雙一流背景下基于VR技術(shù)《火災(zāi)調(diào)查》課程教學(xué)改革的研究

周彪，王德政

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京）

火災(zāi)作為最常見、最普遍的災(zāi)害之一，在給人民的生命財產(chǎn)安全造成損害的同時，更阻礙著經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。在建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人口高度密集、新材料種類繁多的當(dāng)下，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易釀成重大安全事故，火災(zāi)調(diào)查作為調(diào)查火災(zāi)發(fā)生原因、界定相關(guān)責(zé)任的有效手段，對于火災(zāi)預(yù)防顯得格外重要。然而當(dāng)前社會快速發(fā)展，火災(zāi)發(fā)生的種類不斷增多，火災(zāi)成因也愈加復(fù)雜，調(diào)查火災(zāi)的難度也與日俱增，需要更多專業(yè)性人才來保證工作順利開展[1]。為了應(yīng)對人才缺口，許多高校開辦了火災(zāi)調(diào)查的相關(guān)課程。作為我校消防工程專業(yè)的核心課程，《火災(zāi)調(diào)查》的主要內(nèi)容包含火災(zāi)現(xiàn)場的保護(hù)與勘驗、火災(zāi)痕跡物證鑒定、原因分析、損失核定、火災(zāi)責(zé)任認(rèn)定及后續(xù)處理等。開設(shè)該課程旨在借助真實案例講解實際情況下的分析流程，使學(xué)生了解并掌握火災(zāi)調(diào)查的基礎(chǔ)理論，培養(yǎng)專業(yè)技能，為學(xué)生將來走向工作崗位打下基礎(chǔ)。

同時，社會的就業(yè)形勢日益嚴(yán)峻，而目前的教育體系卻仍然依靠課堂口述教學(xué)和學(xué)生被動灌輸?shù)膶W(xué)習(xí)形式，這種形式已經(jīng)無法滿足培養(yǎng)高質(zhì)量人才的需要，亟需一個新的教育框架和模式以培養(yǎng)符合未來社會需求的人才。中國經(jīng)濟向著高質(zhì)量的方向發(fā)展，而科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，后疫情時代迫切需要激發(fā)青年的創(chuàng)新精神。為了使青年具備創(chuàng)建一個更具包容性、凝聚力和生產(chǎn)力的世界所需要的技能，世界經(jīng)濟論壇（World Economic Forum）在2020 年 1 月發(fā)布了一份題為《未來學(xué)校：為第四次工業(yè)革命定義新的教育模式》的報告，面向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)世界，提出滿足工業(yè)4.0需求的“教育 4.0”框架構(gòu)想，對高質(zhì)量的學(xué)習(xí)進(jìn)行了重新定義。教育4.0框架下，要求青年人掌握以下八個關(guān)鍵技能：全球公民技能（Global Citizenship Skills）、創(chuàng)新創(chuàng)造技能（Innovation and Creativity Skills）、技術(shù)技能（Technology Skills）、人際關(guān)系技能（Interpersonal Skills）、可及性和包容性學(xué)習(xí)（Accessible and Inclusive Learning）、基于問題和協(xié)作的學(xué)習(xí)（Problem-based and Collaborative Learning）、個性化和自定進(jìn)度的學(xué)習(xí)（Personalized and Self-paced Learning）、終身學(xué)習(xí)和學(xué)生自驅(qū)動的學(xué)習(xí)（Lifelong and Student-driven Learning）。為此教育體系不僅要更新學(xué)習(xí)內(nèi)容，更要對教學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)新，做到游戲化教學(xué)（Gamification Teaching）、體驗式教學(xué)（Experiential Teaching）、與計算機有關(guān)的教學(xué)（Computer-related Teaching）、具身化教學(xué)（Embodied Teaching）、多元文化教學(xué)（Multicultural Teaching）[2]。新時期的青年不能再是被動地接收知識，更要去主動學(xué)習(xí)，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)意識，通過學(xué)習(xí)創(chuàng)新，在社會變革中不斷發(fā)展。

