实验简介：
《海洋动物学》是海洋生物科学专业的必修专业基础课之一，也是激发学生探索海洋生物世界的重要敲门砖。作为课程重要组成部分的海洋动物学实验教学，既是巩固理论知识、培养学生实验技能的重要形式，又是培养学生观察能力、思维能力和创新能力的重要手段。本实验教学课程是在河海大学海洋学院已有的海洋鲀科鱼类杂交繁育技术的科研成果基础上，深度融合三维仿真信息技术开发的，以培养学生的创新综合实践能力为目标的虚拟仿真实验教学项目。本实验坚持以学生为主体，以培养创新科研实践能力为目标，通过虚拟仿真所营造的情景体验式的教学环境，使学生循序渐进地完成“基础知识学习、基本技能训练、创新实践能力提升”三个层次的学习实践过程，为学生今后的学习和工作实践奠定坚实的基础。
实验背景：
1.课程开设的必要性
（1）海洋强国建设急需培养创新综合能力的高素质人才
海洋是生命的摇篮、资源的宝库。党的十八大报告明确指出：“要提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，建设海洋强国。”其中，提升海洋渔业产业水平，提高海洋资源开发能力，推动海洋经济向科技创新型转变是发展海洋经济的重要目标之一。而海洋科技创新人才的培养是实现这一目标的基础，现阶段我国的海洋强国建设急需培养创新综合能力的高素质人才。我校海洋学院海洋科学专业作为国家一流本科专业，是培养海洋专业科技人才的重要平台。海洋学院在海洋渔业科技创新方面的丰厚科研积累和成果为人才培养提供了良好的教学模型，通过虚拟仿真实验实现科教融合，有利于培养具有创新综合能力的高素质人才。
（2）融合现代信息技术，突破时空限制，实现理论教学与实际应用紧密结合
海洋鱼类的人工繁育和养殖是海洋渔业资源开发利用的重要形式。然而，受到鱼类繁育时间和养殖场地的限制，海洋鱼类繁育的知识点通常仅限于课堂理论教学，难以在实验课程和短期的实践教学中开展技术培训和科研创新，无法实现知识的应用转化。开发虚拟仿真实验，突破时空限制，让学生在有限时间内全面了解和掌握海洋鱼类的基本养殖和繁育过程，有利于实现理论教学与实际应用的紧密结合，为海洋渔业资源开发利用培养创新技术人才。
2.教学设计的合理性
本实验为大型综合性虚拟仿真实验，实验设计基于我校海洋学院已有的海洋鲀科鱼类杂交繁育技术成果，以海洋动物学、海洋动物生理学及相关课程内容为基础，深度融合信息技术，在基本知识认知的基础上，模拟野外调查、人工养殖和繁育场景，给学生提供沉浸式的实践仿真环境。实验突破了时空限制，让学生在有限时间内通过“基础知识学习、基本技能训练、创新实践能力提升”三个层次的学习实践，全面了解和掌握海洋鱼类的基础理论知识、基本养殖技术，并实现海洋鱼类种间杂交繁育的创新式科研实践探索。实验教学坚持以学生为主体，以创新科研实践能力培养为目标，巧妙地将“任务驱动式”、“交互体验式”、“容错探究式”的教学方法应用于五个实验环节，并引导学生利用科学观察法、对比法、控制变量法、案例分析法等实验方法，由浅入深、循序渐进地开展学习和实践过程，教学设计符合创新综合实践人才培养需求。
3.实验系统的先进性
海洋鱼类的野外调查受到资源分布量和鱼类生活习性的影响，难以开展有效的实践教学；鱼类的繁育具有季节限定性，且周期长，过程复杂，短期的实践教学也难以正常开展。通过虚拟仿真实验，可以开展实体实验中无法实现的教学内容。本实验通过虚拟仿真技术真实还原了海洋鲀科鱼类外形、海洋河口环境、海洋鱼类养殖基地等场景，以海洋鲀科鱼类为主要对象，融合了鱼类基础知识认知、鱼类养殖技术训练和鱼类杂交繁育技术创新探索等多个方面的实验内容，引导学生开展“沉浸式”交互实验操作，并通过多种在线交流平台实现师生互动，打破了传统课堂教学的单一性和实体实验的时空限制，有效提升课程的整体教学质量和水平。
