虛擬仿真技術在消防課程中的應用

張為山孫洪艷李克建胡志剛

1.四川警察學院 四川瀘州 646000 2.四川醫科大學現代技術教育中心 四川瀘州 646000

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虛擬仿真技術在消防課程中的應用

張為山1孫洪艷2李克建1胡志剛1

1.四川警察學院 四川瀘州 646000 2.四川醫科大學現代技術教育中心 四川瀘州 646000

摘 要：針對警察院校消防專業教學現狀和存在的問題，提出將虛擬仿真技術應用于實驗實踐教學中，解決學生驗證理論、鞏固知識的問題，同時提高學生的動手實踐能力，增加學生執法心理素質，使講授的理論知識能夠直觀形象地展現給學生，有效地改善了傳統教學的不足。通過課堂反饋效果良好，該方法有助于消防專業教學質量的提高。

關鍵詞：消防；警察院校；虛擬仿真技術；教學方法

《國家中長期教育改革與發展規劃綱要（2010-2020）年》中提出要加快教育信息化進程，并指出信息技術革命對教育發展改革具有革命性影響，必須予以高度重視，要促進教育內容、教學手段和教學方法的現代化［1］。虛擬仿真技術，是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上，將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，是一種更高級的仿真技術［2］。虛擬仿真技術以構建系統統一的完整虛擬環境為典型特征，并通過虛擬環境集成與控制眾多的實體。實體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統，也可用一些簡單的數學模型表示。實體在虛擬環境中相互作用，或與虛擬環境作用，以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術的這種集成化、虛擬化與網絡化的特征，充分滿足了現代教育技術的發展需求。將虛擬仿真技術應用于消防專業的教學，可以改善傳統課堂教學的不足，強化學生對消防知識的理解與實踐，提高教學質量。

1 消防管理教學中遇到的問題

《中華人民共和國消防法》（以下簡稱《消防法》）第4條規定，國務院公安部門對全國消防工作實施監督管理；第53條規定，公安派出所可以負責日常消防監督檢查職責，并開展消防宣傳教育［3］。對消防工作實施監督管理是《消防法》賦予公安機關消防機構的重要法定職責。根據2015年《關于全面深化公安改革若干重大問題的框架意見》及相關改革方案也明確指出根據人民警察的性質特點，警察隊伍招錄將主要來自公安院校。所以公安院校開設消防相關課程是形勢發展的必然趨勢。

四川警察學院作為四川省公安廳直屬的公安院校，2010年已經率先申請并獲得消防工程專業的招生資格，也是迄今為止國內唯一一所開設消防工程專業的警察類院校，在消防教學中積累了很多經驗，構建了教、學、練、戰一體化的實踐教學體系。貫徹教學練戰一體化教學體系，深化實驗實訓教學環節。實驗實訓是學生驗證理論、鞏固知識、提高技能不可或缺的環節［4，5］，是教師強化教學，學生掌握新技術、提高實踐能力的重要手段。根據公安消防人才培養定位，進行科學合理的課程設置，注重實驗實訓科目設計和應急救援演練，并進行教學方法創新改革。但是在現實教學中也遇到了諸多問題。

1.1 教學過程中：實驗條件不足 難以滿足教學需求

根據對《消防法》［3］的解讀可以看出，公安警察立足公安治安工作的本位，對于消防工作著重于“防”，側重消防專業基礎知識，強化火災預防日常消防監督檢查及應急疏散救援等能力的培養，需要學生熟悉各種執法環境，具備對企、事業單位及公共場所等進行消防監督檢查的能力，實驗室難以具備如此大量信息的實驗條件。

1.2 實踐實訓教學中：難以搭建教學的需求場地 且安全保障不足

火災發生時，片區基層公安民警會第一時間到達現場，所以民警應具備一定的火情前期處置并組織救援疏散的能力。學校教學中，通過實踐實訓來培養學生具備這種能力。但在實踐教學時，模擬火災現場，設置險情狀況需要大量的人力、物力、財力，且安全性難以保障，難以達到預期效果。

