信息化在安全工程教學中的應用

王起全，楊壁軍

（中國勞動關系學院 安全工程系 北京 100048）

信息化在安全工程教學中的應用

王起全，楊壁軍

（中國勞動關系學院 安全工程系 北京 100048）

隨著我國教育事業(yè)的快速發(fā)展，信息化技術被廣泛應用在各大院校的教育教學活動之中。三維仿真技術作為信息化發(fā)展的一個重要部分，將課程教學與信息技術深度融合。本文運用Axure RP 7.0構建三維模型，進行數據分析模塊，救援預案設計模塊的原型設計，建立公共安全消防三維仿真技術演練平臺，開展公共消防安全信息化的實踐教學應用。為增進安全工程專業(yè)公共安全消防課程的課堂互動，提高學生應急處置的實踐操作能力，提高教育教學質量，促進教育的信息化發(fā)展提供技術支撐。

信息化；教學；安全工程；三維仿真技術

1 引言

以現代通信、網絡、數據庫為基礎的信息化技術發(fā)展不斷改變著人們的生產、生活、學習、交往及思維方式。三維仿真技術，作為信息化發(fā)展的一個重要部分，因其具有沉浸性、交互性和構想性，在國外已廣泛應用于工程結構分析、模擬施工過程、安全工程、土木工程、巖土工程和防災工程等多個領域，但在教學實踐中的運用鮮有記錄和報道。

在國內，三維仿真技術已被用于消防推演方面的理論研究，以及實現消防應急處置的研究。三維地理信息技術與虛擬現實技術則結合使用于解決消防部隊在實戰(zhàn)演練、桌面推演和作戰(zhàn)指揮過程中存在的問題。但教學方面未有使用三維仿真技術的先例。

本文將在安全工程專業(yè)教學中，運用Axure RP 7.0構建三維模型，進行數據分析模塊，救援預案設計模塊的原型設計，建立公共安全消防三維仿真技術演練平臺，開展公共消防安全信息化的實踐教學應用。將三維仿真計算運用于安全工程專業(yè)教學數字化，智能化及可視化的全部過程，從而促進安全工程課程教學的信息化發(fā)展。

2 信息化教學

信息化教學是學習者和教育者通過現代化的教育技術、教育方法、教育資源等開展的互動活動，涵蓋了現代化教學方法的應用與教學觀念的指導，是一場關于形式與方法等方面的全新變革[1]。各大院校之所以要實現信息化教學模式，是因為它能夠豐富教學內容和教學方法，為學生的學習打造優(yōu)良的環(huán)境，提升教學質量，實現教學目標，提高教學的有效性。目前，安全工程專業(yè)信息化教學的形式多種多樣，其中，公共安全消防教學方面的信息化主要有以下兩種：

2.1 應急預案編制與演練模擬教學信息化系統(tǒng)

應急預案編制信息化教學系統(tǒng)可以幫助學生編寫應急預案，通過學習編制預案的知識點，掌握緊急狀況的應急處置操作。演練模擬教學信息化系統(tǒng)中，學生可以制定應急演練的計劃并且記錄演練全過程，教師可快速搜索查看應急管理整個過程的信息，對結果進行最終評估。該信息化教學系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)操作簡易，高效的數據統(tǒng)計。缺點是系統(tǒng)操作界面比較簡陋，互動性不夠高[2]。

2.2 火災事故消防作戰(zhàn)三維桌面推演教學信息化系統(tǒng)

該系統(tǒng)是線下“推演+培訓”終端，采用大尺寸觸摸操作屏，并配套豐富、專業(yè)的三維場景、1:1的車輛模型、消防知識培訓資料和多樣化的考核系統(tǒng)。該系統(tǒng)在公共安全消防教學中可以兼顧推演和培訓兩方面需求。優(yōu)點是使用靈活，便于管理，知識體系全面。缺點是桌面推演，線下感知，知識深度不夠，系統(tǒng)的人機交互性不夠完善[3]。

現有的公共安全消防的信息化系統(tǒng)均在人機交互方面不夠完善。本文將研究構建公共安全消防三維仿真技術演練平臺，促進教學過程數字化，智能化并可視化，較好的實現教學系統(tǒng)的人機互動。

3 公共安全消防三維仿真技術演練平臺

3.1 公共安全消防三維仿真技術演練平臺簡介

公共安全消防三維仿真技術演練平臺包括五個子模塊、三個系統(tǒng)界面和數據庫支撐系統(tǒng)，其中，五個子模塊分別為仿真模擬演練推演系統(tǒng)、消防車與移動設備模擬培訓、消防知識培訓、消防知識考核、火災事故案例庫，如圖1所示；三個系統(tǒng)操作界面分別為登入界面，學生系統(tǒng)操作界面和教師系統(tǒng)操作界面；數據庫包含了學生們，教師們的相關信息，法律法規(guī)標準和相關教學資料視頻等[4]。

圖1 公共安全消防三維仿真技術演練平臺

在公共安全消防三維仿真技術演練平臺啟動時，登錄界面需要選擇用戶身份。學生或者教師在首次登錄時，根據自身工號或者學號注冊，數據庫進行備份記錄，同一工號或學號只能對應一個用戶身份，選擇相應模塊。

學生系統(tǒng)操作界面包括四個部分，分別為基本信息區(qū)，模塊選擇區(qū)，顯示區(qū)，資料區(qū)。

教師系統(tǒng)操作界面包括五個部分，分別為基本信息區(qū)，模塊選擇區(qū)，顯示區(qū)，評分區(qū)，資料區(qū)。

學生可若干人一組構成模擬應急小組，對所設定的生產經營單位中的火災事故進行推演，教師可在推演過程中通過教師系統(tǒng)操作界面進行觀察，對該模擬應急小組的應急處置過程進行評斷。

