水情教育是一种以水资源和水环境为载体，以水文化为内涵，以水安全、水资源、水生态、水治理等为主要内容的特色教育。2021年，水利部、中宣部等六部门联合印发的《“十四五”全国水情教育规划》(以下简称《规划》）提出，要把增强公众水安全水忧患意识，提高公众节约水资源、保护水生态与水环境、应对水旱灾害能力作为出发点和落脚点，着力加强水情教育载体建设，创新水情教育形式和机制，全面提升水情教育工作能力和水平，夯实推动新阶段水利高质量发展、保障国家水安全的社会基础。在新版《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》（以下简称《纲要》）中，“科技资源科普化工程”直接被列为“十四五”时期的五项重点工程之一。科技知识的科普化不仅是科技事业发展的内在需求，也是让公众更加理解科学，提高他们的科学素养的客观要求。

水文要素是描述水情的主要物理量，也是反映河流水情变化的主要尺度，它可以通过水文测验、观测和计算等手段获取。进行水文要素的观测可为后续的水情分析提供数据支撑，对于水资源管理、水环境保护、水文灾害预警等具有重要意义。

受到基地场地、教师数量、实验经费、学生人数等制约，目前水情教育科普的主要形式还是以参观学习水情教育基地为主，仅有少部分水利工程相关专业的大学生有机会近距离接触科学设施，深入学习水情知识。作为全国水文学科的“尖兵”，我院在水文学研究领域有较深的积淀；通过多年的科普实践，也建立了较完善的设施，积累了较丰富的素材和经验。如何在高校阵地上充分利用现有场地、仪器设备、软件平台等科技资源，创新水情教育形式，拓展水情教育内容，多层次、多渠道地开展科普实践，仍是需要深入研究的课题。

①虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术的发展

  虚拟现实（Virtual Reality）技术，即VR技术，是一门借助计算机构建虚拟环境的技术，其虚拟环境能生动地模拟客观存在或没有存在的事物与场景，予人以“身临其境”之感，并能让人与虚拟环境进行交互。

VR技术的起源于Morton Heilig在20世纪五、六十年代所发明的Sensorama模拟器^[1]，而随着信息技术的高速发展，VR技术日益成熟。在国外，早在20世纪90年代，就有VR产品上市。在国内，2021年的《“十四五国家信息规划”》^[2]，便有重点提及虚拟现实技术。目前，虚拟现实已被推广到不同领域，得到广泛应用，衍生出VR军事、VR教育、VR购物、VR仿真、VR娱乐等内容。

②虚拟现实技术在教育领域的应用

  2019年国家出台以教育现代化为核心的战略性文件《中国教育现代化2035》，提出要加快信息化时代教育变革，建设智能化校园，利用现代信息技术加快人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化教育培养的有机结合。近年来，信息技术的发展,虚拟现实技术也是发展讨论当中的热潮。越来越多的教育学者将虚拟现实技术应用到教育领域当中,运用虚拟现实技术来解决教学中的难点。

南京理工大学有机化学教学团队基于化学元宇宙教学工具Manta，开展了面向本科生有机化学课程的教学实践，采用了有机化学中的部分反应体系进行了虚仿实验案例设计，帮助空间想象能力较差的同学理解化学反应体系^[3]；美国Osso VR公司开发的虚拟手术训练系统，帮助约翰霍金斯大学医学院进行手术模拟实验，并在试验后评分，结果显示该培训方式下的得分高于传统阅读和视频教学。^[4]

  当下全国VR相关重点实验室（研究所）有，浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室、清华大学人机交互与媒体集成研究所、北京大学智能科学系视觉信息处理研究所、中国科学院计算技术研究所虚拟现实技术实验室等，已然在各个高校中初步形成了VR教育平台，以针对现实中教育所面临的实际问题。^[5]

③基于水文要素观测的水情教育和科普

当下国内水情教育现状，可以从两个群体来进行分析。

对于水文与水资源工程及相关专业学生，我国的水情教学环节上更注重实践，就比如实践学分就占专业总学分40%，并且实践环节内容丰富，含有室内外实验、实习、课程设计和毕业设计，让同学们在身体力行中把握水文知识点，并将其运用于实践。但针对大一新生的水情教育形式却大多为课堂书本教授，对具体的概念缺乏深刻的认识，对水文勘测装置也缺乏接触与了解^[6]，相比之下，美国的水情教育更鼓励学生以小组为单位，在课堂上以实验与运用为导向，在课余则通过自行资料查询、建模来巩固运用所学知识^[7]。