1.3 培養學生動手能力條件不足 學生學習興趣降低

消防技術發展迅速，產品更新換代快，實驗經費難以滿足要求。對于消防器材使用，學生難以全部動手操作，學生動手能力不足，同時也降低了學生學習的積極性。

借助虛擬仿真技術，建設仿真實驗室，上述問題可以在一定程度上得以解決，從而保證消防教學的正常進行。

2 虛擬仿真實驗室

虛擬仿真實驗室是虛擬現實技術應用研究就的重要載體。隨著虛擬實驗技術的成熟，人們開始認識到虛擬仿真實驗室在教育領域的應用價值，它除了可以輔助高校的科研工作，在實驗教學方面也具有諸多優勢，如利用率高、易維護等優點。近年來，國內的許多高校都根據自身科研和教學的需求建立了一些虛擬實驗室。

四川警察學院虛擬仿真實驗室始建于2012年10月，現已投入消防專業教學使用。主要包括：（1）虛擬現實應用開發平臺，包括軟件平臺和硬件平臺；（2）高性能圖像生成及處理系統；（3）立體式沉浸性的虛擬三維顯示系統；（4）度虛擬現實交互系統；（5）應用控制系統。支撐上述系統的硬件主要包括：立體工程投影機、投影屏幕、成形眼鏡、高速掃描儀、光學捕捉系統、交換機、服務器（直播服務器、AMS流媒體服務器）編碼器、音響系統、控制元件及各種半實物交換設備等。

3 消防虛擬仿真系統在教學中的應用

消防虛擬仿真系統在教學中的應用主要包括：消防監督檢查實訓及考核教學、消防應急救援指揮處置演練、消防裝備與滅火技術模擬演練、逃生演練實訓教學。管理員可以設置教師、學生等不同身份以不同權限的登陸，通過教學、操作、考核達到實踐實訓的效果。

3.1 消防監督檢查實訓及考核教學

以三維立體顯示為展示手段，人機交互為操作模式，示范演示消防監督檢查［6］從計劃制定，到檢查完畢的后續處理結束的全過程；包含區域如電影院、寫字樓、超市、數碼賣場、地下車庫、地下倉庫、學校宿舍樓、圖書館、食堂、教學樓、餐廳、酒店、KTV、地下通道、居民小區、工廠等多種不同類型場所。示范演示從到達被選定單位的大門外，一直到單位內部各環節檢查完畢的具體細節，實現對消防重點場所概況、危險品情況、消防通道、消防設施建設、消防設施布局、消防責任、消防演練、消防設備狀態、單位人口情況、自主消防能力等方面信息的可視化教學。圖1所示為在KTV進行消防監督檢查的場景。

講解結束后，教師對場景進行消防安全問題的設置，指導學生如何檢查消防安全，找出違規問題所在并指正。還可以調整場景中的消防安全設備設施的狀態。學員通過建立自己的虛擬角色隨機進行系統場景模擬消防監督檢查的全過程，并完成《消防監督檢查記錄》填寫以及違規事項處置的全過程。《消防監督檢查記錄》與考試系統相關聯，系統可通過檢查記錄填寫的情況對學生的檢查作業進行評分。

3.2 消防應急救援指揮處置演練

模塊以瀘州本地某大型商場為場景模擬火災現場演示如何滅火救援的流程，包括警力的分配、滅火力量的配置等處置方法。將登陸學生分組，并進行角色劃分，包括應急指揮中心、現場指揮、救援小組、急救小組、通迅小組等進行講授（如圖2所示）。

圖1 KTV消防監督檢查

圖2 消防應急救援指揮

各小組根據職責分工，統一調度，協同完成事故的應急救援工作。通過講解、演練，讓學生明白災害發生時，整個救援指揮的注意事項及各個小組的分工職責，為以后工作中制定救援方案提供經驗和開拓思路。

