基于虚拟仿真的教学做合一的教学平台在职业本科专业建设中的应用

一、虚拟仿真应用背景

我国教育事业发展的总体目标是实现教育现代化，而教育现代化的显著特点是实现教育信息化。当前，以虚拟仿真技术等为代表的新一代信息技术教学方式的出现，推动了我国的教育信息化建设的发展。

虚拟仿真技术是以包括人工智能技术在内的多种高新技术为支撑的集成创新技术，是以仿真的方式创设一个实时反映实体对象变化和相互作用的三维虚拟世界，可对“人、机、环境”进行虚拟化描述，突破现实、时间、空间、资金等方面的约束，构建起复杂、动态的智能仿真系统，可看作“人工智能的可视化”。

虚拟仿真技术在教学中的应用是我国信息化教学政策的主要内容，是对无法操作真正实训的一种补救型教学方式，是利用实践方式提升学生培养效果的重要路径，当前应用领域非常广泛，特别是在危险性大的行业、学校教育及机构培训之中。比如陈铭的虚拟仿真在化工试验教学中的应用研究——评《大学化学化工类专业教育教学实践研究》。

分析事故发生的原因，由于人的不安全行为导致的事故占70%-90%以上，具体表现为工人安全意识薄弱，不安全行为方式是导致事故的共同原因，因此，预防事故重点在于挖掘生产过程中的不良行为习惯，鉴于学生在高危行业实习难度大，存在企业不愿意接受的现状，对学生的实习效果造成很大的影响，而学校虚拟仿真技术对作业场所进行模拟，从形式上构建“虚实交融”的教学、实训、实习环境。

而教学做一体化教学平台的建设在很多学科，很多课程中被应用，迟宗正，赖晓晨， 侯刚，刘斌，任志磊，李豪杰，惠煌的开发的多媒体多角色通用一体化教学辅助 SPOC 平台激发了学生学习兴趣，规范了学生学习秩序，提高了学生参与度，提高了教学质量。

二、在应急管理专业教学中应用虚拟仿真技术的必要性

职业教育以实践为核心，理论为基础，在传统教育中，学生往往只能通过理论课程来学习专业知识，不能体现职业教育的核心目标和宗旨，而且在理论知识的学习中学生很容易出现枯燥乏味，对学习不能产生浓厚兴趣的情况，影响学生学习的效果，影响人才培养质量，影响职业教育的发展，因此，要探索增强学生学习兴趣、提高教师教学质量、增加实训实习环节，提高人才培训的质量的途径，满足学院应急管理职业本科专业教学需求，应用虚拟仿真技术、人工智能技术构建生产环境、事故现场场景、救援现场进行平台的整体规划及设计。将一些实训项目以游戏的方式呈现，采用情景转换等手段搭建一个自然逼真的实操环境，使学生加深对职业技能的理解和掌握，提高学习效果，有效解决本专业学生去企业实习实训风险大，企业不愿接受、校内实训实习条件不足的现状，更能使学生的学习兴趣高涨，对知识点的理解更加透彻，深入，提高教学效果。

利用虚拟仿真技术开发专业核心课课程资源，实现展示、体验、教学、实训、共享的一体化。旨在开展校企合作资源开发、辅助学校创新教学实训模式，打造学生技能竞赛、实习实践平台，促进学校教研成果的转化应用，开创地区以至全国标杆实训基地，为地区发展培养高质量技能型人才。

以虚拟现实实训中心和沉浸式教学实验中心为载体，搭建“实训教学虚拟仿真”，“认识实习、岗位实习虚拟仿真”和“技能大赛虚拟仿真”三大功能相互融合的教、学、做一体化教学平台，与工作现场密切结合，可构建系统性、科学性的实践教学体系，主要内容包含三维矿井建模、综采工作面设备布置、掘进工作面设备布置、联采工作面设备布置、矿山救援想定编辑、通风系统、排水系统、安全避险、自救互救、危险有害因素辨识、火灾风险评价、安全监测监控系统设置、安全防护装备的选用等模块。

利用虚拟仿真技术构建教、学、做一体化教学平台，创设事故及灾害现场情境，实现教师授课、学生听课，学生利用教学平台进行实训、操作，对所学内容进行复习巩固，并对学生的操作情况进行评价，解决应急管理职业本科专业的实习实训难题，增强学生学习的兴趣、提高其学习的积极性、主动性，强化学生的动手能力，凸显职业本科的特色，使学生在工作岗位上有超越普通本科学生的优势，为职业本科专业的建设奠定基础。

