虛擬仿真賦能的安全工程專業(yè)實踐教學改革和實踐

姜琴 張?zhí)m君 施鵬飛 徐國想 施珺

[摘 要]安全生產(chǎn)事關(guān)經(jīng)濟社會發(fā)展大局，具有創(chuàng)新實踐能力的安全工程應(yīng)用型人才是企業(yè)安全可持續(xù)發(fā)展的人力資源保障。如何培養(yǎng)符合行業(yè)發(fā)展需求的創(chuàng)新實踐型人才是新工科背景下應(yīng)用型本科院校安全工程專業(yè)實踐教學改革需要思考的重要問題。當前，應(yīng)用型本科院校在安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，往往面臨課程體系創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)相對薄弱、專業(yè)實踐基地和平臺相對欠缺、大學生自主創(chuàng)新實踐意識不強等問題。針對這些共性問題，文章以江蘇海洋大學為例，提出了相應(yīng)的解決措施，包括推進虛擬仿真賦能的課程教學體系改革、多渠道建立虛擬仿真實驗實訓(xùn)基地和服務(wù)平臺、大力推進產(chǎn)學研用合作、引導(dǎo)學生自主創(chuàng)新實踐等，以推進安全工程專業(yè)創(chuàng)新實踐型人才的培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新實踐型人才;虛擬仿真;安全工程;產(chǎn)學研用

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）12-0070-03

創(chuàng)新是高校本科教學改革的第一動力。虛擬現(xiàn)實是繼大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)之后在教育教學中應(yīng)用廣泛的新型技術(shù)，旨在提供沉浸性互動體驗?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行?！薄皩嵺`是檢驗真理的唯一標準。”虛擬仿真技術(shù)所呈現(xiàn)的實景感受和交互體驗，與知行合一的教學理念不謀而合，也是陶行知做中學思想在科技時代的靈活運用。正因如此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)正成為新工科教育背景下助推本科專業(yè)教學改革實踐的重要驅(qū)動力之一。2012年3月，教育部印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》，規(guī)劃建設(shè)1500套虛擬仿真實訓(xùn)實驗系統(tǒng)[1]。2017年7月，《教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)的通知》要求“各高校應(yīng)將建設(shè)和使用虛擬仿真實驗教學項目作為推進完善現(xiàn)有實踐教學體系、提高實驗教學質(zhì)量的重要舉措”[2]。2018年8月，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于高等學校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》的通知，要求積極構(gòu)建面向?qū)嵺`、突出應(yīng)用的實踐實習教學體系[3]。

安全工程是應(yīng)用實踐性較強的工科專業(yè)，但是部分實驗和企業(yè)生產(chǎn)實踐涉及高?；驑O端環(huán)境、高成本、高消耗和事故風險問題，在真實實驗條件下較難開展現(xiàn)場實踐教學。因此，基于知行合一的教學理念，打造虛擬仿真教學空間，創(chuàng)新仿真實驗教學資源應(yīng)用模式，推進安全工程專業(yè)實踐教學的研究，對于切實鍛煉安全工程專業(yè)學生的創(chuàng)新實踐能力，全面提高安全工程專業(yè)本科實踐教學質(zhì)量具有十分重要的推動作用。

一、安全工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標

根據(jù)專業(yè)教學質(zhì)量國家標準，安全工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是根據(jù)現(xiàn)代經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展要求，培養(yǎng)能從事安全領(lǐng)域的科學研究、技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計、風險評估、監(jiān)察與監(jiān)管、檢測與監(jiān)控、組織管理、教育培訓(xùn)、應(yīng)急救援等方面的高級工程技術(shù)和管理人才。

