高仲亮 唐瑞 龍騰騰 李智 崔飛 王秋華

摘? 要 隨著社會的不斷發(fā)展，VR技術(shù)的需求正在攀升，成為社會上被廣泛認(rèn)可的現(xiàn)代教育技術(shù)，可以提供安全、便捷的技術(shù)手段。通過闡述VR技術(shù)和虛擬教學(xué)的優(yōu)勢，并剖析現(xiàn)階段消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程存在的問題，提出VR技術(shù)應(yīng)用于消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程實踐教學(xué)的優(yōu)勢，以期VR技術(shù)在高校教學(xué)中得到普遍應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實技術(shù);消防工程專業(yè);消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備;實踐教學(xué);虛擬教學(xué)

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）02-0043-03

0 前言

消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備是消防工程專業(yè)的重要課程，傳統(tǒng)的紙質(zhì)教學(xué)、多媒體教學(xué)以及實踐教學(xué)很難達(dá)到良好的教學(xué)效果，特別是實踐教學(xué)需要面對的安全、時間、經(jīng)濟(jì)及參與度等方面的問題，給課程教學(xué)和實踐帶來巨大難題，學(xué)生被動接受、積極性不高，學(xué)習(xí)知識存在抽象、片面、零散的問題，在實際運用中操作不規(guī)范、不熟練甚至不會，存在極大安全隱患。因此，該課程的教學(xué)改革迫在眉睫，需要一種全新的教學(xué)方式來提高教學(xué)的安全性、時間經(jīng)濟(jì)合理性以及學(xué)生的參與度。

目前，VR技術(shù)在國外消防安全教育領(lǐng)域的應(yīng)用取得顯著成效。例如：漢思沃斯消防局和安全教育中心研發(fā)的消防安全仿真模擬系統(tǒng)可使學(xué)習(xí)者在逼真的火場中開展訓(xùn)練[1];Colt Virtual Reality系統(tǒng)在普通人員的疏散訓(xùn)練、消防人員的滅火救援訓(xùn)練方面取得良好效果[2];美國Alabama

大學(xué)研究人員設(shè)計的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)使參訓(xùn)人員在反應(yīng)速度以及設(shè)備操作上遠(yuǎn)優(yōu)于未參加者[3]。我國在20世紀(jì)末開始將VR技術(shù)應(yīng)用于消防訓(xùn)練，也取得很好的效果。例如：后勤工程學(xué)院開發(fā)的消防戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和坦克撲火經(jīng)驗系統(tǒng)實現(xiàn)了訓(xùn)練的交互性、及時性和實時可視化[3];北京工業(yè)大學(xué)基于3D實時渲染技術(shù)的虛擬火災(zāi)訓(xùn)練系統(tǒng)取得良好的實際應(yīng)用效果[4];吉林省長春大學(xué)協(xié)同企業(yè)開發(fā)了校園安全演習(xí)教學(xué)和評估系統(tǒng)，提高學(xué)生和教職員工的自我安全意識[5]。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教學(xué)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)? 虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)是虛擬與現(xiàn)實融合的全新實用技術(shù)，是融合電子計算機(jī)、影像、多媒體系統(tǒng)、模擬仿真及其他電子信息技術(shù)產(chǎn)生的一種建立和感受虛幻世界的現(xiàn)代電子技術(shù)系統(tǒng)軟件。時下VR技術(shù)在游戲娛樂、影視制作、醫(yī)藥學(xué)、國防、文化教育等領(lǐng)域均有涉及，尤其為教育培訓(xùn)行業(yè)引入新的活力。VR技術(shù)具備強(qiáng)大的模擬仿真能力，能夠使客戶體驗到與真實世界難分真?zhèn)蔚沫h(huán)境，具備一切人們所有的感知，令人有一種親臨其境的感覺。VR技術(shù)的存有性、多感知性、易用性等特點使它受到眾人的鐘愛，其關(guān)鍵技術(shù)包含動態(tài)性自然環(huán)境建模技術(shù)、即時三維圖形模擬技術(shù)、立體式顯示信息和感應(yīng)器技術(shù)、軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、信息系統(tǒng)集成技術(shù)，具備沉浸性（immersion）、交互性（interaction）、構(gòu)想性（imagination）的特點。

虛擬教學(xué)? 虛似教學(xué)是傳統(tǒng)教學(xué)方式融入新技術(shù)的發(fā)展趨勢，是人們進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)空間開展文化教育與主題活動、塑造當(dāng)代優(yōu)秀人才的一種新型教學(xué)方式。VR技術(shù)主要運用于日常教學(xué)、仿真操作以及圖書館建設(shè)等方面。

