双一流背景下基于VR技术《火灾调查》课程教学改革的研究

周彪，王德政

（中国矿业大学（北京）应急管理与安全工程学院，北京）

火灾作为最常见、最普遍的灾害之一，在给人民的生命财产安全造成损害的同时，更阻碍着经济发展和社会稳定。在建筑结构复杂、人口高度密集、新材料种类繁多的当下，一旦发生火灾，极易酿成重大安全事故，火灾调查作为调查火灾发生原因、界定相关责任的有效手段，对于火灾预防显得格外重要。然而当前社会快速发展，火灾发生的种类不断增多，火灾成因也愈加复杂，调查火灾的难度也与日俱增，需要更多专业性人才来保证工作顺利开展[1]。为了应对人才缺口，许多高校开办了火灾调查的相关课程。作为我校消防工程专业的核心课程，《火灾调查》的主要内容包含火灾现场的保护与勘验、火灾痕迹物证鉴定、原因分析、损失核定、火灾责任认定及后续处理等。开设该课程旨在借助真实案例讲解实际情况下的分析流程，使学生了解并掌握火灾调查的基础理论，培养专业技能，为学生将来走向工作岗位打下基础。

同时，社会的就业形势日益严峻，而目前的教育体系却仍然依靠课堂口述教学和学生被动灌输的学习形式，这种形式已经无法满足培养高质量人才的需要，亟需一个新的教育框架和模式以培养符合未来社会需求的人才。中国经济向着高质量的方向发展，而科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，后疫情时代迫切需要激发青年的创新精神。为了使青年具备创建一个更具包容性、凝聚力和生产力的世界所需要的技能，世界经济论坛（World Economic Forum）在2020 年 1 月发布了一份题为《未来学校：为第四次工业革命定义新的教育模式》的报告，面向数字网络世界，提出满足工业4.0需求的“教育 4.0”框架构想，对高质量的学习进行了重新定义。教育4.0框架下，要求青年人掌握以下八个关键技能：全球公民技能（Global Citizenship Skills）、创新创造技能（Innovation and Creativity Skills）、技术技能（Technology Skills）、人际关系技能（Interpersonal Skills）、可及性和包容性学习（Accessible and Inclusive Learning）、基于问题和协作的学习（Problem-based and Collaborative Learning）、个性化和自定进度的学习（Personalized and Self-paced Learning）、终身学习和学生自驱动的学习（Lifelong and Student-driven Learning）。为此教育体系不仅要更新学习内容，更要对教学方法进行创新，做到游戏化教学（Gamification Teaching）、体验式教学（Experiential Teaching）、与计算机有关的教学（Computer-related Teaching）、具身化教学（Embodied Teaching）、多元文化教学（Multicultural Teaching）[2]。新时期的青年不能再是被动地接收知识，更要去主动学习，养成终身学习意识，通过学习创新，在社会变革中不断发展。

然而，传统的火灾调查课程授课以借助PPT的理论教学为主，借助图片视频使学生了解火灾调查环节。但是通过近年来的学生反馈，发现许多学生缺乏对学到的技术运用的训练，理论知识与实际应用脱节现象严重，传统的教学方法难以继续取得满意的效果，该现象与教学目标相悖。伴随着我国教育信息化的改革取得显著成效，“互联网+教育”这一模式得到了社会的认可。本文以我校《火灾调查》的教学为切入点，指出目前火灾调查相关课程教学中存在的部分问题，进一步提出了引入虚拟现实（VR）技术的相关改进措施，希望丰富课堂教学内容，加强学生实操能力，促进《火灾调查》高校教学的信息化改革，为相关教学工作提供思路。

