建筑安全技術與管理以虛助實技能化實訓探究

曾德明 郭賀源 李春花 羅如強 婁孟偉 梁露予　

建筑安全技術與管理以虛助實技能化實訓探究

曾德明 郭賀源 李春花 羅如強 婁孟偉 梁露予

（廣西安全工程職業技術學院，廣西 南寧 530199）

針對建筑安全技術與管理實訓教學存在的“三高三難”問題，以虛擬仿真技術為手段，以技能化教學為抓手，提出開發以虛助實技能化實訓教學項目，打造“五結合”課程內容體系，形成“五位一體”評價機制的構想。把虛擬仿真技術融入到建筑安全技術與管理技能化實訓教學中，創造沉浸式的教學環境，把龐雜抽象的建筑空間知識形象化，把高風險的安全管理知識具體化，實現“邊教邊學、邊學邊練、邊練邊用”，從而培養學生職業技能，以期為高職院校應急安全類相關課程的實訓教學改革提供借鑒和參考。

以虛助實；技能化；應急安全

引言

《教育信息化2.0行動計劃》《職業教育提質培優行動計劃（2020—2023年）》（教職成〔2020〕７號）等文件要求，要以社會和市場需求為導向，運用虛擬仿真、VR/AR、大數據等新技術布局先進制造業、現代服務行業等迫切需求專業的虛擬仿真職業能力實訓基地。《教育信息化中長期發展規劃（2021－2035年）》《教育信息化“十四五”規劃》《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010－2020年）》等文件指出，把信息技術與教學融合、優質數字資源建設等作為重要發展任務；加強職業院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環境建設，服務信息化教學需要；要“大力推動仿真、多媒體課件等數字化教學資源開發”“重點解決常規的教學手段、技術、設施設備難以實現的實習實訓問題，重點滿足教學需求急迫且覆蓋面較大的模擬仿真實訓教學的需要”，確立了職業院校應用虛擬仿真技術進行實踐性教學的方針。職業教育要以職業活動為導向，以國家職業標準和崗位需求為立足點，以培養職業能力為核心，因此技能化實訓教學與虛擬仿真等信息化技術結合是大勢所趨。

1 以虛助實技能化實訓研究現狀

1.1 以虛助實教學應用研究

以虛助實教學即采用虛擬仿真技術輔助教學。該教學方式在國外應用較早，美國東卡羅琳那大學早在1992年就建立了虛擬現實技術與教育實驗室（VREL），評估虛擬仿真技術軟件和硬件，對比虛擬仿真教學與其他教育媒介的效果，考察虛擬仿真技術對教育的影響，驗證其在教育上應用的可能性[1]。2000年之后，由于硬件的迅猛發展，以Oculus Rift虛擬現實頭盔的誕生為標志，大眾化的虛擬仿真應用初見雛形，相應的內容開發開始發力，其中將虛擬仿真技術應用于教育最具革命性。西方國家紛紛設立了相關研究項目，如澳大利亞和新西蘭于2009年合作成立的虛擬世界工作組、美國林登實驗室的Second Life項目等。其中Second Life項目直接提出要探索個體在虛擬仿真世界獲得教育與成長的可能，目前英國有80%的高校使用或準備使用Second Life平臺，美國有超過150所高校在Second Life中搭建了用于教學和研究的虛擬環境[2]。國際上關于虛擬仿真教育應用的研究方向主要集中在虛擬仿真技術的課堂教學法、虛擬仿真學習環境以及醫學、工程、地理等具體學科應用領域。

國內主要集中于虛擬學習資源建設、虛擬現實理論探索和虛擬仿真教學條件的提高等方面。在運用虛擬現實技術進行物理實驗方面，中國科學技術大學有著比較豐富的經驗，已經有了自己成熟的產品，如大學物理仿真實驗軟件、大學物理虛擬實驗遠程教學系統、幾何光學設計實驗平臺等；同濟大學建筑學院虛擬現實實驗室開展了對建筑結構、景觀的虛擬仿真嘗試，在建筑教學中大膽嘗試運用先進的虛擬現實技術；西南交通大學在城市規劃仿真、駕駛員培訓仿真及其他交互仿真方面自行開發出了一系列具有國際水平的計算機虛擬現實應用產品[3,4]。

