現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下安全應(yīng)急類課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2025）19-0085-05

Abstract：Withthevigorousdevelopmentofmodernindustrialcoleges，theimportanceofvirtualsimulationlaboratory constructioninteachingpracticeisincreasinglyprominent.Byconstructingacuriculumsystem，integratingrelevantresources， andimplementingpracticalteachingmodels，theScholofSafetyandEmergencyManagementEngineeringatTaiyuanUniversity ofScience and Technology has successfully established a VR + Emergency Command and Exercise Laboratory.Research has shown thatthelaboratorycanefectivelysimulaterealsafetyemergencyscenariosandextremedisasterenvironmentsinvolvedinsafety emergencycourses，notonlyreducingoperationalrisksandcosts，butalsoefectivelypromotingtheimprovementofeducationand teachingqualityandthestrengtheningofstudents‘practicalabilies.Theconstructionofvirtualsimulationlaboratorieshas significantlyimprovedstudentsleaningexperienceandefectiveness，providingstrongsupportforthecultivationofhighquality applied talents.

Keywords： virtual simulation;modernindustrycollege;teachingresources; curiculumdevelopment;safetyemergencycategory

作為應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要推手，產(chǎn)業(yè)學(xué)院在地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代人才培養(yǎng)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，加強(qiáng)企業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研深度融合，強(qiáng)化目標(biāo)導(dǎo)向，提高科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平。教育部辦公廳出臺(tái)的《示范性特色學(xué)院建設(shè)管理辦法》（教高廳[2022]2號(hào)）和《現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)指南（試行）》（教高廳函[2020]16號(hào)）對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院等示范性特色學(xué)院建設(shè)提出了明確的指導(dǎo)和規(guī)范。在山西省人民政府印發(fā)的《山西省“十四五”人力資源開發(fā)、教育改革發(fā)展規(guī)劃》中也明確指出，要有效推動(dòng)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型深度融合，打牢支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才根基。在上述文件精神的指引下，山西省積極推進(jìn)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)，目前已經(jīng)認(rèn)定省級(jí)產(chǎn)業(yè)學(xué)院15個(gè)，這些學(xué)院通過深化校企合作和產(chǎn)教融合，逐步構(gòu)建起以市場需求為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體系。

實(shí)驗(yàn)室是高等學(xué)校的\"半壁江山\"。與傳統(tǒng)學(xué)院相比，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有以下幾個(gè)顯著特征： ① 以產(chǎn)學(xué)研為特色。通過設(shè)立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)業(yè)孵化器等方式為學(xué)生提供平臺(tái)和資源，助力學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)[。 ② 以需求為導(dǎo)向。面向產(chǎn)業(yè)、對(duì)接企業(yè)，通過專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的深度融合，使現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)更加注重針對(duì)性和實(shí)效性[3]。 ③ 以實(shí)踐為核心?，F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不僅注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐項(xiàng)目的開發(fā)和實(shí)踐成果的轉(zhuǎn)化4。上述特征共同作用于人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、社會(huì)服務(wù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)等多個(gè)方面，為應(yīng)用型本科院校高素質(zhì)人才的培養(yǎng)提供了有力支撐。

在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的多維探索中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室作為教學(xué)層面的新興領(lǐng)域，正日益受到關(guān)注與重視。如同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院唐丹等構(gòu)建了“現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院 + 虛擬教研室 + 新商科微專業(yè)\"的多層次遞進(jìn)式新商科人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新路徑；內(nèi)蒙古科技大學(xué)陳明等探索了以提升學(xué)生的綜合能力和職業(yè)勝任力為中心，以現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院、虛擬教研室、工程研究中心共同驅(qū)動(dòng)的“一中心、三協(xié)同\"智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)模式；沈陽理工大學(xué)陳園等通過線上虛擬教研室與線下實(shí)體教研室相結(jié)合，依托現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院等平臺(tái)，培養(yǎng)了一批能工巧匠式的應(yīng)用型人才；在產(chǎn)業(yè)學(xué)院教育模式的啟發(fā)下，燕京理工學(xué)院劉雪凌等推行了以虛擬仿真實(shí)踐為中心，線下實(shí)驗(yàn)、雙創(chuàng)能力設(shè)計(jì)比賽、企業(yè)實(shí)習(xí)為主體的“一中心、三主體”專創(chuàng)融合制藥類實(shí)踐新體系；廣西中醫(yī)藥大學(xué)鐘海藝等驗(yàn)證了特色中藥現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下虛擬仿真平臺(tái)的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了“虛實(shí)結(jié)合\"的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。

