1　研究背景

　　水中目标回波特性测试与分析是水下目标识别的关键，也是声学基础、水声学、声学测量技术、海洋声学实习等声学相关课程的理论和实践教学中必不可少的重要内容。水下目标声散射特性的研究工作可以通过理论计算[1]和实验测试方法[2]开展。理论计算常采用严格的解析式、有限元、边界元、有限时域差分方法求解，计算过程复杂，不易理解。利用软件设计和开发虚拟实验系统对水下目标声散射特性进行分析，不仅可以节约实验成本，还可以帮助教师更形象地讲解实验过程和理论。虚拟实验系统的开发和设计常常采用基于LabVIEW和MatLab的混合编程实现[3-4]，或通过Simulink和V-Realm Builder虚拟现实技术创建[5-6]。在现有的水声测量实验教学中，主要采用的方式是水声水槽的实测、野外湖试或海试方式，所需要的实验耗材和仪器成本较高，实验平台建设周期长，对于教学资源不足的高校，短时间内难以建成良好的实验环境和教学资源。由于实验设备和外场环境的制约，实验项目的调整、实验方案的优化不能便捷实施，另外，在日常的教学实践中，受时间和空间的限制，学生不能灵活安排自己的实验时间，与专业拓展相关的创新实验也不易展开。虚拟实验系统的开发有效拓展了实验的渠道，为探索科研成果和实践教学相融合的实验模式提出新思路。殷敬伟教授团队，通过虚拟实验教学平台开展声呐探测性能实验，分析复杂海洋环境中声呐探测性能，打造了虚实结合的实验课堂，研究成果突出[7]。陈洪娟教授团队开发的声波基本要素的测量与分析实验平台为国家级示范性虚拟仿真实验教学项目，形成了虚实结合的实验教学体系[8]，为学生提供了MOOC、虚拟实验、VR体验。经过多年教学实践，笔者所在团队在声学相关课程教学中通过使用图形化编程语言构建远程网络虚拟实验系统，为海洋声学相关实验提供了良好的创新和软件开发环境，是提高学生创新能力的有效平台。笔者团队完成了虚拟实验系统的用户界面开发，设计了数据采集模块、目标声学参数输入模块、声散射特性计算分析模块、目标测试显控模块、创新开发模块，使课堂实验教学从“以验证型为主”转向“以创新型为主”。教学实践证明，虚拟实验系统在一定程度上弥补了资源和设备的不足，创新模块的引入和作品展示激发了学生学习和创新的积极性，相应的实验教学成果在校内公开课教学展示活动中获得好评，具有示范和引领作用。

　　2 平台总体布局与框架

　　3 结语

　　通过平台开发设计实现虚拟实验和真正的技能实验的有机结合，能将复杂的理论公式转化为基于模块的可视化场景，简化理论分析，降低实验研究成本。水下目标声散射特性虚拟实验系统的建设和拓展开发，可在仿真环境下实现实验操作，达到与现场实验相同的效果，并通过更形象生动的实验过程描述辅助学生理解。虚拟实验系统通过网络共享，可使学生灵活安排学习时间和地点，节约教学资源。通过新技术应用改变实验研究的手段，有利于创新实验教学，提升效率。

　　参考文献

　　[1] 赵春晖,胡涛,付正威.水下目标声散射特性仿真[J].应用科技,2007(6):1-4,11.

　　[2] 张红星.目标与干扰声学特性的水池动态模拟技术[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2005.

　　[3] 赵莉华,张亚超,金阳,等.基于LabVIEW和Matlab虚拟实验室的实现[J].实验室研究与探索,2014(4):62-64,67.

　　[4] 王磊.基于LabVIEW的虚拟实验室与传感器虚拟仪器的设计及实现[D].太原:太原理工大学,2010.

　　[5] 陈万紫,张培珍,黄健儿,等.动态海面上方船舶六自由度运动仿真[J].海洋技术学报,2019(1):40-45.

　　[6] KHALED N. Virtual reality and animation for MatLab and Simulink users: Visualization of dynamic models and control simulations[M]. Springer London, 2012(2):10-102.

　　[7] 殷敬伟,生雪莉,高明生,等.虚拟仿真技术在水声工程国防特色专业中的应用—以复杂海洋环境中的声呐被动探测性能分析实验为例[J].中国现代教育装备,2019(21):14-17.

　　[8] 陈洪娟,李磊,张强,等.虚拟声学实验发挥作用的影响因素分析[C]//2018年全国声学大会论文集,2018.

张培珍 何佳妮 欧海燕　广东海洋大学电子与信息工程学院