基于虛擬仿真的教學(xué)做合一的教學(xué)平臺在職業(yè)本科專業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用

一、虛擬仿真應(yīng)用背景

我國教育事業(yè)發(fā)展的總體目標(biāo)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(dāng)前，以虛擬仿真技術(shù)等為代表的新一代信息技術(shù)教學(xué)方式的出現(xiàn)，推動了我國的教育信息化建設(shè)的發(fā)展。

虛擬仿真技術(shù)是以包括人工智能技術(shù)在內(nèi)的多種高新技術(shù)為支撐的集成創(chuàng)新技術(shù)，是以仿真的方式創(chuàng)設(shè)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(fù)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(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用是我國信息化教學(xué)政策的主要內(nèi)容，是對無法操作真正實訓(xùn)的一種補救型教學(xué)方式，是利用實踐方式提升學(xué)生培養(yǎng)效果的重要路徑，當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，特別是在危險性大的行業(yè)、學(xué)校教育及機構(gòu)培訓(xùn)之中。比如陳銘的虛擬仿真在化工試驗教學(xué)中的應(yīng)用研究——評《大學(xué)化學(xué)化工類專業(yè)教育教學(xué)實踐研究》。

分析事故發(fā)生的原因，由于人的不安全行為導(dǎo)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(dǎo)致事故的共同原因，因此，預(yù)防事故重點在于挖掘生產(chǎn)過程中的不良行為習(xí)慣，鑒于學(xué)生在高危行業(yè)實習(xí)難度大，存在企業(yè)不愿意接受的現(xiàn)狀，對學(xué)生的實習(xí)效果造成很大的影響，而學(xué)校虛擬仿真技術(shù)對作業(yè)場所進行模擬，從形式上構(gòu)建“虛實交融”的教學(xué)、實訓(xùn)、實習(xí)環(huán)境。

而教學(xué)做一體化教學(xué)平臺的建設(shè)在很多學(xué)科，很多課程中被應(yīng)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(xué)輔助 SPOC 平臺激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，規(guī)范了學(xué)生學(xué)習(xí)秩序，提高了學(xué)生參與度，提高了教學(xué)質(zhì)量。

二、在應(yīng)急管理專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的必要性

職業(yè)教育以實踐為核心，理論為基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)教育中，學(xué)生往往只能通過理論課程來學(xué)習(xí)專業(yè)知識，不能體現(xiàn)職業(yè)教育的核心目標(biāo)和宗旨，而且在理論知識的學(xué)習(xí)中學(xué)生很容易出現(xiàn)枯燥乏味，對學(xué)習(xí)不能產(chǎn)生濃厚興趣的情況，影響學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教師教學(xué)質(zhì)量、增加實訓(xùn)實習(xí)環(huán)節(jié)，提高人才培訓(xùn)的質(zhì)量的途徑，滿足學(xué)院應(yīng)急管理職業(yè)本科專業(yè)教學(xué)需求，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)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(shè)計。將一些實訓(xùn)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(xué)生加深對職業(yè)技能的理解和掌握，提高學(xué)習(xí)效果，有效解決本專業(yè)學(xué)生去企業(yè)實習(xí)實訓(xùn)風(fēng)險大，企業(yè)不愿接受、校內(nèi)實訓(xùn)實習(xí)條件不足的現(xiàn)狀，更能使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣高漲，對知識點的理解更加透徹，深入，提高教學(xué)效果。

利用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)專業(yè)核心課課程資源，實現(xiàn)展示、體驗、教學(xué)、實訓(xùn)、共享的一體化。旨在開展校企合作資源開發(fā)、輔助學(xué)校創(chuàng)新教學(xué)實訓(xùn)模式，打造學(xué)生技能競賽、實習(xí)實踐平臺，促進學(xué)校教研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，開創(chuàng)地區(qū)以至全國標(biāo)桿實訓(xùn)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(xùn)中心和沉浸式教學(xué)實驗中心為載體，搭建“實訓(xùn)教學(xué)虛擬仿真”，“認識實習(xí)、崗位實習(xí)虛擬仿真”和“技能大賽虛擬仿真”三大功能相互融合的教、學(xué)、做一體化教學(xué)平臺，與工作現(xiàn)場密切結(jié)合，可構(gòu)建系統(tǒng)性、科學(xué)性的實踐教學(xué)體系，主要內(nèi)容包含三維礦井建模、綜采工作面設(shè)備布置、掘進工作面設(shè)備布置、聯(lián)采工作面設(shè)備布置、礦山救援想定編輯、通風(fēng)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(zāi)風(fēng)險評價、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置、安全防護裝備的選用等模塊。