1.2 技能化教學應用研究

技能化教學是以提高學生實踐應用能力為目標，以就業崗位能力需求為出發點，以模塊化為載體整合教學內容，強化學生的實操能力，促進學生職業技能和職業素養的提高。在國外，技能化教學模式研究方興未艾，發達國家經過多年的實踐，探索出了符合本國教育的技能教學模式，如德國的雙元制、加拿大和美國的CBE模式、英國的BTEC模式和澳大利亞的TAFE模式。這些模式都強調職業教育和生產實踐緊密結合，解決了理論與實踐脫節的問題，同時將有豐富實踐經驗的技術人員請進課堂，學生直接獲得生產一線的技能，將學生放到企業頂崗實習，獲得直接的、豐富的職業體驗，培養了學生的職業技能，拉近學校和企業的距離，實現二者的對接。

在國內，技能化教學法主要為模塊化教學。“項目化＋技能化＋學徒制”教學法是一種實效性強、教學效果優的教學模式，能夠很好地引導學生將理論與實踐結合起來，學生通過自主探索來加深對理論知識的理解。同時，教師通過“工程項目”創設情境的方法，提升學生的操作水平，學生通過完成“工程項目、強化技能”達到意義建構，事實證明這是一種非常有效的教學方法[5]。

1.3 研究現狀的簡要評價

建筑安全技術與管理具有應急安全類專業課程的共性，即技能化實訓教學困難重重，存在“高投入、高難度、高風險、難實施、難觀摩、難再現”的“三高三難”問題。國外研究成果及經驗與我國職業教育實情適應性有待驗證，而國內現有的技能化實訓教學研究以真實場景實操為主，未能有效解決“三高三難”問題。目前，虛擬仿真技術的運營還停留在平臺搭建、軟硬件的開發及案例的收集、篩選和設計上，真正將虛擬仿真技術運用到技能化實訓教學的可借鑒經驗少。

虛擬仿真技術能模擬實訓場景，學生通過虛擬仿真建筑安全實訓，進入虛擬的施工現場，去體驗施工中可能發生的險情，感受安全事故發生所造成的后果，并以實際行動化解風險，訓練操作技能，有效解決“看不到、進不去、成本高、風險大”等困難。虛擬仿真技術在建筑安全技術與管理教學中的應用充分體現了現代教育改革的方向，該項技術可以反復使用，便于實訓內容的及時更新。同時，利用虛擬仿真技術可以將課程中抽象化的理論用直觀的方式展現出來，從而調動學生學習的積極性，幫助其快速而深刻地理解課堂上所學的知識。將虛擬仿真技術應用到建筑安全技術與管理技能化實訓教學是該課程改革的趨勢之一。

2 以虛助實技能化實訓擬解決的關鍵問題

高職院校應急安全類專業旨在培養應用型人才，建筑安全技術與管理是安全技術與管理專業的核心課程之一，專業性和實踐性強，其存在的問題具有典型性。該課程以職業活動為導向，教學內容與實際工作崗位的典型工作任務和技能要求對接。但是傳統的建筑安全教學模式過于單一，實訓、實踐內容脫離實際，教學形式單調，學生學習興趣較低，學習動力不足。究其原因是建筑安全技能化實訓教學困難重重，實際施工現場中存在大量危險因素，非工作人員不能隨意出入，存在“三高三難”問題。顯然，提高建筑安全技術與管理課程的教學質量，加快推進技能化實訓教學改革，對培養兼具理論知識和實踐技能的技能化應用型人才具有重要意義。將虛擬仿真技術和建筑安全技術與管理技能化實訓相結合體現了職業教育改革的方向，既能加強技能化實訓教學與行業崗位的聯系，又能有效解決建筑安全實訓教學“看不到、進不去、成本高、難再現、風險大”的問題。

