虚拟仿真赋能的安全工程专业实践教学改革和实践

姜琴 张兰君 施鹏飞 徐国想 施珺

[摘 要]安全生产事关经济社会发展大局，具有创新实践能力的安全工程应用型人才是企业安全可持续发展的人力资源保障。如何培养符合行业发展需求的创新实践型人才是新工科背景下应用型本科院校安全工程专业实践教学改革需要思考的重要问题。当前，应用型本科院校在安全工程专业人才培养过程中，往往面临课程体系创新实践环节相对薄弱、专业实践基地和平台相对欠缺、大学生自主创新实践意识不强等问题。针对这些共性问题，文章以江苏海洋大学为例，提出了相应的解决措施，包括推进虚拟仿真赋能的课程教学体系改革、多渠道建立虚拟仿真实验实训基地和服务平台、大力推进产学研用合作、引导学生自主创新实践等，以推进安全工程专业创新实践型人才的培养。

[关键词]创新实践型人才;虚拟仿真;安全工程;产学研用

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）12-0070-03

创新是高校本科教学改革的第一动力。虚拟现实是继大数据、云计算技术之后在教育教学中应用广泛的新型技术，旨在提供沉浸性互动体验。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”“实践是检验真理的唯一标准。”虚拟仿真技术所呈现的实景感受和交互体验，与知行合一的教学理念不谋而合，也是陶行知做中学思想在科技时代的灵活运用。正因如此，虚拟现实技术正成为新工科教育背景下助推本科专业教学改革实践的重要驱动力之一。2012年3月，教育部印发《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》，规划建设1500套虚拟仿真实训实验系统[1]。2017年7月，《教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》要求“各高校应将建设和使用虚拟仿真实验教学项目作为推进完善现有实践教学体系、提高实验教学质量的重要举措”[2]。2018年8月，教育部、财政部、国家发展改革委印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》的通知，要求积极构建面向实践、突出应用的实践实习教学体系[3]。

安全工程是应用实践性较强的工科专业，但是部分实验和企业生产实践涉及高危或极端环境、高成本、高消耗和事故风险问题，在真实实验条件下较难开展现场实践教学。因此，基于知行合一的教学理念，打造虚拟仿真教学空间，创新仿真实验教学资源应用模式，推进安全工程专业实践教学的研究，对于切实锻炼安全工程专业学生的创新实践能力，全面提高安全工程专业本科实践教学质量具有十分重要的推动作用。

一、安全工程专业人才的培养目标

根据专业教学质量国家标准，安全工程专业的培养目标是根据现代经济和技术的发展要求，培养能从事安全领域的科学研究、技术开发、工程设计、风险评估、监察与监管、检测与监控、组织管理、教育培训、应急救援等方面的高级工程技术和管理人才。

江苏海洋大学地处江苏省北部沿海城市连云港，当地化工和医药产业聚集，拥有全国知名的石化产业基地和医药生产基地。安全工程专业根据地方产业特色，结合自身优势，凝练学科方向，确定了化工安全、危化品安全与应急处置、火灾爆炸防治、安全评价和海洋安全应急技术5个培养方向，以培养德、智、体、美、劳全面发展，掌握化工安全科学和技术，能从事安全技术及工程、安全科学与研究、安全监察与管理、安全健康环境检测与监测、企业安全评价、安全设计与生产、安全教育与培训、化工生产与管理等方面的应用型人才为己任。近年来，安全工程专业以工程教育认证为契机，通过优化专业课程体系设置、提高师资队伍水平、改善实践教学条件等，使专业人才培养质量得到了稳步提升，然而在创新实践型人才培养方面与其他院校同类专业存在一些共性问题。

