現代產業學院背景下安全應急類課程虛擬仿真實驗室的建設與實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）19-0085-05

Abstract：Withthevigorousdevelopmentofmodernindustrialcoleges，theimportanceofvirtualsimulationlaboratory constructioninteachingpracticeisincreasinglyprominent.Byconstructingacuriculumsystem，integratingrelevantresources， andimplementingpracticalteachingmodels，theScholofSafetyandEmergencyManagementEngineeringatTaiyuanUniversity ofScience and Technology has successfully established a VR + Emergency Command and Exercise Laboratory.Research has shown thatthelaboratorycanefectivelysimulaterealsafetyemergencyscenariosandextremedisasterenvironmentsinvolvedinsafety emergencycourses，notonlyreducingoperationalrisksandcosts，butalsoefectivelypromotingtheimprovementofeducationand teachingqualityandthestrengtheningofstudents‘practicalabilies.Theconstructionofvirtualsimulationlaboratorieshas significantlyimprovedstudentsleaningexperienceandefectiveness，providingstrongsupportforthecultivationofhighquality applied talents.

Keywords： virtual simulation;modernindustrycollege;teachingresources; curiculumdevelopment;safetyemergencycategory

作為應用型本科院校轉型發展的重要推手，產業學院在地方經濟發展和現代人才培養領域發揮了巨大作用。黨的二十大報告強調，加強企業主導的產學研深度融合，強化目標導向，提高科技成果轉化和產業化水平。教育部辦公廳出臺的《示范性特色學院建設管理辦法》（教高廳[2022]2號）和《現代產業學院建設指南（試行）》（教高廳函[2020]16號）對現代產業學院等示范性特色學院建設提出了明確的指導和規范。在山西省人民政府印發的《山西省“十四五”人力資源開發、教育改革發展規劃》中也明確指出，要有效推動人才培養與產業轉型深度融合，打牢支撐產業發展的人才根基。在上述文件精神的指引下，山西省積極推進現代產業學院建設，目前已經認定省級產業學院15個，這些學院通過深化校企合作和產教融合，逐步構建起以市場需求為導向的人才培養體系。

實驗室是高等學校的\"半壁江山\"。與傳統學院相比，現代產業學院的實驗室建設具有以下幾個顯著特征： ① 以產學研為特色。通過設立創新實驗室、創業孵化器等方式為學生提供平臺和資源，助力學生創新思維和實踐能力的培養[。 ② 以需求為導向。面向產業、對接企業，通過專業與產業的深度融合，使現代產業學院的實驗室建設更加注重針對性和實效性[3]。 ③ 以實踐為核心。現代產業學院實驗室的建設不僅注重學生實踐能力的培養，同時還強調了實踐項目的開發和實踐成果的轉化4。上述特征共同作用于人才培養、科技創新、社會服務和產業升級等多個方面，為應用型本科院校高素質人才的培養提供了有力支撐。

在現代產業學院實驗室建設的多維探索中，虛擬仿真實驗室作為教學層面的新興領域，正日益受到關注與重視。如同濟大學浙江學院唐丹等構建了“現代產業學院 + 虛擬教研室 + 新商科微專業\"的多層次遞進式新商科人才培養模式創新路徑；內蒙古科技大學陳明等探索了以提升學生的綜合能力和職業勝任力為中心，以現代產業學院、虛擬教研室、工程研究中心共同驅動的“一中心、三協同\"智能建造專業人才培養模式；沈陽理工大學陳園等通過線上虛擬教研室與線下實體教研室相結合，依托現代產業學院等平臺，培養了一批能工巧匠式的應用型人才；在產業學院教育模式的啟發下，燕京理工學院劉雪凌等推行了以虛擬仿真實踐為中心，線下實驗、雙創能力設計比賽、企業實習為主體的“一中心、三主體”專創融合制藥類實踐新體系；廣西中醫藥大學鐘海藝等驗證了特色中藥現代產業學院背景下虛擬仿真平臺的應用效果，實現了“虛實結合\"的實驗教學理念。

是重點建設的產業學院，致力于煤炭、危險化學品、機械特種設備等領域的安全應急管理人才培養、技術研發及成果轉化。鑒于涉及各類突發事件和煤礦、非煤礦山、建筑施工、道路交通運輸和危險化學品等高危行業，兼具復雜性和危險性，其實驗教學過程面臨著“高投入、高難度、高風險，難實施、難觀摩、難再現\"的挑戰。為應對這些挑戰，學院將虛擬仿真技術融人到現代產業學院的實驗室建設之中，旨在利用數字化轉型系統驅動教學模式和治理方式的變革。本文基于現代產業學院的創新發展理念，以為范例，從課程體系建立、相關資源集成、教學模式實踐等角度，對安全應急類課程虛擬仿真實驗室的建設進行初步實踐，并探討其實際應用成果，以期為同類產業學院的實驗室建設提供有益參考。

一 課程體系建立

目前，設有安全工程、應急技術與管理兩個本科專業。在制定這兩個專業的培養方案時，學院均要求學生不僅需要具備扎實的理論基礎，還需具備在復雜多變的安全與應急環境中查明隱患、迅速響應、有效處置等實踐能力。實驗教學作為連接理論與實踐的橋梁，對于提升學生的綜合素養至關重要。然而，高危行業的特殊性使得傳統實驗教學難以覆蓋所有必要的實踐場景，限制了學生在真實環境中鍛煉和提升的機會。

