所谓虚拟仿真，实际上就是一种可创建的和可体验的虚拟世界（Virtual World）计算机系统，它的交叉领域和应用领域非常广泛。将其应用到地学类的相关教学与科研活动中，能够很好地辅助理论教学、实验教学及实践，提高学生对专业学习的兴趣，并解决现实实验平台无法实现和难于实现的难题。虚拟仿真实验具有成本低、可重复、效率高、可扩展、操作安全、高度开放等特点。学生可以通过模拟真实实验环境，完成预设实验/实践项目，获取较为可靠的实验过程和实验数据，得出较为实际的结果。

地学类及相关专业涉及的实验/实践教学课程多是地质资源、工程地质及地质地理信息等领域相关人才培养的核心课程，但由于地质资源的宝贵性与不可再生性、形成过程的长期性和复杂性及不可逆性、自然地质过程与人工地质过程灾害发生的突然性和难预测性、地质演化过程的自然性和难观察性、相关地质理论的抽象性、野外地质实习和现场生产实习的不确定性和危险性，以及相关实验/实习的高成本性等给地学类及相关专业的实验/实践教学过程带来了较大困难。借助计算机虚拟仿真现实技术，通过科学规划，结合地学类专业人才培养的需要，开展相关虚拟仿真实验教学平台建设，搭建安全、可靠、直观、经济的非常规实验教学平台，可以模拟高风险、高成本、极端条件下的真实实验。在此基础上，将虚拟仿真实验与真实实验、野外和现场实习相结合，能够破解制约地学类人才培养质量的实验/实习教学难题，提升地学类专业相关课程实验、野外和现场教学的整体水平，满足人才培养需求。

1.2.1国家及地方经济发展的需要

随着我国国民经济的快速发展及人们生活水平的提高，对地质资源、地表-地下空间建设-地质防灾减灾等的需求不断增大，所需要的相关技术人才数量快速增加（虽然近年来有所下降），但人才的需求及培养之间的矛盾在过去十余年间显得尤为突出。在这样的大背景下，地学类专业招生规模持续扩大，但随之而来的人才培养却出现了一些问题，其中最为明显的就是毕业生实践技能不强、动手能力不足、创新精神不够，究其原因，主要是受限于当前地学类专业实验/实践的教学现状—实验/实践条件受限、投入经费有限等。因此，急需建设相应的虚拟仿真实验室，改善实验条件。

1.2.2人才培养的需要

地学类专业人才的培养目标是培养基础理论扎实、实践能力强、创新意识明显的高级技术人才。目前，地学类专业实践技能和创新意识的培养主要是通过常规实验室实验教学、野外实习和现场生产实践三个环节来实现。这三个环节对于学生实践技能的提升和创新意识的培养有重要作用，但仍有局限性。这些局限性主要体现在以下几个方面：

1．研究或实验/实践对象常位于地表之下，其形成历史跨度巨大，人类无法亲身经历，常规实验难于完成

地学类专业研究或实验/实践的主要对象是地表之下的地质体、相关地质资源和地质现象等。由于这些研究对象的形成时间跨度极大（短者数秒—地震、泥石流、垮塌等，长则数十亿年—前寒武系地层及相关资源）、成因机理复杂（物理、化学、生物等多重因素相互叠加的影响）、危险性高（常伴随高温、高压和有毒有害气体）、演化过程的不可逆性和长期性等特点，人类根本无法亲身经历。使得相关研究和实验/实践需要通过常规物理建模模拟真实场景，以期把握其形成过程及分布规律。但由于物理建模既要考虑建模材料的相似性，又要考虑建模条件的充分性，使得建模过程极为繁冗。而且由于其过程的不可逆性，物理模型也无法重复使用，每次实验均需重建新的物理模型。加之，物理模型中的实时响应数据需要通过大量传感设备进行传输，而传感设备价格通常较为昂贵，使得常规实验成本高、风险大。因此，不借助虚拟仿真手段，我们无法“身临其境”，一目了然，一探究竟。

2．地质变化随机性强、控制因素多，导致研究与实验分析逻辑抽象且关系复杂，超出人类想象，常规实验难度大

与地学类相关的岩石、矿物、古生物、地层、层序、沉积、构造、地质灾害及各种地质资源和地质现象是在漫长的地质历史时期经过极为复杂演变过程的产物，在时空分布上关系复杂、盘根错节、随机性强，表现为随机的无序性和统计的有序性。众多复杂地质因素的变化及相互影响导致形成条件的扑朔迷离，相关地质资源分布及地质变化难以准确预测。此外，地学类相关专业、学科的发展离不开现代数学、物理、化学、物理化学、环境、气候、水文以及生物等多学科的支持，所涉及内容广泛，各课程间的内在联系难于短时间掌握，理论教学内容多，相互之间关系复杂，逻辑思维抽象、复杂，不确定强。借助于虚拟仿真方法和技术，易于达到纲举目张、豁然开朗、一目了然、一览众山之效果。

3．野外及现场实习危险程度高，天气、路况、施工等与实习时间难于协调，实习过程难以全程实现

地质现象与资源的勘探与开发、地质工程的施工既是一个高科技集中的行业，又是一个“机器轰鸣、轮机飞转、钢管飞舞、灾害频发”的充满着各种潜在危险的工作平台；良好的野外地质剖面也常位于重山峻岭之中，其地表土壤疏松、岩石破碎、地灾频发、人烟稀少、交通不便。这些现实问题给相关实习带来了极大的困难和潜在的安全风险。此外，这些实践环节的完成需要花费大量的时间、财力、物力和精力。这使得部分实践环节流于形式，效果大打折扣。而虚拟仿真实验不仅能够缩短时间，降低安全风险，节省实习/实验空间，增加对实验/实践过程的理解，而且还能够节约大量资金、人力和物力，极大地改善实践/实习效果。

虚拟仿真在地学类教学中的应用价值日渐凸显，并发挥着越来越重要的作用。其实施可解决大型仪器、施工现场和野外地质等难以走进课堂教学现场、难以多人同步实验等困难，极大地拓宽了实验的物理空间和时间范围。同时，虚拟仿真实验拉近了时间及空间距离，将地质过程的不可及变为可望又可及，地质虚拟仿真实验远离野外和现场，摆脱了危险性作业。虚拟仿真实验的展开，除扩大了受益覆盖面、降低了高成本高风险实验的投入、易于维护、利用率高等优点外，还为地学类实验教学提供了形象化、直观化、多样化的实验效果。