二、安全工程专业人才培养中存在的主要问题

（一）课程体系创新实践环节相对薄弱

分析相关应用型本科院校的专业培养方案可以发现，安全工程专业创新实践环节大致分为创新创业环节和实践环节2部分。其中创新创业环节包括发表学术论文，开展科研实践，参与大学生创新创业项目，参加课外作品竞赛，参加学术交流，获得专利、软件著作权和职业资格证书等。高校都鼓励学生参与创新创业环节，但未在课程学分上给予充分体现。实践环节主要包括专业实验、认识实习、生产实习、课程设计、毕业实习与设计（论文）。虽然有明确的学分和考核要求，但是绝大部分实习实践都是在校内完成的，与企业生产衔接不够，应用针对性不强。例如，江苏海洋大学安全工程专业明确规定学生在校期间必须修满4个创新奖励类学分和6个社会实践类学分方可毕业。其中创新奖励类包括参加创新创业活动、参加学科竞赛且获奖、发表论文与其他作品、参加各类考证考级等方面。社会实践类包括在学术创新、实习创业、技能培训、道德修养、文体艺术、身心发展、社会工作、志愿服务等方面。尽管如此，课程体系中的创新创业环节在总学分（180分）中的占比仍然很小，约为5.6%;而专业实践环节共26.5学分，仅占总学分的14.7%。

（二）大学生专业实践基地和平台相对欠缺

专业实践能力是大学生从业的必备能力和重要考核指标。高校人才培养中的专业实践环节是有效提升大学生专业实践能力的重要途径和措施。各高校都十分重视学生专业实践能力的培养，并通过各种渠道加强专业实验平台和“政校院企”合作实践基地的建设[4]。这些传统的实践基地和专业实验室基本上可以支撑大部分专业实践教學，但是部分涉及有毒有害、易燃易爆物质或高温高压仪器设备的安全工程实验环节因存在事故风险而难以在现场开展。此外，出于对学生实习安全的考虑和根据实习企业生产零事故要求，部分高校的认识实习和一线作业实践仍以参观和座谈学习为主，学生在动手实践方面浅尝辄止，其实践应用能力锻炼不足。例如，化工企业火灾爆炸事故的应急处置演练等实习实践，因具有较高风险和较强破坏性而难以在现场开展。

（三）大学生自主创新实践意识不强

大学生创新创业实践项目及创新创业大赛是深化创新创业教育改革的重要抓手，对于引导学生主动服务国家战略和区域发展，切实提高学生的创新精神、创业意识和创新创业能力起着重要作用[5]。但是专业课程体系创新实践环节相对薄弱以及大学生专业实践基地和平台相对欠缺，就会导致大学生自主创新实践的意识不强和能力不足问题的出现。

例如，对2016—2019年江苏海洋大学安全工程专业学生参与大学生创新创业项目和竞赛情况进行统计发现，4年内学生共申请本专业相关创新训练计划项目8项，年均2项，年均参与人数仅占该专业学生总数的4%。学生参与安全工程实践与创新大赛1次，参与人数3人，占当时学生总数的2%。通过分析发现，这些创新训练计划项目或比赛项目的研究方向，100%来源于指导教师的科研或教改项目，学生自主创新意识不强。此外，项目成果多以发表基础理论研究型的科研论文为主，鲜少涉及能够促进地方产业发展的新产品、新专利、新工艺和新管理模式，项目成果转化率较低，与产学研用的初衷有较大距离。

三、虚拟仿真赋能的安全工程专业实践教学改革

（一）多渠道建立虚拟仿真实验实训基地和服务平台

火灾、爆炸等事故是威胁企业生产的主要灾害类型，培养应用型安全工程人才的现场隐患排查能力以及事故预防和处置能力具有十分重要的意义。因此，相关高校在现有实体基地和平台的基础上大力推进产学研用合作，建设虚拟仿真实验实训基地，为学生提供沉浸式实践教学。例如，中国矿业大学建设了“安全工程虚拟实验室”辅助相关理论教学。常州大学依托化工安全事故应急3D虚拟仿真与应急实训系统，开设了安全风险分析与模拟仿真技术课程。福州大学采用资源共享、自主研发、校企合作等多种渠道建设了“三层次”“四模块”的虚拟仿真实验平台[6]。

