虛實結合的消防裝備教學改革探索與實踐

陳智慧，張 芳，張曉青

(武警學院 消防指揮系，河北 廊坊 065000)

隨著現代科技的不斷進步，新型消防裝備不斷應用到部隊，裝備種類增加的同時，裝備的結構日趨呈現出復雜性。這就對院校消防裝備教學提出了新的要求。如何在有限的學時內建立適應相關裝備發展和實戰能力培養要求的教學模式，使得學員掌握專業理論基礎知識的同時具備較強的實踐能力，成為消防裝備教學改革的重要內容。

一、消防裝備教學現實困境

(一)裝備種類多更新快

就當前消防裝備教學的實際情況來看,消防技術裝備課程教學內容復雜，包含滅火劑、消防器具、消防員防護裝備、消防泵、搶險救援器材、消防車等九大類裝備，各類裝備又包含眾多種類，內容涉及機械、電子、液壓等多門學科。教學過程中不僅要求學員掌握各類裝備的結構原理、適用范圍，還要明確其操作使用方法、使用注意事項及維護保養相關知識。加之目前先進科技不斷應用于消防裝備中，裝備發展日新月異，裝備結構日趨復雜，使得裝備教學難度大大增加。

(二)學員實踐能力不足

消防技術裝備課程教學中的一個重要目的是使學員掌握裝備結構原理。除理論講解外，實踐是提升學員對理論內容掌握水平的重要方式。目前，現有的實踐教學用裝備，尤其是消防車等大型裝備數量較少，難以滿足學員的有效參與，造成學員實踐能力不足。但如果全面采取實裝來開展實踐教學，需要購入大量的裝備器材，教學資金難以滿足需求。同時，在實裝操作過程中教員難以顧及每名學員，易發生安全事故，而且器材設備在非上課時間還需要進行專門的維護和管理。因此，資金、安全等問題限制了實裝實踐教學全面開展，需要發展其他實踐教學模式來滿足學員實踐能力的培養。

近年來，隨著信息技術水平的不斷提升，多種信息技術手段逐漸應用到教學過程中。虛擬現實技術由于具有人機交互優勢，在仿真實驗及實踐教學中進行了大量的嘗試。虛擬現實技術是一種利用計算機、三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術生成三維虛擬環境，并通過多種輸入/輸出設備使用戶與虛擬環境中的物體進行交互的技術[1]。虛擬現實技術可實現多人在線同時學習，具有開放性、可重復性等優勢，既可以克服裝備短缺難以開展現場實裝教學的難題，還可以激發學員的學習興趣，為每名學員提供實際操作機會。將虛擬現實技術引入到消防裝備教學過程中，可解決目前裝備實踐教學面臨的難題。但虛擬場景中的操作訓練與實際裝備上的操作訓練畢竟不同，不能完全替代具體真實的實踐訓練。因此，我們結合課程情況及虛擬教學的特點，以更好地培養學員實踐能力為目的，構建虛擬教學平臺和網絡教學平臺，優化教學資源，建立多元化評價體系，形成“虛實結合、優勢互補”的啟發式、探究式教學模式。

二、課程教學內容優化

(一)教學任務分析

“消防技術裝備”課程是一門理論與實踐結合十分密切的課程，通過學習使學生能夠了解和掌握滅火救援裝備的原理和操作使用方法，學會根據滅火救援現場情況選擇合適的裝備，掌握裝備技術性能，綜合利用各類裝備消除事故，并掌握一定的裝備維護保養知識。“消防技術裝備”課程的授課時間在第三學期，授課對象是剛剛修完基礎課的二年級學員，所掌握的實踐知識相當有限，尤其對于普本學員來說，對消防部隊裝備狀況了解甚少，這就需要在教學過程中兼顧理論與實踐應用，讓學員學以致用。對比分析課程教學目的和要求以及我校消防人才培養特色，按裝備類型組織課堂教學內容，將教學內容設定為包括滅火劑、個人防護裝備等8個教學模塊，各教學模塊內容根據授課對象的不同有所側重，同時將裝備典型應用案例作為各模塊案例教學素材。

(二)教學內容優化

為了保證課程體系的系統性，同時避免與后續課程的重復，我們根據學員基礎對教學內容進行了優化選擇，增加實踐教學環節，根據器材特點調整理論與實踐教學比例。如對于破拆器材，由于其在后續多門課程中均要進行實踐練習，因此本課程中只進行理論性學習，而對于消防泵，則加強理論及實踐學習，使學員對其理論及性能有充分認識，為后續車輛實操、火場供水及滅火戰術運用打下堅實基礎。同時，依據學員畢業后任職需求，建立裝備案例庫，通過教學案例擴大學員知識面。另外，由于裝備更新換代較快，要兼顧裝備發展前沿內容的補充。

(三)教學資源建設

虛擬現實應用于教學過程中可采用兩種方式：一是采用虛擬仿真教學，即構建三維模型，學員通過鍵盤或鼠標在構建的三維模型環境中進行漫游學習，了解構建的裝備模型中每個按鈕等位置和功能；二是采用情景模擬教學，即以游戲的引擎技術為核心，創設虛擬的任務情境，學員可以進行任務情境的創建、加入，按照要求完成虛擬的教學任務。

