國家危化安全虛擬仿真實訓基地建設探究與實踐

嚴小麗

(上海現代化工職業學院,上海 201512)

眾所周知,化工生產工藝技術復雜,運行條件苛刻;涉及的物料通常是有毒有害、易燃易爆的;生產裝置流程復雜,建設費用高等。如果操作人員不能嚴格按照操作規范實施安全生產,發生火災、爆炸、群死群傷事故幾率高,甚至會發生突發災難性事故。上海市金山區以及毗鄰的上海化學工業區的石化產業群是世界級的石化產業基地,從業人員數量龐大,雖然企業也對從業人員開展各級各類的安全技能培訓,但與現代化工生產的要求存在一定的距離[1-2]。主要表現在:一是職業培訓缺乏貫穿職業生涯發展的體系化標準引領;二是化工生產的高危性及對環保要求的特殊性,用于培訓的設備設施、物料及工藝條件受到諸多約束和限制,導致一些培訓項目難以開展,實際培訓與真實生產之間存在差異;三是由于化工生產事故的不可逆性,培訓中往往難以有效融入故障處置及安全應急等內容,導致學員的安全生產意識和應急處置能力薄弱。這些都將化工行業成為重大安全風險隱患集中地。

學校依據《關于開展職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知》(教職成司函〔2020〕26號)等文件精神,積極申建國家危化安全虛擬仿真實訓基地,并于2021年8月正式入圍教育部職業教育示范性虛擬仿真實訓基地培育項目。我校積極落實《職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設指南》(教技發中心函〔2021〕17號)要求,搭建“政行企校”多元合作平臺,開展危化安全虛擬仿真實訓基地建設工作[3],并探究符合現代化工企業需求、具有國際化水準的高技能人才培養實踐,以此打造與上海市乃至長三角危化品行業發展要求相匹配的技能人才培訓的示范和推廣平臺。

1 建設過程

1.1 多方協同,共筑項目建設共同體

項目確立依托政府引導,產學多方協同,共建共享,形成共同體的建設模式。在政府的有效引導下,集聚中外知名化工企業和國內化工職業院校的專業人員并會同德國專家,共同研討“育訓一體”的標準體系及建設基于標準體系的虛擬仿真實訓基地。通過校企共構標準、共建基地、共研項目、共育人才、共享成果等一系列措施,實現政府、行業、企業、學校的有效聯動,產與教的深度融合。如圖1所示。

圖1 項目開發模式

1.2 基于職業生涯發展的職業教育與培訓系列標準開發

通過對化工企業的調研,分析企業一線從業人員職業生涯發展,梳理形成技術發展路徑。校企共構該路徑下的職業教育與培訓標準框架體系(如圖2所示),并根據不同階段從業人員的素質與能力要求,開發從職前教育到職后各階段培訓所需的系列標準。這些標準涵蓋了化工行業技能人才成長全過程的培養內容及要求,為開展化工類職前教育與職后培訓,提升行業從業人員的崗位安全生產技能,實現了“育訓結合”。

圖2 化工職業教育與培訓標準體系架構

此外,為支撐教育與培訓,配套開發了考證標準、培訓裝備標準和師資培訓標準,構建形成了立體化標準體系。

1.3 基于職場環境與工作過程的虛擬仿真實訓基地建設[4-5]

為高質量的實施職前教學與職后培訓,學校在充分發揮現有資源優勢的基礎上,系統地規劃對接化工生產全產業鏈的基地建設,擬打造集學生實訓、職業培訓、技能競賽、技術研發等多種公共服務功能為一體的虛擬仿真實訓生態系統。

1.3.1 貼近化工生產的虛擬仿真實訓環境建設

基地建設模擬真實的化工生產現場,實訓環境的布置既要符合職場生產習慣,也要滿足職業培訓需求。現場進行了情景化環境布置、文化建設、設備設施能級提升、信息化管理系統建設等,詳細內容如表1所示。學員長期在工廠化的情境中接受培訓和安全文化熏陶,掌握了必備技能的同時,增強了安全防范意識,養成了規范操作習慣,提升了綜合職業素養。

表1 虛擬仿真實訓環境建設內容與特點

1.3.2 模擬崗位生產的教學資源開發

化工生產具有設施設備投入高,物料能量損耗高,操作風險高等特點;生產過程中設備內部結構、物料狀態及反應機理難以觀摩,有些故障及生產事故具有不可逆性、難再現等問題[6];此外,因某些工藝的特殊性及對環保的特殊要求致使一些操作難在培訓中開展。項目團隊根據真實生產崗位任務,針對培訓中的“三高三難”問題,充分運用物聯網、人工智能、大數據等新一代信息技術,構建沉浸式體驗環境,開發純虛擬、模塊化、數字孿生等教學資源,以實帶虛、以虛助實、虛實結合,有效解決培訓中看不到、進不去、難再現、成本高、危險大等“痛點”問題。教學資源建設情況如表2所示。

