基于虛擬仿真的教學做合一的教學平臺在職業(yè)本科專業(yè)建設中的應用

一、虛擬仿真應用背景

我國教育事業(yè)發(fā)展的總體目標是實現(xiàn)教育現(xiàn)代化，而教育現(xiàn)代化的顯著特點是實現(xiàn)教育信息化。當前，以虛擬仿真技術等為代表的新一代信息技術教學方式的出現(xiàn)，推動了我國的教育信息化建設的發(fā)展。

虛擬仿真技術是以包括人工智能技術在內(nèi)的多種高新技術為支撐的集成創(chuàng)新技術，是以仿真的方式創(chuàng)設一個實時反映實體對象變化和相互作用的三維虛擬世界，可對“人、機、環(huán)境”進行虛擬化描述，突破現(xiàn)實、時間、空間、資金等方面的約束，構(gòu)建起復雜、動態(tài)的智能仿真系統(tǒng)，可看作“人工智能的可視化”。

虛擬仿真技術在教學中的應用是我國信息化教學政策的主要內(nèi)容，是對無法操作真正實訓的一種補救型教學方式，是利用實踐方式提升學生培養(yǎng)效果的重要路徑，當前應用領域非常廣泛，特別是在危險性大的行業(yè)、學校教育及機構(gòu)培訓之中。比如陳銘的虛擬仿真在化工試驗教學中的應用研究——評《大學化學化工類專業(yè)教育教學實踐研究》。

分析事故發(fā)生的原因，由于人的不安全行為導致的事故占70%-90%以上，具體表現(xiàn)為工人安全意識薄弱，不安全行為方式是導致事故的共同原因，因此，預防事故重點在于挖掘生產(chǎn)過程中的不良行為習慣，鑒于學生在高危行業(yè)實習難度大，存在企業(yè)不愿意接受的現(xiàn)狀，對學生的實習效果造成很大的影響，而學校虛擬仿真技術對作業(yè)場所進行模擬，從形式上構(gòu)建“虛實交融”的教學、實訓、實習環(huán)境。

而教學做一體化教學平臺的建設在很多學科，很多課程中被應用，遲宗正，賴曉晨， 侯剛，劉斌，任志磊，李豪杰，惠煌的開發(fā)的多媒體多角色通用一體化教學輔助 SPOC 平臺激發(fā)了學生學習興趣，規(guī)范了學生學習秩序，提高了學生參與度，提高了教學質(zhì)量。

二、在應急管理專業(yè)教學中應用虛擬仿真技術的必要性

職業(yè)教育以實踐為核心，理論為基礎，在傳統(tǒng)教育中，學生往往只能通過理論課程來學習專業(yè)知識，不能體現(xiàn)職業(yè)教育的核心目標和宗旨，而且在理論知識的學習中學生很容易出現(xiàn)枯燥乏味，對學習不能產(chǎn)生濃厚興趣的情況，影響學生學習的效果，影響人才培養(yǎng)質(zhì)量，影響職業(yè)教育的發(fā)展，因此，要探索增強學生學習興趣、提高教師教學質(zhì)量、增加實訓實習環(huán)節(jié)，提高人才培訓的質(zhì)量的途徑，滿足學院應急管理職業(yè)本科專業(yè)教學需求，應用虛擬仿真技術、人工智能技術構(gòu)建生產(chǎn)環(huán)境、事故現(xiàn)場場景、救援現(xiàn)場進行平臺的整體規(guī)劃及設計。將一些實訓項目以游戲的方式呈現(xiàn)，采用情景轉(zhuǎn)換等手段搭建一個自然逼真的實操環(huán)境，使學生加深對職業(yè)技能的理解和掌握，提高學習效果，有效解決本專業(yè)學生去企業(yè)實習實訓風險大，企業(yè)不愿接受、校內(nèi)實訓實習條件不足的現(xiàn)狀，更能使學生的學習興趣高漲，對知識點的理解更加透徹，深入，提高教學效果。

利用虛擬仿真技術開發(fā)專業(yè)核心課課程資源，實現(xiàn)展示、體驗、教學、實訓、共享的一體化。旨在開展校企合作資源開發(fā)、輔助學校創(chuàng)新教學實訓模式，打造學生技能競賽、實習實踐平臺，促進學校教研成果的轉(zhuǎn)化應用，開創(chuàng)地區(qū)以至全國標桿實訓基地，為地區(qū)發(fā)展培養(yǎng)高質(zhì)量技能型人才。

