虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的運(yùn)用

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【摘要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其高仿真性、多感知性以及自主交互性等特點(diǎn)，迅速在各垂直細(xì)分領(lǐng)域開花結(jié)果。尤其在教育行業(yè)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造的立體化感知型課堂，極大地拓寬了教學(xué)邊界，提升了教學(xué)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在理論培訓(xùn)、事故體驗(yàn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)急演練等安全工程教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究與實(shí)踐也正在如火如荼的進(jìn)行。本研究課題從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和安全工程教學(xué)的特點(diǎn)出發(fā)，尋找兩者之間的契合點(diǎn)，研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的最落地的應(yīng)用模式，為安全工程教學(xué)改革提供參考方向。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；安全工程；教學(xué)改革

1引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，簡稱VR技術(shù)，通俗來講就是用虛擬創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)。即利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一種多源信息融合的三維動(dòng)態(tài)場景，使用者利用其可交互性，實(shí)現(xiàn)與仿真場景的反饋互動(dòng)，從虛擬場景中或者“現(xiàn)實(shí)感”。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)迅猛發(fā)展，“十三五”規(guī)劃綱要中指出：“大力推進(jìn)先進(jìn)半導(dǎo)體、機(jī)器人、增材制造、智能系統(tǒng)、新一代航空裝備、空間技術(shù)綜合服務(wù)系統(tǒng)、智能交通、精準(zhǔn)醫(yī)療、高效儲(chǔ)能與分布式能源系統(tǒng)、智能材料、高效節(jié)能環(huán)保、虛擬現(xiàn)實(shí)與互動(dòng)影視等新興前沿領(lǐng)域創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化，形成一批新增長點(diǎn)?！薄疤摂M現(xiàn)實(shí)”位列其中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)化及生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)也如火如荼的進(jìn)行，也讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為與物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈、人工智能、3D打印、無人機(jī)和機(jī)器人并列的核心科技。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育行業(yè)中的應(yīng)用大多聚焦于義務(wù)教育階段的通識(shí)教育，利用頭戴式、桌面式的VR設(shè)備進(jìn)行以感知和體驗(yàn)為主的趣味教學(xué)，但是缺乏在某一領(lǐng)域的縱向發(fā)展，不夠精，不夠?qū)！０踩こ探虒W(xué)要求既要教理論，又要引導(dǎo)實(shí)踐，既要傳授知識(shí)，又要培養(yǎng)技能，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提升，對(duì)安全工程教學(xué)也提出了新的要求，傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容也亟待改變與升級(jí)。曾子力、劉方奎、王子君等人指出，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)去模擬危險(xiǎn)性較高、組織較為困難的安全工程教學(xué)環(huán)境，借以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理等知識(shí)的培訓(xùn)，西安科技大學(xué)消防實(shí)驗(yàn)室，也正引進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行安全及消防教學(xué)。但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的真正落地使用，需要軟件內(nèi)容與硬件系統(tǒng)的配套使用，在真正的垂直領(lǐng)域，落地還很困難。不過將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與安全工程教學(xué)相結(jié)合并推動(dòng)落地實(shí)施，既是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在垂直細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用的又一次突破，也為安全工程教學(xué)改革提供了新的解決思路。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)想性、沉浸感和交互性的三大特性打破了學(xué)習(xí)的時(shí)空限制，創(chuàng)造了豐富多樣的學(xué)習(xí)情境，海量的內(nèi)容與新穎的形式有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提升教學(xué)質(zhì)量并促進(jìn)教學(xué)資源的均衡。

2.1激發(fā)動(dòng)機(jī)，從“要我學(xué)習(xí)”到“我要學(xué)習(xí)”

