建筑安全技术与管理以虚助实技能化实训探究

曾德明 郭贺源 李春花 罗如强 娄孟伟 梁露予　

建筑安全技术与管理以虚助实技能化实训探究

曾德明 郭贺源 李春花 罗如强 娄孟伟 梁露予

（广西安全工程职业技术学院，广西 南宁 530199）

针对建筑安全技术与管理实训教学存在的“三高三难”问题，以虚拟仿真技术为手段，以技能化教学为抓手，提出开发以虚助实技能化实训教学项目，打造“五结合”课程内容体系，形成“五位一体”评价机制的构想。把虚拟仿真技术融入到建筑安全技术与管理技能化实训教学中，创造沉浸式的教学环境，把庞杂抽象的建筑空间知识形象化，把高风险的安全管理知识具体化，实现“边教边学、边学边练、边练边用”，从而培养学生职业技能，以期为高职院校应急安全类相关课程的实训教学改革提供借鉴和参考。

以虚助实；技能化；应急安全

引言

《教育信息化2.0行动计划》《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》（教职成〔2020〕７号）等文件要求，要以社会和市场需求为导向，运用虚拟仿真、VR/AR、大数据等新技术布局先进制造业、现代服务行业等迫切需求专业的虚拟仿真职业能力实训基地。《教育信息化中长期发展规划（2021－2035年）》《教育信息化“十四五”规划》《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》等文件指出，把信息技术与教学融合、优质数字资源建设等作为重要发展任务；加强职业院校、高等学校虚拟仿真实训教学环境建设，服务信息化教学需要；要“大力推动仿真、多媒体课件等数字化教学资源开发”“重点解决常规的教学手段、技术、设施设备难以实现的实习实训问题，重点满足教学需求急迫且覆盖面较大的模拟仿真实训教学的需要”，确立了职业院校应用虚拟仿真技术进行实践性教学的方针。职业教育要以职业活动为导向，以国家职业标准和岗位需求为立足点，以培养职业能力为核心，因此技能化实训教学与虚拟仿真等信息化技术结合是大势所趋。

1 以虚助实技能化实训研究现状

1.1 以虚助实教学应用研究

以虚助实教学即采用虚拟仿真技术辅助教学。该教学方式在国外应用较早，美国东卡罗琳那大学早在1992年就建立了虚拟现实技术与教育实验室（VREL），评估虚拟仿真技术软件和硬件，对比虚拟仿真教学与其他教育媒介的效果，考察虚拟仿真技术对教育的影响，验证其在教育上应用的可能性[1]。2000年之后，由于硬件的迅猛发展，以Oculus Rift虚拟现实头盔的诞生为标志，大众化的虚拟仿真应用初见雏形，相应的内容开发开始发力，其中将虚拟仿真技术应用于教育最具革命性。西方国家纷纷设立了相关研究项目，如澳大利亚和新西兰于2009年合作成立的虚拟世界工作组、美国林登实验室的Second Life项目等。其中Second Life项目直接提出要探索个体在虚拟仿真世界获得教育与成长的可能，目前英国有80%的高校使用或准备使用Second Life平台，美国有超过150所高校在Second Life中搭建了用于教学和研究的虚拟环境[2]。国际上关于虚拟仿真教育应用的研究方向主要集中在虚拟仿真技术的课堂教学法、虚拟仿真学习环境以及医学、工程、地理等具体学科应用领域。

国内主要集中于虚拟学习资源建设、虚拟现实理论探索和虚拟仿真教学条件的提高等方面。在运用虚拟现实技术进行物理实验方面，中国科学技术大学有着比较丰富的经验，已经有了自己成熟的产品，如大学物理仿真实验软件、大学物理虚拟实验远程教学系统、几何光学设计实验平台等；同济大学建筑学院虚拟现实实验室开展了对建筑结构、景观的虚拟仿真尝试，在建筑教学中大胆尝试运用先进的虚拟现实技术；西南交通大学在城市规划仿真、驾驶员培训仿真及其他交互仿真方面自行开发出了一系列具有国际水平的计算机虚拟现实应用产品[3,4]。