江苏海洋大学通过购置、引进和自主研发等多种渠道积极构建校级虚拟仿真平台。2016—2019年，安全工程专业“化工智慧安全”教学团队获得连云港市科技局科技项目资助，建设了连云港市智慧安全科技服务平台。2017年至今，该团队在江苏省发展改革委资助下，建设了江苏省智慧安全工程实验室，并以此为基础建设了包括消防安全、个体防护等主题的体验式安全教育实训基地。2020年疫情期间，安全工程专业加大对国家和江苏省虚拟仿真实验教学项目共享平台的推广和应用，引进了“高层建筑防火设计与消防疏散虚拟仿真实验”等一系列虚拟仿真实验项目，并自主研发完成“化工企业火灾风险防控及应急处置演练虚拟仿真实验”，多渠道建设了虚拟仿真实践课程教学系统，极大地改善了安全工程专业的实践教学条件。

（二）开展虚拟仿真赋能的实践教学体系改革

根据《2017—2020年示范性虚拟仿真实验教学项目建设规划》，教育部2020年遴选安全科学与工程类虚拟仿真实验教学项目10项[7]。虚拟仿真实验教学项目的研发和应用，有助于达到实验成本、风险控制与教学需求的平衡，完善专业实践教学体系。

以此为契机，江苏海洋大学安全工程专业“化工智慧安全”教学团队依托省级虚拟仿真实验教学项目共享平台、省级发展改革委实验室建设项目和市级平台建设项目，开展“仿真实践教学在大学生消防安全通识课中的应用研究”和“虚拟仿真赋能的新工科专业教学方法创新实践研究”，建成省级智慧安全工程实验室1个，省级虚拟仿真实验一流课程1门，市级智慧安全科技服务平台1个，校级在线开放课程1门，自主研发完成“防患于未燃”隐患排查软件等6项教学辅助软件，打造了“软硬兼顾、虚实结合”的实践教学体系。所谓“軟硬兼顾”，是指通过仿真软件和硬件的有机结合，为学生营造出逼真事故场景，使他们能够身临其境地体验事故现场灭火、逃生和救援过程。所谓“虚实结合”，是指所设计的事故隐患排查实践环节，既有实地隐患排查实践，也有虚拟场景排查实践。“软硬兼顾、虚实结合”的实践教学设计，可以将多家企业、多个事故中暴露出的隐患形式共同呈现在虚拟工厂中，弥补了到单一企业实地考察可能无法发现的共性问题，达到充分锻炼学生事故隐患辨识能力的目的。

上述教学改革实施以来，效果良好，取得一系列成果，受到同行和学生的广泛好评。2019年，“火灾防患辨识”微课获得江苏省高校微课比赛二等奖。2020年，“防火与防爆技术”微课程荣获江苏省高校微课比赛微课程类三等奖。2021年，“化工企业火灾风险防控及应急处置演练虚拟仿真实验”入选江苏省一流本科课程，“融合创新，学思悟践，基于生活教育论和虚拟仿真技术的《防火与防爆技术》课程教学改革与实践”荣获校级教学成果奖一等奖。学生对“防火与防爆技术”这门课程给予5星好评，并且普遍认为虚拟仿真赋能的课程教学“内容充实”“有趣生动”“形式丰富”“引人入胜”“受益匪浅”。

（三）推进产学研用合作，引导学生开展自主创新实践

2020年6月11日，教育部高等教育司司长吴岩在接受采访时提到4个80%：高校教师的80%是专业教师，课程的80%是专业课程，学生学习时间的80%是专业学习。多年的调查表明，80%的大学生认为，对自己成长影响最深的是专业课和专业课教师[8]。由此可见，学生的创新实践意识在很大程度上受到专业教师的影响。