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)分為外部動(dòng)機(jī)和內(nèi)部動(dòng)機(jī)，而真正能夠提升學(xué)習(xí)效果的是內(nèi)部動(dòng)機(jī)。相比于“被動(dòng)接受”，內(nèi)部動(dòng)機(jī)所激發(fā)的學(xué)習(xí)行為強(qiáng)調(diào)“主動(dòng)探索”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)方式手段呈現(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)從二維到全景三維的轉(zhuǎn)變，讓知識(shí)的呈現(xiàn)方式更加立體豐富，從而激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。從根本上改變學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)觀念，以探索者的身份去探索和擁抱學(xué)習(xí)內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，能夠?yàn)榻逃ぷ髡咛峁┤碌慕虒W(xué)工具，讓學(xué)習(xí)者在動(dòng)手體驗(yàn)中迸發(fā)自主創(chuàng)新的火花。

2.2豐富內(nèi)容，從“千篇一律”到“因材施教”

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將生物、物理、化學(xué)、工程技術(shù)、工藝加工、飛行駕駛、語言、歷史、人文地理、文化習(xí)俗等教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行制作與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，在豐富內(nèi)容的基礎(chǔ)上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)營造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式演變?yōu)閷W(xué)生通過新型信息化環(huán)境和工具來獲取知識(shí)和技能的新型學(xué)習(xí)方式，符合新一輪教學(xué)改革的教育理念，有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.3促進(jìn)均衡，從“僧多粥少”到“雨露均沾”

我國幅員遼闊，地區(qū)之間貧富差距較大，存在教學(xué)資源分配不均的情況。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)無論是軟硬件配置，教學(xué)師資和教學(xué)資源都非常豐富，而經(jīng)濟(jì)落后、地域偏遠(yuǎn)的山村學(xué)校學(xué)生連接受最基本的教育都難以實(shí)現(xiàn)。各級(jí)政府和教育主管部門都在大力推進(jìn)教育均衡發(fā)展，加大教育投資力度，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用將是解決城鄉(xiāng)教育資源不均衡問題的一把金鑰匙，有利于緩解教育資源兩極分化，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)資源的分享范圍，能讓教育資源不再受限于地區(qū)和學(xué)校，讓教育發(fā)達(dá)地區(qū)的名教師通過虛擬現(xiàn)實(shí)課堂走進(jìn)山村學(xué)校，能通過整體優(yōu)化教育資源配置，來縮小城鄉(xiāng)差距，實(shí)現(xiàn)教育公平，同時(shí)這也是教育扶貧的較佳途徑。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用

3.1在安全理論培訓(xùn)中的應(yīng)用

安全工程教學(xué)涉及各類安全原理、理論及技術(shù)。安全相關(guān)理論具有高度的概括性和抽象性，而安全技術(shù)不僅涉及各類基礎(chǔ)設(shè)備和工具，還針對(duì)具體操作過程具有較高的要求。傳統(tǒng)的安全理論教學(xué)以教師講解輔以圖文資料進(jìn)行，最終的教學(xué)效果很大程度上取決于教職人員的技術(shù)水平和學(xué)生自身的接收程度，因?yàn)槔碚搶W(xué)習(xí)不僅需要言傳，還需要意會(huì)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓靜態(tài)枯燥的理論“動(dòng)”起來，躍然于顯示終端，讓學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)方式不僅僅局限于聽，而是近距離去感知，去觀察。將原本需要靠想象構(gòu)建的知識(shí)點(diǎn)，變成立體而又具象的情景展示在學(xué)生面前。以安全工程教學(xué)工業(yè)通風(fēng)及除塵中除塵系統(tǒng)為例。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建除塵系統(tǒng)全工藝流程所涉及的三維模型，以三維模型為基礎(chǔ)既能夠?qū)崿F(xiàn)除塵系統(tǒng)各單元的結(jié)構(gòu)拆解、內(nèi)部原理模擬還原、除塵機(jī)理及塵土流轉(zhuǎn)等單個(gè)理論知識(shí)呈現(xiàn)，還能夠通過模擬，實(shí)現(xiàn)一整套除塵系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理動(dòng)態(tài)展示，還可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)可遠(yuǎn)可近、可內(nèi)可外、可大可小的呈現(xiàn)方式。同時(shí)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性，學(xué)生可以第一人稱的方式參與到場景中，實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的啟停等操作。

