虚拟仿真技术在消防课程中的应用

张为山孙洪艳李克建胡志刚

1.四川警察学院 四川泸州 646000 2.四川医科大学现代技术教育中心 四川泸州 646000



虚拟仿真技术在消防课程中的应用

张为山1孙洪艳2李克建1胡志刚1

1.四川警察学院 四川泸州 646000 2.四川医科大学现代技术教育中心 四川泸州 646000

摘 要：针对警察院校消防专业教学现状和存在的问题，提出将虚拟仿真技术应用于实验实践教学中，解决学生验证理论、巩固知识的问题，同时提高学生的动手实践能力，增加学生执法心理素质，使讲授的理论知识能够直观形象地展现给学生，有效地改善了传统教学的不足。通过课堂反馈效果良好，该方法有助于消防专业教学质量的提高。

关键词：消防；警察院校；虚拟仿真技术；教学方法

《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020）年》中提出要加快教育信息化进程，并指出信息技术革命对教育发展改革具有革命性影响，必须予以高度重视，要促进教育内容、教学手段和教学方法的现代化［1］。虚拟仿真技术，是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术［2］。虚拟仿真技术以构建系统统一的完整虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代教育技术的发展需求。将虚拟仿真技术应用于消防专业的教学，可以改善传统课堂教学的不足，强化学生对消防知识的理解与实践，提高教学质量。

1 消防管理教学中遇到的问题

《中华人民共和国消防法》（以下简称《消防法》）第4条规定，国务院公安部门对全国消防工作实施监督管理；第53条规定，公安派出所可以负责日常消防监督检查职责，并开展消防宣传教育［3］。对消防工作实施监督管理是《消防法》赋予公安机关消防机构的重要法定职责。根据2015年《关于全面深化公安改革若干重大问题的框架意见》及相关改革方案也明确指出根据人民警察的性质特点，警察队伍招录将主要来自公安院校。所以公安院校开设消防相关课程是形势发展的必然趋势。

四川警察学院作为四川省公安厅直属的公安院校，2010年已经率先申请并获得消防工程专业的招生资格，也是迄今为止国内唯一一所开设消防工程专业的警察类院校，在消防教学中积累了很多经验，构建了教、学、练、战一体化的实践教学体系。贯彻教学练战一体化教学体系，深化实验实训教学环节。实验实训是学生验证理论、巩固知识、提高技能不可或缺的环节［4，5］，是教师强化教学，学生掌握新技术、提高实践能力的重要手段。根据公安消防人才培养定位，进行科学合理的课程设置，注重实验实训科目设计和应急救援演练，并进行教学方法创新改革。但是在现实教学中也遇到了诸多问题。

1.1 教学过程中：实验条件不足 难以满足教学需求

根据对《消防法》［3］的解读可以看出，公安警察立足公安治安工作的本位，对于消防工作着重于“防”，侧重消防专业基础知识，强化火灾预防日常消防监督检查及应急疏散救援等能力的培养，需要学生熟悉各种执法环境，具备对企、事业单位及公共场所等进行消防监督检查的能力，实验室难以具备如此大量信息的实验条件。

1.2 实践实训教学中：难以搭建教学的需求场地 且安全保障不足

火灾发生时，片区基层公安民警会第一时间到达现场，所以民警应具备一定的火情前期处置并组织救援疏散的能力。学校教学中，通过实践实训来培养学生具备这种能力。但在实践教学时，模拟火灾现场，设置险情状况需要大量的人力、物力、财力，且安全性难以保障，难以达到预期效果。

1.3 培养学生动手能力条件不足 学生学习兴趣降低

消防技术发展迅速，产品更新换代快，实验经费难以满足要求。对于消防器材使用，学生难以全部动手操作，学生动手能力不足，同时也降低了学生学习的积极性。

借助虚拟仿真技术，建设仿真实验室，上述问题可以在一定程度上得以解决，从而保证消防教学的正常进行。

2 虚拟仿真实验室

虚拟仿真实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体。随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有诸多优势，如利用率高、易维护等优点。近年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。

四川警察学院虚拟仿真实验室始建于2012年10月，现已投入消防专业教学使用。主要包括：（1）虚拟现实应用开发平台，包括软件平台和硬件平台；（2）高性能图像生成及处理系统；（3）立体式沉浸性的虚拟三维显示系统；（4）度虚拟现实交互系统；（5）应用控制系统。支撑上述系统的硬件主要包括：立体工程投影机、投影屏幕、成形眼镜、高速扫描仪、光学捕捉系统、交换机、服务器（直播服务器、AMS流媒体服务器）编码器、音响系统、控制元件及各种半实物交换设备等。

3 消防虚拟仿真系统在教学中的应用

消防虚拟仿真系统在教学中的应用主要包括：消防监督检查实训及考核教学、消防应急救援指挥处置演练、消防装备与灭火技术模拟演练、逃生演练实训教学。管理员可以设置教师、学生等不同身份以不同权限的登陆，通过教学、操作、考核达到实践实训的效果。