以虛擬現(xiàn)實實訓中心和沉浸式教學實驗中心為載體，搭建“實訓教學虛擬仿真”，“認識實習、崗位實習虛擬仿真”和“技能大賽虛擬仿真”三大功能相互融合的教、學、做一體化教學平臺，與工作現(xiàn)場密切結(jié)合，可構(gòu)建系統(tǒng)性、科學性的實踐教學體系，主要內(nèi)容包含三維礦井建模、綜采工作面設備布置、掘進工作面設備布置、聯(lián)采工作面設備布置、礦山救援想定編輯、通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、安全避險、自救互救、危險有害因素辨識、火災風險評價、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設置、安全防護裝備的選用等模塊。

利用虛擬仿真技術構(gòu)建教、學、做一體化教學平臺，創(chuàng)設事故及災害現(xiàn)場情境，實現(xiàn)教師授課、學生聽課，學生利用教學平臺進行實訓、操作，對所學內(nèi)容進行復習鞏固，并對學生的操作情況進行評價，解決應急管理職業(yè)本科專業(yè)的實習實訓難題，增強學生學習的興趣、提高其學習的積極性、主動性，強化學生的動手能力，凸顯職業(yè)本科的特色，使學生在工作崗位上有超越普通本科學生的優(yōu)勢，為職業(yè)本科專業(yè)的建設奠定基礎。

三、在應急管理專業(yè)教學中應用虛擬仿真技術的作用

1.虛擬仿真技術改變傳統(tǒng)實訓方法

虛擬仿真技術又稱虛擬現(xiàn)實技術，簡稱VR,運用VR技術，打破了傳統(tǒng)教學模式的局限，虛擬環(huán)境在更大程度增加了實訓時間和實訓項目，創(chuàng)設了更加真實、高效的實訓教學環(huán)境，學生可以通過VR設備進行模擬實踐操作，從而更加深刻地了解職業(yè)技能的應用，與傳統(tǒng)的實訓教學相比，VR虛擬現(xiàn)實技術可以還原真實的工作場景，使每一個學生都可以根據(jù)自己的學習情況，在自己允許的時間利用平臺隨意地選擇需要的學習訓練項目，根據(jù)滿足于個人的方式和進度進行學習。這種個性化性的教學、訓練有利于調(diào)動學生的創(chuàng)新性思維，使學生在具體任務中通過主動地探索獲取知識，增加學習體驗，提高學習效率，從而增強學習者的學習能力。減少了實際實訓的消耗及實訓環(huán)節(jié)中的風險，使學生在實踐中掌握職業(yè)技能，提高學習效果。

2.更好地實現(xiàn)崗課賽證融通

通過崗位調(diào)研了解本專業(yè)學生畢業(yè)后從事的工作崗位，針對工作崗位利用虛擬仿真技術開發(fā)適合本專業(yè)崗位需求的教學做一體化教學平臺，根據(jù)平臺及工作崗位重構(gòu)課程體系，使學生所學課程均在以后的工作崗位中有廣泛的應用，避免學生在學校期間學習的課程內(nèi)容和工作崗位需求嚴重脫節(jié)，避免出現(xiàn)學生所學內(nèi)容在實際工作崗位用不到的情況。另外，將生產(chǎn)事故應急救援技術賽項內(nèi)容融入教學做一體化平臺中，使學生利用此平臺可以學習賽項內(nèi)容、進行賽項訓練、對自己訓練的情況進行評價自測，準確把握自己訓練程度，根據(jù)不同程度進行及時改進不足，爭取在技能大賽中取得優(yōu)異成績。另外，將注冊安全工程師、安全評價師、消防工程師所需的知識納入教學做一體化平臺中，使學生為考取注冊安全工程師、安全評價師、消防工程師提早準備，提高取證率。因此，利用基于虛擬仿真的教學做一體化教學平臺在教學及實訓中可以實現(xiàn)崗課賽證的高度融合統(tǒng)一，促進職業(yè)本科教育中應急管理專業(yè)課堂教學改革及技能大賽練習真實化，縮小與真實工作環(huán)境的差距，將生產(chǎn)事故應急管理、搶險救援指揮技術、滅火技術與戰(zhàn)術等課程關鍵內(nèi)容引入賽項之中，實現(xiàn)本專業(yè)主要課程內(nèi)容項目化、任務化改革，實現(xiàn)“教中學、學中做，做中練”的學生培養(yǎng)方式和“理實一體化”教學方式，提高應急管理職業(yè)本科專業(yè)教學水平及技能水平。