3.2在事故體驗(yàn)中的應(yīng)用

“事故”是安全生產(chǎn)工作永恒的對(duì)手，也是最好的老師。安全工程的發(fā)展史也是生命財(cái)產(chǎn)損失的血淚史，安全意識(shí)的培養(yǎng)、防范經(jīng)驗(yàn)的積累都離不開豐富的事故案例教學(xué)。傳統(tǒng)的案例教學(xué)以圖文和音視頻資料為主，圖文資料的二維局限性，音視頻資料的內(nèi)容碎片性都是影響事故案例教學(xué)的主要因素，導(dǎo)致傳統(tǒng)的事故案例教學(xué)多是“隔靴撓癢”，體會(huì)不到“切膚之痛”。事故案例教學(xué)的目的在于警醒，警醒的方式在于刺激，刺激則來源于全身視覺、觸覺、聽覺、嗅覺等立體化的感官刺激。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與其他技術(shù)設(shè)施的組合，創(chuàng)造虛擬事故體驗(yàn)場景，讓事故真真切切就發(fā)生在身前，看得見、聽得到、觸的著，讓學(xué)習(xí)人員從第三者變成經(jīng)歷者。針扎在自己身上，才會(huì)知道有多疼。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行事故體驗(yàn)，真正能夠讓學(xué)習(xí)人員全景感知事故發(fā)生的背景、起因、發(fā)展演變過程、影響范圍、事故后果，而不僅僅是就事論事，停留在表面。更好地感知事故，才能更多地汲取教訓(xùn)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能以事故為鑒，從而更好地防范事故。

3.3在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)習(xí)者動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的主要手段，也是安全工程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。安全工程的燃燒、火災(zāi)、爆炸等實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件、監(jiān)測手段等有較高的要求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅能夠提升實(shí)驗(yàn)過程的操作性，對(duì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果的呈現(xiàn)也更加直觀。虛擬實(shí)驗(yàn)通常分模擬性試驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)、實(shí)證性實(shí)驗(yàn)。在模擬性試驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者利用化學(xué)藥品、天平、祛碼等實(shí)驗(yàn)工具，操作類型多樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，近距離地觀察燃燒、爆炸等化學(xué)現(xiàn)象;探究性實(shí)驗(yàn)更多的是用來展示物理、化學(xué)、生物等課程中特殊的事物，將難以描述的現(xiàn)象以更直觀的方式呈現(xiàn)出來。實(shí)證性試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)者和被實(shí)驗(yàn)對(duì)象分離的情況下開展以解決真實(shí)問題為目標(biāo)的虛擬實(shí)驗(yàn)。新加坡國立大學(xué)設(shè)計(jì)開發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程機(jī)器人操作系統(tǒng)是其典型代表，學(xué)習(xí)者可以通過操作該機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。以美國的火災(zāi)動(dòng)態(tài)模擬器（FDS）為例，F(xiàn)DS是美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST:NationalInstituteofStandardsandTechnology)建筑火災(zāi)研究實(shí)驗(yàn)室(BuildingandFireResearchLaboratory)開發(fā)的模擬火災(zāi)中流體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件。該軟件采用數(shù)值方法求解受火災(zāi)浮力驅(qū)動(dòng)的低馬赫數(shù)流動(dòng)的N-S方程（粘性流體Navis-Stokes，重點(diǎn)計(jì)算火災(zāi)中的煙氣和熱傳遞過程）。由于FDS是開放源碼的，所以得到了使用者持續(xù)不斷的完善，在火災(zāi)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)使用FDS的隊(duì)伍也在不斷壯大，包括清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、消防研究所等。清華大學(xué)的史建勇等以有限元分析軟件ANSYS和火災(zāi)模擬軟件FDS為基礎(chǔ)，針對(duì)2008年北京奧運(yùn)會(huì)體育場館火災(zāi)安全分析開發(fā)了一套建筑火災(zāi)模擬和結(jié)構(gòu)安全綜合分析系統(tǒng)。示意圖如下所示。圖火災(zāi)煙氣蔓延示意