设计原则：
1.设计原则：
（1）实验设计：坚持科教融合，将科研成果融入教学，以创新科研实践能力培养为目标设计综合性虚拟仿真探索实验，实现对传统教学的延伸与拓展。
本实验为大型综合性虚拟仿真实验，实验设计基于我校海洋学院研发的海洋鲀科鱼类杂交繁育技术，以海洋动物学、海洋动物生理学及相关课程内容为基础，深度融合信息技术，模拟野外调查、人工养殖和繁育场景，给学生提供沉浸式的实践仿真环境。该实验突破了时空限制，让学生在有限时间内全面了解和掌握海洋鱼类的基础理论知识、基本养殖技术，并实现创新式科研实践探索，为培养具有创新综合能力的高素质人才提供平台。
（2）教学方法：坚持以学生为主体，采用任务驱动式、交互体验式、容错探究式等多种教学方法，使学生由浅入深、循序渐进地开展学习。
本实验依据教学目的，设置了多项明确的任务目标，引导学生围绕任务展开自主学习和探究，激发实验兴趣，并体验完成任务的满足感。实验中学生能够“身临其境”地体验鱼类养殖和人工繁育的操作过程，并能够自主设计实验，有效激发学生的自主学习兴趣和实验积极性。当学生实验结果出现问题时，系统会提供评价意见引导学生反思和优化设计，使学生在探究过程中提升创新思维能力。
（3）评价体系：建立多层次、多元化的综合评价体系，科学客观地反映学生的基础认知程度和创新实践能力。
本实验包含三个层次的五个实验环节，实验中系统自动记录学生在每个实验环节的操作过程并进行打分，学生出错后可重复实验，但成绩随操作次数阶梯递减，保证了评估的科学性。实验报告中包括各步骤、各环节得分，以及实验权重总得分和各实验层次的总结和评价，有利于学生根据实验结果开展重复训练，也便于教师开展针对性指导。
2.实验方法
在虚拟仿真实验教学过程中，为加强学生对于知识的理解和掌握，综合应用了科学观察法、对比法、控制变量法、案例分析法等实验方法。举例说明如下。
科学观察法：在基础知识认知环节，对鲀科鱼类外形、内部结构及其分布的海域、生活的海底环境进行了仿真模拟。学生可使用鼠标及其滑轮对各种鱼类进行360°旋转和缩放以利于科学观察，并结合理论知识的详细介绍，形成对鲀科鱼类的认知。
对比法：在基本技能训练环节，学生需正确选择不同鱼类的养殖条件，可以自主设置暗纹东方鲀和红鳍东方鲀的养殖条件，包括水体的温度、盐度、pH值、溶氧量等参数，从而对比海洋洄游性鱼类淡水养殖和海水养殖的条件差异。
变量控制法：在基本技能训练环节，学生可以通过水体参数、饵料参数、防疫参数等的变量控制来探究鱼类的养殖生长情况和健康状况；在创新能力培养环节，学生可以通过亲鱼性成熟诱导条件、催产剂注射时间和剂量、鱼卵孵化温度、鱼苗开口时间和饵料种类等参数的变量控制来探索杂交繁育的成功率和鱼苗的成活率。
案例分析法：在创新能力培养环节，学生可以自主设计不同的杂交繁育组合，并通过暗纹东方鲀和红鳍东方鲀的杂交繁育案例来探索海洋鱼类杂交繁育技术的应用，同时开展鱼类杂交繁育过程的创新实践，提升海洋资源利用创新实践能力。
3.教学过程
本实验设计了“基础认知、技能训练、创新探索”三个层次的实验环节，运用“任务驱动式”、“交互体验式”、“容错探究式”的教学方法开展教学。通过设置明确的任务要求和科学目标，引导学生应用科学观测法、对比法、控制变量法和案例分析法等认真开展实验操作以及互动讨论，使学生“身临其境”地开展“沉浸式”的交互操作和容错式探究，循序渐进地完成“基础知识认知体系构建、基本技能训练、创新实践能力提升”的学习实践过程。
在基础认知的教学环节中，学生根据任务要求和步骤引导，通过交互式操作和多角度的细致观察，结合知识提示和知识角的详细介绍，实现对海洋鱼类的生活环境、典型特征和基本分类鉴别方法的认知。该环节帮助学生掌握鲀科鱼类的生理特征、地理分布、洄游习性、鉴别方法和应用价值，构建鲀科鱼类基础知识认知体系，为学生开展鲀科鱼类养殖和杂交繁育设计奠定坚实的理论基础。
