虚实结合的消防装备教学改革探索与实践

陈智慧，张 芳，张晓青

(武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000)

随着现代科技的不断进步，新型消防装备不断应用到部队，装备种类增加的同时，装备的结构日趋呈现出复杂性。这就对院校消防装备教学提出了新的要求。如何在有限的学时内建立适应相关装备发展和实战能力培养要求的教学模式，使得学员掌握专业理论基础知识的同时具备较强的实践能力，成为消防装备教学改革的重要内容。

一、消防装备教学现实困境

(一)装备种类多更新快

就当前消防装备教学的实际情况来看,消防技术装备课程教学内容复杂，包含灭火剂、消防器具、消防员防护装备、消防泵、抢险救援器材、消防车等九大类装备，各类装备又包含众多种类，内容涉及机械、电子、液压等多门学科。教学过程中不仅要求学员掌握各类装备的结构原理、适用范围，还要明确其操作使用方法、使用注意事项及维护保养相关知识。加之目前先进科技不断应用于消防装备中，装备发展日新月异，装备结构日趋复杂，使得装备教学难度大大增加。

(二)学员实践能力不足

消防技术装备课程教学中的一个重要目的是使学员掌握装备结构原理。除理论讲解外，实践是提升学员对理论内容掌握水平的重要方式。目前，现有的实践教学用装备，尤其是消防车等大型装备数量较少，难以满足学员的有效参与，造成学员实践能力不足。但如果全面采取实装来开展实践教学，需要购入大量的装备器材，教学资金难以满足需求。同时，在实装操作过程中教员难以顾及每名学员，易发生安全事故，而且器材设备在非上课时间还需要进行专门的维护和管理。因此，资金、安全等问题限制了实装实践教学全面开展，需要发展其他实践教学模式来满足学员实践能力的培养。

近年来，随着信息技术水平的不断提升，多种信息技术手段逐渐应用到教学过程中。虚拟现实技术由于具有人机交互优势，在仿真实验及实践教学中进行了大量的尝试。虚拟现实技术是一种利用计算机、三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术生成三维虚拟环境，并通过多种输入/输出设备使用户与虚拟环境中的物体进行交互的技术[1]。虚拟现实技术可实现多人在线同时学习，具有开放性、可重复性等优势，既可以克服装备短缺难以开展现场实装教学的难题，还可以激发学员的学习兴趣，为每名学员提供实际操作机会。将虚拟现实技术引入到消防装备教学过程中，可解决目前装备实践教学面临的难题。但虚拟场景中的操作训练与实际装备上的操作训练毕竟不同，不能完全替代具体真实的实践训练。因此，我们结合课程情况及虚拟教学的特点，以更好地培养学员实践能力为目的，构建虚拟教学平台和网络教学平台，优化教学资源，建立多元化评价体系，形成“虚实结合、优势互补”的启发式、探究式教学模式。

二、课程教学内容优化

(一)教学任务分析

“消防技术装备”课程是一门理论与实践结合十分密切的课程，通过学习使学生能够了解和掌握灭火救援装备的原理和操作使用方法，学会根据灭火救援现场情况选择合适的装备，掌握装备技术性能，综合利用各类装备消除事故，并掌握一定的装备维护保养知识。“消防技术装备”课程的授课时间在第三学期，授课对象是刚刚修完基础课的二年级学员，所掌握的实践知识相当有限，尤其对于普本学员来说，对消防部队装备状况了解甚少，这就需要在教学过程中兼顾理论与实践应用，让学员学以致用。对比分析课程教学目的和要求以及我校消防人才培养特色，按装备类型组织课堂教学内容，将教学内容设定为包括灭火剂、个人防护装备等8个教学模块，各教学模块内容根据授课对象的不同有所侧重，同时将装备典型应用案例作为各模块案例教学素材。

(二)教学内容优化

为了保证课程体系的系统性，同时避免与后续课程的重复，我们根据学员基础对教学内容进行了优化选择，增加实践教学环节，根据器材特点调整理论与实践教学比例。如对于破拆器材，由于其在后续多门课程中均要进行实践练习，因此本课程中只进行理论性学习，而对于消防泵，则加强理论及实践学习，使学员对其理论及性能有充分认识，为后续车辆实操、火场供水及灭火战术运用打下坚实基础。同时，依据学员毕业后任职需求，建立装备案例库，通过教学案例扩大学员知识面。另外，由于装备更新换代较快，要兼顾装备发展前沿内容的补充。

(三)教学资源建设

虚拟现实应用于教学过程中可采用两种方式：一是采用虚拟仿真教学，即构建三维模型，学员通过键盘或鼠标在构建的三维模型环境中进行漫游学习，了解构建的装备模型中每个按钮等位置和功能；二是采用情景模拟教学，即以游戏的引擎技术为核心，创设虚拟的任务情境，学员可以进行任务情境的创建、加入，按照要求完成虚拟的教学任务。

