消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中VR技術(shù)的應(yīng)用研究

作者簡(jiǎn)介：

宗俊秀（1988- ），女，漢族，吉林安圖人，研究生，講師，研究方向：防災(zāi)減災(zāi)、教育。

摘要：

隨著科技的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在教育培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。為解決傳統(tǒng)消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中存在的資源限制、風(fēng)險(xiǎn)高以及實(shí)操經(jīng)驗(yàn)不足等問題，本文首先探討了VR技術(shù)在消防救援裝備課程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并明確了應(yīng)用VR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的原則，最后結(jié)合消防救援裝備課程闡述了具體的應(yīng)用策略，提升了學(xué)員的操作技能和緊急響應(yīng)能力，以此為相關(guān)人員提供實(shí)踐參考，推動(dòng)消防救援裝備課程教學(xué)向更高效、安全、互動(dòng)性強(qiáng)的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：消防救援裝備課程；實(shí)踐教學(xué)；VR技術(shù)

引言

隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）已從娛樂工具轉(zhuǎn)變?yōu)橛辛Φ慕虒W(xué)輔助工具。在消防救援領(lǐng)域，VR技術(shù)的引入開創(chuàng)了新的訓(xùn)練和教學(xué)方法，使得實(shí)踐教學(xué)變得更加高效和安全。傳統(tǒng)的消防救援訓(xùn)練面臨著資源消耗大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題，特別是在模擬復(fù)雜和危險(xiǎn)場(chǎng)景時(shí)存在明顯局限性，而VR技術(shù)通過創(chuàng)建逼真的三維模擬環(huán)境，不僅能夠無風(fēng)險(xiǎn)重現(xiàn)各種緊急情況，還可以根據(jù)需要進(jìn)行場(chǎng)景定制和任務(wù)設(shè)置，為學(xué)習(xí)人員提供了寶貴的“親身”體驗(yàn)機(jī)會(huì)。在此背景下，探索如何有效將VR技術(shù)應(yīng)用于消防救援裝備課程的實(shí)踐教學(xué)中，提高教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)學(xué)習(xí)人員實(shí)操能力及應(yīng)急響應(yīng)能力具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

一、消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中VR技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）提高安全性和控制風(fēng)險(xiǎn)

在傳統(tǒng)的消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)員面臨著真實(shí)的火場(chǎng)環(huán)境和極端條件下的訓(xùn)練，不僅帶來了巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，還可能因?yàn)椴僮鞑划?dāng)造成財(cái)產(chǎn)損失或環(huán)境污染。在訓(xùn)練過程中引入虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，可使教學(xué)過程在完全控制的虛擬環(huán)境中進(jìn)行，顯著提高安全性并有效控制風(fēng)險(xiǎn)。教師利用VR技術(shù)模擬復(fù)雜多變的救援場(chǎng)景，如大樓火災(zāi)、森林火災(zāi)、化學(xué)泄漏等，不僅為學(xué)員提供了逼真的視覺和聽覺體驗(yàn)，還能夠根據(jù)訓(xùn)練需要調(diào)整難度和復(fù)雜程度，確保學(xué)員能夠在零風(fēng)險(xiǎn)情況下進(jìn)行訓(xùn)練，同時(shí)VR系統(tǒng)通常配備有詳盡的反饋和評(píng)估機(jī)制，能夠及時(shí)準(zhǔn)確記錄學(xué)員的行為、判斷和決策過程，并提供專業(yè)反饋和改進(jìn)建議。在此培訓(xùn)環(huán)境中，學(xué)員可以無畏于犯錯(cuò)，并從錯(cuò)誤中快速學(xué)習(xí)和進(jìn)步，不僅加深了學(xué)員對(duì)消防救援知識(shí)的理解和記憶，也增強(qiáng)了其應(yīng)對(duì)真實(shí)緊急情況的自信心［1］。