3.虛擬現(xiàn)實技術豐富課程教學方法

利用虛擬仿真技術可豐富課程教學方法，將危險性大、不容易實現(xiàn)的實訓項目增加到課程教學中進行。因為基于虛擬仿真技術的“教學做”一體化平臺無任何危險性，學生可以安全地練習，直至掌握操作技能為止。利用VR技術還能恰到好處地模擬一些復雜的、抽象的、很難直觀觀察的自然現(xiàn)象和救援過程，可全方位、多視角地呈現(xiàn)課程內(nèi)容。另外，在虛擬仿真技術中學生可以很好地參與到課程中去，改變傳統(tǒng)的教師講、學生聽的模式，調(diào)動學生學習的積極主動性，另外，學生也可利用此平臺模擬生產(chǎn)企業(yè)的安全管理、查找生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的危險有害因素，并擬定處理措施，平臺對處理結(jié)果進行評價。

4.虛擬仿真技術提升學生學習效果

目前我校應急管理職業(yè)本科專業(yè)的實訓條件有限，其中的主要崗位需求之一的救援技術涉及的實訓設備微乎其微，使得教學主要以理論為主，學生在學習中感到枯燥乏味，學習興趣不濃厚，學習積極性不高，對職業(yè)本科學生的培養(yǎng)質(zhì)量造成了較大的阻礙，VR技術彌補了我校應急管理職業(yè)本科專業(yè)實訓條件不足對學生培養(yǎng)的瓶頸，通過虛擬仿真技術的應用改善了應急管理職業(yè)本科專業(yè)的實訓條件，激發(fā)了學生學習興趣、提升了教師教學效果，可以促進應急管理職業(yè)本科專業(yè)學生的培養(yǎng)質(zhì)量。

5.虛擬仿真技術降低專業(yè)建設成本

為了響應國家發(fā)展職業(yè)教育的號召，職業(yè)本科應運而生，職業(yè)本科是職業(yè)教育的高級階段，怎么建設好職業(yè)本科專業(yè)是關系到職業(yè)教育是否能培養(yǎng)強技能、高素質(zhì)人才的關鍵，也是所有職業(yè)教育者需要重點考慮的問題，在職業(yè)本科專業(yè)的建設中應急管理職業(yè)本科專業(yè)相比安全工程技術職業(yè)本科專業(yè)建設的難度更大，因為應急管理專業(yè)的基礎專業(yè)應急救援技術也是近五年才出現(xiàn)的新專業(yè)，專業(yè)建設基礎薄弱，而安全工程技術職業(yè)本科專業(yè)的基礎專業(yè)為安全技術與管理，在我校已有19年的專業(yè)建設基礎，不論從師資力量上還是實驗實訓條件上都有很好的資源儲備。而為了體現(xiàn)職業(yè)本科專業(yè)的特點及優(yōu)勢就要深入調(diào)研了解本專業(yè)的崗位需求，從崗位需求確定學生需要掌握的知識，技能，再考慮為了使學生掌握需要的知識和技能，怎么實現(xiàn)？而僅僅依靠理論知識的學習不能使學生掌握所需的技能，不能體現(xiàn)職業(yè)本科專業(yè)的特點，必須盡可能加大實訓教學的比例，而實訓室建設、設備的采購需要大量的資金，教育成本太高，申報不容易成功獲批，因此，要尋找一種既能節(jié)約教育成本又能彌補實訓條件不足的現(xiàn)狀，虛擬仿真技術的應用正好可以解決此問題。通過虛擬仿真技術可以把設備的操作，危險有害因素的辨識，評價，事故發(fā)生后的救援操作等實訓進行模擬，使學生了解主要的實訓方法，縮小學校與實際工作環(huán)境的差距，提高學生的培養(yǎng)質(zhì)量。

