虚拟现实技术在高校自然灾害教育的应用*

王晓玲 江辉仙

(1.福建师范大学地理学国家级实验教学示范中心，福建 福州 350117；2.福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350117)

0 引言

我国是当今世界上自然灾害问题最严重的国家之一，自然灾害的频繁发生给我国经济社会和人民生命安全带来了巨大的威胁[1]。要实现可持续发展，必须重视防灾、减灾教育。高校是我国灾害教育体系不可或缺的一部分，大学生作为新时代社会发展的中坚力量，在传播与普及防灾、减灾、救灾知识方面应发挥积极作用。传统的高校自然灾害教育主要以教师口头理论传输为主，方式单一，技术应用较为欠缺，难以激发大学生兴趣，导致大学生防灾意识薄弱，防灾技能不足[2]。高校自然灾害教育迫切需要紧跟科学技术的发展，提升灾害教育成效，提高大学生灾害防范意识。随着计算机科学技术的发展，虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR 技术)日渐成熟和完善。将虚拟现实技术应用于防灾减灾教育，可以弥补传统灾害教育中，教师逐项培训与信息分享耗费大量时间与经济成本的不足。一方面将抽象的灾害知识形象化，有利于激发大学生兴趣，另一方面通过虚拟现实技术进行反复演练，有利于大学生的防灾、减灾应急能力的培养[3]。

虚拟现实技术是将计算机图形学、多媒体技术、传感器技术、人机接口技术、计算机并行处理技术等多种领域技术集合于一体的人机交互技术[4]。目前，虚拟现实技术在灾害教育中已有一定的应用。例如杜浩国等对房屋地震灾害进行了三维仿真模拟[5]；王东明等仿真模拟了城市地震灾害发生—发展过程的灾害情景，推算演示地震与救援情景的动态发展，促进灾害救援演练效果和灾害救援能力的提升[6]；石来等通过开发FDS的地下空间增强体验式火灾逃生VR系统，模拟出地下空间火灾现场的高温环境，展现真实的火灾场景，受训人员通过系统可充分体验真实的火灾烟气和高温情况，从而达到更好的逃生训练目的[7]。

本文通过分析当前高校灾害教育认知现状，提出虚拟现实技术应用于高校灾害教育的优势，并提出可行性建议，以期全面提升大学生的防灾减灾能力。

1 当前高校自然灾害教育认知现状

高校开展灾害教育的目标是以培养大学生具有灾害意识、防灾减灾素养为核心，使其掌握一定的灾害原理，树立正确的灾害观，正确看待灾害本身及其发生发展规律，正确地开展相应的防灾、减灾、救灾活动[8-10]。近年来我国高校陆续开展了以灾害教育为主题的教学课程或实践活动，但目前还存在以下一些不足。

1.1 师生防灾减灾意识薄弱，应急技能不足

由于资金和保障体系的缺乏，高校对灾害教育没有足够重视，师生对灾害预兆、应急逃生技巧、灾后心理建设等缺乏基本了解，导致灾害发生时，师生因处于极度恐慌之中，不能采取有效的自救、他救措施，错失了逃生良机。

1.2 教学形式单一，重理论而轻实践

在高校课堂上，教师一般借助多媒体手段展示灾害图片与文字，但教学形式单一、机械，学生较为被动，师生也缺乏互动，难以让学生切身体会到灾害的危害性。此外，教学方法主要以理论灌输为主，教师主要传授灾害发生发展规律等灾害理论知识，而对灾害急救技能、灾后心理疏导等防灾减灾技能训练不足，一旦灾害突发，学生难以进行自救以及救人。

1.3 考核形式单一，不注重教学效果评价

我国各高校注重开设防灾减灾相关课程，但是对课程的监管力度却十分不足。考核过程一般只采取开卷或者闭卷形式，忽视了学生灾害急救技能测试[11]，导致教师难以通过学生的技能表现来调整教学，学生的防灾意识和技能也未能得到有效提高。

2 虚拟现实技术应用于高校自然灾害教育的优势

在虚拟地理环境生成中，可利用数据手套、头盔等专业设备，让人们进入虚拟环境，以实现对虚拟世界中各种对象进行实时感知及操作，通过听觉、视觉等获取身临其境的体验。该项技术在教育领域中的成功应用，也进一步加快了现阶段教育方式的变革，进一步丰富了教学情景性与可互动性，更加注重学生实践能力培养，具有良好的实际应用前景。虚拟现实技术特征可以概括为存在感、自主感、沉浸性、交互性、想象性[12]。这些特征具有普遍适用性，虚拟现实技术应用于高校自然灾害教育具有显著优势，主要体现在以下四个方面。