一 《火灾调查》课程教学现状

《火灾调查》是我校消防工程专业开设于大三学年的课程，在这个阶段，学生经过两年的培养已有了一定的知识储备，并且即将面对外出实习，亟需掌握更多专业性的技能。赵春提出一种线上线下CRI（Combine，Resign ＆ Independent）式教学模式，包含教学准备、线上教学、线下翻转、练习实践、考核评价、评估改进六个大的教学环节[3]。但是目前的《火灾调查》课程教学在这些教学环节中存在以下诸多问题：

（一） 教学有效性不佳

《火灾调查》课程十分重视学生是否可以灵活运用知识，学生能否将获得的知识和技能理解充分，并将其在现实中转化为成果对于一门工程技术类课程显得尤为重要。实际火灾现场情况复杂，大部分现场因为火焰灼烧以及灭火行动导致现场环境杂乱，若过火时间长建筑结构遭到破坏还可能存在相当高的安全风险，在勘查过程中常需要大量的人力物力用于分离现场的痕迹物证，同时也意味着调查人员需要用较高的专业能力。但是无论在线上教学还是线下课堂上仅能通过图片与老师的讲述向学生展示火场，这种程度的介绍难以让学生对火灾痕迹物证鉴定产生深刻的认识，“到达现场后该从哪里开展工作”“该怎样在最小程度破坏现场的前提下分离出证据”“现场废墟中哪些是有用的证据，哪些是干扰判断的因素”等等，学生听课效果不理想且不知道所学的知识该如何运用。这种低效的学习模式直接影响到学生对该课程的重视程度，学生会觉得自己学习是做“无用功”而不去钻研，导致学生专业素养与实操能力均有待提高。

（二） 教学场所的固化

《火灾调查》要求培养出的学生具有较强实践性，但在教学过程中却只有在教室里学习，而火灾现场的危险性又限制了学生们进行实地感受火场的机会，学生不可能前往现场切身地去感受火灾后的情况，也就产生了学生毕业后到达工作岗位，从来没有亲眼看到过火灾现场到底是什么样的状态。因而，课程实习环节常年缺失，单一的课堂教学与练习实践的缺失，使学生的认知局限于纸面，学生似乎只会纸上谈兵，知识抽象难以理解也降低了学生的学习兴趣。同时，当前全球新冠疫情反复，如果当地因为出现疫情停课将严重打乱教学计划，而作为替代方案的线上教学只能通过软件进行视频口述和影像资料播放，也减少了师生互动和实践体验[4]，教学质量不佳。

（三） 教学互动性有限

课堂上主要以教师讲述为主，与学生的交流局限于提问这类单方面交互，这种模式下课堂氛围不活跃，学生对于课堂的参与感不强，思考局限在了“如何回答问题上”而不是“如何发现并提出问题”。长此以往，互动的不足将限制学生自主学习的积极性并影响学生的发散思维，学生缺少创新能力与学习兴趣，只会按部就班地处理已有的知识，而不能推动火灾调查学向前发展，达不到开设该课程的目标和要求。同样由于疫情，线上课程下，师生互动的缺失让课堂缺乏感染力，学生的课堂注意力直线下降，并且原本课堂上师生之间的交流让老师可以及时指导，适当鼓励，对学生对症下药，因材施教，目前的线上课堂却缺乏这一环节，学生在课堂上如果对某些知识点没有理解充分无法课下及时与老师讨论，而火灾调查的知识架构逻辑性较强，一个知识点没有理清会影响后续的学习，长期恶性循环会使知识盲区越来越大，最终学生因为没有得到老师第一时间的帮助，丧失了学习信心，无法调动学习热情，最终产生厌学情绪。种种不便让本就实践性较强的火灾调查课程教学雪上加霜。