1.2 技能化教学应用研究

技能化教学是以提高学生实践应用能力为目标，以就业岗位能力需求为出发点，以模块化为载体整合教学内容，强化学生的实操能力，促进学生职业技能和职业素养的提高。在国外，技能化教学模式研究方兴未艾，发达国家经过多年的实践，探索出了符合本国教育的技能教学模式，如德国的双元制、加拿大和美国的CBE模式、英国的BTEC模式和澳大利亚的TAFE模式。这些模式都强调职业教育和生产实践紧密结合，解决了理论与实践脱节的问题，同时将有丰富实践经验的技术人员请进课堂，学生直接获得生产一线的技能，将学生放到企业顶岗实习，获得直接的、丰富的职业体验，培养了学生的职业技能，拉近学校和企业的距离，实现二者的对接。

在国内，技能化教学法主要为模块化教学。“项目化＋技能化＋学徒制”教学法是一种实效性强、教学效果优的教学模式，能够很好地引导学生将理论与实践结合起来，学生通过自主探索来加深对理论知识的理解。同时，教师通过“工程项目”创设情境的方法，提升学生的操作水平，学生通过完成“工程项目、强化技能”达到意义建构，事实证明这是一种非常有效的教学方法[5]。

1.3 研究现状的简要评价

建筑安全技术与管理具有应急安全类专业课程的共性，即技能化实训教学困难重重，存在“高投入、高难度、高风险、难实施、难观摩、难再现”的“三高三难”问题。国外研究成果及经验与我国职业教育实情适应性有待验证，而国内现有的技能化实训教学研究以真实场景实操为主，未能有效解决“三高三难”问题。目前，虚拟仿真技术的运营还停留在平台搭建、软硬件的开发及案例的收集、筛选和设计上，真正将虚拟仿真技术运用到技能化实训教学的可借鉴经验少。

虚拟仿真技术能模拟实训场景，学生通过虚拟仿真建筑安全实训，进入虚拟的施工现场，去体验施工中可能发生的险情，感受安全事故发生所造成的后果，并以实际行动化解风险，训练操作技能，有效解决“看不到、进不去、成本高、风险大”等困难。虚拟仿真技术在建筑安全技术与管理教学中的应用充分体现了现代教育改革的方向，该项技术可以反复使用，便于实训内容的及时更新。同时，利用虚拟仿真技术可以将课程中抽象化的理论用直观的方式展现出来，从而调动学生学习的积极性，帮助其快速而深刻地理解课堂上所学的知识。将虚拟仿真技术应用到建筑安全技术与管理技能化实训教学是该课程改革的趋势之一。

2 以虚助实技能化实训拟解决的关键问题

高职院校应急安全类专业旨在培养应用型人才，建筑安全技术与管理是安全技术与管理专业的核心课程之一，专业性和实践性强，其存在的问题具有典型性。该课程以职业活动为导向，教学内容与实际工作岗位的典型工作任务和技能要求对接。但是传统的建筑安全教学模式过于单一，实训、实践内容脱离实际，教学形式单调，学生学习兴趣较低，学习动力不足。究其原因是建筑安全技能化实训教学困难重重，实际施工现场中存在大量危险因素，非工作人员不能随意出入，存在“三高三难”问题。显然，提高建筑安全技术与管理课程的教学质量，加快推进技能化实训教学改革，对培养兼具理论知识和实践技能的技能化应用型人才具有重要意义。将虚拟仿真技术和建筑安全技术与管理技能化实训相结合体现了职业教育改革的方向，既能加强技能化实训教学与行业岗位的联系，又能有效解决建筑安全实训教学“看不到、进不去、成本高、难再现、风险大”的问题。