①基于VR的灾害教育不受时间和地点限制，只要软硬件设施齐全，学生可随时随地开展灾害教育学习。

②显著降低了高校灾害教育教师培训队伍的劳动强度，学生可在虚拟平台中自主学习，根据需要定期巩固学习成果，不受教室黑板或屏幕所限制，丰富了教授方式和课堂内容。

③基于VR的虚拟性，可以构建出传统灾害教育无法模拟或成本过高的灾害场景，既能激发学生兴趣，强化学生对灾害的认识，又能反复使用，节省成本，弥补地方高校自然灾害教育经费不足的问题。

④能够实现灾害教育效果的实时反馈，系统能够记录虚拟情景中大学生的即时行为数据，教师能够及时对灾害教育效果进行评价，并改进教学方法。

3 虚拟现实技术应用于高校自然灾害教育的若干建议

将虚拟现实技术应用于高校自然灾害教育中，不仅丰富了灾害教育的形式，增加了趣味，充分发挥了大学生的学习主观能动性，而且改变了传统灾害教育中教师纯理论灌输的教学方法，更加注重学生实践技能的培养。在信息交互平台中记录学生的实时演练数据，方便教师进行灾害教学效果评价，有助于大学生真正掌握灾害急救技能。为进一步提高灾害教育成效，提升大学生应急救援能力，本文提出以下建议。

3.1 设立防灾减灾相关保障制度，加大经费投入

我国已经颁布《突发事件应对法》《地震应急条例》等法律法规，但灾害教育的内容未被明确规定，灾害教育的执行主体未落实，相应的灾害教育管理文件未出台，致使灾害教育流于表面，缺乏延续性和有效性。为此，亟需加强防灾减灾的相关立法，增强制度保障，高校也应该在立法的基础上设立相关防灾减灾制度，开展自上而下、紧跟时代发展的防灾减灾教育。技术上，由于VR在灾害教育的技术成熟度还不高，应用范围也不广，因此政府应推动高新技术部门对VR技术的研发和改善。例如从VR技术内容出发，改善清晰度、计算性能等自身缺陷，提高使用者的感知敏锐性，让使用者更加身临其境[12]。高校也应设立灾害教育经费专项，研发基于虚拟现实技术的灾害教育系统，逐步推广和发展新型灾害教育，提高大学生灾害教育成效。

3.2 基于虚拟现实平台，加强防灾减灾教育实践技能培养

将虚拟现实技术应用于高校自然灾害教育中，不应忽视实践演练的作用，传统理论教学也不能被虚拟演练完全取代，而应在熟悉理论知识的基础上利用虚拟现实技术进行实操演练，将理论知识进一步内化，实现灾害教育效果的最大化。例如，学生首先可以通过传统讲学或者VR灾害系统进行理论学习，然后借助VR眼镜与操作杆穿行于VR技术构建的虚拟灾害情景世界中，仿真模拟遇到突发灾害的第一反应，及时消除灾害发生时内心的不安，做好心理预防培训，并通过多次反复模拟实践演练，牢牢掌握灾害应对技能。此外，短期的集中虚拟训练虽然能一定程度上提升学生的灾害意识，但在复杂的逃生过程和应急救援过程方面，若缺少系统性的学习培训与巩固，势必在实际的灾害应对中无法产生好的应对效果，故提倡开设长期的、系统性的基于VR的灾害教育课程。

3.3 虚实结合，评估灾害教育效果

传统灾害教育模式不注重灾害教育效果评价。而基于VR的灾害教育仿真系统，通过开发有效的学习监控和评估工具，对学生的灾害学习进行跟踪，测评学生对灾害理论知识的掌握程度，能够评估学生应对灾害的表现，发现存在的问题，及时调整，满足学生需要，切实提高学生的灾害应对能力。受训学生在仿真模拟演练中，可以借助信息交互平台记录自己的行为数据，总结前一次的演练情况，通过反复训练，不断提升灾害应对能力。

4 结束语

高校自然灾害教育是我国灾害教育体系不可缺少的一环。随着科学技术的进步，越来越多的学校尝试将新的信息技术和通信技术引入传统教育中。凭借虚拟现实技术的形象化和交互性打造沉浸式教育模式，能够使高校的防灾减灾宣传更具吸引力。为提高大学生的防灾减灾应急能力，高校应重视灾害教育，开设系统性、长期性灾害教育课程，打造基于VR技术演练与理论教学相结合的新型灾害教育模式，并重视教育效果评价，逐步提高教育成效。