基于VR的地铁消防管理课程实践教学研究.pdf

西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期基于 VR 的地铁消防管理课程实践教学研究李景山（铁道警察学院治安学系，河南 郑州，450053）虚拟仿真（Virtual Reality）又称模拟技术，是利用计算机软硬件组建的一个系统平台，它模仿真实系统，并根据现实中的理论与实际情况在虚拟环境中运行1。利用 VR 进行实践教学是一种新的教学方法和手段2-3，不仅能提高学生的主观能动性，还能弥补实践教学中的缺陷，优势明显。近三年来，教育部发布多项建设虚拟仿真实验教学项目的通知，要求深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，提高高等教育实验教学质量和实践育人水平4，这为我们研究应用 VR 进行实践教学指明了方向。在公安院校地铁消防管理课程中应用虚拟仿真进行实践教学，可以增进理论与一线实际的联系，提高学生对业务知识的掌握和运用熟练程度，为其毕业后更好地开展工作打下一定的基础，同时可拓展思路，给公安教学改革提供动力5。一、地铁消防管理课程实践教学现状地铁消防管理课程是铁道警察学院（以下简称“我校”）治安学专业城轨安全与执法方向开设的一门专业课，该门课教学方法虽然一直在改进，但目前仍未脱离以课堂讲解为主、以实践教学为辅的模式。教师根据人才培养方案和教学大纲要求，精心制作图文并茂的课件，但学生在学习过程中表现出缺乏积极性、主动性的问题6。教师在课堂上的描述无法让学生体验真实的场景，如地铁车站站厅层发生纵火、爆炸等暴恐袭击时，民警如何扑救初期火灾、引导乘客紧急疏散、控制嫌疑人；列车车厢内发生火灾时，乘客如何判断火势情况并自主逃离；综合换乘枢纽处发生爆炸后，如何根据火势发展趋势控制火势蔓延等。课堂理论教学之后要有切实可行的实践设计，将现场从书本搬到现实，但现实情况是，可供学生实际操作的实践内容与理论衔接存在差距。我校虽建有模拟地铁站，相比一般院校，已较早开展地铁消防实操，可以进行比较逼真的乘客紧急疏散演练，但涉及纵火、烟气蔓延等恐怖场景无法真正呈现，因为这些情况对设备器材会造成很大的破坏性，既不节能环保，也不易反复操作。对此，VR 可以较好地弥补传统教学这一缺陷7-8，即 VR 可以利用自身优势将地铁车站、列车发生纵火或爆炸等突发状况和结果真实地呈现在体验者面前，这样学生可以直观地了解火灾发生、蔓延过程，较好地参与扑救、引导疏散、在线考核等环节，如此，便以虚实结合的方式深化了学生对地铁消防知识的理解，并使其熟练掌握将来的业务工作。二、在地铁消防管理课程实践教学中应用的优势VR 通过构建高度仿真的虚拟环境，将抽象概念转换为生动逼真的动画演示，提供可交互的集成策略9，可丰富课堂形式，让学生沉浸其中，激发学生的自主性和实践性，使其主动解开地铁消防课程实践环节设置的难题，从而提高综合素质。通过引导学生切实参与实践教学，提升教学效果，有助于真正达到以学生为中心的实践教学目的。（一）契合心理，提升兴趣我校地铁消防管理课程在第五学期开设，此时学生年龄为 20 岁左右，实际动手兴趣浓厚，而 VR 的交互和逼真特点恰能契合此年龄段学生的心理，给学生提供自主分析研判和操作的渠道，有助于培养学生空间思维和解决问题的能力，实现启发式、探究式学习。如教师可将地铁消防业务知识设置为类似游戏闯关的模式，使学生能够在操作中发现、解决问题，加深对DOI：10.16681/ki.wcqe.202317004作者简介：李景山（1982），男，副教授。研究方向：消防安全理论与技术。注：本文系铁道警察学院 2021 年度教改项目（编号：JY2021027）；铁道警察学院一流课程建设项目（编号：YLKC2116）；国家新文科研究与改革实践项目（编号：2021140089）；2021 年度河南省高等教育教学改革研究与实践项目（编号：2021SJGLX283）。摘要：文章首先阐述了地铁消防管理课程实践教学现状，然后分析了 VR 在地铁消防管理课程实践教学中应用的优势，接着提出了基于 VR 的地铁消防管理课程实践教学策略，最后说明了基于 VR 的地铁消防管理课程实践教学成效。关键词：实践教学；地铁消防管理课程；VR中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：2095-6401(2023)17-0013-04西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期知识的记忆，这样不仅增强了学习趣味性，也能满足学生的个性化学习需求。