1）日常教學(xué)。目前高校教育已普及投影儀、影像設(shè)備等多媒體平面教學(xué)，但已難以激發(fā)學(xué)生的熱情、吸引學(xué)生的注意力。VR技術(shù)運用到教學(xué)中能改善上述不足，可將現(xiàn)實世界進(jìn)行模擬構(gòu)建并儲存于VR系統(tǒng)，讓學(xué)生使用VR裝備進(jìn)入虛擬世界去了解所學(xué)事物，在聽覺、視覺、觸覺等感官上得到最大限度的體驗。虛擬課堂可在教師指導(dǎo)下將枯燥乏味的理論知識與仿真世界緊密結(jié)合，讓學(xué)生理解消化理論知識并開展模擬實驗。這種教學(xué)方式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)和實踐教學(xué)的諸多不足，如紙質(zhì)和多媒體教學(xué)與實際不符，時間、空間、資源受限制等問題。虛擬教學(xué)可提高學(xué)生注意力、積極性，加深知識理解，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)與自我思考的能力，拓寬師生視野，提升教學(xué)效率。

2）仿真操作。傳統(tǒng)實驗和實踐教學(xué)都需要到特定場所開展，且須擁有指定裝備才可以實操，裝備數(shù)量短缺、裝備型號陳舊等問題導(dǎo)致學(xué)生積極性、參與度不高，實踐操作不足，無法達(dá)到高效的學(xué)習(xí)效率。將VR技術(shù)運用到實踐、實驗教學(xué)中，學(xué)生可在模擬環(huán)境下通過系統(tǒng)提示獨立完成操作，提升對知識的掌握、對裝備的了解和運用，實時輸出精準(zhǔn)的實驗結(jié)果。

3）虛擬圖書館建設(shè)。圖書館是高校重要的綜合學(xué)習(xí)場所，存有各式各樣、多種類型的豐富資料及圖書，但傳統(tǒng)圖書館在管理、保存、數(shù)量以及時效性等方面均存在不足。將VR技術(shù)應(yīng)用于大學(xué)圖書館，可以完全立體地呈現(xiàn)圖書館資源，降低管理難度的同時，任何資料都可以在同一時間多人使用，查找方便快捷，大幅度提高資源使用效率。學(xué)習(xí)裝備課程的學(xué)生也可更加充分地查閱相關(guān)圖書資源和各種消防與應(yīng)急救援新型裝備。

2 現(xiàn)階段消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程存在的問題

消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備是消防工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，該課程的最大特點在于實踐性強(qiáng)，要求學(xué)生掌握裝備理論知識的同時，更要掌握消防、救援裝備的現(xiàn)場使用。通過長期教學(xué)與實踐、學(xué)生溝通、考試成績分析以及教師課堂教學(xué)效果評估，發(fā)現(xiàn)該課程教學(xué)存在的主要問題包括：學(xué)生興趣度低，學(xué)習(xí)認(rèn)真程度不夠;課程內(nèi)容太多，課堂效果不理想;實踐學(xué)習(xí)受時間、資源限制多，只有少部分學(xué)生能夠參與，大部分學(xué)生只能觀看，無法親手操作;學(xué)生掌握的知識局限于客觀、片面的理解;等等。現(xiàn)階段，該課程以紙質(zhì)教學(xué)、多媒體教學(xué)、實踐教學(xué)等傳統(tǒng)教學(xué)方式為主，存在很多偏差和局限性。

紙質(zhì)教學(xué)? 紙質(zhì)教學(xué)是高校教育必不可少的環(huán)節(jié)。課本包含大量重要知識點，便于做筆記，但不便攜帶、容易損壞、知識含量有限且不可即時更新。這種教學(xué)方式枯燥乏味，難以吸引學(xué)生注意力，即使認(rèn)真聽講也只能學(xué)到簡單的理論知識，缺乏實際操作演練，難以掌握理解，達(dá)不到最終的教學(xué)目標(biāo)。

多媒體教學(xué)? 這是目前較為普遍的教學(xué)方式，優(yōu)化了紙質(zhì)教學(xué)，擇優(yōu)選取書本上的內(nèi)容，通過投影儀、電子白板、音響設(shè)備等媒介展現(xiàn)給學(xué)生。在消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程教學(xué)中，利用多媒體影像功能，將各種裝備的操作方式、注意事項以及實際運用中的各種問題等通過動畫向?qū)W生展示出來，加深學(xué)生對注意事項的理解。然而，雖然多媒體教學(xué)解決了許多難題，但仍存在互動性弱、吸引力不強(qiáng)、參與性度不夠等缺點，無法有效實現(xiàn)最終的教學(xué)目標(biāo)。

實踐教學(xué)? 學(xué)生對所學(xué)裝備進(jìn)行訓(xùn)練、操作，具有吸引力大、互動性強(qiáng)、生動實用的優(yōu)點。高校對于消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備這類實踐性強(qiáng)的課程，往往受到裝備更新及數(shù)量、時間、空間、資金等的限制，學(xué)生常常只能使用陳舊的裝備或觀看操作，降低了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效率，無法熟練掌握、使用每一件裝備，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。

