信息化在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用

王起全，楊壁軍

（中國勞動關(guān)系學(xué)院 安全工程系 北京 100048）

信息化在安全工程教學(xué)中的應(yīng)用

王起全，楊壁軍

（中國勞動關(guān)系學(xué)院 安全工程系 北京 100048）

隨著我國教育事業(yè)的快速發(fā)展，信息化技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各大院校的教育教學(xué)活動之中。三維仿真技術(shù)作為信息化發(fā)展的一個重要部分，將課程教學(xué)與信息技術(shù)深度融合。本文運用Axure RP 7.0構(gòu)建三維模型，進行數(shù)據(jù)分析模塊，救援預(yù)案設(shè)計模塊的原型設(shè)計，建立公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺，開展公共消防安全信息化的實踐教學(xué)應(yīng)用。為增進安全工程專業(yè)公共安全消防課程的課堂互動，提高學(xué)生應(yīng)急處置的實踐操作能力，提高教育教學(xué)質(zhì)量，促進教育的信息化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

信息化；教學(xué)；安全工程；三維仿真技術(shù)

1 引言

以現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的信息化技術(shù)發(fā)展不斷改變著人們的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)、交往及思維方式。三維仿真技術(shù)，作為信息化發(fā)展的一個重要部分，因其具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性，在國外已廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)分析、模擬施工過程、安全工程、土木工程、巖土工程和防災(zāi)工程等多個領(lǐng)域，但在教學(xué)實踐中的運用鮮有記錄和報道。

在國內(nèi)，三維仿真技術(shù)已被用于消防推演方面的理論研究，以及實現(xiàn)消防應(yīng)急處置的研究。三維地理信息技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)則結(jié)合使用于解決消防部隊在實戰(zhàn)演練、桌面推演和作戰(zhàn)指揮過程中存在的問題。但教學(xué)方面未有使用三維仿真技術(shù)的先例。

本文將在安全工程專業(yè)教學(xué)中，運用Axure RP 7.0構(gòu)建三維模型，進行數(shù)據(jù)分析模塊，救援預(yù)案設(shè)計模塊的原型設(shè)計，建立公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺，開展公共消防安全信息化的實踐教學(xué)應(yīng)用。將三維仿真計算運用于安全工程專業(yè)教學(xué)數(shù)字化，智能化及可視化的全部過程，從而促進安全工程課程教學(xué)的信息化發(fā)展。

2 信息化教學(xué)

信息化教學(xué)是學(xué)習(xí)者和教育者通過現(xiàn)代化的教育技術(shù)、教育方法、教育資源等開展的互動活動，涵蓋了現(xiàn)代化教學(xué)方法的應(yīng)用與教學(xué)觀念的指導(dǎo)，是一場關(guān)于形式與方法等方面的全新變革[1]。各大院校之所以要實現(xiàn)信息化教學(xué)模式，是因為它能夠豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，為學(xué)生的學(xué)習(xí)打造優(yōu)良的環(huán)境，提升教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)教學(xué)目標，提高教學(xué)的有效性。目前，安全工程專業(yè)信息化教學(xué)的形式多種多樣，其中，公共安全消防教學(xué)方面的信息化主要有以下兩種：

2.1 應(yīng)急預(yù)案編制與演練模擬教學(xué)信息化系統(tǒng)

應(yīng)急預(yù)案編制信息化教學(xué)系統(tǒng)可以幫助學(xué)生編寫應(yīng)急預(yù)案，通過學(xué)習(xí)編制預(yù)案的知識點，掌握緊急狀況的應(yīng)急處置操作。演練模擬教學(xué)信息化系統(tǒng)中，學(xué)生可以制定應(yīng)急演練的計劃并且記錄演練全過程，教師可快速搜索查看應(yīng)急管理整個過程的信息，對結(jié)果進行最終評估。該信息化教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)操作簡易，高效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。缺點是系統(tǒng)操作界面比較簡陋，互動性不夠高[2]。

2.2 火災(zāi)事故消防作戰(zhàn)三維桌面推演教學(xué)信息化系統(tǒng)

該系統(tǒng)是線下“推演+培訓(xùn)”終端，采用大尺寸觸摸操作屏，并配套豐富、專業(yè)的三維場景、1:1的車輛模型、消防知識培訓(xùn)資料和多樣化的考核系統(tǒng)。該系統(tǒng)在公共安全消防教學(xué)中可以兼顧推演和培訓(xùn)兩方面需求。優(yōu)點是使用靈活，便于管理，知識體系全面。缺點是桌面推演，線下感知，知識深度不夠，系統(tǒng)的人機交互性不夠完善[3]。