6.VR技術可以提高技能大賽的訓練效果及實習實訓效果

因生產(chǎn)事故應急救援技術賽項涉及內(nèi)容多，比賽所需時間長，全程需要七個小時才能完成，對學生的體力、耐力及專業(yè)知識和技能的檢測是個極大的挑戰(zhàn)，在訓練及比賽中容易出現(xiàn)學生體力不支，訓練及比賽不能堅持下去，訓練及比賽效果不好，成績不理想的情況，影響學生參加技能大賽的積極性，影響學生專業(yè)技能的提升，也影響職業(yè)本科專業(yè)學生的培養(yǎng)及職業(yè)本科專業(yè)建設的發(fā)展。另外，本校應急救援技術及應急管理專業(yè)屬于新申請的專業(yè)，校內(nèi)實訓條件不足，專業(yè)基礎課程及專業(yè)核心課程中所需的實訓任務無法完成，影響學生課程學習效果和學習質(zhì)量，利用虛擬仿真技術可以模擬仿真礦井環(huán)境、仿真礦井中的危險有害因素，仿真礦井中甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器、風速傳感器、粉塵濃度傳感器、風門開關傳感器、風筒風量傳感器、煙霧傳感器、饋電狀態(tài)傳感器的設置，采煤機、掘進機的設置等操作，使無仿真礦井及其他設備的院校也能進行生產(chǎn)事故應急救援技術賽項的訓練，也可以作為救援技術及應急管理專業(yè)的學生實習，實訓使用，提高學生課程學習效果，提高教師教學效果，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，夯實職業(yè)本科專業(yè)建設基礎。

四、虛擬仿真技術在應急管理職業(yè)本科教學中的具體應用

1.模擬危險有害因素

利用虛擬仿真技術對生產(chǎn)過程中的危險有害因素進行模擬再現(xiàn)，包括煤礦井下、化工廠、加油站及其他行業(yè)的危險有害因素，使學生能分辨在各種工藝及各行業(yè)中可能存在的危險有害因素，了解危險有害因素演變?yōu)槭鹿实臈l件，會對危險有害因素進行分析、評價、控制，防止危險有害因素演變?yōu)槭鹿?。也可以通過虛擬仿真技術測試學生掌握危險有害因素的程度，解決學生在校期間缺乏對生產(chǎn)現(xiàn)場的了解，對危險有害因素不能很好把握和辨識的困難。

2.模擬事故現(xiàn)場

利用虛擬仿真技術對各類事故現(xiàn)場進行模擬，使學生了解各類事故發(fā)生前、發(fā)生中及發(fā)生后的情形，事故發(fā)生后造成二次傷害的可能性大小，事故發(fā)生后導致的新的危險有害因素，通過事故現(xiàn)場情況對發(fā)生的事故情況進行判斷，為后面的救援奠定一定的基礎。

3.模擬應急救援

利用虛擬仿真技術對各類事故發(fā)生后的救援工作進行模擬，模擬救援人員的個人防護裝備的選擇、防護裝備的穿戴是否正確、人員的搜索、偵查檢測、破拆、洗消、堵漏方法是否正確，針對不同的污染物，洗消劑的選擇是否正確，克服學生在實訓中不能親臨事故現(xiàn)場進行救援的缺陷，使學生對救援工作的流程及方法有清楚地認識。

五、小結(jié)

職業(yè)本科和普通本科最大的差異是根據(jù)崗位需求制定人才培養(yǎng)方案對學生進行培養(yǎng)，使學生畢業(yè)后能在最短的時間內(nèi)適應工作崗位的需求，更好地投入到工作中去。應急管理職業(yè)本科專業(yè)研究的對象是各類事故的預防及處理，而學生畢業(yè)前進入企業(yè)實習的風險大，企業(yè)接收的難度大，造成應急管理職業(yè)本科專業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)實際相結(jié)合的需求得不到滿足，因此，通過虛擬仿真技術再現(xiàn)事故現(xiàn)場、再現(xiàn)事故現(xiàn)場的危險有害因素，再現(xiàn)事故現(xiàn)場的救援工作的各個流程及步驟，使學生能理論結(jié)合實際，使學習到的理論知識能更好地應用到以后的工作中，體現(xiàn)職業(yè)本科的特點和優(yōu)勢。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》  http://www.12-baidu.cn/w/kj/30978.html