3.2 公共安全消防三維仿真技術演練平臺運行流程

通過調查并收集系統(tǒng)設計需求和實際生產經營單位消防事故數據，構建系統(tǒng)信息平臺。運用三維仿真技術對所收集的事故數據進行還原，組織學員組建模擬應急小組，基于系統(tǒng)平臺完成消防應急推演，并將其過程與實際的事故應急處理過程相比較，得出分析結果。根據演練過程及結果對學生加以考核[6]。公共安全消防三維仿真技術演練平臺運行的流程如圖2所示。

圖2 公共安全消防三維仿真技術演練平臺運行流程圖

3.3 公共安全消防三維仿真技術演練平臺信息化交互

在公共安全消防三維仿真技術演練平臺上，學生進行實驗操作，然后將操作結果反饋至平臺內部數據庫。教師通過平臺開展基礎知識介紹，在觀察學生操作過程中，基于模擬場景，實時進行案例演練過程的分析講解，指導學生消防演練，根據演練過程及結果對學生評價考核打分。師生可以通過手機、電腦、郵件等方式和平臺進行信息交換，同時平臺按照相關法律法規(guī)進行設置，提供安全法律法規(guī)及管理規(guī)定等制度支持[7]。

公共安全消防三維仿真技術演練平臺信息化交互如圖3所示。

表1 信息化教學與傳統(tǒng)教學的對比分析

圖3 信息化實現的信息交互圖

3.4 公共安全消防三維仿真技術演練平臺特點

3.4.1 場景覆蓋全面 傳統(tǒng)紙面上的應急預案推演具有平面化、簡單化和抽象化的特點，對于真實的三維結構場景的測量無法在紙面上清晰體現，使用紙面上的推演不具有全面性和科學性。三維仿真技術的演練平臺，在三維模型中模擬火災事故，可對環(huán)境、設備、人員等多維因素進行設置，從而模仿真實場景中火災事故天氣、風向、風速，以及設備狀況，人員行為對火情的影響。三維空間內消防應急力量布置能夠充分考慮到現場實際情況，使得整個推演過程更為全面科學[8]。

3.4.2 數據還原性強 三維仿真技術相較于以往的信息化教學，能夠實現對事故場景較為逼真的重現，還原事故發(fā)生過程。因此，運用于教學方面，可直觀、有效地對整個應急處置過程的利弊進行剖析，促進教學的信息化和科學化，提高教學質量，提升學生應急處置的實際操作能力[9]。

3.4.3 數據分析能力強 公共安全消防三維仿真技術演練平臺設計專門的數據分析模塊，供學生和教師使用，通過計算，分析火情演變?yōu)榛馂牡臅r間，爆炸影響范圍，死亡半徑等信息，增強學生的事故應急處置能力和現場分析應對能力。

4 公共安全消防三維仿真技術演練平臺的教學優(yōu)勢分析

相較于傳統(tǒng)的教學方式，運用公共安全消防三維仿真技術演練平臺的信息化教學方式具備的優(yōu)勢如表1所示。

從上表可以看出，基于公共安全消防三維仿真技術演練平臺的信息化教學方式在教學特點，教學資源，交互模式，過程控制與評估等方面相較于傳統(tǒng)教學方式具有師生互動及時深入，講授過程靈活豐富，效果評價客觀全面等優(yōu)勢。

5 結語

為促進安全工程專業(yè)教學的信息化發(fā)展，運用Axure RP 7.0，通過對仿真模擬演練推演系統(tǒng)、消防車與移動設備模擬培訓、消防知識培訓、消防知識考核、火災事故案例庫模塊的原型設計，在生產經營單位平面圖的基礎上構建三維模型，還原事故現場環(huán)境，用于安全工程專業(yè)公共安全消防應急課程的實踐教學，得出如下結論：

（1）實踐教學的信息化發(fā)展，促進了教學過程的智能化和可視化。將三維仿真技術應用于公共安全消防應急課程，在比較逼真還原事故現場的情景下，實現學生對整個演練過程的實踐和操作，以及教師對應急處置整個過程的剖析和講解。有助于促進學生扎實掌握應急知識，提高應急處置能力。

（2）公共安全消防三維仿真技術演練平臺，通過調查收集系統(tǒng)設計需求和實際生產經營單位消防事故數據，在模擬應急演練過程中，進行火災演化，爆炸影響范圍，死亡半徑的計算分析，為安全工程專業(yè)公共安全消防課程提供豐富的實踐教學和法律法規(guī)資料。有助于加強學生的計算分析能力，提升課堂教學質量。

（3）教學的信息化在運用三維仿真技術過程中，現場情景的還原和模擬，往往受到系統(tǒng)功能設計的制約。因此，基于三維仿真技術演練平臺的應急課程，在演練過程中，模擬事故現場內外資源力量調度、布局等需要對三維仿真技術演練平臺進一步完善和優(yōu)化，從而更為全面的模擬現實場景，開展更為逼真的應急演練過程。

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[9]張偉平，楊世偉.高校信息化教學的有效性研究——基于設計的研究[J].電化教育研究，2010(1)：103-106.

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G451 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0242-04

中國勞動關系學院2016年教育教學改革立項一般項目(項目編號：JG1637)

王起全（1976-），男，漢，山東，博士，副教授，中國勞動關系學院，研究方向：風險評價，公共安全應急管理。