（二）提高效率，减少隐患VR 在实践教学中的应用无须提前准备，学生可以随时开始，实践效率高。借助 VR 对地铁消防实际环境进行优化，学生可以迅速掌握操作流程，且在体验过程中通过选择不同路径可得到不同的结果。此外，学生可通过师生共同讨论确认答案的合理性，解决传统公安业务实践教学做不到、做不了的问题。部分实践环节如果采取真实操作会带来较大的环境危害和身体潜在危险，如真实火场的污染和损毁、有毒有害烟气的吸入等，而 VR 较好地避免了这一隐患，既能将学生带入沉浸式环境，又保障了设备与人员的完好和健康，起到了以虚补实的作用。（三）反复使用，降低损耗真实的地铁消防实践类课程需要有器材、场地的准备，耗材的购置，演练环节的强调说明和过程保护，如汽油、发烟器、灭火器、水枪水带的购买等，影响因素和涉及隐患众多，教师劳神费心，学校费钱耗材。而VR 可以通过数据手套、头盔显示器等设备使学生较好地沉浸在场景之中，有效弥补器材、场地的不足和解决污染隐患等，且可随时随地进行，反复演练。教师通过贴近实战、模拟实战、还原实战，将公安业务技能和理论知识紧密衔接，注重学习实效，有助于切实完成教、学、练、战一体化目标，从而培养具有扎实理论基础知识和较高实践能力的专业人才。三、基于的地铁消防管理课程实践教学策略（一）虚拟仿真实践教学脚本策划虚拟仿真实践教学需要具备人机互动、数据库、环境仿真等信息技术特征，通过多维成像将真实案例、场景、数据等教学资源虚拟还原，使实践教学活动具有情景性、客观还原性和实践性10。地铁消防管理课程虚拟仿真实践教学系统以三维仿真的某地铁车站为背景，利用虚拟仿真技术模拟地铁车站中各消防设施、器材和其他消防相关设备与区域的设置情况。用户通过策划的场景展示在虚拟世界中体验，并将所学知识通过测试反馈给外部世界。数据考核结果可帮助师生对学习行为作出判断并对系统进行下一步优化。整个系统包含视图层、模型层和数据资源层三个部分，在视图层的主界面编辑脚本和属性；在数据资源层通过文字、图形等构建模型数据；模型层为用户登录界面，包含设施器材认知、角色模拟及综合测试考评模块。其系统模型和逻辑架构如图 1 和图 2 所示。图 1 地铁消防管理课程虚拟仿真系统模型图 2 地铁消防管理课程虚拟仿真系统逻辑架构（二）虚拟仿真实践教学过程地铁消防管理课程虚拟仿真实践教学系统主要由设施器材认知、角色模拟、综合测试考评三个仿真模块组成，其中第一个模块对应学生课前预习，第二和第三个模块对应学生课中练习与考试。1.常见设施器材认知（课前）。在学生未接触实际教学内容前，教师要通过设施器材认知模块引导学生进行常见的设施器材认知，包括外观展示、结构分解、灭火原理、适用范围、设置部位、操作方法、注意事项等，模块含有文字、图片、演示多种学习方式，包含的理论内容全面而广泛，学生既可以全部学习，也可以跳过部分熟悉的知识点，学习陌生的项目。学生可以在此模块了解地铁消防设备、器材、设施等相关知识，掌握使用方法。此模块主要服务于课堂教学理论知识的复习与巩固，旨在为后续模块打好基础，为不熟悉此方面知识的学生提供再次温习的途径。通过此模块，学生在课程开始前已经形成对地铁消防管理知识和技能的初步认识，为课中实训学习打下了扎实基础。此模块部分内容如图 3 所示。西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期（a）（b）（c）图 3 设施器材认知模块部分示例2.分角色模拟（课中）。学生通过课前模块已经初步了解了地铁消防管理知识和技能，基于此，教师可通过角色模拟继续开展教学活动。在模拟学习过程中，教师可以让学生单独选取四处部位（站厅、站台、车厢、换乘）中的某一处，并在设定该处发生不明原因火灾后，让其选择四种角色（乘客、民警、工作人员、消防设施操作人员）中的任一种，采取不同的操作或求生措施。教师也可以将学生分组，要求其扮演乘客、民警等不同角色，让多名学生在虚拟场景中协同作战，共同完成报警、扑救初期火灾、引导疏散、操作消防系统等组合任务，并处理各种应急情况，进而提升解决问题的能力。学生利用所学知识和技能迅速反应并做出正确处理措施，可有效提高应对突发事件的灵活性和应变能力，同时获得协同作战、团队合作的经验。