3.3 消防裝備與滅火技術模擬演練

以三維立體顯示為展示手段，人機交互為操作模式，模擬展示包括各類消防設備器材（如輕便滅火器材、消防水帶、消防水泵房、室內消火栓、室外消火栓等）的工作原理、適用范圍、構成部分。部分重要設備，可進行虛擬的分解拆裝［7］。另外包括各類器材的使用方法流程，以及具體滅火技術的操作要領、注意事項（如圖3所示）。

圖3 消防設備

通過教學、演示，可以讓學生了解、掌握常規實驗室無法安裝的大型器材或新型先進的昂貴器材，也可以拓寬學生的知識，提升學生的學習興趣。

3.4 逃生演練實訓教學

針對地震等災害事故進行仿真模擬，事故場景須包含學生宿舍、食堂、圖書館、教學樓等疏散演練場景；可以第一人稱和第三人稱相互切換方式進行疏散人員模擬操作（如圖4所示）。該模塊可以模擬逼真的災害場景，培養學生合理運用所學知識進行火場自救逃生和疏散被困人員的能力。逼真的場景一定程度上強化了災難來臨時學生的心理素質。

圖4 救援疏散

4 結束語

將虛擬仿真技術引入消防教學中，彌補了傳統教學中實驗實踐的不足［8］，不但豐富了教學內容，而且使學生變被動學習為主動學習，鞏固了學生所學知識，豐富了學生時間實訓經驗，提高了學生對火災災害的處置能力。可以預見，把虛擬仿真技術應用于消防專業教學，不僅在公安警察院校，也可以應用于普通院校的消防專業教學解決實驗實踐困難的問題。隨著虛擬仿真技術的不斷發展，將會不斷推薦實驗室建設的發展和實驗實踐教學的改革［9，10］。

參考文獻

［1］國家中長期教育改革與發展規劃綱要:2010-2020年［R］.北京:人民出版社，2010.

［2］蔡紅霞，俞濤.虛擬仿真原理與應用［M］.上海:上海大學出版社，2010.

［3］十一屆全國人大常務委員會第五次會議.中華人民共和國消防法［Z］.2008.

［4］張敬南.實驗教學中虛擬仿真技術應用的研究［J］.實驗技術與管理，2013（10）:101-104.

［5］韓建明，張耀武.高等院校實驗教學實踐探討［J］.中國教育技術裝備，2010（24）:135-140.

［6］景絨.消防監督管理［M］.北京:中國人民公安大學出版社，2014.

［7］陳合權，李克建，胡志剛.消防管理學［M］.北京:光明日報出版社，2013.

［8］楊宏宇，謝麗霞，王興隆.網絡仿真軟件的應用于實踐［J］.計算機工程與應用，2005，41（10）:108-130.

［9］郝兆興.學科類研究性學習的開展方式［J］.當代教育科學，2003（16）:62.

［10］賀惠萍，榮彥，張蘭.虛擬機軟件在網絡安全技術教學中的應用［J］.實驗技術與管理，2011，28（12）:112-115.

Application of Virtual Simulation Technology in Fire Fighting Course

Zhang Weishan1， Sun Hongyan2， Li Kejian1， Hu Zhigang1
1. Sichuan Police College， Luzhou， 646000， China 2. Modern Technical Education Institute， Sichuan Medical University， Luzhou， 646000， China

Abstract:According to the current situation and existing problems of the course teaching of Police College's Fire majorin year， this paper discusses how to improve Virtual simulation technology into course teaching. It can help students to verify the theory and consolidate the knowledge. It can improve students' practical ability and improve students' psychological quality of law enforcement. It can improve the lack of traditional teaching， so that the theoretical knowledge of the teaching can visually display to the students. The effect of feedback is good，the method is helpful to improve the teaching quality of Fire major.

Key words:fre major； police college； virtual simulation technology； teaching method

收稿日期：2015-12-06

作者簡介：張為山，碩士，助教。