江蘇海洋大學地處江蘇省北部沿海城市連云港，當?shù)鼗ず歪t(yī)藥產(chǎn)業(yè)聚集，擁有全國知名的石化產(chǎn)業(yè)基地和醫(yī)藥生產(chǎn)基地。安全工程專業(yè)根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)特色，結(jié)合自身優(yōu)勢，凝練學科方向，確定了化工安全、?；钒踩c應(yīng)急處置、火災(zāi)爆炸防治、安全評價和海洋安全應(yīng)急技術(shù)5個培養(yǎng)方向，以培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展，掌握化工安全科學和技術(shù)，能從事安全技術(shù)及工程、安全科學與研究、安全監(jiān)察與管理、安全健康環(huán)境檢測與監(jiān)測、企業(yè)安全評價、安全設(shè)計與生產(chǎn)、安全教育與培訓(xùn)、化工生產(chǎn)與管理等方面的應(yīng)用型人才為己任。近年來，安全工程專業(yè)以工程教育認證為契機，通過優(yōu)化專業(yè)課程體系設(shè)置、提高師資隊伍水平、改善實踐教學條件等，使專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量得到了穩(wěn)步提升，然而在創(chuàng)新實踐型人才培養(yǎng)方面與其他院校同類專業(yè)存在一些共性問題。

二、安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的主要問題

（一）課程體系創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)相對薄弱

分析相關(guān)應(yīng)用型本科院校的專業(yè)培養(yǎng)方案可以發(fā)現(xiàn)，安全工程專業(yè)創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)大致分為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)2部分。其中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)包括發(fā)表學術(shù)論文，開展科研實踐，參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，參加課外作品競賽，參加學術(shù)交流，獲得專利、軟件著作權(quán)和職業(yè)資格證書等。高校都鼓勵學生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)，但未在課程學分上給予充分體現(xiàn)。實踐環(huán)節(jié)主要包括專業(yè)實驗、認識實習、生產(chǎn)實習、課程設(shè)計、畢業(yè)實習與設(shè)計（論文）。雖然有明確的學分和考核要求，但是絕大部分實習實踐都是在校內(nèi)完成的，與企業(yè)生產(chǎn)銜接不夠，應(yīng)用針對性不強。例如，江蘇海洋大學安全工程專業(yè)明確規(guī)定學生在校期間必須修滿4個創(chuàng)新獎勵類學分和6個社會實踐類學分方可畢業(yè)。其中創(chuàng)新獎勵類包括參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動、參加學科競賽且獲獎、發(fā)表論文與其他作品、參加各類考證考級等方面。社會實踐類包括在學術(shù)創(chuàng)新、實習創(chuàng)業(yè)、技能培訓(xùn)、道德修養(yǎng)、文體藝術(shù)、身心發(fā)展、社會工作、志愿服務(wù)等方面。盡管如此，課程體系中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)在總學分（180分）中的占比仍然很小，約為5.6%;而專業(yè)實踐環(huán)節(jié)共26.5學分，僅占總學分的14.7%。

（二）大學生專業(yè)實踐基地和平臺相對欠缺

專業(yè)實踐能力是大學生從業(yè)的必備能力和重要考核指標。高校人才培養(yǎng)中的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)是有效提升大學生專業(yè)實踐能力的重要途徑和措施。各高校都十分重視學生專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)，并通過各種渠道加強專業(yè)實驗平臺和“政校院企”合作實踐基地的建設(shè)[4]。這些傳統(tǒng)的實踐基地和專業(yè)實驗室基本上可以支撐大部分專業(yè)實踐教學，但是部分涉及有毒有害、易燃易爆物質(zhì)或高溫高壓儀器設(shè)備的安全工程實驗環(huán)節(jié)因存在事故風險而難以在現(xiàn)場開展。此外，出于對學生實習安全的考慮和根據(jù)實習企業(yè)生產(chǎn)零事故要求，部分高校的認識實習和一線作業(yè)實踐仍以參觀和座談學習為主，學生在動手實踐方面淺嘗輒止，其實踐應(yīng)用能力鍛煉不足。例如，化工企業(yè)火災(zāi)爆炸事故的應(yīng)急處置演練等實習實踐，因具有較高風險和較強破壞性而難以在現(xiàn)場開展。

（三）大學生自主創(chuàng)新實踐意識不強

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽是深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的重要抓手，對于引導(dǎo)學生主動服務(wù)國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展，切實提高學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力起著重要作用[5]。但是專業(yè)課程體系創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)相對薄弱以及大學生專業(yè)實踐基地和平臺相對欠缺，就會導(dǎo)致大學生自主創(chuàng)新實踐的意識不強和能力不足問題的出現(xiàn)。