現(xiàn)有的公共安全消防的信息化系統(tǒng)均在人機交互方面不夠完善。本文將研究構(gòu)建公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺，促進教學(xué)過程數(shù)字化，智能化并可視化，較好的實現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)的人機互動。

3 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺

3.1 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺簡介

公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺包括五個子模塊、三個系統(tǒng)界面和數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)，其中，五個子模塊分別為仿真模擬演練推演系統(tǒng)、消防車與移動設(shè)備模擬培訓(xùn)、消防知識培訓(xùn)、消防知識考核、火災(zāi)事故案例庫，如圖1所示；三個系統(tǒng)操作界面分別為登入界面，學(xué)生系統(tǒng)操作界面和教師系統(tǒng)操作界面；數(shù)據(jù)庫包含了學(xué)生們，教師們的相關(guān)信息，法律法規(guī)標準和相關(guān)教學(xué)資料視頻等[4]。

圖1 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺

在公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺啟動時，登錄界面需要選擇用戶身份。學(xué)生或者教師在首次登錄時，根據(jù)自身工號或者學(xué)號注冊，數(shù)據(jù)庫進行備份記錄，同一工號或?qū)W號只能對應(yīng)一個用戶身份，選擇相應(yīng)模塊。

學(xué)生系統(tǒng)操作界面包括四個部分，分別為基本信息區(qū)，模塊選擇區(qū)，顯示區(qū)，資料區(qū)。

教師系統(tǒng)操作界面包括五個部分，分別為基本信息區(qū)，模塊選擇區(qū)，顯示區(qū)，評分區(qū)，資料區(qū)。

學(xué)生可若干人一組構(gòu)成模擬應(yīng)急小組，對所設(shè)定的生產(chǎn)經(jīng)營單位中的火災(zāi)事故進行推演，教師可在推演過程中通過教師系統(tǒng)操作界面進行觀察，對該模擬應(yīng)急小組的應(yīng)急處置過程進行評斷。

3.2 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺運行流程

通過調(diào)查并收集系統(tǒng)設(shè)計需求和實際生產(chǎn)經(jīng)營單位消防事故數(shù)據(jù)，構(gòu)建系統(tǒng)信息平臺。運用三維仿真技術(shù)對所收集的事故數(shù)據(jù)進行還原，組織學(xué)員組建模擬應(yīng)急小組，基于系統(tǒng)平臺完成消防應(yīng)急推演，并將其過程與實際的事故應(yīng)急處理過程相比較，得出分析結(jié)果。根據(jù)演練過程及結(jié)果對學(xué)生加以考核[6]。公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺運行的流程如圖2所示。

圖2 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺運行流程圖

3.3 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺信息化交互

在公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺上，學(xué)生進行實驗操作，然后將操作結(jié)果反饋至平臺內(nèi)部數(shù)據(jù)庫。教師通過平臺開展基礎(chǔ)知識介紹，在觀察學(xué)生操作過程中，基于模擬場景，實時進行案例演練過程的分析講解，指導(dǎo)學(xué)生消防演練，根據(jù)演練過程及結(jié)果對學(xué)生評價考核打分。師生可以通過手機、電腦、郵件等方式和平臺進行信息交換，同時平臺按照相關(guān)法律法規(guī)進行設(shè)置，提供安全法律法規(guī)及管理規(guī)定等制度支持[7]。

公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺信息化交互如圖3所示。

表1 信息化教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的對比分析

圖3 信息化實現(xiàn)的信息交互圖

3.4 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺特點

3.4.1 場景覆蓋全面 傳統(tǒng)紙面上的應(yīng)急預(yù)案推演具有平面化、簡單化和抽象化的特點，對于真實的三維結(jié)構(gòu)場景的測量無法在紙面上清晰體現(xiàn)，使用紙面上的推演不具有全面性和科學(xué)性。三維仿真技術(shù)的演練平臺，在三維模型中模擬火災(zāi)事故，可對環(huán)境、設(shè)備、人員等多維因素進行設(shè)置，從而模仿真實場景中火災(zāi)事故天氣、風(fēng)向、風(fēng)速，以及設(shè)備狀況，人員行為對火情的影響。三維空間內(nèi)消防應(yīng)急力量布置能夠充分考慮到現(xiàn)場實際情況，使得整個推演過程更為全面科學(xué)[8]。

3.4.2 數(shù)據(jù)還原性強 三維仿真技術(shù)相較于以往的信息化教學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)對事故場景較為逼真的重現(xiàn)，還原事故發(fā)生過程。因此，運用于教學(xué)方面，可直觀、有效地對整個應(yīng)急處置過程的利弊進行剖析，促進教學(xué)的信息化和科學(xué)化，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生應(yīng)急處置的實際操作能力[9]。