三、在应急管理专业教学中应用虚拟仿真技术的作用

1.虚拟仿真技术改变传统实训方法

虚拟仿真技术又称虚拟现实技术，简称VR,运用VR技术，打破了传统教学模式的局限，虚拟环境在更大程度增加了实训时间和实训项目，创设了更加真实、高效的实训教学环境，学生可以通过VR设备进行模拟实践操作，从而更加深刻地了解职业技能的应用，与传统的实训教学相比，VR虚拟现实技术可以还原真实的工作场景，使每一个学生都可以根据自己的学习情况，在自己允许的时间利用平台随意地选择需要的学习训练项目，根据满足于个人的方式和进度进行学习。这种个性化性的教学、训练有利于调动学生的创新性思维，使学生在具体任务中通过主动地探索获取知识，增加学习体验，提高学习效率，从而增强学习者的学习能力。减少了实际实训的消耗及实训环节中的风险，使学生在实践中掌握职业技能，提高学习效果。

2.更好地实现岗课赛证融通

通过岗位调研了解本专业学生毕业后从事的工作岗位，针对工作岗位利用虚拟仿真技术开发适合本专业岗位需求的教学做一体化教学平台，根据平台及工作岗位重构课程体系，使学生所学课程均在以后的工作岗位中有广泛的应用，避免学生在学校期间学习的课程内容和工作岗位需求严重脱节，避免出现学生所学内容在实际工作岗位用不到的情况。另外，将生产事故应急救援技术赛项内容融入教学做一体化平台中，使学生利用此平台可以学习赛项内容、进行赛项训练、对自己训练的情况进行评价自测，准确把握自己训练程度，根据不同程度进行及时改进不足，争取在技能大赛中取得优异成绩。另外，将注册安全工程师、安全评价师、消防工程师所需的知识纳入教学做一体化平台中，使学生为考取注册安全工程师、安全评价师、消防工程师提早准备，提高取证率。因此，利用基于虚拟仿真的教学做一体化教学平台在教学及实训中可以实现岗课赛证的高度融合统一，促进职业本科教育中应急管理专业课堂教学改革及技能大赛练习真实化，缩小与真实工作环境的差距，将生产事故应急管理、抢险救援指挥技术、灭火技术与战术等课程关键内容引入赛项之中，实现本专业主要课程内容项目化、任务化改革，实现“教中学、学中做，做中练”的学生培养方式和“理实一体化”教学方式，提高应急管理职业本科专业教学水平及技能水平。

3.虚拟现实技术丰富课程教学方法

利用虚拟仿真技术可丰富课程教学方法，将危险性大、不容易实现的实训项目增加到课程教学中进行。因为基于虚拟仿真技术的“教学做”一体化平台无任何危险性，学生可以安全地练习，直至掌握操作技能为止。利用VR技术还能恰到好处地模拟一些复杂的、抽象的、很难直观观察的自然现象和救援过程，可全方位、多视角地呈现课程内容。另外，在虚拟仿真技术中学生可以很好地参与到课程中去，改变传统的教师讲、学生听的模式，调动学生学习的积极主动性，另外，学生也可利用此平台模拟生产企业的安全管理、查找生产过程中出现的危险有害因素，并拟定处理措施，平台对处理结果进行评价。

4.虚拟仿真技术提升学生学习效果

目前我校应急管理职业本科专业的实训条件有限，其中的主要岗位需求之一的救援技术涉及的实训设备微乎其微，使得教学主要以理论为主，学生在学习中感到枯燥乏味，学习兴趣不浓厚，学习积极性不高，对职业本科学生的培养质量造成了较大的阻碍，VR技术弥补了我校应急管理职业本科专业实训条件不足对学生培养的瓶颈，通过虚拟仿真技术的应用改善了应急管理职业本科专业的实训条件，激发了学生学习兴趣、提升了教师教学效果，可以促进应急管理职业本科专业学生的培养质量。