3.4在仿真演練中的應(yīng)用

2018年3月設(shè)立的中華人民共和國應(yīng)急管理部其主要職責(zé)中的重要一項(xiàng)就是推動(dòng)應(yīng)急預(yù)案體系建設(shè)和預(yù)案演練。同時(shí)針對(duì)應(yīng)急預(yù)案的演練也是應(yīng)急管理工作準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容。我國目前的應(yīng)急預(yù)案演練方式主要包括桌面演練、功能演練和全面演練，三種演練方式各有側(cè)重也都各有局限。桌面演練作為室內(nèi)的口頭演練，通過情景設(shè)定側(cè)重于針對(duì)應(yīng)急流程的訓(xùn)練，由于所有的情景均為口頭表述，因此代入感不強(qiáng)。功能演練和全面演練，雖然能夠指針對(duì)應(yīng)急預(yù)案中全部或大部分應(yīng)急響應(yīng)功能，進(jìn)行應(yīng)急組織應(yīng)急運(yùn)行能力的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)，但是在實(shí)際操作過程中，面臨組織周期長、經(jīng)費(fèi)投入大、實(shí)施頻次低等問題。受限于這些難題，演練組織者為抓住這“來之不易”的實(shí)戰(zhàn)演練機(jī)會(huì)會(huì)將應(yīng)急預(yù)案演練的重心側(cè)重于“演”，而讓“練”的功能大打折扣，是謂“七分演，三分練”。特別是石油石化等高危行業(yè)具有物料危險(xiǎn)性大、工藝復(fù)雜、裝置連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得在這種最需要高頻次演練的場所不具備進(jìn)行高頻次演練的先天條件。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在應(yīng)急預(yù)案演練中的應(yīng)用，為解決應(yīng)急預(yù)案的高頻次演練問題提供了解決思路，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)不同的演練目標(biāo)和任務(wù)，按照真實(shí)生產(chǎn)場景，通過三維建模的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景的1:1還原，為訓(xùn)練提供一個(gè)虛擬的訓(xùn)練場景，并根據(jù)演練情景進(jìn)行演練災(zāi)害還原和流程植入創(chuàng)造逼真的虛擬仿真演練環(huán)境。在三維虛擬演練中，參演人員以不同的角色參與其中，配合實(shí)時(shí)語音、視頻、對(duì)講等多種溝通方式進(jìn)行多人多崗位多角色的協(xié)同演練，實(shí)現(xiàn)從預(yù)案啟動(dòng)到應(yīng)急響應(yīng)結(jié)束的全流程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)演練，讓受訓(xùn)人員了解在發(fā)生事故時(shí)知道該做什么、怎么做，真正讓預(yù)案動(dòng)起來，活起來，更加有生命力。同時(shí)，通過音視頻資料的全程記錄，實(shí)現(xiàn)演練過程的復(fù)盤，不僅可作為演練記錄進(jìn)行留檔保存，也可作為演練評(píng)估的依據(jù)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案演練可以擺脫現(xiàn)實(shí)環(huán)境依賴，打破時(shí)空限制，無限拓寬演練的邊界，即使最復(fù)雜最危險(xiǎn)的演練環(huán)境也可躍然眼前，同時(shí)內(nèi)容可設(shè)置，過程可記錄，結(jié)果能評(píng)估更有利于打造“學(xué)、練、考、評(píng)”為一體的綜合性應(yīng)急預(yù)案演練方式。

4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中存在的主要問題

雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用能夠改變教學(xué)方式、提高教學(xué)質(zhì)量、完善教學(xué)評(píng)估，加快教學(xué)評(píng)估，但是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用并不特別成熟的現(xiàn)階段，在技術(shù)限制、內(nèi)容制作、教學(xué)推廣等方面還存有諸多問題。