（二）增強(qiáng)實(shí)操技能與場(chǎng)景逼真度

VR技術(shù)依托高度仿真的三維場(chǎng)景為消防救援裝備課程提供了互動(dòng)性強(qiáng)、沉浸感深厚的訓(xùn)練平臺(tái)。和傳統(tǒng)教學(xué)相比，VR技術(shù)使學(xué)員能夠在完全模擬的環(huán)境中進(jìn)行各種救援操作練習(xí)，如基本技能訓(xùn)練、使用消防栓、噴水槍等設(shè)備操作，同時(shí)應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的場(chǎng)景，如高層建筑內(nèi)部搜索、密閉空間內(nèi)火源定位等。此種逼真場(chǎng)景不僅可視化展示了火場(chǎng)環(huán)境及變化過程，還能模擬出煙霧、溫度上升等真實(shí)感受，使學(xué)員在視覺、聽覺甚至觸覺上都獲得沉浸式體驗(yàn)，以此增強(qiáng)學(xué)員對(duì)消防器材使用方法及應(yīng)急處置流程的認(rèn)知和理解。除了沉浸式體驗(yàn)以外，學(xué)員在VR環(huán)境中所采取的一切行動(dòng)和決策均能立即見效，可以隨時(shí)重置場(chǎng)景再次嘗試不同方案。此種反復(fù)試驗(yàn)和即時(shí)反饋機(jī)制極大促進(jìn)了個(gè)體技能水平的快速提升［2］。

（三）促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通

由于消防救援工作通常需要團(tuán)隊(duì)合作完成，但傳統(tǒng)培訓(xùn)方式往往因地點(diǎn)、時(shí)間等限制而難以頻繁組織大規(guī)模團(tuán)隊(duì)協(xié)作演練。VR技術(shù)可以輕松克服這一障礙，教師可構(gòu)建虛擬任務(wù)環(huán)境，使多名參訓(xùn)人員同時(shí)登錄同一培訓(xùn)場(chǎng)景，分配不同角色和任務(wù)，要求學(xué)員在執(zhí)行個(gè)人任務(wù)的同時(shí)與其他隊(duì)員進(jìn)行溝通協(xié)作，以實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。此模式不僅增強(qiáng)了個(gè)體對(duì)團(tuán)隊(duì)角色和職責(zé)的認(rèn)識(shí)，更鍛煉了現(xiàn)場(chǎng)指揮、戰(zhàn)術(shù)協(xié)調(diào)以及緊急情形下的信息交流能力。在虛擬環(huán)境中，團(tuán)隊(duì)協(xié)作演練有助于培養(yǎng)成員間信任感、理解力及合作意識(shí)，對(duì)提高整個(gè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對(duì)突發(fā)事件的效率和效果具有積極影響［3］。

二、消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中VR技術(shù)的應(yīng)用原則

（一）真實(shí)性原則

真實(shí)性原則是消防救援裝備課程培訓(xùn)的重點(diǎn)。教師使用VR技術(shù)時(shí)，VR環(huán)境和模擬情景應(yīng)盡可能復(fù)現(xiàn)真實(shí)世界中的消防救援場(chǎng)景、操作流程和緊急情形，以便于學(xué)員能夠在完全沉浸式的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí)。為了達(dá)到高度的真實(shí)性，培訓(xùn)所用的VR系統(tǒng)應(yīng)利用高質(zhì)量圖形、精準(zhǔn)的物理引擎、逼真的聲音效果以及有效的交互設(shè)計(jì)，模擬人體生理反應(yīng)（如熱感、重量感等）和心理狀態(tài)（如壓力、恐懼等），使訓(xùn)練更加全面和深入［4］。