例如，對2016—2019年江蘇海洋大學安全工程專業(yè)學生參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和競賽情況進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，4年內(nèi)學生共申請本專業(yè)相關(guān)創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目8項，年均2項，年均參與人數(shù)僅占該專業(yè)學生總數(shù)的4%。學生參與安全工程實踐與創(chuàng)新大賽1次，參與人數(shù)3人，占當時學生總數(shù)的2%。通過分析發(fā)現(xiàn)，這些創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目或比賽項目的研究方向，100%來源于指導(dǎo)教師的科研或教改項目，學生自主創(chuàng)新意識不強。此外，項目成果多以發(fā)表基礎(chǔ)理論研究型的科研論文為主，鮮少涉及能夠促進地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新產(chǎn)品、新專利、新工藝和新管理模式，項目成果轉(zhuǎn)化率較低，與產(chǎn)學研用的初衷有較大距離。

三、虛擬仿真賦能的安全工程專業(yè)實踐教學改革

（一）多渠道建立虛擬仿真實驗實訓(xùn)基地和服務(wù)平臺

火災(zāi)、爆炸等事故是威脅企業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)害類型，培養(yǎng)應(yīng)用型安全工程人才的現(xiàn)場隱患排查能力以及事故預(yù)防和處置能力具有十分重要的意義。因此，相關(guān)高校在現(xiàn)有實體基地和平臺的基礎(chǔ)上大力推進產(chǎn)學研用合作，建設(shè)虛擬仿真實驗實訓(xùn)基地，為學生提供沉浸式實踐教學。例如，中國礦業(yè)大學建設(shè)了“安全工程虛擬實驗室”輔助相關(guān)理論教學。常州大學依托化工安全事故應(yīng)急3D虛擬仿真與應(yīng)急實訓(xùn)系統(tǒng)，開設(shè)了安全風險分析與模擬仿真技術(shù)課程。福州大學采用資源共享、自主研發(fā)、校企合作等多種渠道建設(shè)了“三層次”“四模塊”的虛擬仿真實驗平臺[6]。

江蘇海洋大學通過購置、引進和自主研發(fā)等多種渠道積極構(gòu)建校級虛擬仿真平臺。2016—2019年，安全工程專業(yè)“化工智慧安全”教學團隊獲得連云港市科技局科技項目資助，建設(shè)了連云港市智慧安全科技服務(wù)平臺。2017年至今，該團隊在江蘇省發(fā)展改革委資助下，建設(shè)了江蘇省智慧安全工程實驗室，并以此為基礎(chǔ)建設(shè)了包括消防安全、個體防護等主題的體驗式安全教育實訓(xùn)基地。2020年疫情期間，安全工程專業(yè)加大對國家和江蘇省虛擬仿真實驗教學項目共享平臺的推廣和應(yīng)用，引進了“高層建筑防火設(shè)計與消防疏散虛擬仿真實驗”等一系列虛擬仿真實驗項目，并自主研發(fā)完成“化工企業(yè)火災(zāi)風險防控及應(yīng)急處置演練虛擬仿真實驗”，多渠道建設(shè)了虛擬仿真實踐課程教學系統(tǒng)，極大地改善了安全工程專業(yè)的實踐教學條件。

（二）開展虛擬仿真賦能的實踐教學體系改革

根據(jù)《2017—2020年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)規(guī)劃》，教育部2020年遴選安全科學與工程類虛擬仿真實驗教學項目10項[7]。虛擬仿真實驗教學項目的研發(fā)和應(yīng)用，有助于達到實驗成本、風險控制與教學需求的平衡，完善專業(yè)實踐教學體系。