基于此，江苏海洋大学安全工程专业依托连云港市智慧安全科技服务平台和江苏省智慧安全工程实验室，大力开展产学研用合作，达到了既夯实教师工程基础又锻炼学生实践能力以及既提高实践教学质量又服务周边企业的“一箭四雕”的教育目标。在校企合作方面，学校鼓励专业教师参与企业横向项目研发和企业生产。安全工程专业仅2018年就有9位专业教师通过校企合作平台与连云港市12家企业签订横向项目合作协议，项目经费累计达421万元;先后有5人进入企业担任科技副总，2人在企业挂职，占教师总数的70%。这些校企合作使教师的工程阅历更加丰富，从而使他们在指导大学生创新创业项目时更加得心应手。教学方面，“化工智慧安全”教学团队先后开发了智慧安全教育培训系统、智慧安全教育考试系统、“防患于未燃”隐患排查软件等智慧教学软件，并将其广泛应用于安全工程课程教学中，在增强学生实践能力的同时引导学生参与智慧安全创新实践。通过广泛接触各类虚拟仿真实验项目，学生开阔了眼界，自主研发创新的兴趣得到了激发。2019年以来，学生在全国安全科学与工程大学生实践与创新作品大赛、江苏省高校化学化工联盟实验竞赛及校级计算机设计大赛等创新和实践类比赛中斩获奖项，获奖人数达20余人次。2020年，安全工程专业共有8支团队入选江苏海洋大学大学生创新创业项目，参与人数达到24人，创历史新高。2020年以来，学生参与研发并获得4项软件著作权。2021年，凭借在虚拟仿真赋能的安全工程专业实践教学改革方面取得的进展，“化工智慧安全”教学团队入选全国石油和化工教育优秀教学团队。

四、结语

创新实践型人才是现代企业安全生产的人力资源保障，应用型本科院校肩负着为社会培养人才、服务经济社会发展的重要使命和责任。虽然目前在安全工程专业人才培养过程中，部分应用型本科院校仍面临着课程体系创新实践环节相对薄弱、专业实践基地和平台相对欠缺、大学生自主创新实践意识不强等问题，但是，借助虚拟现实技术和互联网技术，相关高校正与政府、企业以及科研机构展开更深层次的教育合作，深化高校课程实践教学改革。这些改革举措为逐步解决人才培养过程中出现的问题提供了途径和保障。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 教育部.教育部关于印发《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的通知[EB/OL].（2012-03-13）[2021-06-23].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201203/t20120313_133322.html.

[2] 教育部办公厅.教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[EB/OL]. （2017-07-13）[2021-06-23]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html

[3] 教育部，财政部，国家发展改革委.教育部 财政部 国家发展改革委印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》的通知[EB/OL].（2018-08-27）[2021-06-23].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-08/27/content_5316809.htm.

[4] 刘辉，孙世梅，张智超.新工科视域下“政校院企”多方协同育人模式探索与实践：以吉林建筑大学安全工程专业为例[J].大学教育， 2020（7）：147-149.

[5] 江苏省教育厅. 省教育厅关于举办“互联网+”大学生创新创业大赛第六届“建行杯”国赛选拔赛暨第九届“花桥国际商务城杯”省赛的通知[EB/OL]. （2020-06-22）[2021-06-23].http：//jyt.jiangsu.gov.cn/art/2020/6/22/art_58320_9240940.html.

[6] 阳富强，杨健. 安全工程专业虚拟仿真实验教学平台建设[J].实验技术与管理，2020（3）：242-245，254.

[7] 教育部办公厅.教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[EB/OL].（2017-07-13）[2021-06-23].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html

[8] 吳岩.让课程思政建设在全国高校刮起一股新风[EB/OL].（2020-06-11）[2021-06-23]. http：//edu.people.com.cn/n1/2020/0611/c367001-31743663.html.

（责任编辑 庞丹丹）

[收稿时间]2021-10-28

[基金项目]江苏海洋大学2019年重点教学改革课题“仿真实践教学在大学生消防安全通识课中的应用研究”（JGX2019030Z）;江苏海洋大学环境与化学工程学院教学改革课题“虚拟仿真赋能的新工科专业教学方法创新实践研究”和“应急管理类课程思政特色资源共享平台的构建及应用机制研究”。

[作者简介]姜琴（1978-），女，山东诸城人，博士，副教授，研究方向：虚拟仿真实验教学、防火与防爆技术。张兰君（1988-），女，江苏连云港人，博士，副教授，研究方向：职业卫生。施鹏飞（1978-），男，安徽桐城人，博士，教授，研究方向：安全系统工程。徐国想（1971-），男，江苏连云港人，博士，教授，研究方向：危险源识别与管理。施珺（1963-），女，安徽桐城人，硕士，教授，研究方向：智慧教育。