学生通过模拟体验可熟悉在地铁不同部位时的疏散路径，掌握在扑救不同类型的初期火灾时应如何正确选取灭火器材及疏散方式，如电气火灾不能选用水基型灭火器或消火栓，车厢内火灾应向站台一侧疏散等。此模块可以加深学生对消防知识的理解，让他们提前熟悉以后的业务知识。学生进行该模块的学习后即可进行下一模块的综合测试。此模块部分内容如图 4 所示。（a）（b）（c）图 4 角色模拟模块部分示例3.综合测试考评（课中）。课程模拟结束后，教师对学生进行最终实践考核，测试学生对地铁消防管理知识和实践技能的掌握程度。学生可以任选场景，如在地铁车站（包含站台层、站厅层、列车车厢内、换乘处）发生纵火、爆炸等恐怖袭击，或个人极端事件造成的火灾，或车站、列车由于电气线路、使用明火、乱扔烟头等造成的火灾，然后进行测试考评。考评内容主要包括拨打报警电话，择机选择合适的灭火器材扑救初期火灾，选择合适的自救方式，正确引导乘客疏散逃起火点选择站厅层车厢内站台层西部素质教育2023 年 9 月第 9 卷第 17 期生，正确操作应急广播、报警装置、防排烟风机、喷淋系统等消防设施，以及完成随机的 10 道消防常识题（来源于预先添加在系统中的 1 000 道常识题）。上述所有内容的考核均配有倒计时，并且学生在进行各项操作时全程有体力值、生命值显示，这是随时变化的，如体力和生命值随时间延长而下降较快，相应的，在火场环境下行进速度也会逐渐减缓，而且可以听到脚步与喘息声。时间、体力、生命任一指标不符合系统要求都会导致考核失败，测评后可即时反馈出实践报告，教师可根据得分进行等级划分，列出学生在场景操作中与数据库比对后的偏差要素，并给出建议。对于学生有异议的项目，教师要当场进行师生研讨评价。此外，教师可通过系统提供的数据分析功能对学生成绩进行分析，检验学生学习成果；学生在综合测试考评完成后，要对照实践报告查找自己在考核过程中分数较低的环节，逐一思考正确答案，并与报告中的建议进行对比，加深对知识点的掌握。此模块部分内容如图 5 所示。（a）（b）（c）图 5 综合测试考评模块部分示例四、基于的地铁消防管理课程实践教学成效首先，虚拟仿真实践教学系统采用能够反复使用、无污染、无损耗的先进技术，解决了以往实践教学中普遍存在的器材场地不足、污染严重、易引发较大危害等问题。教学过程涉及多个环节，教师使用多种不同的方法在整个教学过程中加以引导，通过模拟真实场景，让学生主动学习，契合了当代大学生心理，教学效果突出。其次，虚拟仿真实践教学系统以基础理论（设施器材认知）、实践操作（角色模拟）、综合考核（测试考评）三个模块为主体，以四处部位、四种角色、四项任务为核心，牢牢把握“以学生为中心，以课程为载体”的理念，提高了学生的学习兴趣，提升了学生的消防技能，有效培养了学生的应用能力和创造能力。最后，将虚拟仿真融入实践教学，适应了轨道警务人才培养要求，为学生毕业后实际从事轨道消防工作、运用警务技能解决消防问题打下扎实基础，为铁路、轨道等消防课程实践教学改革提供了创新动力，有很好的应用前景。五、结语在公安院校实践性强的课程如地铁消防管理课程中，将教学与模拟技术深度融合，可以强化公安一线工作与理论的联系，较好地提高学生对公安原理和业务的熟悉程度，为其毕业后从事相关工作和拓展思路打下扎实的基础。参考文献：1 胡晓辉,万嵩.计算机虚拟仿真技术在高教中的应用研究J.高教学刊,2015(24):81-82.2 刘青康,王庆礼,杨辉,等.基于 VR 技术的先进制造技术课程创新教学方法J.高教学刊,2022,8(32):39-42.3 李澜,王吉.高等学校虚拟仿真实验教学现状及趋势研究J.中国教育技术装备,2022(19):18-21,25.4 张媛媛.虚拟仿真技术在消防专业教学与技能鉴定中的应用J.消防技术与产品信息,2016(8):109-110.5 毛正业.智慧教育视域下的公安虚拟仿真教学探索J.公安教育,2021(2):69-71.6 李莉,王刘兵.基于虚拟现实的建筑火灾实践教学研究J.课程教育研究,2017(38):247-248.7 靳燕.基于 OBE 理念的虚拟仿真教学创新探究:以“网络攻防技术实训”课程为例J.西部素质教育,2022,8(21):154-157.8 阮莹.沉浸式虚拟现实交互技术在艺术设计专业教学中的应用J.西部素质教育,2023,9(4):115-118.9 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