然而，傳統(tǒng)的火災(zāi)調(diào)查課程授課以借助PPT的理論教學(xué)為主，借助圖片視頻使學(xué)生了解火災(zāi)調(diào)查環(huán)節(jié)。但是通過近年來的學(xué)生反饋，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生缺乏對學(xué)到的技術(shù)運用的訓(xùn)練，理論知識與實際應(yīng)用脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以繼續(xù)取得滿意的效果，該現(xiàn)象與教學(xué)目標(biāo)相悖。伴隨著我國教育信息化的改革取得顯著成效，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”這一模式得到了社會的認(rèn)可。本文以我校《火災(zāi)調(diào)查》的教學(xué)為切入點，指出目前火災(zāi)調(diào)查相關(guān)課程教學(xué)中存在的部分問題，進(jìn)一步提出了引入虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的相關(guān)改進(jìn)措施，希望豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，加強學(xué)生實操能力，促進(jìn)《火災(zāi)調(diào)查》高校教學(xué)的信息化改革，為相關(guān)教學(xué)工作提供思路。

一 《火災(zāi)調(diào)查》課程教學(xué)現(xiàn)狀

《火災(zāi)調(diào)查》是我校消防工程專業(yè)開設(shè)于大三學(xué)年的課程，在這個階段，學(xué)生經(jīng)過兩年的培養(yǎng)已有了一定的知識儲備，并且即將面對外出實習(xí)，亟需掌握更多專業(yè)性的技能。趙春提出一種線上線下CRI（Combine，Resign ＆ Independent）式教學(xué)模式，包含教學(xué)準(zhǔn)備、線上教學(xué)、線下翻轉(zhuǎn)、練習(xí)實踐、考核評價、評估改進(jìn)六個大的教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。但是目前的《火災(zāi)調(diào)查》課程教學(xué)在這些教學(xué)環(huán)節(jié)中存在以下諸多問題：

（一） 教學(xué)有效性不佳

《火災(zāi)調(diào)查》課程十分重視學(xué)生是否可以靈活運用知識，學(xué)生能否將獲得的知識和技能理解充分，并將其在現(xiàn)實中轉(zhuǎn)化為成果對于一門工程技術(shù)類課程顯得尤為重要。實際火災(zāi)現(xiàn)場情況復(fù)雜，大部分現(xiàn)場因為火焰灼燒以及滅火行動導(dǎo)致現(xiàn)場環(huán)境雜亂，若過火時間長建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞還可能存在相當(dāng)高的安全風(fēng)險，在勘查過程中常需要大量的人力物力用于分離現(xiàn)場的痕跡物證，同時也意味著調(diào)查人員需要用較高的專業(yè)能力。但是無論在線上教學(xué)還是線下課堂上僅能通過圖片與老師的講述向?qū)W生展示火場，這種程度的介紹難以讓學(xué)生對火災(zāi)痕跡物證鑒定產(chǎn)生深刻的認(rèn)識，“到達(dá)現(xiàn)場后該從哪里開展工作”“該怎樣在最小程度破壞現(xiàn)場的前提下分離出證據(jù)”“現(xiàn)場廢墟中哪些是有用的證據(jù)，哪些是干擾判斷的因素”等等，學(xué)生聽課效果不理想且不知道所學(xué)的知識該如何運用。這種低效的學(xué)習(xí)模式直接影響到學(xué)生對該課程的重視程度，學(xué)生會覺得自己學(xué)習(xí)是做“無用功”而不去鉆研，導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)與實操能力均有待提高。

（二） 教學(xué)場所的固化

《火災(zāi)調(diào)查》要求培養(yǎng)出的學(xué)生具有較強實踐性，但在教學(xué)過程中卻只有在教室里學(xué)習(xí)，而火災(zāi)現(xiàn)場的危險性又限制了學(xué)生們進(jìn)行實地感受火場的機會，學(xué)生不可能前往現(xiàn)場切身地去感受火災(zāi)后的情況，也就產(chǎn)生了學(xué)生畢業(yè)后到達(dá)工作崗位，從來沒有親眼看到過火災(zāi)現(xiàn)場到底是什么樣的狀態(tài)。因而，課程實習(xí)環(huán)節(jié)常年缺失，單一的課堂教學(xué)與練習(xí)實踐的缺失，使學(xué)生的認(rèn)知局限于紙面，學(xué)生似乎只會紙上談兵，知識抽象難以理解也降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，當(dāng)前全球新冠疫情反復(fù)，如果當(dāng)?shù)匾驗槌霈F(xiàn)疫情停課將嚴(yán)重打亂教學(xué)計劃，而作為替代方案的線上教學(xué)只能通過軟件進(jìn)行視頻口述和影像資料播放，也減少了師生互動和實踐體驗[4]，教學(xué)質(zhì)量不佳。