表2 基于職場環境與工作過程的虛擬仿真教學資源開發一覽表

1.3.3 基于工作過程的教學項目設計

依據化工一線從業人員職業教育與培訓系列標準中對職前學生、職后新進員工、班組長、工業大師、特殊崗位人員的知識、技能和素養的綜合要求,進行基于崗位工作過程模型的教學項目設計,框架體系見圖3所示,培訓內容全面覆蓋了工作過程中涉及的安全教育、個人防護、裝置操作與巡檢、故障處置、應急處置等。校企雙方還共同研究了不同層級人員培訓的實施原則及方案,以數字化虛擬仿真裝置及教學資源為載體,實施理實一體化、線上線下相融合的培訓方式,學員不僅熟練掌握了崗位安全操作技能,還增強了安全生產意識和風險防范能力。

圖3 基于工作過程教學項目構建框架圖

1.3.4 智能化的實訓管理和共享平臺建設

基于虛擬仿真實訓基地建設內容,構建智能化的實訓管理和共享平臺。平臺的建設不僅有效提升實訓管理效能,且推進了育人模式的創新。社會的服務能力和影響力也持續擴大。

師生通過線上虛擬、線下實操、虛實結合,如圖4所示,有效實施“一心兩環三階段” 教學過程重構(一心:學生為中心;兩環:內環學生學習為主體,外環教師指導為保障;三階段:課前認知、課中探究、課后鞏固)。通過平臺自動收集過程數據,實現智能評價分析,生成“學員畫像”和“可視化風險預判書”,為學生的個性化學習、教師教學指導提供依據,并為企業的員工管理、行業的標準設定等提供更精細化數據分析服務。平臺還提供了分布式集群遠程操作,可滿足多場地、多專業、多學校、多區域協同的虛擬仿真教學需求,實現資源共享。

圖4 線上線下相融合的教學模式

2 建設成效

2.1 標準引領下的基地建設輻射全國職業院校,示范作用初顯

系列標準及基地的建設帶動了專業建設和課程改革,建設經驗引起國內化工職業院校的高度關注,茂名職業技術學院、盤錦職業技術學院、成都石化工業學校、平湖市職業中等專業學校等10多所中、高職院校紛紛來學校觀摩學習,并表示了強烈的合作意向,目前學校已與多所中、高職院校開展合作,共建和推廣職前學生培養和職后學員培訓標準,建設虛擬仿真實訓基地,開發課程及教材,開展人才培養探究等。具體情況如表3所示。

表3 合作院校共建項目一覽表

2.2 專業吸引力持續高漲,人才培養質量提升明顯

在當前中職招生持續低迷的背景下,我校化工專業受到社會的高度認可,學生報名與招生比平均保持在1.5∶1;學生在專業技能得到充分錘煉的同時,職業安全意識、職業規范行為等素養得以明顯提升,學習積極性和主動性顯著提高,對專業的認同度明顯增強。近年來,國家和上海市的虛擬仿真類技能大賽中,我校化工專業學生取得了驕人的成績。

專業畢業生受到區域中外合作企業的一致歡迎,目前在區域內化工企業中的一線員工中有50%以上均來自我校。

2.3 社會培訓認可度高,培訓任務應接不暇

危化安全虛擬仿真基地的建設與化工企業實際生產情境契合度非常高,采用理實一體化、線上線下相融合的培訓方式,智能化的評價分析機制等,培訓效果顯著,且得到化工企業的高度認可。這些企業紛紛要求與我校開展合作,共同開展生產一線從業人員的安全技能提升培訓,培訓企業情況如表4所示。自2021年以來,本基地與國內外企業合作開展安全技能類培訓超過5 000人次。

表4 合作開展員工培訓企業

3 體會和思考

危化安全虛擬仿真實訓基地是依據現代化工企業生產一線從業人員職業培訓的要求建設的,該基地具有教學環境職場化、教學資源共享化、教學過程項目化、教學評價智能化等鮮明特點。通過還原企業裝置真實的工作場景,構建與化工生產一致的職場環境,學員長期在此環境中接受培訓和文化熏陶,能增強安全生產防范意識,形成良好的職業素養;采用混合現實等信息技術,將虛擬資源與實物裝置進行無縫銜接和疊加,能有效解決培訓中的“三高三難”難題,學員通過教學資源可以直觀地認識設備的內部結構、掌握抽象的工作原理、開展崗位生產操作實踐,還能掌握多維度故障處理和應急技能;開發的智能化管理和共享平臺,可實現多區域資源共享的同時,還可實現教學的精準化;生成的“學員畫像”和“可視化風險預判書”,為學生個性化學習、教師教學指導、企業員工管理、行業標準設定等提供了更精細化數據分析服務。

基地的建設不僅可促進現代化工企業從業人員的安全技能提升,提高企業的本質安全水平,且在建設過程中也為學校培養了一支優質的專兼結合的師資隊伍,這為基地的后續建設、優化及建成后的運行,提供了有力的人力資源保障,促進了學校的可持續發展。在面對區域內乃至長三角現代化工企業的育人要求和培訓需求,將進一步對標國際先進標準,加強基地內涵建設,創新人才培養模式及教育培訓方式,打造能滿足各類現代化工企業安全技能培訓與考核需求的示范性培訓基地,持續推動社會服務能力和擴大影響力。