公安院校特色虛擬仿真實驗教學體系研究

史可貞，邢 志，李 玉

中國人民警察大學a.智慧警務學院； b.科研處； c.警務裝備技術學院， 河北 廊坊 065000

一、引言

公安院校特色實驗教學事關公安技術人才培養的水平和效果。2018年9月教育部印發的《關于加快建設高水平本科教育 全面提高人才培養能力的意見》指出“高校要堅持服務需求，成效導向。主動對接經濟社會發展需求。要加強實踐育人平臺建設。加強校內實驗教學資源建設，構建功能集約、資源共享、開放充分、運作高效的實驗教學平臺”[1]。這對公安院校人才培養，特別是公安特色實驗教學提出了更高要求。公安院校實驗教學的特色就在于其應用領域的特殊性，教學過程中需要對各種案件類型、各種場景進行有針對性的設計，特別是在預案演練、重大案事件推演、現場重構和現場處置技戰術等方面要開展特色實踐教學。隨著虛擬現實技術的發展和在眾多領域的應用，由于其具有沉浸感、交互性和構想性[2]，以及低成本、高環保、可重復等突出特點，為公安院校特色實踐育人提供了新的思路和方法，得到了廣大公安教育工作者的普遍認可。但是，就目前公安院校開展虛擬仿真實驗教學的總體情況來看，還存在一些亟須解決的問題，未能形成綜合高效的虛擬仿真實驗教學體系。

二、公安院校特色虛擬仿真實驗教學存在的主要問題

伴隨著虛擬現實技術的發展，虛擬仿真技術近幾年逐漸在公安教育中展開應用并取得豐碩的成果。其與公安院校實驗教學相結合，對于教學手段的創新、教學模式的改革和教育資源的豐富意義重大[3]。然而，公安院校特色虛擬仿真實驗教學的開展也存在諸多局限性和問題，主要體現在以下幾個方面。

(一)課程資源不足

由于虛擬仿真實驗課程資源的開發需要授課教師、業務專家、信息技術保障人員和技術開發人員多方力量協同攻關，要經過反復論證與調試，還需要與之相適應的硬件配套設施才能實施，因此其課程教學也存在設計難度大、實現成本高等問題[4]。這對于虛擬仿真實驗課程建設主體的教師來說，在精力、經費等各方面具有較大挑戰。因此，虛擬仿真實驗教學課程資源往往需要較長時間的建設與完善，短時間內在學科專業體系內無法形成較為全面的課程體系，造成虛擬仿真教學課程資源不足。

(二)真實沉浸感有待提升

虛擬仿真實驗教學的突出特點就在于真實情境的創建[5]。其能使學生在虛擬世界中獲得實際開展公安業務的體驗。要想獲得逼真的感官體驗，就需要充分融合技術開發人員、課程設計人員和基層教官的智力資源，從警務場景建模、警務活動規律、警務虛擬仿真和可視化等各方面合力打造虛擬仿真課程資源。但是，就目前公安院校虛擬仿真課程的應用情況來看，還存在真實體驗感不強，與實際相差較大等缺陷。這一方面是由于虛擬系統較多強調視覺優先，忽略了仿真模型的實際參數化；另一方面是由于警情的發展千變萬化，而大多數涉及警務活動的實驗課程中，教學系統在開發時僅能設定有限案情發展分支，極大地限制了教學過程的擬真程度，影響了教學效果[6]。

(三)缺乏有效互動和共享

虛擬仿真實驗教學的優勢是可以有效實現多成員互動和共享。以分布式VR實驗系統為例，其能夠實現相同時間不同地點的多個實驗主體共同參與到一個虛擬環境中，完成較為復雜的實驗課程。但是，經過調研了解，目前公安院校虛擬仿真實驗教學課程大多僅在本校范圍內開展，甚至僅在本學科專業范圍內授課，遠未能發揮信息技術為虛擬仿真教學帶來的共享特性。尤其是基于復雜案情發展的多人協同虛擬實驗系統，還未實現院校之間、院校與公安機關之間的聯動共享，限制了各方教學資源的協同共享。另外，由于開發虛擬仿真教學系統所需周期長、經費多，各公安院校單獨開發，難免造成重復建設與資源浪費。

(四)師資隊伍建設有待加強

傳統的教學模式中，教師作為授課主體，依靠語言、文字和多媒體等手段來引導學生學習專業知識，對教師能力素質的要求主要集中在專業知識的掌握和先進教學方法的運用等方面。隨著以虛擬現實技術為代表的綜合性信息技術的快速發展，虛擬仿真實驗教學方式不斷在教育教學工作中得到應用和深化，但是其對教師隊伍能力素質要求更高，不僅要求教師具備扎實的業務學識和實戰經驗，同時為更好地開展虛擬仿真實驗教學，對教師信息化技術水平也有了更高要求。這就要求教師還要掌握基本的虛擬教學系統的開發知識，以便更好地理解和運用實驗教學系統。以目前公安院校開展虛擬仿真實驗教學的總體情況來看，教師隊伍的綜合能力還需進一步提高，其知識結構還有待進一步完善。