（三） 教學(xué)互動性有限

課堂上主要以教師講述為主，與學(xué)生的交流局限于提問這類單方面交互，這種模式下課堂氛圍不活躍，學(xué)生對于課堂的參與感不強，思考局限在了“如何回答問題上”而不是“如何發(fā)現(xiàn)并提出問題”。長此以往，互動的不足將限制學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性并影響學(xué)生的發(fā)散思維，學(xué)生缺少創(chuàng)新能力與學(xué)習(xí)興趣，只會按部就班地處理已有的知識，而不能推動火災(zāi)調(diào)查學(xué)向前發(fā)展，達(dá)不到開設(shè)該課程的目標(biāo)和要求。同樣由于疫情，線上課程下，師生互動的缺失讓課堂缺乏感染力，學(xué)生的課堂注意力直線下降，并且原本課堂上師生之間的交流讓老師可以及時指導(dǎo)，適當(dāng)鼓勵，對學(xué)生對癥下藥，因材施教，目前的線上課堂卻缺乏這一環(huán)節(jié)，學(xué)生在課堂上如果對某些知識點沒有理解充分無法課下及時與老師討論，而火災(zāi)調(diào)查的知識架構(gòu)邏輯性較強，一個知識點沒有理清會影響后續(xù)的學(xué)習(xí)，長期惡性循環(huán)會使知識盲區(qū)越來越大，最終學(xué)生因為沒有得到老師第一時間的幫助，喪失了學(xué)習(xí)信心，無法調(diào)動學(xué)習(xí)熱情，最終產(chǎn)生厭學(xué)情緒。種種不便讓本就實踐性較強的火災(zāi)調(diào)查課程教學(xué)雪上加霜。

（四） 課程考核與評價形式單一

目前本課程的考試為傳統(tǒng)閉卷筆試形式，教師主要根據(jù)教材上的內(nèi)容出題，閉卷形式的限制讓題目更多側(cè)重于課本基礎(chǔ)知識的，落實與鞏固。學(xué)生在不參考課本資料的環(huán)境下獨立完成考試，最終打分時筆試成績占總分的 70 %，剩余部分老師通過課程通勤率和課后作業(yè)完成情況來評定。由于筆試分?jǐn)?shù)的高占比，學(xué)生的學(xué)習(xí)重心常放在記憶給定的考試重點，但是本課程側(cè)重點并不是學(xué)生記憶書本知識的技巧，而是考核實踐能力。通勤率在學(xué)生沒有逃課的前提下得分相同，并不具有辨識度。課后作業(yè)部分多采用案例分析的形式撰寫事故報告，本意是讓學(xué)生去運用所學(xué)知識去分析火災(zāi)事故，但是互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于火災(zāi)現(xiàn)場的資料屈指可數(shù)且不成體系，大部分找到的都是一些新聞報道，其對火場的描述更傾向于文學(xué)性的描述而非專業(yè)性的側(cè)寫，通過采訪部分學(xué)生得到的反饋來看，學(xué)生找到適合分析的案例難度極大。

繼互聯(lián)網(wǎng)引發(fā)第三次工業(yè)革命之后，以大數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能技術(shù)正在推動第四次工業(yè)革命，伴隨著中國科技創(chuàng)新的“井噴式”爆發(fā)，知識和信息的容量越來越大，各個鄰域都在向信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在學(xué)習(xí)資源幾何式增長的今天，如何用有限的時間去學(xué)習(xí)這無限的知識似乎成為了多數(shù)人共同的焦慮，傳統(tǒng)教育行業(yè)受到了巨大沖擊，似乎無論是教學(xué)理念、還是教學(xué)形態(tài)和方法都不再適用于當(dāng)前的環(huán)境，將信息技術(shù)深度融入教學(xué)成為每一個教育從業(yè)者的共識。目前，許多學(xué)科都在積極思考在這次工業(yè)革命中該如何提升教學(xué)效率，升級教學(xué)模式，在基于數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行學(xué)科升級。目光放回火災(zāi)調(diào)查課程，近年來在5G 等信息技術(shù)催化下快速發(fā)展的VR技術(shù)在實現(xiàn)火災(zāi)調(diào)查信息化方面具有較高的潛力。