消防装备器材种类丰富多样，对每种器材均建设情景虚拟仿真教学系统需要耗费大量的时间与资金。因此根据装备特性，对于小型器材，选取消防员安全防护装备，以及使用频率高、应用范围广的灭火救援器材，系统制作了7类30部灭火救援装备教学示范片。通过可视化仿真技术，建立消防装备结构原理三维仿真模型300余个，将灭火救援装备的内部结构和工作原理以可视化方式进行充分展示。教学片编制遵循消防装备全寿命管理理念，将灭火救援装备的内部结构和工作原理，管理内容、管理方法、管理要求一体展现。

对于大型装备如水罐消防车则建立情景虚拟仿真教学系统。该系统集虚拟仿真及虚拟情境教学为一体，创建集学-练-考为一体的全流程的高度仿真实践教学系统。可实现水罐消防车结构原理演示、操作演示、单环节模拟训练、协同训练、训练考评等功能。利用该系统，使用者能够以自主漫游或三维模型动画演示两种方式学习消防车的结构及功能原理；还可在虚拟仿真训练环境中，完成水罐消防车各环节单人操作训练和不同典型火灾场景下班组协同操作训练。训练过程中，计算机可自动记录训练过程并完成考核成绩的自动评定，不仅能够为使用者提供正确操作的引导，还可提供可选的操作训练记录回放功能，以便于随时、多角度观看操作训练过程[2]。

三、教学方法及模式改革

(一)充分发挥虚拟仿真技术教学的优越性

以课程标准为主线，将理论教学、虚拟仿真教学、实物教学的各自优势结合起来，考虑虚实结合的教学手段及充分利用现代虚拟三维技术教学的优势和局限性，设计切实可行的教学方案。加强各种教学资源的优化组合，根据教学内容、方法、性质的不同，采用虚实分段、虚实交替方式开展教学。通过理论强化学员学习知识的系统性，在理论学习过程中，充分利用仿真手段加强学员装备结构原理理论学习的直观性，增强学习效果。在理论教学结束后，利用仿真训练系统进行仿真训练，对装备操作使用方法及注意事项进行学习，之后再进行实物实践学习，强化学习内容、提高实践能力[3]。

(二)变被动接受为主动探索

在教学过程中，强化学员主体地位，建立了以学员为主体的启发式、探究式教学。在理论教学过程中，教师通过教学案例组织学员进行思考讨论，分析装备使用问题，强化学员装备素养；在实践教学过程中，采取下发问题、学员自学、分组讨论、教师总结、问答五个教学环节，强化学员发现问题解决问题的能力，提高学员学习兴趣及主动性。实践结果表明，这种以学员为主体带着问题进行学习的启发式、探究式学习模式，极大地提高了学员独立思考能力和开拓精神，学员自主参与学习的意识得到加强。

(三)开展混合式教学模式的改革

混合式教学模式是将传统的课堂学习和基于信息技术的学习方式相互融合，根据不同阶段的教学需求灵活采用不同的方式和方法。在教学过程中可采用虚实分段、虚实交替和虚实融合的方式开展[4]。根据课程自身特点采用虚实交替方式进行教学实践，逐步形成了“虚实结合、优势互补”的启发式、探究式教学模式，如图1所示。在教学过程中结合案例教学的优势，让学员带着疑问和任务去学习，提高其自主学习的能力。同时教学过程中注重理论知识的讲授，以结构原理、操作使用、维护保养、故障分析为主线，穿插理论教学、仿真教学、在线学习、实装训练等教学方式，使学员在变换的学习方式中保持高度的学习热情。经验表明虚实结合的混合教学模式的应用在提高学员学习兴趣的同时，丰富学员的体验，有助于在虚拟学习过程中构建的知识在真实训练中得以强化。

四、考核内容与考核方式改革

在进行教学改革之前，课程的考核方式以闭卷笔试为主，不能真实反映学员的学习水平，而且也不能多角度反映学员的学习情况。为此我们进行了考核内容与考核方式的改革，采取过程考核与期末考核相结合的方式，建立多元化评价体系。过程考核主要以实践能力考核为主，针对每次实践教学内容及特点建立相应的考核细则，考核标准涉及学员学习态度及学习能力两个方面，实践考核共设四个模块，按不同比例计入总成绩。过程考核可很好地体现学员的动手能力、思考能力，同时通过实践过程考核，大大提高了学员学习的积极性及对学习的重视程度。

图1 虚实结合的混合式教学模式

五、结束语

信息技术在教学中不断应用有利用教学水平和教学质量的不断提升。而虚实结合的教学模式为消防装备实训教学提供了一个新的思路和方法，使消防装备教学建设又迈向了一个新的台阶，其应用有效弥补了现有实装实训装备、场地、经费等限制，提高学员学习的积极性，突破时间和空间的限制，方便师生随时开展教学和学习。

参考文献：

[1] 鲁千红,文小乔,祁炜,等.虚拟现实技术在装备教学中的应用[J].空军预警学院学报,2015,29(1):65-67.

[2] 陈智慧.水罐消防车仿真训练系统的设计与实现[J].武警学院学报，2014,30(10):13-16.

[3] 盛苏英.开放式虚实结合实验教学探索与实践[J].实验科学与技术,2014,12(1):98-104.

[4] 李金华，姚芳萍.虚实结合的数控机床实验教学模式探索与实践[J].实验室科学,2015,18(4): 65-67.