（四） 课程考核与评价形式单一

目前本课程的考试为传统闭卷笔试形式，教师主要根据教材上的内容出题，闭卷形式的限制让题目更多侧重于课本基础知识的，落实与巩固。学生在不参考课本资料的环境下独立完成考试，最终打分时笔试成绩占总分的 70 %，剩余部分老师通过课程通勤率和课后作业完成情况来评定。由于笔试分数的高占比，学生的学习重心常放在记忆给定的考试重点，但是本课程侧重点并不是学生记忆书本知识的技巧，而是考核实践能力。通勤率在学生没有逃课的前提下得分相同，并不具有辨识度。课后作业部分多采用案例分析的形式撰写事故报告，本意是让学生去运用所学知识去分析火灾事故，但是互联网上关于火灾现场的资料屈指可数且不成体系，大部分找到的都是一些新闻报道，其对火场的描述更倾向于文学性的描述而非专业性的侧写，通过采访部分学生得到的反馈来看，学生找到适合分析的案例难度极大。

继互联网引发第三次工业革命之后，以大数据驱动的人工智能技术正在推动第四次工业革命，伴随着中国科技创新的“井喷式”爆发，知识和信息的容量越来越大，各个邻域都在向信息化、数字化转型。在学习资源几何式增长的今天，如何用有限的时间去学习这无限的知识似乎成为了多数人共同的焦虑，传统教育行业受到了巨大冲击，似乎无论是教学理念、还是教学形态和方法都不再适用于当前的环境，将信息技术深度融入教学成为每一个教育从业者的共识。目前，许多学科都在积极思考在这次工业革命中该如何提升教学效率，升级教学模式，在基于数字化技术进行学科升级。目光放回火灾调查课程，近年来在5G 等信息技术催化下快速发展的VR技术在实现火灾调查信息化方面具有较高的潜力。

二 基于VR技术的《火灾调查》教学改革

VR全称为Virtual Reality，翻译为虚拟技术，也称虚拟环境技术，目前公认该概念最早由作家Stanley G.Weinbaum在其科幻小说Pygmalion's Spectacles中提出。它是利用计算机进行复杂的运算，模拟生成三维的虚拟世界，在该世界中为用户提供以视觉为主的多重感官模拟，让使用者产生身历其境的感觉。这一高技术模拟系统被认为是多媒体最高级别的应用。是汇合了计算机技术、计算机图形、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、立体显示技术、传感与测量技术、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术之集大成者[5]。而在2019年具备高速率，低延时，大容量传播特点的5G技术问世之后，VR行业也将迎来新的发展机遇。

目前VR教育已被列入我国教育信息化“十三五”规划，国内许多高校对VR技术引进课堂进行探索，丁点点等人探讨了VR技术与BIM技术在土木施工教学的应用[6]，王宜衡等人分析了VR和AR技术在麻醉学教学中的应用前景[7]。可以看到，随着“互联网+”的发展，教育与信息技术正在更进一步地融合，在传统教育的基础上，构建互联网时代的新教育体系，树立新的教育发展观。据三星美国分公司和德国GfK在2016年联合发布的调查报告显示“只有2 %的教师”使用过虚拟现实教学，目前更多人对应用这项技术到教育行业还停留在旁观阶段，《火灾调查》具有高实践性，涉及学科领域广等特点，在这次教育升级中更应当做“第一个吃螃蟹的人”。VR技术在其教学中具有很好的应用前景。笔者提出以下基于VR技术的教学改革建议，以期解决上述问题。

1.为了让学生摆脱抽象的了解知识，需要让学生更真实地感受火灾现场。然而，真实复原火场环境需要较高的资金投入和场地支持，这一点在传统的教育环境下几乎是不可能完成的。但是在信息技术蓬勃发展的今天，搭建 VR 技术实验室为解决这一问题提供了有效途径，技术人员通过 VR 设备采集真实火场环境信息并借助软件构建开放、立体、精确且不断优化的三维火场场景，成本可以大幅缩减，并且摆脱了大面积的场地限制。老师还可以将不同场景下的规范化流程表现通过 VR 全景摄影设备进行记录，让学生对于规范动作一目了然，提高学生对火灾调查的理解，实现深度学习。并且 VR 影像可以多角度反复播放，也节省教师的教学压力。学生从二维书本学习转向三维沉浸式体验火灾环境，不再局限图片来捕捉关键信息，有利于学生对火灾调查知识的理解与掌握，教学效果事半功倍。