3 以虛助實技能化實訓理論依據

3.1 技能理論一體化教學理論

技能理論一體化教學是實操和理論有機結合的一種教學理論，該理論旨在培養學生各種能力，即充分發揮學生主體、教師主導的作用，在實踐中將知識轉化為能力，達到手腦結合。該理論將知識技能高度整合，具有綜合化的優點，不僅強調理論知識的系統性和理論對技能的指導作用，而且注重引導學生通過技能訓練加深對理論的理解，有效解決理論與技能訓練脫節的問題[6-8]。虛擬仿真技術能使學生在學習理論知識的同時開展實訓實操，達到“邊教邊學、邊學邊練、邊練邊用、學以致用”的效果。

3.2 經驗之塔理論

美國現代教育媒體之父E.Dale于1964年提出可以經驗之塔為核心的視聽教學理論體系。按照抽象程度，將不同方式獲得的經驗從低到高分為三類：活動性（直接經驗）、形象性（圖像經驗）和符號性（高度抽象經驗）。Dale認為視覺性沖擊比語言、文字更容易幫助學生獲得直接的經驗，且不受時空的限制，促進直接經驗形成更好的抽象經驗。經驗之塔理論符合教學過程中教師逐步引導學生經驗從具體走向抽象的特點，虛擬仿真模擬場景可以調動學生多感官參與知識學習，加深對知識的理解，加強對技能的掌握[9]。

3.3 建構主義教學理論

建構主義教學理論主要強調知識是由主體主動建構的，而不是由外界被動灌輸的，學生可以利用一定的情景案例，通過教師的引導和幫助，進行知識的主動選擇、加工和處理，用以構建知識體系，并能獨立地分析解決實際問題[10]。情境、協作、會話和知識建構是建構主義教學理論學習環境的四大要素，這與虛擬仿真的沉浸式、交互性、構想性異曲同工。虛擬仿真系統可以模擬學習和工作環境，為學習者提供豐富的教學資源，讓學習者自由探索和自主學習，激發其興趣，積累經驗和知識，培養技能。以建構主義理論為指導，以虛擬仿真技術為手段，將理論知識可視化，將實操訓練常態化，可促進知識有意義的建構。

3.4 情境學習理論

情境學習理論始于1990年，該理論認為情境是一切認知活動的基礎，知識的重要特征是具有情境性，因而將知識看作是活動、情境及文化的副產品。該理論強調以真實情景中的實踐活動和社會性互動來促進學習者的文化適應，主張只有在相關的知識應用情境中才可能發生有意義的學習。有意義的學習和學習者自身的意識與角色都是在學習者和學習情境的互動、學習者與學習者之間的互動過程生成的，學習情境的創設致力于將學習者的身份和角色意識、完整的生活經驗以及認知性任務重新回歸到真實的、融合的狀態。情境學習與虛擬仿真技術結合，在設計和開發中實現真實情境的學習活動，充分利用虛擬環境中逼真的情景模擬來促進學習者的知識遷移，從而達到技能理論一體化教學。

3.5 人本主義理論

人本主義理論倡導學習應以人的整體性為核心，強調以學生為中心的教育原則，促進學生全面發展。利用虛擬仿真系統，創建讓學生參與、互動、主動的學習情境，并在學習過程中給予充分的自主性，做到以學生為中心，以學生的全面發展為最終目的。

4 以虛助實技能化實訓主要措施

4.1 調研分析

一方面，要做好文獻調研。通過研讀虛擬仿真技術在技能化實訓教學中應用的相關文獻，梳理相關概念和理論基礎，掌握國內外對于虛擬仿真技術在教育領域中的創新和應用，通過比較、分析、歸納，吸取前人經驗，緊跟技術革新步伐，少走不必要的彎路。另一方面，要做好社會調查。以在校師生及企業作為訪談對象，在參考有關資料后，有針對性地設計虛擬仿真技術應用于建筑安全技術與管理課程中的應用方式、應用場景、應用效果等相關訪談提綱，以企業和師生對虛擬仿真技術的認識態度、如何使用虛擬仿真技術提高教學水平、如何提高虛擬仿真教學效果、如何讓虛擬仿真教學對學生更有吸引力、如何評估實訓教學效果等內容進行訪談。將訪談問答中的問題以及資料查閱后的問題轉化成為調查問卷，擴大調查面積，增大調查樣本以得到更有廣度和深度的調查內容，為項目的開展提供基礎數據。

