基地、野外试验场、实验教学示范中心和专业实验室。在2016—2018年期间，购置了并行计算机越海扬波海啸（T9200）1套、高性能计算机（XPS13D-9343-5708）80台、多功能电法工作站1套以及高密度电法测量系统及多功能直流电法仪1套，具有完备的大数据分析和虚拟仿真技术应用硬件条件。
（二）实践教学软件基础
目前，水文地质实践教学平台具有涵盖绘图制图、数理统计、地下水数值模拟、水文地球化学模拟、遥感卫星数据解译和数据库开发等一系列软件，包括绘图软件Surfer10、CAD2010、ARCGIS10.0、MAPGIS6.7、CorelDRAW等;统计软件SPSS16.0、Origin;专业软件MATLAB、GMS、AquaChem、PHREEQC、Aquifer Test;遥感解译软件ENVI、ERDAS及数据库开发软件Visual Studio、SQL Server等，为本项目大数据分析和虚拟仿真技术运用提供了软件基础。
（三）实践教学师资基础
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