（二）交互性原則

交互性原則指的是利用VR技術(shù)創(chuàng)建虛擬空間，學(xué)員可在環(huán)境中自由探索、操作并與之互動(dòng)。依托此種交互性設(shè)計(jì)，學(xué)員可以獲得即時(shí)反饋，立刻了解自己的行動(dòng)是否正確或高效，并據(jù)此調(diào)整學(xué)習(xí)策略。在交互性原則指導(dǎo)下，教師所采用的VR系統(tǒng)應(yīng)具備高度靈活性和響應(yīng)速度，適應(yīng)各種用戶輸入并提供相應(yīng)反饋，結(jié)合實(shí)際虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)多種情景挑戰(zhàn)和任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)員通過試錯(cuò)來探索最佳解決方案，積累寶貴經(jīng)驗(yàn)［5］。

（三）適應(yīng)性原則

適應(yīng)性原則指的是VR系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)每位學(xué)員的學(xué)習(xí)進(jìn)度、能力水平和需求提供個(gè)性化訓(xùn)練方案。VR訓(xùn)練平臺(tái)應(yīng)具備智能分析功能，根據(jù)用戶在訓(xùn)練過程中展示出來的技能掌握程度、反應(yīng)時(shí)間以及決策質(zhì)量等因素，自動(dòng)調(diào)整難度級(jí)別或推薦相應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容。為了實(shí)施適應(yīng)性原則，VR系統(tǒng)應(yīng)基于收集到的數(shù)據(jù)提供定制化指導(dǎo)，為不同背景和需求的用戶提供多樣化內(nèi)容選項(xiàng)（初級(jí)操作到高級(jí)策略制定），確保每位學(xué)員都能找到匹配其發(fā)展階段的訓(xùn)練材料。

三、消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中VR技術(shù)的應(yīng)用策略

（一）模擬復(fù)雜救援場(chǎng)景

在消防救援裝備課程的實(shí)踐教學(xué)中，VR技術(shù)通過精確模擬復(fù)雜救援場(chǎng)景，為學(xué)員提供了高度逼真且交互性強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。在具體實(shí)踐中，教師在模擬復(fù)雜救援場(chǎng)景時(shí)應(yīng)確定教學(xué)目標(biāo)，并以此為指導(dǎo)思想，開發(fā)符合實(shí)際需求的虛擬救援場(chǎng)景。以基礎(chǔ)火災(zāi)撲救、高層建筑救援、復(fù)雜的化學(xué)泄漏事故為例，每個(gè)場(chǎng)景都需要根據(jù)消防救援的具體操作流程和策略來設(shè)計(jì)，確保場(chǎng)景的設(shè)置能夠全面覆蓋消防救援裝備使用過程中可能面臨的挑戰(zhàn)。在具體場(chǎng)景設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)考慮火源類型、燃燒物質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)、可見度以及潛在的隱患點(diǎn)，以便構(gòu)建一個(gè)多元且富有挑戰(zhàn)性的訓(xùn)練環(huán)境。在場(chǎng)景內(nèi)部細(xì)節(jié)方面，教師可利用高級(jí)圖形渲染技術(shù)和物理引擎創(chuàng)建逼真的環(huán)境和動(dòng)態(tài)效果，模擬真實(shí)火勢(shì)蔓延、煙霧擴(kuò)散以及各種環(huán)境因素變化（如風(fēng)向、溫度等），使訓(xùn)練場(chǎng)景達(dá)到令人信服的真實(shí)度。在具體場(chǎng)景中嵌入可交互元素，如可操作的消防設(shè)備和工具、動(dòng)態(tài)變化的救援對(duì)象等，允許學(xué)員在虛擬環(huán)境中執(zhí)行搜索、救助、火源控制等操作，以加深學(xué)員對(duì)消防救援裝備的操作熟練度，檢驗(yàn)其對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)和處理能力。為衡量學(xué)員的學(xué)習(xí)效果，教師應(yīng)將評(píng)估和反饋機(jī)制集成至VR系統(tǒng)，以支持學(xué)員學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和自我改進(jìn)。教師可在學(xué)員訓(xùn)練中記錄學(xué)員在虛擬救援任務(wù)中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，如決策效率、任務(wù)完成時(shí)間、錯(cuò)誤操作次數(shù)等，利用系統(tǒng)即時(shí)反饋。此種即時(shí)反饋不僅可幫助教師識(shí)別學(xué)員在特定技能或知識(shí)點(diǎn)上存在的不足，還為學(xué)員提供了明確的改進(jìn)方向。