3 以虚助实技能化实训理论依据

3.1 技能理论一体化教学理论

技能理论一体化教学是实操和理论有机结合的一种教学理论，该理论旨在培养学生各种能力，即充分发挥学生主体、教师主导的作用，在实践中将知识转化为能力，达到手脑结合。该理论将知识技能高度整合，具有综合化的优点，不仅强调理论知识的系统性和理论对技能的指导作用，而且注重引导学生通过技能训练加深对理论的理解，有效解决理论与技能训练脱节的问题[6-8]。虚拟仿真技术能使学生在学习理论知识的同时开展实训实操，达到“边教边学、边学边练、边练边用、学以致用”的效果。

3.2 经验之塔理论

美国现代教育媒体之父E.Dale于1964年提出可以经验之塔为核心的视听教学理论体系。按照抽象程度，将不同方式获得的经验从低到高分为三类：活动性（直接经验）、形象性（图像经验）和符号性（高度抽象经验）。Dale认为视觉性冲击比语言、文字更容易帮助学生获得直接的经验，且不受时空的限制，促进直接经验形成更好的抽象经验。经验之塔理论符合教学过程中教师逐步引导学生经验从具体走向抽象的特点，虚拟仿真模拟场景可以调动学生多感官参与知识学习，加深对知识的理解，加强对技能的掌握[9]。

3.3 建构主义教学理论

建构主义教学理论主要强调知识是由主体主动建构的，而不是由外界被动灌输的，学生可以利用一定的情景案例，通过教师的引导和帮助，进行知识的主动选择、加工和处理，用以构建知识体系，并能独立地分析解决实际问题[10]。情境、协作、会话和知识建构是建构主义教学理论学习环境的四大要素，这与虚拟仿真的沉浸式、交互性、构想性异曲同工。虚拟仿真系统可以模拟学习和工作环境，为学习者提供丰富的教学资源，让学习者自由探索和自主学习，激发其兴趣，积累经验和知识，培养技能。以建构主义理论为指导，以虚拟仿真技术为手段，将理论知识可视化，将实操训练常态化，可促进知识有意义的建构。

3.4 情境学习理论

情境学习理论始于1990年，该理论认为情境是一切认知活动的基础，知识的重要特征是具有情境性，因而将知识看作是活动、情境及文化的副产品。该理论强调以真实情景中的实践活动和社会性互动来促进学习者的文化适应，主张只有在相关的知识应用情境中才可能发生有意义的学习。有意义的学习和学习者自身的意识与角色都是在学习者和学习情境的互动、学习者与学习者之间的互动过程生成的，学习情境的创设致力于将学习者的身份和角色意识、完整的生活经验以及认知性任务重新回归到真实的、融合的状态。情境学习与虚拟仿真技术结合，在设计和开发中实现真实情境的学习活动，充分利用虚拟环境中逼真的情景模拟来促进学习者的知识迁移，从而达到技能理论一体化教学。

3.5 人本主义理论

人本主义理论倡导学习应以人的整体性为核心，强调以学生为中心的教育原则，促进学生全面发展。利用虚拟仿真系统，创建让学生参与、互动、主动的学习情境，并在学习过程中给予充分的自主性，做到以学生为中心，以学生的全面发展为最终目的。

4 以虚助实技能化实训主要措施

4.1 调研分析

一方面，要做好文献调研。通过研读虚拟仿真技术在技能化实训教学中应用的相关文献，梳理相关概念和理论基础，掌握国内外对于虚拟仿真技术在教育领域中的创新和应用，通过比较、分析、归纳，吸取前人经验，紧跟技术革新步伐，少走不必要的弯路。另一方面，要做好社会调查。以在校师生及企业作为访谈对象，在参考有关资料后，有针对性地设计虚拟仿真技术应用于建筑安全技术与管理课程中的应用方式、应用场景、应用效果等相关访谈提纲，以企业和师生对虚拟仿真技术的认识态度、如何使用虚拟仿真技术提高教学水平、如何提高虚拟仿真教学效果、如何让虚拟仿真教学对学生更有吸引力、如何评估实训教学效果等内容进行访谈。将访谈问答中的问题以及资料查阅后的问题转化成为调查问卷，扩大调查面积，增大调查样本以得到更有广度和深度的调查内容，为项目的开展提供基础数据。