以此為契機，江蘇海洋大學安全工程專業(yè)“化工智慧安全”教學團隊依托省級虛擬仿真實驗教學項目共享平臺、省級發(fā)展改革委實驗室建設(shè)項目和市級平臺建設(shè)項目，開展“仿真實踐教學在大學生消防安全通識課中的應(yīng)用研究”和“虛擬仿真賦能的新工科專業(yè)教學方法創(chuàng)新實踐研究”，建成省級智慧安全工程實驗室1個，省級虛擬仿真實驗一流課程1門，市級智慧安全科技服務(wù)平臺1個，校級在線開放課程1門，自主研發(fā)完成“防患于未燃”隱患排查軟件等6項教學輔助軟件，打造了“軟硬兼顧、虛實結(jié)合”的實踐教學體系。所謂“軟硬兼顧”，是指通過仿真軟件和硬件的有機結(jié)合，為學生營造出逼真事故場景，使他們能夠身臨其境地體驗事故現(xiàn)場滅火、逃生和救援過程。所謂“虛實結(jié)合”，是指所設(shè)計的事故隱患排查實踐環(huán)節(jié)，既有實地隱患排查實踐，也有虛擬場景排查實踐?！败浻布骖?、虛實結(jié)合”的實踐教學設(shè)計，可以將多家企業(yè)、多個事故中暴露出的隱患形式共同呈現(xiàn)在虛擬工廠中，彌補了到單一企業(yè)實地考察可能無法發(fā)現(xiàn)的共性問題，達到充分鍛煉學生事故隱患辨識能力的目的。

上述教學改革實施以來，效果良好，取得一系列成果，受到同行和學生的廣泛好評。2019年，“火災(zāi)防患辨識”微課獲得江蘇省高校微課比賽二等獎。2020年，“防火與防爆技術(shù)”微課程榮獲江蘇省高校微課比賽微課程類三等獎。2021年，“化工企業(yè)火災(zāi)風險防控及應(yīng)急處置演練虛擬仿真實驗”入選江蘇省一流本科課程，“融合創(chuàng)新，學思悟踐，基于生活教育論和虛擬仿真技術(shù)的《防火與防爆技術(shù)》課程教學改革與實踐”榮獲校級教學成果獎一等獎。學生對“防火與防爆技術(shù)”這門課程給予5星好評，并且普遍認為虛擬仿真賦能的課程教學“內(nèi)容充實”“有趣生動”“形式豐富”“引人入勝”“受益匪淺”。

（三）推進產(chǎn)學研用合作，引導(dǎo)學生開展自主創(chuàng)新實踐

2020年6月11日，教育部高等教育司司長吳巖在接受采訪時提到4個80%：高校教師的80%是專業(yè)教師，課程的80%是專業(yè)課程，學生學習時間的80%是專業(yè)學習。多年的調(diào)查表明，80%的大學生認為，對自己成長影響最深的是專業(yè)課和專業(yè)課教師[8]。由此可見，學生的創(chuàng)新實踐意識在很大程度上受到專業(yè)教師的影響。

基于此，江蘇海洋大學安全工程專業(yè)依托連云港市智慧安全科技服務(wù)平臺和江蘇省智慧安全工程實驗室，大力開展產(chǎn)學研用合作，達到了既夯實教師工程基礎(chǔ)又鍛煉學生實踐能力以及既提高實踐教學質(zhì)量又服務(wù)周邊企業(yè)的“一箭四雕”的教育目標。在校企合作方面，學校鼓勵專業(yè)教師參與企業(yè)橫向項目研發(fā)和企業(yè)生產(chǎn)。安全工程專業(yè)僅2018年就有9位專業(yè)教師通過校企合作平臺與連云港市12家企業(yè)簽訂橫向項目合作協(xié)議，項目經(jīng)費累計達421萬元;先后有5人進入企業(yè)擔任科技副總，2人在企業(yè)掛職，占教師總數(shù)的70%。這些校企合作使教師的工程閱歷更加豐富，從而使他們在指導(dǎo)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目時更加得心應(yīng)手。教學方面，“化工智慧安全”教學團隊先后開發(fā)了智慧安全教育培訓(xùn)系統(tǒng)、智慧安全教育考試系統(tǒng)、“防患于未燃”隱患排查軟件等智慧教學軟件，并將其廣泛應(yīng)用于安全工程課程教學中，在增強學生實踐能力的同時引導(dǎo)學生參與智慧安全創(chuàng)新實踐。通過廣泛接觸各類虛擬仿真實驗項目，學生開闊了眼界，自主研發(fā)創(chuàng)新的興趣得到了激發(fā)。2019年以來，學生在全國安全科學與工程大學生實踐與創(chuàng)新作品大賽、江蘇省高校化學化工聯(lián)盟實驗競賽及校級計算機設(shè)計大賽等創(chuàng)新和實踐類比賽中斬獲獎項，獲獎人數(shù)達20余人次。2020年，安全工程專業(yè)共有8支團隊入選江蘇海洋大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，參與人數(shù)達到24人，創(chuàng)歷史新高。2020年以來，學生參與研發(fā)并獲得4項軟件著作權(quán)。2021年，憑借在虛擬仿真賦能的安全工程專業(yè)實踐教學改革方面取得的進展，“化工智慧安全”教學團隊入選全國石油和化工教育優(yōu)秀教學團隊。