(五)管理體系有待優化完善

隨著計算機圖形學、虛擬現實、增強現實和人機交互等技術的不斷發展和廣泛應用，警務虛擬仿真實驗教學將成為一種必然趨勢，會在卓越警務人才培養的各個環節得以應用。然而，就目前公安院校虛擬仿真實驗教學開展的總體情況來看，其課程設置較為零散，缺乏相關課程建設的標準，課程建設中缺乏統籌協調，課程實施過程中缺乏高效管理，各自建設，各自使用，在軟件上造成了重復開發，信息技術發揮不充分，在硬件上造成了重復建設，資源浪費。隨著虛擬仿真實驗教學的持續深入開展，缺乏高效完善管理體系的弊端將會愈發凸顯。

三、公安院校特色虛擬仿真實驗教學體系建設對策分析

(一)建設虛實結合創新型實驗教學資源體系

警務虛擬仿真實驗教學核心問題在于建設與實戰更為貼近的教學資源。針對實戰實訓課程開展困難的問題，應按照“先模擬后實踐、先仿真后實戰”的學生能力生成規律對教學資源進行科學建設和布局。一是要基于網絡和信息系統，建設各學科專業虛擬仿真教學資源，支撐學生開展機理研究、創新實驗、裝備技能應用、指揮技戰術推演等模擬實驗。二是要基于實訓模擬平臺，支撐學生開展近似實戰的演練。實驗資源建設既要重視虛擬仿真教學軟件資源的開發，也要重視實體實驗實訓資源的建設，堅持“能實不虛”的原則，形成“虛實結合”的資源體系，實現虛擬仿真資源的“貼近實戰層次化”，使虛擬仿真實驗教學資源與實訓模擬資源形成互補，進一步彌補傳統實驗實訓高成本、高消耗、高危險等不足，深入解決復雜、綜合性作戰模擬實驗難以常態化開展的問題。三是要充分融合公安教育特色和虛擬實驗教學資源特點，以提升學生任職能力為目標，有效結合實戰實訓與虛擬仿真實驗方法，通過積極開展虛擬仿真實驗教學模式改革，形成適合警務人才培養的理論教學、要素演練、指揮推演、實戰演習、考核評估的一體化虛擬仿真教學模式。讓學生借助虛擬仿真技術在近似實戰環境中練指揮、練技術、練戰法、練技能、長才干。四是要建立具備課堂理論教學、虛擬裝備教學和仿真訓練、分布式網上模擬對抗演練和實兵綜合演練等內容的，一體化、漸進化、層次化、模塊化的虛擬仿真教學模式，使教學始終向實戰需要瞄準聚焦。

(二)建設遞進式體系化虛擬實驗教學平臺

虛擬仿真實驗教學平臺建設是開展虛擬仿真實驗的基礎保障，應充分考慮公安院校特色專業和人才培養特殊屬性，以虛實結合為原則，依據虛擬現實—虛擬實訓—實戰訓練的遞進式關系，圍繞虛擬仿真實驗教學開展的需求和特點，建設以網絡基礎平臺、虛擬仿真實驗教學平臺、虛擬仿真實訓教學平臺、實戰模擬訓練平臺和虛擬仿真實驗教學管理系統為主要內容的遞進式體系化實驗教學平臺。建設過程中要充分結合公安業務特點，在網絡基礎平臺建設中，可構建“校園網—公安網—互聯網”三網互補運行格局。以局域網或互聯網為基礎，在校內搭建運行高效的實驗網絡基礎平臺。以公安網為基礎，與地方公安部門之間搭建安全有效的實驗網絡基礎平臺。針對虛擬仿真實驗項目和實訓實戰項目，構建數據融合、虛實互動教學平臺。在總體教學系統之上，建設對實驗教學情況實時調度和監控的教學指揮中心，搭建具有信息發布、數據收集分析、互動交流、成績評定等多功能一體化的實驗教學管理系統平臺，如圖1所示。平臺內各模塊可通過網絡基礎平臺實現互聯互通與實時共享，可定期發布動態信息，對教學信息數據進行收集分析，同時具備學生與教師互動交流和在線輔導、學生自主開展仿真實驗在線評分和錯誤分析等功能。