3.1 消防监督检查实训及考核教学

以三维立体显示为展示手段，人机交互为操作模式，示范演示消防监督检查［6］从计划制定，到检查完毕的后续处理结束的全过程；包含区域如电影院、写字楼、超市、数码卖场、地下车库、地下仓库、学校宿舍楼、图书馆、食堂、教学楼、餐厅、酒店、KTV、地下通道、居民小区、工厂等多种不同类型场所。示范演示从到达被选定单位的大门外，一直到单位内部各环节检查完毕的具体细节，实现对消防重点场所概况、危险品情况、消防通道、消防设施建设、消防设施布局、消防责任、消防演练、消防设备状态、单位人口情况、自主消防能力等方面信息的可视化教学。图1所示为在KTV进行消防监督检查的场景。

讲解结束后，教师对场景进行消防安全问题的设置，指导学生如何检查消防安全，找出违规问题所在并指正。还可以调整场景中的消防安全设备设施的状态。学员通过建立自己的虚拟角色随机进行系统场景模拟消防监督检查的全过程，并完成《消防监督检查记录》填写以及违规事项处置的全过程。《消防监督检查记录》与考试系统相关联，系统可通过检查记录填写的情况对学生的检查作业进行评分。

3.2 消防应急救援指挥处置演练

模块以泸州本地某大型商场为场景模拟火灾现场演示如何灭火救援的流程，包括警力的分配、灭火力量的配置等处置方法。将登陆学生分组，并进行角色划分，包括应急指挥中心、现场指挥、救援小组、急救小组、通迅小组等进行讲授（如图2所示）。

图1 KTV消防监督检查

图2 消防应急救援指挥

各小组根据职责分工，统一调度，协同完成事故的应急救援工作。通过讲解、演练，让学生明白灾害发生时，整个救援指挥的注意事项及各个小组的分工职责，为以后工作中制定救援方案提供经验和开拓思路。

3.3 消防装备与灭火技术模拟演练

以三维立体显示为展示手段，人机交互为操作模式，模拟展示包括各类消防设备器材（如轻便灭火器材、消防水带、消防水泵房、室内消火栓、室外消火栓等）的工作原理、适用范围、构成部分。部分重要设备，可进行虚拟的分解拆装［7］。另外包括各类器材的使用方法流程，以及具体灭火技术的操作要领、注意事项（如图3所示）。

图3 消防设备

通过教学、演示，可以让学生了解、掌握常规实验室无法安装的大型器材或新型先进的昂贵器材，也可以拓宽学生的知识，提升学生的学习兴趣。

3.4 逃生演练实训教学

针对地震等灾害事故进行仿真模拟，事故场景须包含学生宿舍、食堂、图书馆、教学楼等疏散演练场景；可以第一人称和第三人称相互切换方式进行疏散人员模拟操作（如图4所示）。该模块可以模拟逼真的灾害场景，培养学生合理运用所学知识进行火场自救逃生和疏散被困人员的能力。逼真的场景一定程度上强化了灾难来临时学生的心理素质。

图4 救援疏散

4 结束语

将虚拟仿真技术引入消防教学中，弥补了传统教学中实验实践的不足［8］，不但丰富了教学内容，而且使学生变被动学习为主动学习，巩固了学生所学知识，丰富了学生时间实训经验，提高了学生对火灾灾害的处置能力。可以预见，把虚拟仿真技术应用于消防专业教学，不仅在公安警察院校，也可以应用于普通院校的消防专业教学解决实验实践困难的问题。随着虚拟仿真技术的不断发展，将会不断推荐实验室建设的发展和实验实践教学的改革［9，10］。

参考文献

［1］国家中长期教育改革与发展规划纲要:2010-2020年［R］.北京:人民出版社，2010.

［2］蔡红霞，俞涛.虚拟仿真原理与应用［M］.上海:上海大学出版社，2010.

［3］十一届全国人大常务委员会第五次会议.中华人民共和国消防法［Z］.2008.

［4］张敬南.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究［J］.实验技术与管理，2013（10）:101-104.

［5］韩建明，张耀武.高等院校实验教学实践探讨［J］.中国教育技术装备，2010（24）:135-140.

［6］景绒.消防监督管理［M］.北京:中国人民公安大学出版社，2014.

［7］陈合权，李克建，胡志刚.消防管理学［M］.北京:光明日报出版社，2013.

［8］杨宏宇，谢丽霞，王兴隆.网络仿真软件的应用于实践［J］.计算机工程与应用，2005，41（10）:108-130.

［9］郝兆兴.学科类研究性学习的开展方式［J］.当代教育科学，2003（16）:62.

［10］贺惠萍，荣彦，张兰.虚拟机软件在网络安全技术教学中的应用［J］.实验技术与管理，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

作者简介：张为山，硕士，助教。