而对于非水文专业的群众，除开参观基地、观看科普视频外，很少能接触到水文要素知识。但受限于场馆设备、场地、视频流传度等现实因素，群众无法仅仅通过这两个渠道来更好了解水情知识，所以需要一个既能解决空间限制，又具趣味生动的正规权威的渠道来了解水文勘测下的水情知识，从而帮助公众提高节约水资源、保护水生态与水环境、应对水旱灾害的能力。例如南水北调江苏水情教育基地，便充分结合线上线下两种模式，引用VR技术，720°展示了世界最大泵站群的建设运行与综合效益，面向社会公众开展水情教育，有效增进了公众对南水北调的认识，提升了公众知水、爱水、节水、护水的意识。^[8]。

  随着信息技术的进一步发展，人们对于可视化、可交互的教学需求日渐增长，从大趋势看，虚拟仿真已成为理论推演、实验论证之外的第三类基础科学研究方法，可以突破时间和空间的限制，将各类教学资源进行整合，将科研成果向虚拟仿真进行转化，推动综合性教学的高质量发展。

参考文献：

[1]关媛元,王喆.增强现实技术发展及应用综述[J].计算机产品与流通,2019,(01):98.

[2]中共中央 国务院“十四五”数字经济发展规划的通知 国发〔2021〕29号

[3]刘卉,张树鹏,张云添,董伟,刘雨季,邓冰心,陈东平,汤永兴.虚拟现实VR技术在有机化学课程教学中的应用探究[J].大学化学,

[4]王瑜瑾.虚拟现实技术在临床医学教学中的应用研究[J].信息系统工程,2024, (03):36-39.

[5]罗术通.VR教学在教育上的现实意义[J].数字通信世界,2021,(03):249-250+8.

项目计划实施的技术路线如下图所示：

项目拟解决的主要问题有：     

①三维模型和动画的制作和表达。如何将技术原理、系统组件和应用场景等吃透弄懂，通过三维建模和动画的形式表达出来，并将其与操作演示等实拍视频有机结合在一起，是本项目研究的技术核心。

②与校级平台兼容问题。拟将项目成果植入到河海大学开放实验室数字馆VR中，如何实现与原平台的兼容，也是需要解决的具体问题

③专业程度与科普受众匹配。不同年龄段的科普受众需要不同的科普内容，如何在确保专业程度的前提下使知识便于理解、生动有趣并以合适的形式呈现出来，需要社会调研和效果反馈。

④科普平台成果的检验方式。科普价值的评估需要实际的、可量化的检验标准，从而根据效果反馈改进本项目的内容。当前VR数字实验馆可量化的数据只有访问量、播放量等，无法满足受众群体对具体问题进行反馈的要求。需要设计合理有效的平台检验方式。

预期成果：

①一系列面向不同对象的基于水文要素观测的科普视频资源；

②可以在线访问的VR全景数字化场馆；

③申报专利或软著1项

2024年1月——2024年4月：明确项目研究所需资料和知识技能，调研场馆布置和内容，掌握水情知识；根据成员特长确定分工内容，开始系统化学习VR全景拼接工具软件和三维建模软件；定期召开会议讨论研究方向、可行性等问题，完成项目框架的搭建、申报书的撰写和ppt的制作。

2024年5月——2023年8月：完成VR全景图的制作，明确热点位置和表达形式，借由暑期社会实践的机会开展科普活动，并广泛征求意见。完成所有实操环节视频的拍摄与制作。期间与指导老师定期召开讨论会，向老师汇报项目进展情况，对项目细节进行探讨，根据老师的建议修改完善项目内容。

2024年9月——2024年12月：完成算法学习，至少制作五条三维动画视频。汇总初步科普成果，对其进行整理、分析，从中发现并逐步解决所遇问题，不断完善。撰写项目中期报告，按照学校要求，提交中期检查材料。

2025年1月——2025年6月：完成所有视频的制作和植入。项目小组成员对最终结果进行校核修正、总结整理和发布。由项目负责人和指导老师对所有的工作与结果进行详细审查。编制项目结题报告，准备结题验收、答辩。