4.2 明確目標

目標是行動的指南，以虛助實技能化實訓首先要以提出適合建筑安全技術與管理以虛助實技能化的教學方案為主要目標。首先，要開發虛擬仿真實訓項目，充分利用校內虛擬仿真中心進行教學實踐，結合教學效果數據采集和分析，不斷完善并提出科學合理、切實可行的教學方案。結合考試考核、考勤、學生訪談、調查問卷結果，分析以虛助實技能化教學情況，不斷調整完善。其次，要積累建筑安全技術與管理以虛助實技能化教學資源。根據課程標準和教學大綱，結合教材和安全員、施工員等崗位典型工作任務以及職業能力要求，立足現有條件，重構教學內容，積累教學資源。然后，要以虛助實，虛實結合，提高知識構建的有效性。依靠學科優勢，形成從教學出發，到虛擬仿真實訓，再到實操的教學流程，充分發揮虛擬仿真技術的優勢，與傳統教學優勢互補，提高知識構建的有效性，培育出適合行業的專業人才。最后，要構建以虛助實技能化教學評價機制，為相關專業和課程開展虛擬仿真技能化教學提供思路和參考。

4.3 理清思路

以虛助實技能化實訓教學思路如圖1。首先要開展調研分析。通過文獻調研、企業調研和對學生進行問卷調查，分析崗位能力需求，了解一線教師教學困境，了解學生對于虛擬仿真教學形式的興趣點與期望，為以虛助實技能化實訓教學改革指明方向。其次是設計方案。針對建筑安全技術與管理實訓教學的痛點和難點，剖析原因，提出對策措施，編寫以虛擬仿真技術輔助實訓的教學方案。然后是實踐探索。以職業活動為導向，開發教學資源與實訓項目，構建“五結合”的教學內容體系。立足崗位素質要求，從教師的指導、講解、研究反思入手，以學生的學習、實訓為主抓手，構建“五位一體”評價反饋機制，從提、導、講、學、練、研、評七個方面融入虛擬仿真技術，開展實踐教學。最后是歸納提升。歸納建筑安全技術與管理以虛助實的技能化實訓教學方法，力圖為虛擬仿真技術在高職院校應急安全類專業相關課程的技能化實訓中的應用中做出有益探索。

圖1 以虛助實技能化實訓教學思路

4.4 豐富內容

教學內容是以虛助實技能化實訓教學的基礎，在做好建筑安全技術與管理技能化實訓教學現狀分析和教學方案設計的基礎上，首先要重點開發虛擬仿真技能實訓資源，構建“五結合”教學內容體系。要組織相關教師，以職業活動為導向，以國家職業標準和崗位需求為立足點，以培養職業能力為核心，以人才培養方案和課程標準為依據，以實際工作任務為主線重構教學內容。根據課程標準和教學大綱，結合教材、安全員崗位典型工作任務和職業能力要求，立足現有條件，從提、導、講、學、練、研、評七個方面入手，重構教學內容，開發以虛助實技能化實訓項目，構建仿真實訓與實踐實訓相結合、教學內容與建筑安全管理崗位典型工作任務相結合、課程標準與建筑相關職業資格相結合，技能講授與技能訓練相結合、教學理論與實踐相結合的教學內容體系，將理論知識學習、虛擬仿真實訓、真機實操、典型技術案例、多元評價融為一體。

4.5 實踐探索

有組織有計劃地開展項目研究，邊行動、邊反思、邊完善。首先，要根據以虛助實技能化實訓教學設計方案和組織流程，運用以虛助實技能化實訓資源進行教學實踐。通過改進課程評價標準，從定性與定量相結合、縱向與橫向全覆蓋的角度綜合考慮，構建包括學生、虛擬仿真平臺、教師、同行專家、企業在內的“五位一體”評價機制。通過虛擬仿真后臺記錄、考試考核、調查問卷等方式從學生、虛擬仿真平臺、教師、同行專家、企業五個方面采集數據并進行統計分析，按照邊行動、邊反思、邊完善的原則，不斷完善和優化以虛助實技能化教學設計方案和教學資源。