消防裝備器材種類豐富多樣，對每種器材均建設情景虛擬仿真教學系統需要耗費大量的時間與資金。因此根據裝備特性，對于小型器材，選取消防員安全防護裝備，以及使用頻率高、應用范圍廣的滅火救援器材，系統制作了7類30部滅火救援裝備教學示范片。通過可視化仿真技術，建立消防裝備結構原理三維仿真模型300余個，將滅火救援裝備的內部結構和工作原理以可視化方式進行充分展示。教學片編制遵循消防裝備全壽命管理理念，將滅火救援裝備的內部結構和工作原理，管理內容、管理方法、管理要求一體展現。

對于大型裝備如水罐消防車則建立情景虛擬仿真教學系統。該系統集虛擬仿真及虛擬情境教學為一體，創建集學-練-考為一體的全流程的高度仿真實踐教學系統。可實現水罐消防車結構原理演示、操作演示、單環節模擬訓練、協同訓練、訓練考評等功能。利用該系統，使用者能夠以自主漫游或三維模型動畫演示兩種方式學習消防車的結構及功能原理；還可在虛擬仿真訓練環境中，完成水罐消防車各環節單人操作訓練和不同典型火災場景下班組協同操作訓練。訓練過程中，計算機可自動記錄訓練過程并完成考核成績的自動評定，不僅能夠為使用者提供正確操作的引導，還可提供可選的操作訓練記錄回放功能，以便于隨時、多角度觀看操作訓練過程[2]。

三、教學方法及模式改革

(一)充分發揮虛擬仿真技術教學的優越性

以課程標準為主線，將理論教學、虛擬仿真教學、實物教學的各自優勢結合起來，考慮虛實結合的教學手段及充分利用現代虛擬三維技術教學的優勢和局限性，設計切實可行的教學方案。加強各種教學資源的優化組合，根據教學內容、方法、性質的不同，采用虛實分段、虛實交替方式開展教學。通過理論強化學員學習知識的系統性，在理論學習過程中，充分利用仿真手段加強學員裝備結構原理理論學習的直觀性，增強學習效果。在理論教學結束后，利用仿真訓練系統進行仿真訓練，對裝備操作使用方法及注意事項進行學習，之后再進行實物實踐學習，強化學習內容、提高實踐能力[3]。

(二)變被動接受為主動探索

在教學過程中，強化學員主體地位，建立了以學員為主體的啟發式、探究式教學。在理論教學過程中，教師通過教學案例組織學員進行思考討論，分析裝備使用問題，強化學員裝備素養；在實踐教學過程中，采取下發問題、學員自學、分組討論、教師總結、問答五個教學環節，強化學員發現問題解決問題的能力，提高學員學習興趣及主動性。實踐結果表明，這種以學員為主體帶著問題進行學習的啟發式、探究式學習模式，極大地提高了學員獨立思考能力和開拓精神，學員自主參與學習的意識得到加強。

(三)開展混合式教學模式的改革

混合式教學模式是將傳統的課堂學習和基于信息技術的學習方式相互融合，根據不同階段的教學需求靈活采用不同的方式和方法。在教學過程中可采用虛實分段、虛實交替和虛實融合的方式開展[4]。根據課程自身特點采用虛實交替方式進行教學實踐，逐步形成了“虛實結合、優勢互補”的啟發式、探究式教學模式，如圖1所示。在教學過程中結合案例教學的優勢，讓學員帶著疑問和任務去學習，提高其自主學習的能力。同時教學過程中注重理論知識的講授，以結構原理、操作使用、維護保養、故障分析為主線，穿插理論教學、仿真教學、在線學習、實裝訓練等教學方式，使學員在變換的學習方式中保持高度的學習熱情。經驗表明虛實結合的混合教學模式的應用在提高學員學習興趣的同時，豐富學員的體驗，有助于在虛擬學習過程中構建的知識在真實訓練中得以強化。

四、考核內容與考核方式改革

在進行教學改革之前，課程的考核方式以閉卷筆試為主，不能真實反映學員的學習水平，而且也不能多角度反映學員的學習情況。為此我們進行了考核內容與考核方式的改革，采取過程考核與期末考核相結合的方式，建立多元化評價體系。過程考核主要以實踐能力考核為主，針對每次實踐教學內容及特點建立相應的考核細則，考核標準涉及學員學習態度及學習能力兩個方面，實踐考核共設四個模塊，按不同比例計入總成績。過程考核可很好地體現學員的動手能力、思考能力，同時通過實踐過程考核，大大提高了學員學習的積極性及對學習的重視程度。

圖1 虛實結合的混合式教學模式

五、結束語

信息技術在教學中不斷應用有利用教學水平和教學質量的不斷提升。而虛實結合的教學模式為消防裝備實訓教學提供了一個新的思路和方法，使消防裝備教學建設又邁向了一個新的臺階，其應用有效彌補了現有實裝實訓裝備、場地、經費等限制，提高學員學習的積極性，突破時間和空間的限制，方便師生隨時開展教學和學習。

參考文獻：

[1] 魯千紅,文小喬,祁煒,等.虛擬現實技術在裝備教學中的應用[J].空軍預警學院學報,2015,29(1):65-67.

[2] 陳智慧.水罐消防車仿真訓練系統的設計與實現[J].武警學院學報，2014,30(10):13-16.

[3] 盛蘇英.開放式虛實結合實驗教學探索與實踐[J].實驗科學與技術,2014,12(1):98-104.

[4] 李金華，姚芳萍.虛實結合的數控機床實驗教學模式探索與實踐[J].實驗室科學,2015,18(4): 65-67.