二 基于VR技術(shù)的《火災(zāi)調(diào)查》教學(xué)改革

VR全稱為Virtual Reality，翻譯為虛擬技術(shù)，也稱虛擬環(huán)境技術(shù)，目前公認(rèn)該概念最早由作家Stanley G.Weinbaum在其科幻小說Pygmalion's Spectacles中提出。它是利用計算機進(jìn)行復(fù)雜的運算，模擬生成三維的虛擬世界，在該世界中為用戶提供以視覺為主的多重感官模擬，讓使用者產(chǎn)生身歷其境的感覺。這一高技術(shù)模擬系統(tǒng)被認(rèn)為是多媒體最高級別的應(yīng)用。是匯合了計算機技術(shù)、計算機圖形、計算機視覺、視覺生理學(xué)、視覺心理學(xué)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)、立體顯示技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、語音識別與合成技術(shù)、人機接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)之集大成者[5]。而在2019年具備高速率，低延時，大容量傳播特點的5G技術(shù)問世之后，VR行業(yè)也將迎來新的發(fā)展機遇。

目前VR教育已被列入我國教育信息化“十三五”規(guī)劃，國內(nèi)許多高校對VR技術(shù)引進(jìn)課堂進(jìn)行探索，丁點點等人探討了VR技術(shù)與BIM技術(shù)在土木施工教學(xué)的應(yīng)用[6]，王宜衡等人分析了VR和AR技術(shù)在麻醉學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用前景[7]?？梢钥吹剑S著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，教育與信息技術(shù)正在更進(jìn)一步地融合，在傳統(tǒng)教育的基礎(chǔ)上，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)時代的新教育體系，樹立新的教育發(fā)展觀。據(jù)三星美國分公司和德國GfK在2016年聯(lián)合發(fā)布的調(diào)查報告顯示“只有2 %的教師”使用過虛擬現(xiàn)實教學(xué)，目前更多人對應(yīng)用這項技術(shù)到教育行業(yè)還停留在旁觀階段，《火災(zāi)調(diào)查》具有高實踐性，涉及學(xué)科領(lǐng)域廣等特點，在這次教育升級中更應(yīng)當(dāng)做“第一個吃螃蟹的人”。VR技術(shù)在其教學(xué)中具有很好的應(yīng)用前景。筆者提出以下基于VR技術(shù)的教學(xué)改革建議，以期解決上述問題。

1.為了讓學(xué)生擺脫抽象的了解知識，需要讓學(xué)生更真實地感受火災(zāi)現(xiàn)場。然而，真實復(fù)原火場環(huán)境需要較高的資金投入和場地支持，這一點在傳統(tǒng)的教育環(huán)境下幾乎是不可能完成的。但是在信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，搭建 VR 技術(shù)實驗室為解決這一問題提供了有效途徑，技術(shù)人員通過 VR 設(shè)備采集真實火場環(huán)境信息并借助軟件構(gòu)建開放、立體、精確且不斷優(yōu)化的三維火場場景，成本可以大幅縮減，并且擺脫了大面積的場地限制。老師還可以將不同場景下的規(guī)范化流程表現(xiàn)通過 VR 全景攝影設(shè)備進(jìn)行記錄，讓學(xué)生對于規(guī)范動作一目了然，提高學(xué)生對火災(zāi)調(diào)查的理解，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。并且 VR 影像可以多角度反復(fù)播放，也節(jié)省教師的教學(xué)壓力。學(xué)生從二維書本學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向三維沉浸式體驗火災(zāi)環(huán)境，不再局限圖片來捕捉關(guān)鍵信息，有利于學(xué)生對火災(zāi)調(diào)查知識的理解與掌握，教學(xué)效果事半功倍。