3 VR技術(shù)在消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程教學(xué)中的應(yīng)用

VR技術(shù)能夠在計算機(jī)上模擬所有的消防設(shè)施以及消防場景，并運用到消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備實踐課程中。學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下進(jìn)入虛擬世界進(jìn)行消防裝備的操作訓(xùn)練，具有不受裝備更新及數(shù)量、時間和空間限制，以及安全、節(jié)約資金等方面的優(yōu)勢。

不受裝備數(shù)量和更新困擾? 在以往的實踐教學(xué)中，由于儀器損壞和經(jīng)費限制，總是存在儀器數(shù)量不足、老化嚴(yán)重、管理不當(dāng)、數(shù)量不夠等問題，教師會使用狀況良好的裝備進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，加深裝備理解和使用，僅少部分學(xué)生能實際操作，大部分學(xué)生只能遠(yuǎn)遠(yuǎn)觀看，無法實現(xiàn)全員上手操作。同時，由于裝備更新不及時，實踐課程操作的裝備是書本介紹的前幾代裝備，導(dǎo)致現(xiàn)實操作與書本理論知識不符、缺少部分功能等問題。使用VR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，系統(tǒng)開發(fā)人員會及時更新裝備，避免陳舊裝備教學(xué)導(dǎo)致的與所學(xué)理論知識不一致、裝備功能不完整等問題，能有效解決裝備數(shù)量不夠的問題。同時，購買VR裝備價格低廉，可節(jié)省大量購買裝備的資金。

不受時間和空間限制? 裝備實操需要特定場地，比如消防水泵就需要到戶外且有水的地方進(jìn)行實操，需要提前與相關(guān)部門協(xié)商，安排實踐課程具體時間。使用VR技術(shù)可以突破時間和空間的限制，學(xué)生不會受到外界因素影響，可提高學(xué)習(xí)效率。

提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣? 有些學(xué)生由于自身原因，在理論教學(xué)和實踐教學(xué)中難以理解抽象的概念和原理，無法專心并且最終對學(xué)習(xí)失去興趣。VR可以直觀地向?qū)W生展示并使學(xué)生能夠模擬在虛擬世界的裝備操作，吸引學(xué)生注意力和興趣，加深對裝備操作的理解。

提高教學(xué)效率? VR技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用可有效提高學(xué)生的課堂參與率。利用虛擬環(huán)境模擬裝備，使學(xué)生對裝備進(jìn)行有效的模擬訓(xùn)練，在較短的時間內(nèi)完成裝備的學(xué)習(xí)、了解，有效提高教學(xué)效率。

提升安全性? 在消防與應(yīng)急救援裝備課程教學(xué)實踐中，某些滅火設(shè)備和救援設(shè)備存在一定的風(fēng)險，如逃生緩降、消防鏈鋸、液壓剪等設(shè)備運行過程中存在很大風(fēng)險，甚至?xí)?gòu)成生命威脅。使用VR技術(shù)可降低操作風(fēng)險，消除誤操作危險。

支持遠(yuǎn)程應(yīng)用和管理? 學(xué)生可以通過VR系統(tǒng)客戶端自主進(jìn)入系統(tǒng)，教師進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，與學(xué)生溝通，提升學(xué)習(xí)效率。

節(jié)省成本? 實踐教學(xué)需要通過反復(fù)培訓(xùn)來完成裝備的學(xué)習(xí)和操作以達(dá)到教學(xué)目的，裝備磨損、消耗品消耗、實踐場地及裝備維護(hù)保養(yǎng)、裝備更新往往都需要大量資金的支持。VR技術(shù)可彌補(bǔ)實踐教學(xué)存在的裝備損耗、數(shù)量不夠以及需要大量消耗品的問題。隨著消防技術(shù)的快速發(fā)展，裝備更新速度快，要教好、學(xué)好這門課程需要大量物力及經(jīng)費，VR技術(shù)的應(yīng)用能很好地解決經(jīng)費問題。

4 結(jié)語

通過闡述VR技術(shù)和虛擬教學(xué)的優(yōu)勢，并從消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程存在的問題、傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺點等方面出發(fā)，提出將VR技術(shù)應(yīng)用于該課程教學(xué)，由此帶來提高安全性、節(jié)約成本、突破地域限制、消除外界因素對學(xué)習(xí)的影響、加深學(xué)生對課程的興趣、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、提高教學(xué)效率等優(yōu)點。VR技術(shù)也可以應(yīng)用于所有學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時也在檢驗知識，加強(qiáng)對知識的掌握。VR技術(shù)正在飛速地邁入教學(xué)領(lǐng)域，能很好地提高教學(xué)效率和質(zhì)量，將逐步取代傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)，在高校教學(xué)中得到普遍應(yīng)用。

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