3.4.3 數(shù)據(jù)分析能力強 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺設(shè)計專門的數(shù)據(jù)分析模塊，供學(xué)生和教師使用，通過計算，分析火情演變?yōu)榛馂?zāi)的時間，爆炸影響范圍，死亡半徑等信息，增強學(xué)生的事故應(yīng)急處置能力和現(xiàn)場分析應(yīng)對能力。

4 公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺的教學(xué)優(yōu)勢分析

相較于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，運用公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺的信息化教學(xué)方式具備的優(yōu)勢如表1所示。

從上表可以看出，基于公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺的信息化教學(xué)方式在教學(xué)特點，教學(xué)資源，交互模式，過程控制與評估等方面相較于傳統(tǒng)教學(xué)方式具有師生互動及時深入，講授過程靈活豐富，效果評價客觀全面等優(yōu)勢。

5 結(jié)語

為促進安全工程專業(yè)教學(xué)的信息化發(fā)展，運用Axure RP 7.0，通過對仿真模擬演練推演系統(tǒng)、消防車與移動設(shè)備模擬培訓(xùn)、消防知識培訓(xùn)、消防知識考核、火災(zāi)事故案例庫模塊的原型設(shè)計，在生產(chǎn)經(jīng)營單位平面圖的基礎(chǔ)上構(gòu)建三維模型，還原事故現(xiàn)場環(huán)境，用于安全工程專業(yè)公共安全消防應(yīng)急課程的實踐教學(xué)，得出如下結(jié)論：

（1）實踐教學(xué)的信息化發(fā)展，促進了教學(xué)過程的智能化和可視化。將三維仿真技術(shù)應(yīng)用于公共安全消防應(yīng)急課程，在比較逼真還原事故現(xiàn)場的情景下，實現(xiàn)學(xué)生對整個演練過程的實踐和操作，以及教師對應(yīng)急處置整個過程的剖析和講解。有助于促進學(xué)生扎實掌握應(yīng)急知識，提高應(yīng)急處置能力。

（2）公共安全消防三維仿真技術(shù)演練平臺，通過調(diào)查收集系統(tǒng)設(shè)計需求和實際生產(chǎn)經(jīng)營單位消防事故數(shù)據(jù)，在模擬應(yīng)急演練過程中，進行火災(zāi)演化，爆炸影響范圍，死亡半徑的計算分析，為安全工程專業(yè)公共安全消防課程提供豐富的實踐教學(xué)和法律法規(guī)資料。有助于加強學(xué)生的計算分析能力，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

（3）教學(xué)的信息化在運用三維仿真技術(shù)過程中，現(xiàn)場情景的還原和模擬，往往受到系統(tǒng)功能設(shè)計的制約。因此，基于三維仿真技術(shù)演練平臺的應(yīng)急課程，在演練過程中，模擬事故現(xiàn)場內(nèi)外資源力量調(diào)度、布局等需要對三維仿真技術(shù)演練平臺進一步完善和優(yōu)化，從而更為全面的模擬現(xiàn)實場景，開展更為逼真的應(yīng)急演練過程。

[1]蘇昭桂，董文庚.安全工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的構(gòu)建與思考[J].安全，2008，29(6)：62-64.

[2]胡鴻，易燦南，廖可兵，等.安全工程專業(yè)實踐教學(xué)改革與實踐[J].科教文匯，2013(25)：80-82.

[3]張筱蘭.信息化教學(xué)[M].高等教育出版社，2010.

[4]閆寒冰.信息化教學(xué)的學(xué)習(xí)支架研究[J].中國電化教育，2003(11)：18-21.

[5]金陵.大數(shù)據(jù)與信息化教學(xué)變革[J].中國電化教育，2013(10)：8-13.

[6]苑永波.信息化教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的比較[J].中國電化教育，2001(8)：26-28.

[7]王衛(wèi)軍.教師信息化教學(xué)能力發(fā)展策略研究[J].電化教育研究，2012(5)：103-109.

[8]王佑鎂.電子學(xué)檔：信息化教學(xué)的新思路[J].中國電化教育，2002(10)：18-22.

[9]張偉平，楊世偉.高校信息化教學(xué)的有效性研究——基于設(shè)計的研究[J].電化教育研究，2010(1)：103-106.

[10]景亞琴.信息化教學(xué)[M].國防工業(yè)出版社，2013.

G451 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0242-04

中國勞動關(guān)系學(xué)院2016年教育教學(xué)改革立項一般項目(項目編號：JG1637)

王起全（1976-），男，漢，山東，博士，副教授，中國勞動關(guān)系學(xué)院，研究方向：風(fēng)險評價，公共安全應(yīng)急管理。