是重點(diǎn)建設(shè)的產(chǎn)業(yè)學(xué)院，致力于煤炭、危險(xiǎn)化學(xué)品、機(jī)械特種設(shè)備等領(lǐng)域的安全應(yīng)急管理人才培養(yǎng)、技術(shù)研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化。鑒于涉及各類突發(fā)事件和煤礦、非煤礦山、建筑施工、道路交通運(yùn)輸和危險(xiǎn)化學(xué)品等高危行業(yè)，兼具復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程面臨著“高投入、高難度、高風(fēng)險(xiǎn)，難實(shí)施、難觀摩、難再現(xiàn)\"的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，學(xué)院將虛擬仿真技術(shù)融人到現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之中，旨在利用數(shù)字化轉(zhuǎn)型系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式和治理方式的變革。本文基于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院的創(chuàng)新發(fā)展理念，以為范例，從課程體系建立、相關(guān)資源集成、教學(xué)模式實(shí)踐等角度，對(duì)安全應(yīng)急類課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行初步實(shí)踐，并探討其實(shí)際應(yīng)用成果，以期為同類產(chǎn)業(yè)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供有益參考。

一 課程體系建立

目前，設(shè)有安全工程、應(yīng)急技術(shù)與管理兩個(gè)本科專業(yè)。在制定這兩個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)方案時(shí)，學(xué)院均要求學(xué)生不僅需要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需具備在復(fù)雜多變的安全與應(yīng)急環(huán)境中查明隱患、迅速響應(yīng)、有效處置等實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為連接理論與實(shí)踐的橋梁，對(duì)于提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)至關(guān)重要。然而，高危行業(yè)的特殊性使得傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以覆蓋所有必要的實(shí)踐場景，限制了學(xué)生在真實(shí)環(huán)境中鍛煉和提升的機(jī)會(huì)。

針對(duì)上述問題，以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以產(chǎn)業(yè)學(xué)院為載體，秉承“注重實(shí)踐、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、條理清晰、靈活開放\"的構(gòu)建原則，建立了一個(gè)既符合行業(yè)需求又能有效應(yīng)對(duì)實(shí)踐難題的課程體系。在制定與完善兩專業(yè)的培養(yǎng)方案時(shí)，將課程科學(xué)地劃分為通識(shí)教育課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、個(gè)性培養(yǎng)課程和專業(yè)實(shí)踐類課程等多個(gè)類別。值得注意的是，這兩個(gè)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)總學(xué)分均為53.75學(xué)分，占總學(xué)分的比例為 31.43% ，這充分體現(xiàn)了學(xué)院對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的高度重視。由于課程種類較多，本文選取部分課程作為示例進(jìn)行說明（圖1），以展示課程體系的具體情況。

在圖1（a）所示的安全工程專業(yè)課程體系中，除大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（通識(shí)教育課程）和大學(xué)物理（學(xué)科基礎(chǔ)課程）之外，其余課程均由自主開設(shè)。需要指出的是，在專業(yè)課程（如化工安全工程學(xué)、工業(yè)防火防爆技術(shù)、采煤概論、礦井通風(fēng)和消防工程學(xué)）、個(gè)性培養(yǎng)課程（如工業(yè)特種設(shè)備）和專業(yè)實(shí)踐類課程（如礦井通風(fēng)課程設(shè)計(jì)、消防工程學(xué)課程設(shè)計(jì)）之中，因涉及高風(fēng)險(xiǎn)、高成本或難以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中直接模擬的實(shí)驗(yàn)操作（如危險(xiǎn)化學(xué)品事故處置、火災(zāi)爆炸模擬、礦井災(zāi)害復(fù)現(xiàn)等），需要高度專業(yè)化的實(shí)驗(yàn)條件與安全保障措施，故可以借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

與安全工程專業(yè)相類似，在圖1（b）所示的應(yīng)急技術(shù)與管理專業(yè)的課程體系構(gòu)建中，也面臨著課程實(shí)踐的特殊需求。防災(zāi)減災(zāi)學(xué)、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、地質(zhì)災(zāi)害學(xué)、災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)和應(yīng)急救援與處置等課程，由于包含高風(fēng)險(xiǎn)模擬、復(fù)雜環(huán)境再現(xiàn)及高精度應(yīng)急策略制定等復(fù)雜實(shí)踐環(huán)節(jié)，同樣需要虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室來輔助教學(xué)實(shí)踐。

在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下，課程體系構(gòu)建成為了安全應(yīng)急類課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)踐中不可或缺的一環(huán)。通過建立課程體系，深人梳理與分析了哪些課程需要引入虛擬仿真技術(shù)，可為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供精確的需求導(dǎo)向，確保相關(guān)資源能夠有效集成并精準(zhǔn)匹配課程的教學(xué)實(shí)踐。