在技能训练的教学环节中，通过鲀科鱼类的养殖过程、养殖条件参数的变量控制，引导学生根据鲀科鱼类的物种特征开展养殖技能训练，并采用容错探究式教学方法，允许学生多次尝试以获取最优养殖效果。该环节帮助学生掌握海水养殖和淡水养殖的差异，掌握河鲀的雌雄性别鉴定方法，以及河鲀性腺发育程度的鉴定方法，训练学生养殖鲀科鱼类的基本实践技能，为其今后开展各种涉及海洋鱼类活体养殖的研究工作打下基础。
在创新探索的教学环节中，以暗纹东方鲀和红鳍东方鲀的杂交繁育为例，开展海洋鱼类种间杂交繁育创新实践应用。该实验具有一定的创新探索性，学生需综合应用前期所学过的知识，开展河鲀不同繁育组合的自主设计和探究。实验过程中可根据系统评判不断优化设计，并通过案例学习掌握海洋鱼类杂交繁育的关键过程。该环节能够使学生在容错探究过程中获得创新实践能力的提升。
实验目标：
本实验坚持以学生为主体，以培养创新科研实践能力为目标，通过虚拟仿真所营造的情景体验式的教学环境，使学生循序渐进地完成“基础知识学习、基本技能训练、创新实践能力提升”三个层次的学习实践过程，为学生今后的学习和工作实践奠定坚实的基础。
实验后应达到的知识、能力水平：
（1）在基础知识认知层次，帮助学生认知海洋鱼类的生活环境、典型特征和基本分类鉴别方法，使学生掌握鲀科鱼类的生理特征、地理分布、洄游习性、鉴别方法和应用价值，构建鲀科鱼类基础知识认知体系。
（2）在基本技能训练层次，帮助学生学习鲀科鱼类的养殖过程、养殖条件参数设置，使学生掌握海水养殖和淡水养殖的差异，掌握河鲀的雌雄性别鉴定方法，以及河鲀性腺发育程度的鉴定方法，训练学生养殖鲀科鱼类的基本实践技能。
（3）在创新实践能力培养层次，通过设计鲀科鱼类杂交繁育任务，引导学生开展河鲀不同繁育组合的自主设计和探究，使学生在容错探究过程中获得创新实践能力的提升。
实验要求：
(1)专业与年级要求
本实验属于河海大学海洋科学专业生物方向二年级学生的专业基础课《海洋动物学》课程的授课内容。
本实验课程为综合性实验，三个层次的实验内容也具有一定的独立性，海洋科学专业生物方向所有年级学生都可以根据需求选择部分或全部实验内容进行实践，全校其他专业的学生也可以根据个人兴趣选择部分实验环节进行学习实践。
(2)基本知识和能力要求
具备一定的海洋生物学知识和一定的计算机使用能力，具有较强的自主学习能力和自主探索能力，能够在基础认知、技能训练、创新实践三个层次的实验中总结分析特定实验结果背后的原因，将专业理论知识灵活应用。
(3)实验注意事项
本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。为确保教学质量，提出以下实验注意事项。
①实验前，学生应认真阅读实验指导书，观看教学引导视频和操作视频，在教师指导下明确实验目的及各环节的知识点和重难点，奠定实验理论基础；
②请选择符合“实验教学相关网络”条件要求的软硬件实验环境开展实验，以保证实验操作的流畅性。
③实验过程中，请仔细阅读各环节任务要求，并根据步骤引导开展实验。当实验结果不理想时，请根据系统提示认真修改；同时，还可通过微信群、论坛、服务热线等方式寻求在线指导。
④请充分利用知识角，通过知识点课件库开展拓展阅读，扩充自己的专业知识。
⑤完成实验后，请务必点击“完成并提交”以生成实验报告，并在关闭实验界面前，点击界面右下角的“实验报告”链接进入课程平台查看，并结合实验报告认真回顾实验过程，针对不足查找原因，并积极开展互动交流，以进一步巩固理论知识、提升创新思维能力。