四、結(jié)語

創(chuàng)新實踐型人才是現(xiàn)代企業(yè)安全生產(chǎn)的人力資源保障，應(yīng)用型本科院校肩負著為社會培養(yǎng)人才、服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展的重要使命和責任。雖然目前在安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，部分應(yīng)用型本科院校仍面臨著課程體系創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)相對薄弱、專業(yè)實踐基地和平臺相對欠缺、大學生自主創(chuàng)新實踐意識不強等問題，但是，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，相關(guān)高校正與政府、企業(yè)以及科研機構(gòu)展開更深層次的教育合作，深化高校課程實踐教學改革。這些改革舉措為逐步解決人才培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的問題提供了途徑和保障。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》的通知[EB/OL].（2012-03-13）[2021-06-23].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201203/t20120313_133322.html.

[2] 教育部辦公廳.教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)的通知[EB/OL]. （2017-07-13）[2021-06-23]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html

[3] 教育部，財政部，國家發(fā)展改革委.教育部 財政部 國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于高等學校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》的通知[EB/OL].（2018-08-27）[2021-06-23].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-08/27/content_5316809.htm.

[4] 劉輝，孫世梅，張智超.新工科視域下“政校院企”多方協(xié)同育人模式探索與實踐：以吉林建筑大學安全工程專業(yè)為例[J].大學教育， 2020（7）：147-149.

[5] 江蘇省教育廳. 省教育廳關(guān)于舉辦“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽第六屆“建行杯”國賽選拔賽暨第九屆“花橋國際商務(wù)城杯”省賽的通知[EB/OL]. （2020-06-22）[2021-06-23].http：//jyt.jiangsu.gov.cn/art/2020/6/22/art_58320_9240940.html.

[6] 陽富強，楊健. 安全工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學平臺建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2020（3）：242-245，254.

[7] 教育部辦公廳.教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)的通知[EB/OL].（2017-07-13）[2021-06-23].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html

[8] 吳巖.讓課程思政建設(shè)在全國高校刮起一股新風[EB/OL].（2020-06-11）[2021-06-23]. http：//edu.people.com.cn/n1/2020/0611/c367001-31743663.html.

（責任編輯 龐丹丹）

[收稿時間]2021-10-28

[基金項目]江蘇海洋大學2019年重點教學改革課題“仿真實踐教學在大學生消防安全通識課中的應(yīng)用研究”（JGX2019030Z）;江蘇海洋大學環(huán)境與化學工程學院教學改革課題“虛擬仿真賦能的新工科專業(yè)教學方法創(chuàng)新實踐研究”和“應(yīng)急管理類課程思政特色資源共享平臺的構(gòu)建及應(yīng)用機制研究”。

[作者簡介]姜琴（1978-），女，山東諸城人，博士，副教授，研究方向：虛擬仿真實驗教學、防火與防爆技術(shù)。張?zhí)m君（1988-），女，江蘇連云港人，博士，副教授，研究方向：職業(yè)衛(wèi)生。施鵬飛（1978-），男，安徽桐城人，博士，教授，研究方向：安全系統(tǒng)工程。徐國想（1971-），男，江蘇連云港人，博士，教授，研究方向：危險源識別與管理。施珺（1963-），女，安徽桐城人，碩士，教授，研究方向：智慧教育。