二 相關(guān)資源集成

基于課程體系的需求分析，通過集成實(shí)驗(yàn)資源、課程資源和師資資源，構(gòu)建了一個(gè)模塊化、系統(tǒng)化的 VR+ 應(yīng)急指揮與演練實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以有效提升教學(xué)質(zhì)量和增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力，更好地發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在安全應(yīng)急類課程教學(xué)實(shí)踐中的作用，為學(xué)生提供更加豐富、實(shí)用的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)資源集成是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基礎(chǔ)。學(xué)院對(duì) VR+ 應(yīng)急指揮與演練實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了系統(tǒng)且全面的規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)室的核心由四套虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）設(shè)備構(gòu)成。這些設(shè)備在硬件層面集成了頭戴式顯示器（雙眼分辨率 2 880×1 600 ）手柄控制器、運(yùn)動(dòng)捕捉裝置（27個(gè)節(jié)點(diǎn)肢體捕捉和手指捕捉）及追蹤器（支持Steam定位技術(shù)）等關(guān)鍵組件。此外，為了保障虛擬環(huán)境的流暢性與數(shù)據(jù)處理的高效性，實(shí)驗(yàn)室還配備了高性能計(jì)算機(jī)、大屏幕顯示器及高清攝像頭等設(shè)備。這些硬件設(shè)施的部署，不僅為后續(xù)虛擬環(huán)境模擬與數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也體現(xiàn)了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院在技術(shù)與實(shí)踐深度融合方面的探索。

課程資源集成是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。結(jié)合安全應(yīng)急類課程的特點(diǎn)，對(duì)圖1所示的專業(yè)課程與個(gè)性培養(yǎng)課程進(jìn)行了全面梳理，從中提取了適宜虛擬仿真教學(xué)的課程內(nèi)容與教學(xué)案例。針對(duì)各課程中相同或相近的虛擬仿真內(nèi)容（如煤礦事故救援、火災(zāi)逃生演練、化學(xué)品泄漏應(yīng)急處置等），采用統(tǒng)一且易于操作的虛擬仿真資源。該資源包含多個(gè)模塊化的VR場景軟件，具體見表1。對(duì)于那些獨(dú)特且難以與其他內(nèi)容融合的虛擬仿真需求（如工業(yè)特種設(shè)備課程中的鍋爐爆炸模擬），則鼓勵(lì)高年級(jí)專業(yè)學(xué)生在教師指導(dǎo)下組建團(tuán)隊(duì)，采取“項(xiàng)目制學(xué)習(xí)”的方式，自主開發(fā)虛擬仿真內(nèi)容。盡管初期的開發(fā)成果可能尚不完善，但通過引入相關(guān)科技公司的專業(yè)指導(dǎo)，不僅促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的提升，還有效豐富了虛擬仿真資源庫的廣度與深度，實(shí)現(xiàn)了課程資源的高效整合與創(chuàng)新應(yīng)用。

師資資源集成是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的支撐。采取了多項(xiàng)措施，以確保虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在安全應(yīng)急類課程教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮最大效用。首先，高度重視優(yōu)化師資結(jié)構(gòu)。學(xué)院通過推行“校外導(dǎo)師\"制度，引進(jìn)具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的安全應(yīng)急領(lǐng)域?qū)＜液托袠I(yè)精英，將行業(yè)前沿的知識(shí)、技術(shù)和實(shí)際案例融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之中，與現(xiàn)有教學(xué)團(tuán)隊(duì)緊密合作，共同設(shè)計(jì)與開發(fā)出具有實(shí)踐意義的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其次，加強(qiáng)師資培訓(xùn)與發(fā)展。學(xué)院通過參加安全與應(yīng)急類專業(yè)技能競賽、實(shí)踐創(chuàng)意大賽、公共案例大賽等活動(dòng)，提升指導(dǎo)教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)技能，特別是對(duì)虛擬仿真技術(shù)操作與應(yīng)用能力進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)。最后，建立跨學(xué)科合作機(jī)制。學(xué)院通過組建跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)不同專業(yè)背景教師之間的交流與合作，共同設(shè)計(jì)和開發(fā)綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和課程模塊，拓寬知識(shí)視野，培養(yǎng)跨學(xué)科思考和解決問題的能力。