（二）實(shí)操技能訓(xùn)練

消防救援裝備VR技術(shù)培訓(xùn)的最終目的是使學(xué)員具備熟練操作消防救援裝備的能力。對(duì)此，教師應(yīng)在創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，建立分步驟模擬操作流程，實(shí)操技能訓(xùn)練可按照真實(shí)操作步驟進(jìn)行模擬。例如，在進(jìn)行消防水帶連接訓(xùn)練時(shí)，由系統(tǒng)先展示正確的操作流程，然后引導(dǎo)學(xué)員逐步執(zhí)行打開水帶、連接水管、檢驗(yàn)連接是否牢固等步驟，并在每一步驟都配以詳細(xì)的視覺提示和聲音指導(dǎo)，確保學(xué)員能夠準(zhǔn)確理解并執(zhí)行每一個(gè)操作。在每個(gè)訓(xùn)練環(huán)節(jié)完成后，VR系統(tǒng)即時(shí)提供性能反饋，包括操作正確性、速度和效率評(píng)估。如果學(xué)員發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或不足之處，系統(tǒng)將指出并提供改進(jìn)建議，鼓勵(lì)學(xué)員重復(fù)練習(xí)直至熟練掌握?？紤]到不同學(xué)員的學(xué)習(xí)能力、接受能力不同，教師可設(shè)定不同難度級(jí)別的復(fù)雜情況，如變化的火源位置或緊急情況下的障礙物移除等，進(jìn)一步提高學(xué)員的實(shí)操能力。

（三）緊急情境下的決策培養(yǎng)

在消防救援裝備課程實(shí)踐教學(xué)中，緊急情境下的決策培養(yǎng)對(duì)于提高學(xué)員的應(yīng)急響應(yīng)能力和決策質(zhì)量具有重要意義。教師可借助虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，以更有效和安全的方式模擬緊急情境，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)員在壓力下做出快速準(zhǔn)確判斷和決策的能力。教師可利用VR技術(shù)模擬不同類型的緊急情況，如火災(zāi)、化學(xué)泄漏、自然災(zāi)害等，確保這些場(chǎng)景覆蓋消防救援領(lǐng)域內(nèi)可能遇到的各種復(fù)雜情形，依托高度逼真的3D渲染和聲音效果，使學(xué)員身臨其境，從而增強(qiáng)他們?cè)谡鎸?shí)環(huán)境下處理緊急事件的能力。同時(shí)，在此類緊急場(chǎng)景中引入動(dòng)態(tài)變化和不確定性因素，模擬真實(shí)世界中緊急情況的不可預(yù)測(cè)性，將具體場(chǎng)景設(shè)計(jì)成動(dòng)態(tài)變化且包含不確定性元素的環(huán)境。例如，在火災(zāi)救援模擬中，火勢(shì)、煙霧擴(kuò)散、受困人員位置等元素可以隨機(jī)變化，迫使學(xué)員根據(jù)實(shí)時(shí)變化的信息做出快速反應(yīng)和調(diào)整計(jì)劃，以此訓(xùn)練學(xué)員收集信息、分析形勢(shì)并作出最佳決策的能力。在每次模擬訓(xùn)練結(jié)束后，利用系統(tǒng)提供針對(duì)學(xué)員決策過程和結(jié)果的詳細(xì)反饋，為每名學(xué)員指出正確決策、分析錯(cuò)誤選擇的原因、提供改進(jìn)建議等。為了加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，應(yīng)允許學(xué)員多次經(jīng)歷相同或類似情境的訓(xùn)練，以便他們能夠從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)并優(yōu)化自己的決策策略。此外，在模擬緊急情景時(shí)，教師可以設(shè)定不同角色供學(xué)員選擇或隨機(jī)分配，如現(xiàn)場(chǎng)指揮官、前線救援人員等不同職責(zé)的角色，以增加訓(xùn)練的豐富性和參與感，幫助學(xué)員理解消防救援行動(dòng)中各個(gè)角色的職責(zé)和工作重點(diǎn)，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通效率。