4.1虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的技術(shù)制約

“眩暈感”一直是困擾虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體驗(yàn)的頭號(hào)問題，特別是半小時(shí)以上的長時(shí)間使用，會(huì)導(dǎo)致使用者產(chǎn)生眩暈、惡心、嘔吐等不適癥狀。究其原因，主要是受限于硬件設(shè)備的處理能力。如果要保證不出現(xiàn)眩暈，VR設(shè)備必須要輸出120Hz及以上刷新率和4K及以上分辨率的畫面。以目前市面上最先進(jìn)的VR設(shè)備OculusRift為例，其刷新率僅為75Hz，而分辨率也只有1080P。并且這幾乎已經(jīng)是目前VR設(shè)備的極限，同時(shí)也是PC處理能力的極限。另外，可穿戴式的VR設(shè)備在人員定位技術(shù)上，一直沒有突破性的解決方案，激光定位、紅外光學(xué)定位及可見光定位都或多或少存在定位精度低，抗遮擋性差等缺點(diǎn)，而且受限于攝像頭視角，還存在可移動(dòng)范圍小、追蹤目標(biāo)有限的問題。此外，受供電及數(shù)據(jù)傳輸因素影響，頭戴式VR顯示設(shè)備需要拖著連接主機(jī)的數(shù)據(jù)線，這也進(jìn)一步限制了VR顯示設(shè)備使用者的行動(dòng)自由。

4.2虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源的短缺

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源的制作涉及三維建模、動(dòng)畫制作、腳本設(shè)計(jì)、UI設(shè)計(jì)、引擎研發(fā)、軟件編程、業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)等不同領(lǐng)域的知識(shí)及技能，因此教學(xué)資源的制作不僅是個(gè)系統(tǒng)性工作，還需要大量的人才及資金投入。這一方面導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源在制作時(shí)往往不夠?qū)！⒉粔蚓?，另一方面?dǎo)致內(nèi)容制作卻往往“輕內(nèi)容、重形式”，片面追求形式的新穎而忽略了內(nèi)容才是教學(xué)資源的核心。同時(shí)，在整體的VR生態(tài)中，由于資本的逐利性，往往導(dǎo)致研發(fā)投入流向了更具有短期經(jīng)濟(jì)價(jià)值的快消娛樂VR內(nèi)容及產(chǎn)品中，專業(yè)性的內(nèi)容制作明顯“供血不足”。這也進(jìn)一步導(dǎo)致了虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源的短缺。

4.3“去教師中心化”與傳統(tǒng)課堂的沖突

虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)方式強(qiáng)調(diào)“因材施教”，這本無可厚非也是展現(xiàn)素質(zhì)教育的有效方式，但這也迫使教師與學(xué)生的身份發(fā)生轉(zhuǎn)變，學(xué)生不再是被動(dòng)接受者，而是去主動(dòng)探索與發(fā)現(xiàn)；教師不再是知識(shí)的傳授者，而更多地以引導(dǎo)者身份出現(xiàn)。無論是教師還是學(xué)生，都需要快速實(shí)現(xiàn)身份的轉(zhuǎn)換與適應(yīng)才能發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的優(yōu)勢。不再以教師為中心雖然能夠給予學(xué)生更多地自由與自主權(quán)，但是對(duì)學(xué)生的自律自覺性也提出了更高的要求。

5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的建議

安全工程教學(xué)具有較強(qiáng)的專業(yè)性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用絕不能流于形式，浮于表面。因此無論是軟硬件條件還是教學(xué)組織上都應(yīng)具備一定的先決條件，都應(yīng)當(dāng)聚焦教學(xué)流程、注重教學(xué)質(zhì)量。為保障虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用，需要滿足有場所、有設(shè)備、有內(nèi)容、有組織的“四有”要求。

5.1有場所——無限場景有限空間

雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了時(shí)間和空間的局限，但那僅僅是針對(duì)教學(xué)內(nèi)容而言。從教學(xué)這一行為本身來講，有“教”有“學(xué)”，是兩種不同身份之間的互動(dòng)。而這種互動(dòng)需要一定的場所。雖然線上教育作為一種教學(xué)方式備受推崇，但是傳統(tǒng)課堂的生命力依舊頑強(qiáng)，線下課堂教育擁有不可比擬的交流特性與及時(shí)反饋特性，既縮短了信息的互通渠道，也減少了信息傳遞的失真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用，首先需要一定的場所，集中式的課堂教學(xué)能夠讓安全工程的教學(xué)內(nèi)容更加的系統(tǒng)，沒有一定空間，零敲碎打式，快消式的教學(xué)不是教學(xué)，是體驗(yàn)。