三 教學(xué)模式實(shí)踐

由于安全應(yīng)急類課程種類較多，以防災(zāi)減災(zāi)學(xué)（專業(yè)課程）為例，闡述其基于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)實(shí)踐模式。該課程系統(tǒng)講授了各類自然災(zāi)害和人為災(zāi)害的危害、防治措施及減災(zāi)策略等內(nèi)容，旨在全面提升學(xué)生的災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力[。依據(jù)培養(yǎng)方案與教學(xué)大綱的要求，課程精心設(shè)計(jì)了地震預(yù)警與應(yīng)急疏散、火災(zāi)預(yù)警與疏散兩項(xiàng)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

為更好地達(dá)成教學(xué)效果，實(shí)踐環(huán)節(jié)采用了理論教學(xué)與場景模擬相結(jié)合的模式，并將其細(xì)分為知識(shí)導(dǎo)入、模擬演練和評(píng)價(jià)反饋三個(gè)階段。在知識(shí)導(dǎo)入階段，課程通過視頻講解的方式，系統(tǒng)介紹了地震的成因、地震波的傳播原理、減輕地震災(zāi)害的基本對(duì)策、高層建筑火災(zāi)發(fā)展特點(diǎn)及滅火裝備的使用方法等基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)階段奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；在模擬演練階段，學(xué)生佩戴VR設(shè)備，身臨其境地進(jìn)入預(yù)設(shè)的災(zāi)害場景劇本，包括地震預(yù)警與應(yīng)急疏散、高層建筑火災(zāi)逃生等場景。在接收到地震或火災(zāi)的預(yù)警信息后，學(xué)生需迅速運(yùn)用所學(xué)知識(shí)判斷災(zāi)情，合理規(guī)劃并執(zhí)行疏散路線。在火災(zāi)疏散場景中，學(xué)生還需學(xué)習(xí)并實(shí)踐如何正確使用滅火器、濕毛巾等防護(hù)工具。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)記錄學(xué)生的逃生路徑、反應(yīng)時(shí)間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)的評(píng)價(jià)提供依據(jù);在評(píng)價(jià)反饋階段，教師組織學(xué)生就模擬演練中的決策效果進(jìn)行討論，鼓勵(lì)學(xué)生分享經(jīng)驗(yàn)、反思不足。學(xué)生則需根據(jù)演練經(jīng)歷撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)所學(xué)知識(shí)與技能的運(yùn)用情況。

為深入評(píng)估虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在防災(zāi)減災(zāi)學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用效果，對(duì)近兩屆（應(yīng)急21級(jí)與22級(jí)）學(xué)生的期末成績進(jìn)行了對(duì)比分析。成績評(píng)定采用五級(jí)制度，具體如圖3所示。

由圖3可知，盡管兩屆學(xué)生在不及格（ lt;60 分）的比例上相對(duì)接近，但在其他分?jǐn)?shù)區(qū)段卻呈現(xiàn)出顯著的差異。具體而言，22級(jí)學(xué)生在及格（60＼～69分）和中等（70＼～79分）區(qū)段的比例有所下降。與此同時(shí)，在良好（80＼～89分）及優(yōu)秀（90＼～100分）這兩個(gè)更高的級(jí)別上，22級(jí)學(xué)生展現(xiàn)出明顯的提升趨勢，尤其是優(yōu)秀級(jí)別的學(xué)生比例實(shí)現(xiàn)了大幅度增長。

這一成績分布的顯著變化，與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)時(shí)間高度一致，表現(xiàn)出密切的同步性。同時(shí)，22級(jí)學(xué)生的普遍反饋也充分體現(xiàn)了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在防災(zāi)減災(zāi)學(xué)課程教學(xué)中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用及顯著成效，認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)室不僅有助于他們更好地理解和掌握相關(guān)理論知識(shí)，還通過高度仿真的模擬環(huán)境，有效地提升了實(shí)際操作中的應(yīng)對(duì)能力與問題解決技巧。由此可知，這種將理論知識(shí)學(xué)習(xí)與虛擬仿真實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)了學(xué)習(xí)效率的提升。

四 結(jié)束語

本文以為例，從課程體系建立、相關(guān)資源集成和實(shí)踐教學(xué)模式等角度，對(duì)安全應(yīng)急類課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行了全面而深人的探索。通過建立多元化實(shí)踐教學(xué)體系、集成多種教學(xué)資源、采用理論教學(xué)與虛擬仿真相結(jié)合的教學(xué)模式等手段，有效提升了教育教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生實(shí)踐能力。特別是通過對(duì)比21級(jí)與22級(jí)學(xué)生的期末成績，實(shí)證了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在防災(zāi)減災(zāi)學(xué)等安全應(yīng)急類課程教學(xué)中的顯著應(yīng)用效果。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的持續(xù)深化，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室將在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用，為培養(yǎng)更多具備實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才提供有力支撐。

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