（四）強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通技能

盡管消防救援設(shè)備課程的重點(diǎn)是培養(yǎng)個(gè)人的實(shí)操技能，但是團(tuán)隊(duì)合作對(duì)于消防救援同樣重要。對(duì)此，教師可在VR訓(xùn)練中設(shè)置多用戶參與模式，使學(xué)員在執(zhí)行個(gè)人任務(wù)的同時(shí)與其他團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作完成共同計(jì)劃，如在進(jìn)行大型災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援模擬時(shí)，不同學(xué)員扮演不同角色（如指揮官、一線救援員、醫(yī)療支持等），必須通過有效溝通和協(xié)調(diào)以確保操作流程和救援任務(wù)的順利執(zhí)行。在此模擬救援行動(dòng)中，教師還可設(shè)置系統(tǒng)自動(dòng)生成的突發(fā)事件或變化，迫使團(tuán)隊(duì)成員迅速做出決策并通過虛擬通信工具進(jìn)行協(xié)調(diào)。該通信工具可以是虛擬現(xiàn)實(shí)中的對(duì)講機(jī)、手機(jī)或其他設(shè)備，由VR系統(tǒng)記錄每次訓(xùn)練過程中的溝通內(nèi)容和決策過程，訓(xùn)練結(jié)束后提供給參與者和指導(dǎo)教師以便回顧和分析，從而識(shí)別溝通中存在的問題并提出改進(jìn)建議。在連續(xù)的訓(xùn)練場(chǎng)景中，教師應(yīng)要求學(xué)員定期更換參與者扮演的角色和負(fù)責(zé)的任務(wù)區(qū)域，使每位參與者都有機(jī)會(huì)體驗(yàn)不同職責(zé)下所面臨的挑戰(zhàn)和壓力，不僅能夠增加各成員對(duì)整個(gè)救援過程中不同崗位工作難度和重要性的理解，還促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)內(nèi)部成員之間的相互支持和理解。最后，在模擬場(chǎng)景任務(wù)結(jié)束后，教師可組織學(xué)員集體觀看錄制的VR訓(xùn)練視頻、分享各自在虛擬環(huán)境中的感受和遇到的困難，進(jìn)行開放式討論，鼓勵(lì)學(xué)員積極分享，確保每位成員都能夠毫無保留分享自己的想法和建議，以此提高學(xué)員自身團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

結(jié)語

綜上所述，本文主要以理論分析的形式揭示了VR技術(shù)對(duì)于提升消防救援裝備課程學(xué)習(xí)人員操作技能、決策能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神方面的顯著影響。VR技術(shù)極大豐富了消防救援裝備課程的內(nèi)容，為學(xué)習(xí)人員提供了一種近似現(xiàn)實(shí)、高度交互性和沉浸感的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在教學(xué)實(shí)踐中，教師可靈活運(yùn)用VR技術(shù)模擬實(shí)踐場(chǎng)景和緊急場(chǎng)景，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)人員面對(duì)突發(fā)事件時(shí)的應(yīng)變能力，促進(jìn)專業(yè)知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用，提高其緊急情境下的決策效率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)消防救援設(shè)備的靈活運(yùn)用。未來，隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，VR技術(shù)將在消防及其他緊急響應(yīng)行業(yè)中扮演更加重要的角色，因此相關(guān)人員應(yīng)持續(xù)研究和優(yōu)化VR在消防救援培訓(xùn)中的應(yīng)用方法，以推進(jìn)現(xiàn)代消防人才培養(yǎng)。

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