4.2 明确目标

目标是行动的指南，以虚助实技能化实训首先要以提出适合建筑安全技术与管理以虚助实技能化的教学方案为主要目标。首先，要开发虚拟仿真实训项目，充分利用校内虚拟仿真中心进行教学实践，结合教学效果数据采集和分析，不断完善并提出科学合理、切实可行的教学方案。结合考试考核、考勤、学生访谈、调查问卷结果，分析以虚助实技能化教学情况，不断调整完善。其次，要积累建筑安全技术与管理以虚助实技能化教学资源。根据课程标准和教学大纲，结合教材和安全员、施工员等岗位典型工作任务以及职业能力要求，立足现有条件，重构教学内容，积累教学资源。然后，要以虚助实，虚实结合，提高知识构建的有效性。依靠学科优势，形成从教学出发，到虚拟仿真实训，再到实操的教学流程，充分发挥虚拟仿真技术的优势，与传统教学优势互补，提高知识构建的有效性，培育出适合行业的专业人才。最后，要构建以虚助实技能化教学评价机制，为相关专业和课程开展虚拟仿真技能化教学提供思路和参考。

4.3 理清思路

以虚助实技能化实训教学思路如图1。首先要开展调研分析。通过文献调研、企业调研和对学生进行问卷调查，分析岗位能力需求，了解一线教师教学困境，了解学生对于虚拟仿真教学形式的兴趣点与期望，为以虚助实技能化实训教学改革指明方向。其次是设计方案。针对建筑安全技术与管理实训教学的痛点和难点，剖析原因，提出对策措施，编写以虚拟仿真技术辅助实训的教学方案。然后是实践探索。以职业活动为导向，开发教学资源与实训项目，构建“五结合”的教学内容体系。立足岗位素质要求，从教师的指导、讲解、研究反思入手，以学生的学习、实训为主抓手，构建“五位一体”评价反馈机制，从提、导、讲、学、练、研、评七个方面融入虚拟仿真技术，开展实践教学。最后是归纳提升。归纳建筑安全技术与管理以虚助实的技能化实训教学方法，力图为虚拟仿真技术在高职院校应急安全类专业相关课程的技能化实训中的应用中做出有益探索。

图1 以虚助实技能化实训教学思路

4.4 丰富内容

教学内容是以虚助实技能化实训教学的基础，在做好建筑安全技术与管理技能化实训教学现状分析和教学方案设计的基础上，首先要重点开发虚拟仿真技能实训资源，构建“五结合”教学内容体系。要组织相关教师，以职业活动为导向，以国家职业标准和岗位需求为立足点，以培养职业能力为核心，以人才培养方案和课程标准为依据，以实际工作任务为主线重构教学内容。根据课程标准和教学大纲，结合教材、安全员岗位典型工作任务和职业能力要求，立足现有条件，从提、导、讲、学、练、研、评七个方面入手，重构教学内容，开发以虚助实技能化实训项目，构建仿真实训与实践实训相结合、教学内容与建筑安全管理岗位典型工作任务相结合、课程标准与建筑相关职业资格相结合，技能讲授与技能训练相结合、教学理论与实践相结合的教学内容体系，将理论知识学习、虚拟仿真实训、真机实操、典型技术案例、多元评价融为一体。

4.5 实践探索

有组织有计划地开展项目研究，边行动、边反思、边完善。首先，要根据以虚助实技能化实训教学设计方案和组织流程，运用以虚助实技能化实训资源进行教学实践。通过改进课程评价标准，从定性与定量相结合、纵向与横向全覆盖的角度综合考虑，构建包括学生、虚拟仿真平台、教师、同行专家、企业在内的“五位一体”评价机制。通过虚拟仿真后台记录、考试考核、调查问卷等方式从学生、虚拟仿真平台、教师、同行专家、企业五个方面采集数据并进行统计分析，按照边行动、边反思、边完善的原则，不断完善和优化以虚助实技能化教学设计方案和教学资源。