2.通过大数据采集与计算机技术就可以全方位立体的复原不同时空下的各类火灾场景，突破了空间限制，课堂不再局限于教师，学生不需要亲自前往火灾现场，既节省了交通成本也不必担心现场可能的风险因素，数字世界中的老师。同时系统可以生成多套火灾场景以供随时切换，适应不同的教学需要，在过去传统教学中，由于空间限制，无法提供整合各种元素的场景满足教学需求，而VR技术突破空间限制，可以实现多场景的无缝切换，现实世界与虚拟空间相融合，有效的解决学生实践困难，缺少现场教学的问题，弥补传统课堂的不足，带来丰富多元的课堂体验。而随着5G传输技术的普及，同一时间不同空间的VR课堂成为可能，学生可以借助软件设备（例如 ClassVR）链接在同一时间的虚拟在线环境中，教师远程指导学习，学生也可以在线交流协作促进学生之间的沟通交流，身临其境的上课感受有效解决疫情带来的种种不便。

3.学生在VR设备中可以与场景直接进行交互，平时传统课堂上一些难以通过口述或只能依靠图片进行传达的知识如今可以借助VR设备可以让学生亲身感受，例如寻找火灾痕迹并分析，通过针对性地模拟现场环境，让学生在复杂的环境中自主搜寻关键信息，不仅能有效锻炼学生的专业技能，老师也可以及时找到学生的知识盲点。学生身临其境的学习这些过去难以实操的知识点，并可以与场景进行交互来加深对学习内容的印象，老师也能够在虚拟场景下“手把手”引导学生运用所学的方法去完成调查目标。真正意义上让学生把知识和现实有效连接起来，实现沉浸式学习，可以说这才是教育的理想状态。这种教学模式不仅能够丰富教学内容，提高学生的课堂参与感，锻炼了学生的自主思考能力，更高效地理解所学的内容，也大大节省了过去线下教学所需要的时间成本。同时教学中科技感的设备的加入也很好的改善了原有教学过程的枯燥，大大刺激学生学习的主动性，激发学生的学习兴趣。

4.借助VR平台增加实践考核环节，使学生在VR环境下对不同的火场证据进行分析，教师再根据行为规范及分析结果打分，既合理丰富了考试模式，也促进学生对知识的掌握，促进学生将知识运用到实践中。而这种考核方式也并不会像传统纸面考试那么死板，不会让学生只有去死记硬背课本上的知识才能通过考试。学生在考核中并不会感受到枯燥反而会觉得更像是一场知识竞赛游戏，学生可以在保持严谨的态度的同时以较为轻松的心态参与考核，并且可以设置以小组合作的形式进行的考核项目，有助于学生相互沟通，锻炼协作能力。并且系统软件带来的科学合理的评估机制，也可以让学生感受到考核的公平性，更加重视课程，刺激自主学习积极性，营造良好的学习氛围。

三 结语

国之重器，教育为基，在推进教育现代化的号召下，笔者分析了对现阶段《火灾调查》课程存在的问题，进一步阐释了VR技术在《火灾调查》教学的应用优势，不仅能够提高教学有效性，降低教学成本与风险，更能提高学生课堂参与感与学习兴趣，提升学生的实践能力。其中最重要的是VR技术提供了让学生将所学内容运用到实际的机会，培养学生动手能力，真正实现知识迁移。将VR技术运用到《火灾调查》教学中符合新时代“互联网+”教育的学习理念，虚实融合的教学模式充分利用了最新的信息技术，完善了学习者的知识结构，不仅满足教育者的教学需求，更提高了教育效率。随着VR技术的继续发展，其在多元化教学领域的应用势在必行，为培养满足第四次工业革命时代所需的应用型、技术型人才保驾护航。