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

三、在應(yīng)急管理專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的作用

1.虛擬仿真技術(shù)改變傳統(tǒng)實訓(xùn)方法

虛擬仿真技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)，簡稱VR,運用VR技術(shù)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，虛擬環(huán)境在更大程度增加了實訓(xùn)時間和實訓(xùn)項目，創(chuàng)設(shè)了更加真實、高效的實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，學(xué)生可以通過VR設(shè)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(yīng)用，與傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)相比，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以還原真實的工作場景，使每一個學(xué)生都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，在自己允許的時間利用平臺隨意地選擇需要的學(xué)習(xí)訓(xùn)練項目，根據(jù)滿足于個人的方式和進度進行學(xué)習(xí)。這種個性化性的教學(xué)、訓(xùn)練有利于調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新性思維，使學(xué)生在具體任務(wù)中通過主動地探索獲取知識，增加學(xué)習(xí)體驗，提高學(xué)習(xí)效率，從而增強學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力。減少了實際實訓(xùn)的消耗及實訓(xùn)環(huán)節(jié)中的風(fēng)險，使學(xué)生在實踐中掌握職業(yè)技能，提高學(xué)習(xí)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(xué)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(shù)開發(fā)適合本專業(yè)崗位需求的教學(xué)做一體化教學(xué)平臺，根據(jù)平臺及工作崗位重構(gòu)課程體系，使學(xué)生所學(xué)課程均在以后的工作崗位中有廣泛的應(yīng)用，避免學(xué)生在學(xué)校期間學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容和工作崗位需求嚴重脫節(jié)，避免出現(xiàn)學(xué)生所學(xué)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(yīng)急救援技術(shù)賽項內(nèi)容融入教學(xué)做一體化平臺中，使學(xué)生利用此平臺可以學(xué)習(xí)賽項內(nèi)容、進行賽項訓(xùn)練、對自己訓(xùn)練的情況進行評價自測，準(zhǔn)確把握自己訓(xùn)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(xué)做一體化平臺中，使學(xué)生為考取注冊安全工程師、安全評價師、消防工程師提早準(zhǔn)備，提高取證率。因此，利用基于虛擬仿真的教學(xué)做一體化教學(xué)平臺在教學(xué)及實訓(xùn)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(yīng)急管理專業(yè)課堂教學(xué)改革及技能大賽練習(xí)真實化，縮小與真實工作環(huán)境的差距，將生產(chǎn)事故應(yīng)急管理、搶險救援指揮技術(shù)、滅火技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)等課程關(guān)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(wù)化改革，實現(xiàn)“教中學(xué)、學(xué)中做，做中練”的學(xué)生培養(yǎng)方式和“理實一體化”教學(xué)方式，提高應(yīng)急管理職業(yè)本科專業(yè)教學(xué)水平及技能水平。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)豐富課程教學(xué)方法

利用虛擬仿真技術(shù)可豐富課程教學(xué)方法，將危險性大、不容易實現(xiàn)的實訓(xùn)項目增加到課程教學(xué)中進行。因為基于虛擬仿真技術(shù)的“教學(xué)做”一體化平臺無任何危險性，學(xué)生可以安全地練習(xí)，直至掌握操作技能為止。利用VR技術(shù)還能恰到好處地模擬一些復(fù)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(shù)中學(xué)生可以很好地參與到課程中去，改變傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽的模式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，另外，學(xué)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(shù)提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果