4.6 總結提高

在應用和實踐的基礎上歸納總結，提煉升華，提出能最大限度發揮虛擬仿真作用的技能化實訓教學方案、教學資源、教學方法，使之系統化、理論化、具體化，為高職院校應急安全類相關專業課程以虛助實技能化實訓教學改革提供參考和借鑒。

5 以虛助實技能化實訓的成效

5.1 實踐成效

充分利用現有虛擬仿真實訓平臺開展建筑安全技術與管理課程的教學改革，以虛助實、虛實結合是實現技能化實訓教學從基于經驗到基于體驗轉變的重要手段。利用虛擬仿真技術打造沉浸教學體驗，不僅能讓學生開展實訓，還可將課程中抽象化的理論用直觀的方式展現出來，調動學生學習的積極性和主動性，幫助其快速理解并指導實訓，實現學訓循環，素能并舉，促進建筑安全技術與管理技能化實訓教學效果的提高。

5.2 理論成效

通過對建筑安全技術與管理以虛助實技能化實訓進行全方位多層面的研究與探索，豐富了高等職業教育理論特別是應急安全類專業實訓教學理論，在形成穩定有效的教學模式后可在相關課程、專業、院校推廣，具有重大的實踐教學意義和示范引領作用。

[1]李建榮，孔素真. 虛擬現實技術在教育中的應用研究[J].實驗室科學，2014，17(3): 98-103.

[2]丁楠，汪亞珉. 虛擬現實在教育中的應用: 優勢與挑戰[J]. 現代教育技術，2017，27(2): 19-25.

[3]譚維玉，覃恒，蘭園淞，等. VR技術在混合式教學中的應用及影響因素分析[J]. 現代職業教育，2021(43): 102-104.

[4]李程，王皓明. VR技術在施工安全教育的應用[J]. 智能建筑與智慧城市，2020(10): 83-84.

[5]王愛敏. 職業教育“一體化”教學模式研究[D]. 天津: 天津大學，2012.

[6]甘瓊，劉桂云. 基于深度教學理念的體育“四化”教學[J].教育理論與實踐，2021，41(26): 57-60.

[7]趙路. 深度教學: 核心素養落地的重要策略[J]. 課程教育研究，2019(9): 49-50.

[8]韓振才. 技工院校一體化教學改革中存在的問題及對策探索[J]. 職業，2021(9): 36-38.

[9]張燕，翔朱赟，董東，等. 從“經驗之塔”理論看增強現實教學媒體優勢研究[J]. 現代教育技術，2012，22(5): 22-25.

[10]王志玲，楊曉盆，田旭平. 基于建構主義理念的園林植物類課程教學改革探索[J]. 大學教育，2019(2): 32-35.

Preliminary Exploration on Skilled Training of Construction Safety Technology and Management with Virtual Aid of Practical Skills

In response to the problem of "high investment, high difficulty, high risk, difficulty in implementation, difficulty in observation and difficulty in reproduction" in the practical training teaching of building safety technology and management, using virtual simulation technology as a means and skilled teaching as a starting point, this paper proposes the development of a virtual assisted practical training teaching project, creating a "five in one" course content system, and forming a "five in one" evaluation mechanism. Integrating virtual simulation technology into the practical training of building safety technology and management skills, creating an immersive teaching environment, visualizing the complex and abstract knowledge of building space, concretizing high-risk safety management knowledge, and achieving "learning while teaching, practicing while learning, and using while practicing", in order to cultivate students' vocational skills and provide reference for the practical teaching reform of emergency safety related courses in higher vocational colleges.

virtual aid of practical skills; skilled; emergency safety

G710

A

1008-1151(2023)07-0159-04

2022-08-12

2022年度廣西安全工程職業技術學院校級項目（GAZY2022JGB04）。

曾德明（1990－），男，湖南衡陽人，廣西安全工程職業技術學院講師，研究方向為職業教育。

郭賀源（1992－），女（壯族），廣西南寧人，廣西安全工程職業技術學院專任教師，研究方向為職業教育。