圖1 虛擬仿真實驗教學平臺結構圖

(三)建設互惠共贏協同創新的合作共享機制

《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》明確提出要推進協同創新，探索建立校校協同、校所協同、校企(行業)協同、校地(區域)協同、國際合作協同等開放、集成、高效的新模式[7]。虛擬仿真實驗教學作為信息技術不斷發展的產物，必須充分發揮信息化技術在實驗教學平臺建設中的積極作用，加強人才培養各方的合作共建與互惠共贏。公安院校開展虛擬仿真實驗教學，必須堅持“需求牽引、強強聯合、共建共享”的協作原則，積極與相關院所、公安機關和企業等單位開展合作共建，匯聚各方優勢力量，打造優質虛擬仿真實驗教學資源體系，不斷提升服務教學、服務公安實戰的能力和水平。

一是要積極構建信息共享的校際合作機制。發揮各公安院校的特色優勢學科專業，進一步深化學科交叉融合，借助信息網絡技術，找準虛擬仿真實驗教學合作的切入點，補齊公安業務在各公安院校學科專業之間的需求短板與不足，促進各公安院校之間的信息共享與互學互鑒，以虛擬仿真實驗教學方式，形成合成作戰能力與體系，不斷促進公安院校辦學能力和水平提升。

二是要積極構建需求牽引的校局合作機制。公安教育作為警務工作能力提升的重要源頭，必須堅持“貼近基層，貼近一線，貼近實戰”的人才培養要求。在實踐育人模式下的公安院校特色實驗教學改革創新中，必須有效建立并高效利用校局合作機制，實現人才需求和教育教學的緊密結合，將公安基層的需求與智慧力量，融入公安院校虛擬仿真實驗教學人才培養、師資隊伍建設、教學資源開發和實踐技能提升等各個環節。

三是要積極構筑共建共享的校企合作機制。虛擬仿真實驗教學是彌補傳統實驗教學模式的有效方法，但也存在技術要求高、模型搭建困難等缺點。為避免虛擬仿真實驗教學建設華而不實，必須廣泛吸收科技企業的研發創新能力，在深入研究警務活動規律的基礎之上，借助企業研發力量，不斷開發貼近警務實戰的實驗教學系統，充分實現業務與技術的結合，在信息安全的前提下，構建公安院校與相關企業在虛擬仿真實驗教學平臺建設方面的合作共享機制。

(四)建設復合型理念優秀師資隊伍

公安院校特色虛擬仿真實驗教學離不開一支理念先進、勇于創新的優秀師資隊伍。開展基于虛擬仿真技術的公安院校特色實驗教學，要求任課教師既要具有扎實的基礎理論知識，又要具備開展虛擬仿真實驗教學的技術積累，同時還要力求貼近實戰，具備豐富的公安機關基層實戰經驗。為此，要充分發揮合作共享機制，在提升公安院校教師隊伍自身虛擬仿真實驗教學水平的同時，打造院校教師、公安基層教官和仿真實驗資源開發人員三者相結合的復合型優秀師資隊伍。特別是要充分挖掘公安基層教官在實際工作中的豐富經驗和指揮決策智慧，挖掘虛擬仿真資源開發技術人員在該領域的專業知識。一方面要研發更加貼近實戰的虛擬仿真教學資源，另一方面要通過網絡基礎平臺，有效利用公安網和互聯網，分布式共享警務虛擬仿真實驗教學場景，將公安基層教官的實戰經驗遠程或實地帶入虛擬仿真教學各個環節，有效提升教學效果。以這種“三結合”的方式可實現資源合理配置和優勢互補，以滿足虛擬仿真實驗教學的全方位創新要求。

(五)建設高效合理保障有力的管理機制

虛擬仿真實驗教學的有序開展是一個系統性工程，并非建設一個實驗室，采購一批設備，由相關教師來簡單開展實驗項目的授課。特別是公安院校特色實驗教學，需要結合公安業務特點，從各警種實戰應用角度出發，融合相關學科專業，開展深入論證與研究。在利用虛擬仿真和相關信息技術開展虛擬仿真實驗教學過程中，更是要充分考慮傳統實驗方法與新技術新方法的結合、相關技術領域的融合、師資隊伍的優化提升、硬件平臺的建設等問題。在教學平臺體系的建設過程中涉及學科專業設置、課程體系開發、師資隊伍建設、教學平臺建設、共建共享與運行維護等方面。因此，要結合各公安院校特色學科專業實際，不斷健全完善各項規章制度，形成科學完備的管理制度體系，使虛擬仿真實驗教學體系各方面有機協同，才能有效保障虛擬仿真實驗教學的開展和教學效果的最優化。同時，要從整個公安院校層面出發，發揮虛擬仿真教學信息化技術優勢，建設規范化互聯互通體制機制，實現公安院校特色實驗實訓課程的“合成”教學。