5.2有設(shè)備——虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)需要硬件支撐

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用離不開強(qiáng)大的硬件支撐。硬件性能的好壞直接影響虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)內(nèi)容的呈現(xiàn)效果。支撐虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的設(shè)備從功能來分，主要包括高性能主機(jī)、顯示設(shè)備、操作設(shè)備和定位設(shè)備。這些設(shè)備往往成套設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，也可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制化制作。以顯示設(shè)備和定位設(shè)備為例，顯示設(shè)備從人眼觀看方式上主要包括裸眼式，例如普通PC端、移動(dòng)端的呈現(xiàn)；頭戴式，例如HTCVIVE等VR眼鏡的呈現(xiàn)方式。而定位設(shè)備主要分為光學(xué)定位設(shè)備和步態(tài)定位設(shè)備兩種。在安全工程的教學(xué)課堂上，無論是采用傳統(tǒng)的PC呈現(xiàn)方式，還是可穿戴式的VR設(shè)備，都需要根據(jù)教學(xué)規(guī)模、空間實(shí)際、經(jīng)費(fèi)預(yù)算匹配性價(jià)比最高的設(shè)備設(shè)施。

5.3有內(nèi)容——虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)需要海量內(nèi)容設(shè)計(jì)

場所和設(shè)備是基礎(chǔ)條件，也是載體。而所承載的核心，就是“內(nèi)容”，也可以理解為知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)的過程，歸根結(jié)底就是知識(shí)點(diǎn)的傳遞與升華。因此無論教學(xué)技術(shù)手段如何發(fā)展，依舊是內(nèi)容為王。在利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)之前，需要以教學(xué)大綱及課程體系為基礎(chǔ)，開發(fā)特定的教學(xué)系統(tǒng)與教學(xué)內(nèi)容，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不過是一種新型高效直觀地教學(xué)手段，而教學(xué)內(nèi)容依然是不變的核心。在利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)做安全工程教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)時(shí)，不必貪多求全，以免泥沙俱下，僅針對(duì)事故體驗(yàn)、仿真操作、模擬演練等傳統(tǒng)課堂無法有效呈現(xiàn)的內(nèi)容做體驗(yàn)升級(jí)即可。

5.4有組織——虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)需要化零為整

教學(xué)過程是一系列行為和環(huán)節(jié)的組成。是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，要想取得較好的效果，需要統(tǒng)籌與組織。因此利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的安全工程教學(xué)，同樣需要嚴(yán)謹(jǐn)全面的組織，涉及教學(xué)準(zhǔn)備、師生互動(dòng)、討論分享、總結(jié)評(píng)比等各個(gè)環(huán)節(jié)。有組織的結(jié)果是有紀(jì)律，能夠在一定程度上保證教學(xué)的效果。在規(guī)范教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，也可防止學(xué)員各自為政，出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的缺項(xiàng)漏項(xiàng)。同時(shí)，教學(xué)也是師生之間、生生之間教學(xué)相長的過程，通過教學(xué)組織，可以讓虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相互補(bǔ)充，相輔相成。

6結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其構(gòu)想性、沉浸感和交互特性能夠針對(duì)性模擬再現(xiàn)豐富的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，為學(xué)習(xí)者提供多樣的感官刺激和精彩互動(dòng)，通過創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)提升教學(xué)效果。其在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到了充分的印證，但是在更加精細(xì)的安全工程教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用目前尚在不斷研究和試錯(cuò)的階段。內(nèi)容設(shè)計(jì)、硬件基礎(chǔ)、使用方式也一直是困擾虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中推廣應(yīng)用的主要問題，但是隨著技術(shù)的發(fā)展、基礎(chǔ)硬件的研發(fā)以及使用場景的不斷優(yōu)化，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用也會(huì)更加普遍與便捷。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也必將在探索和發(fā)展現(xiàn)代教育思路、提高教育水平、改造教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過程和推動(dòng)教學(xué)改革等工作中發(fā)揮重要作用。

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作者：王起全 張以波 楊鑫剛 單位：中國勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院安全工程系