2.通過大數(shù)據(jù)采集與計算機技術(shù)就可以全方位立體的復(fù)原不同時空下的各類火災(zāi)場景，突破了空間限制，課堂不再局限于教師，學(xué)生不需要親自前往火災(zāi)現(xiàn)場，既節(jié)省了交通成本也不必?fù)?dān)心現(xiàn)場可能的風(fēng)險因素，數(shù)字世界中的老師。同時系統(tǒng)可以生成多套火災(zāi)場景以供隨時切換，適應(yīng)不同的教學(xué)需要，在過去傳統(tǒng)教學(xué)中，由于空間限制，無法提供整合各種元素的場景滿足教學(xué)需求，而VR技術(shù)突破空間限制，可以實現(xiàn)多場景的無縫切換，現(xiàn)實世界與虛擬空間相融合，有效的解決學(xué)生實踐困難，缺少現(xiàn)場教學(xué)的問題，彌補傳統(tǒng)課堂的不足，帶來豐富多元的課堂體驗。而隨著5G傳輸技術(shù)的普及，同一時間不同空間的VR課堂成為可能，學(xué)生可以借助軟件設(shè)備（例如 ClassVR）鏈接在同一時間的虛擬在線環(huán)境中，教師遠(yuǎn)程指導(dǎo)學(xué)習(xí)，學(xué)生也可以在線交流協(xié)作促進(jìn)學(xué)生之間的溝通交流，身臨其境的上課感受有效解決疫情帶來的種種不便。

3.學(xué)生在VR設(shè)備中可以與場景直接進(jìn)行交互，平時傳統(tǒng)課堂上一些難以通過口述或只能依靠圖片進(jìn)行傳達(dá)的知識如今可以借助VR設(shè)備可以讓學(xué)生親身感受，例如尋找火災(zāi)痕跡并分析，通過針對性地模擬現(xiàn)場環(huán)境，讓學(xué)生在復(fù)雜的環(huán)境中自主搜尋關(guān)鍵信息，不僅能有效鍛煉學(xué)生的專業(yè)技能，老師也可以及時找到學(xué)生的知識盲點。學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)這些過去難以實操的知識點，并可以與場景進(jìn)行交互來加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的印象，老師也能夠在虛擬場景下“手把手”引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的方法去完成調(diào)查目標(biāo)。真正意義上讓學(xué)生把知識和現(xiàn)實有效連接起來，實現(xiàn)沉浸式學(xué)習(xí)，可以說這才是教育的理想狀態(tài)。這種教學(xué)模式不僅能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的課堂參與感，鍛煉了學(xué)生的自主思考能力，更高效地理解所學(xué)的內(nèi)容，也大大節(jié)省了過去線下教學(xué)所需要的時間成本。同時教學(xué)中科技感的設(shè)備的加入也很好的改善了原有教學(xué)過程的枯燥，大大刺激學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.借助VR平臺增加實踐考核環(huán)節(jié)，使學(xué)生在VR環(huán)境下對不同的火場證據(jù)進(jìn)行分析，教師再根據(jù)行為規(guī)范及分析結(jié)果打分，既合理豐富了考試模式，也促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，促進(jìn)學(xué)生將知識運用到實踐中。而這種考核方式也并不會像傳統(tǒng)紙面考試那么死板，不會讓學(xué)生只有去死記硬背課本上的知識才能通過考試。學(xué)生在考核中并不會感受到枯燥反而會覺得更像是一場知識競賽游戲，學(xué)生可以在保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度的同時以較為輕松的心態(tài)參與考核，并且可以設(shè)置以小組合作的形式進(jìn)行的考核項目，有助于學(xué)生相互溝通，鍛煉協(xié)作能力。并且系統(tǒng)軟件帶來的科學(xué)合理的評估機制，也可以讓學(xué)生感受到考核的公平性，更加重視課程，刺激自主學(xué)習(xí)積極性，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

三 結(jié)語

國之重器，教育為基，在推進(jìn)教育現(xiàn)代化的號召下，筆者分析了對現(xiàn)階段《火災(zāi)調(diào)查》課程存在的問題，進(jìn)一步闡釋了VR技術(shù)在《火災(zāi)調(diào)查》教學(xué)的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅能夠提高教學(xué)有效性，降低教學(xué)成本與風(fēng)險，更能提高學(xué)生課堂參與感與學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的實踐能力。其中最重要的是VR技術(shù)提供了讓學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容運用到實際的機會，培養(yǎng)學(xué)生動手能力，真正實現(xiàn)知識遷移。將VR技術(shù)運用到《火災(zāi)調(diào)查》教學(xué)中符合新時代“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的學(xué)習(xí)理念，虛實融合的教學(xué)模式充分利用了最新的信息技術(shù)，完善了學(xué)習(xí)者的知識結(jié)構(gòu)，不僅滿足教育者的教學(xué)需求，更提高了教育效率。隨著VR技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，其在多元化教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用勢在必行，為培養(yǎng)滿足第四次工業(yè)革命時代所需的應(yīng)用型、技術(shù)型人才保駕護(hù)航。