5.虚拟仿真技术降低专业建设成本

为了响应国家发展职业教育的号召，职业本科应运而生，职业本科是职业教育的高级阶段，怎么建设好职业本科专业是关系到职业教育是否能培养强技能、高素质人才的关键，也是所有职业教育者需要重点考虑的问题，在职业本科专业的建设中应急管理职业本科专业相比安全工程技术职业本科专业建设的难度更大，因为应急管理专业的基础专业应急救援技术也是近五年才出现的新专业，专业建设基础薄弱，而安全工程技术职业本科专业的基础专业为安全技术与管理，在我校已有19年的专业建设基础，不论从师资力量上还是实验实训条件上都有很好的资源储备。而为了体现职业本科专业的特点及优势就要深入调研了解本专业的岗位需求，从岗位需求确定学生需要掌握的知识，技能，再考虑为了使学生掌握需要的知识和技能，怎么实现？而仅仅依靠理论知识的学习不能使学生掌握所需的技能，不能体现职业本科专业的特点，必须尽可能加大实训教学的比例，而实训室建设、设备的采购需要大量的资金，教育成本太高，申报不容易成功获批，因此，要寻找一种既能节约教育成本又能弥补实训条件不足的现状，虚拟仿真技术的应用正好可以解决此问题。通过虚拟仿真技术可以把设备的操作，危险有害因素的辨识，评价，事故发生后的救援操作等实训进行模拟，使学生了解主要的实训方法，缩小学校与实际工作环境的差距，提高学生的培养质量。

6.VR技术可以提高技能大赛的训练效果及实习实训效果

因生产事故应急救援技术赛项涉及内容多，比赛所需时间长，全程需要七个小时才能完成，对学生的体力、耐力及专业知识和技能的检测是个极大的挑战，在训练及比赛中容易出现学生体力不支，训练及比赛不能坚持下去，训练及比赛效果不好，成绩不理想的情况，影响学生参加技能大赛的积极性，影响学生专业技能的提升，也影响职业本科专业学生的培养及职业本科专业建设的发展。另外，本校应急救援技术及应急管理专业属于新申请的专业，校内实训条件不足，专业基础课程及专业核心课程中所需的实训任务无法完成，影响学生课程学习效果和学习质量，利用虚拟仿真技术可以模拟仿真矿井环境、仿真矿井中的危险有害因素，仿真矿井中甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、风速传感器、粉尘浓度传感器、风门开关传感器、风筒风量传感器、烟雾传感器、馈电状态传感器的设置，采煤机、掘进机的设置等操作，使无仿真矿井及其他设备的院校也能进行生产事故应急救援技术赛项的训练，也可以作为救援技术及应急管理专业的学生实习，实训使用，提高学生课程学习效果，提高教师教学效果，提高人才培养质量，夯实职业本科专业建设基础。

四、虚拟仿真技术在应急管理职业本科教学中的具体应用

1.模拟危险有害因素

利用虚拟仿真技术对生产过程中的危险有害因素进行模拟再现，包括煤矿井下、化工厂、加油站及其他行业的危险有害因素，使学生能分辨在各种工艺及各行业中可能存在的危险有害因素，了解危险有害因素演变为事故的条件，会对危险有害因素进行分析、评价、控制，防止危险有害因素演变为事故。也可以通过虚拟仿真技术测试学生掌握危险有害因素的程度，解决学生在校期间缺乏对生产现场的了解，对危险有害因素不能很好把握和辨识的困难。

2.模拟事故现场

利用虚拟仿真技术对各类事故现场进行模拟，使学生了解各类事故发生前、发生中及发生后的情形，事故发生后造成二次伤害的可能性大小，事故发生后导致的新的危险有害因素，通过事故现场情况对发生的事故情况进行判断，为后面的救援奠定一定的基础。

3.模拟应急救援

利用虚拟仿真技术对各类事故发生后的救援工作进行模拟，模拟救援人员的个人防护装备的选择、防护装备的穿戴是否正确、人员的搜索、侦查检测、破拆、洗消、堵漏方法是否正确，针对不同的污染物，洗消剂的选择是否正确，克服学生在实训中不能亲临事故现场进行救援的缺陷，使学生对救援工作的流程及方法有清楚地认识。

五、小结

职业本科和普通本科最大的差异是根据岗位需求制定人才培养方案对学生进行培养，使学生毕业后能在最短的时间内适应工作岗位的需求，更好地投入到工作中去。应急管理职业本科专业研究的对象是各类事故的预防及处理，而学生毕业前进入企业实习的风险大，企业接收的难度大，造成应急管理职业本科专业和企业的生产实际相结合的需求得不到满足，因此，通过虚拟仿真技术再现事故现场、再现事故现场的危险有害因素，再现事故现场的救援工作的各个流程及步骤，使学生能理论结合实际，使学习到的理论知识能更好地应用到以后的工作中，体现职业本科的特点和优势。