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

5.虛擬仿真技術(shù)降低專業(yè)建設(shè)成本

為了響應(yīng)國家發(fā)展職業(yè)教育的號召，職業(yè)本科應(yīng)運而生，職業(yè)本科是職業(yè)教育的高級階段，怎么建設(shè)好職業(yè)本科專業(yè)是關(guān)系到職業(yè)教育是否能培養(yǎng)強技能、高素質(zhì)人才的關(guān)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(shè)中應(yīng)急管理職業(yè)本科專業(yè)相比安全工程技術(shù)職業(yè)本科專業(yè)建設(shè)的難度更大，因為應(yīng)急管理專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)應(yīng)急救援技術(shù)也是近五年才出現(xiàn)的新專業(yè)，專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)薄弱，而安全工程技術(shù)職業(yè)本科專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)為安全技術(shù)與管理，在我校已有19年的專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)，不論從師資力量上還是實驗實訓(xùn)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(xué)生需要掌握的知識，技能，再考慮為了使學(xué)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(xué)習(xí)不能使學(xué)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(xùn)教學(xué)的比例，而實訓(xùn)室建設(shè)、設(shè)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(xùn)條件不足的現(xiàn)狀，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用正好可以解決此問題。通過虛擬仿真技術(shù)可以把設(shè)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(xùn)進行模擬，使學(xué)生了解主要的實訓(xùn)方法，縮小學(xué)校與實際工作環(huán)境的差距，提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

6.VR技術(shù)可以提高技能大賽的訓(xùn)練效果及實習(xí)實訓(xùn)效果

因生產(chǎn)事故應(yīng)急救援技術(shù)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(xué)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(xùn)練及比賽中容易出現(xiàn)學(xué)生體力不支，訓(xùn)練及比賽不能堅持下去，訓(xùn)練及比賽效果不好，成績不理想的情況，影響學(xué)生參加技能大賽的積極性，影響學(xué)生專業(yè)技能的提升，也影響職業(yè)本科專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)及職業(yè)本科專業(yè)建設(shè)的發(fā)展。另外，本校應(yīng)急救援技術(shù)及應(yīng)急管理專業(yè)屬于新申請的專業(yè)，校內(nèi)實訓(xùn)條件不足，專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)核心課程中所需的實訓(xùn)任務(wù)無法完成，影響學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量，利用虛擬仿真技術(shù)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(fēng)速傳感器、粉塵濃度傳感器、風(fēng)門開關(guān)傳感器、風(fēng)筒風(fēng)量傳感器、煙霧傳感器、饋電狀態(tài)傳感器的設(shè)置，采煤機、掘進機的設(shè)置等操作，使無仿真礦井及其他設(shè)備的院校也能進行生產(chǎn)事故應(yīng)急救援技術(shù)賽項的訓(xùn)練，也可以作為救援技術(shù)及應(yīng)急管理專業(yè)的學(xué)生實習(xí)，實訓(xùn)使用，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果，提高教師教學(xué)效果，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，夯實職業(yè)本科專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)。

四、虛擬仿真技術(shù)在應(yīng)急管理職業(yè)本科教學(xué)中的具體應(yīng)用

1.模擬危險有害因素

利用虛擬仿真技術(shù)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(xué)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)槭鹿省Ｒ部梢酝ㄟ^虛擬仿真技術(shù)測試學(xué)生掌握危險有害因素的程度，解決學(xué)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(shù)對各類事故現(xiàn)場進行模擬，使學(xué)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(dǎo)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(chǔ)。

3.模擬應(yīng)急救援

利用虛擬仿真技術(shù)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(xué)生在實訓(xùn)中不能親臨事故現(xiàn)場進行救援的缺陷，使學(xué)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(xué)生進行培養(yǎng)，使學(xué)生畢業(yè)后能在最短的時間內(nèi)適應(yīng)工作崗位的需求，更好地投入到工作中去。應(yīng)急管理職業(yè)本科專業(yè)研究的對象是各類事故的預(yù)防及處理，而學(xué)生畢業(yè)前進入企業(yè)實習(xí)的風(fēng)險大，企業(yè)接收的難度大，造成應(yīng)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(shù)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(xué)生能理論結(jié)合實際，使學(xué)習(xí)到的理論知識能更好地應(yīng)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://k2057.cn/w/kj/30978.html