4.6 总结提高

在应用和实践的基础上归纳总结，提炼升华，提出能最大限度发挥虚拟仿真作用的技能化实训教学方案、教学资源、教学方法，使之系统化、理论化、具体化，为高职院校应急安全类相关专业课程以虚助实技能化实训教学改革提供参考和借鉴。

5 以虚助实技能化实训的成效

5.1 实践成效

充分利用现有虚拟仿真实训平台开展建筑安全技术与管理课程的教学改革，以虚助实、虚实结合是实现技能化实训教学从基于经验到基于体验转变的重要手段。利用虚拟仿真技术打造沉浸教学体验，不仅能让学生开展实训，还可将课程中抽象化的理论用直观的方式展现出来，调动学生学习的积极性和主动性，帮助其快速理解并指导实训，实现学训循环，素能并举，促进建筑安全技术与管理技能化实训教学效果的提高。

5.2 理论成效

通过对建筑安全技术与管理以虚助实技能化实训进行全方位多层面的研究与探索，丰富了高等职业教育理论特别是应急安全类专业实训教学理论，在形成稳定有效的教学模式后可在相关课程、专业、院校推广，具有重大的实践教学意义和示范引领作用。

[1]李建荣，孔素真. 虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].实验室科学，2014，17(3): 98-103.

[2]丁楠，汪亚珉. 虚拟现实在教育中的应用: 优势与挑战[J]. 现代教育技术，2017，27(2): 19-25.

[3]谭维玉，覃恒，兰园淞，等. VR技术在混合式教学中的应用及影响因素分析[J]. 现代职业教育，2021(43): 102-104.

[4]李程，王皓明. VR技术在施工安全教育的应用[J]. 智能建筑与智慧城市，2020(10): 83-84.

[5]王爱敏. 职业教育“一体化”教学模式研究[D]. 天津: 天津大学，2012.

[6]甘琼，刘桂云. 基于深度教学理念的体育“四化”教学[J].教育理论与实践，2021，41(26): 57-60.

[7]赵路. 深度教学: 核心素养落地的重要策略[J]. 课程教育研究，2019(9): 49-50.

[8]韩振才. 技工院校一体化教学改革中存在的问题及对策探索[J]. 职业，2021(9): 36-38.

[9]张燕，翔朱赟，董东，等. 从“经验之塔”理论看增强现实教学媒体优势研究[J]. 现代教育技术，2012，22(5): 22-25.

[10]王志玲，杨晓盆，田旭平. 基于建构主义理念的园林植物类课程教学改革探索[J]. 大学教育，2019(2): 32-35.

Preliminary Exploration on Skilled Training of Construction Safety Technology and Management with Virtual Aid of Practical Skills

In response to the problem of "high investment, high difficulty, high risk, difficulty in implementation, difficulty in observation and difficulty in reproduction" in the practical training teaching of building safety technology and management, using virtual simulation technology as a means and skilled teaching as a starting point, this paper proposes the development of a virtual assisted practical training teaching project, creating a "five in one" course content system, and forming a "five in one" evaluation mechanism. Integrating virtual simulation technology into the practical training of building safety technology and management skills, creating an immersive teaching environment, visualizing the complex and abstract knowledge of building space, concretizing high-risk safety management knowledge, and achieving "learning while teaching, practicing while learning, and using while practicing", in order to cultivate students' vocational skills and provide reference for the practical teaching reform of emergency safety related courses in higher vocational colleges.

virtual aid of practical skills; skilled; emergency safety

G710

A

1008-1151(2023)07-0159-04

2022-08-12

2022年度广西安全工程职业技术学院校级项目（GAZY2022JGB04）。

曾德明（1990－），男，湖南衡阳人，广西安全工程职业技术学院讲师，研究方向为职业教育。

郭贺源（1992－），女（壮族），广西南宁人，广西安全工程职业技术学院专任教师，研究方向为职业教育。