針對上述問題，以培養高素質應用型人才為目標，以產業學院為載體，秉承“注重實踐、創新驅動、條理清晰、靈活開放\"的構建原則，建立了一個既符合行業需求又能有效應對實踐難題的課程體系。在制定與完善兩專業的培養方案時，將課程科學地劃分為通識教育課程、學科基礎課程、專業課程、個性培養課程和專業實踐類課程等多個類別。值得注意的是，這兩個專業的教學實踐環節總學分均為53.75學分，占總學分的比例為 31.43% ，這充分體現了學院對實踐環節的高度重視。由于課程種類較多，本文選取部分課程作為示例進行說明（圖1），以展示課程體系的具體情況。

在圖1（a）所示的安全工程專業課程體系中，除大學計算機基礎（通識教育課程）和大學物理（學科基礎課程）之外，其余課程均由自主開設。需要指出的是，在專業課程（如化工安全工程學、工業防火防爆技術、采煤概論、礦井通風和消防工程學）、個性培養課程（如工業特種設備）和專業實踐類課程（如礦井通風課程設計、消防工程學課程設計）之中，因涉及高風險、高成本或難以在現實環境中直接模擬的實驗操作（如危險化學品事故處置、火災爆炸模擬、礦井災害復現等），需要高度專業化的實驗條件與安全保障措施，故可以借助虛擬仿真實驗室進行教學實踐。

與安全工程專業相類似，在圖1（b）所示的應急技術與管理專業的課程體系構建中，也面臨著課程實踐的特殊需求。防災減災學、災害風險評估、地質災害學、災害監測與預警技術和應急救援與處置等課程，由于包含高風險模擬、復雜環境再現及高精度應急策略制定等復雜實踐環節，同樣需要虛擬仿真實驗室來輔助教學實踐。

在現代產業學院背景下，課程體系構建成為了安全應急類課程虛擬仿真實驗室建設與實踐中不可或缺的一環。通過建立課程體系，深人梳理與分析了哪些課程需要引入虛擬仿真技術，可為虛擬仿真實驗室的建設提供精確的需求導向，確保相關資源能夠有效集成并精準匹配課程的教學實踐。

二 相關資源集成

基于課程體系的需求分析，通過集成實驗資源、課程資源和師資資源，構建了一個模塊化、系統化的 VR+ 應急指揮與演練實驗教學體系，以有效提升教學質量和增強學生實踐能力，更好地發揮虛擬仿真實驗室在安全應急類課程教學實踐中的作用，為學生提供更加豐富、實用的學習體驗。

實驗資源集成是虛擬仿真實驗室建設的基礎。學院對 VR+ 應急指揮與演練實驗室進行了系統且全面的規劃。實驗室的核心由四套虛擬現實（VR）設備構成。這些設備在硬件層面集成了頭戴式顯示器（雙眼分辨率 2 880×1 600 ）手柄控制器、運動捕捉裝置（27個節點肢體捕捉和手指捕捉）及追蹤器（支持Steam定位技術）等關鍵組件。此外，為了保障虛擬環境的流暢性與數據處理的高效性，實驗室還配備了高性能計算機、大屏幕顯示器及高清攝像頭等設備。這些硬件設施的部署，不僅為后續虛擬環境模擬與數據分析奠定基礎，同時也體現了現代產業學院在技術與實踐深度融合方面的探索。

課程資源集成是虛擬仿真實驗室建設的關鍵。結合安全應急類課程的特點，對圖1所示的專業課程與個性培養課程進行了全面梳理，從中提取了適宜虛擬仿真教學的課程內容與教學案例。針對各課程中相同或相近的虛擬仿真內容（如煤礦事故救援、火災逃生演練、化學品泄漏應急處置等），采用統一且易于操作的虛擬仿真資源。該資源包含多個模塊化的VR場景軟件，具體見表1。對于那些獨特且難以與其他內容融合的虛擬仿真需求（如工業特種設備課程中的鍋爐爆炸模擬），則鼓勵高年級專業學生在教師指導下組建團隊，采取“項目制學習”的方式，自主開發虛擬仿真內容。盡管初期的開發成果可能尚不完善，但通過引入相關科技公司的專業指導，不僅促進學生實踐與創新能力的提升，還有效豐富了虛擬仿真資源庫的廣度與深度，實現了課程資源的高效整合與創新應用。

師資資源集成是虛擬仿真實驗室建設的支撐。采取了多項措施，以確保虛擬仿真實驗室在安全應急類課程教學實踐中發揮最大效用。首先，高度重視優化師資結構。學院通過推行“校外導師\"制度，引進具有豐富實踐經驗的安全應急領域專家和行業精英，將行業前沿的知識、技術和實際案例融入虛擬仿真實驗室建設之中，與現有教學團隊緊密合作，共同設計與開發出具有實踐意義的虛擬仿真實驗項目。其次，加強師資培訓與發展。學院通過參加安全與應急類專業技能競賽、實踐創意大賽、公共案例大賽等活動，提升指導教師的專業素養和教學技能，特別是對虛擬仿真技術操作與應用能力進行重點培養。最后，建立跨學科合作機制。學院通過組建跨學科教學團隊，推動不同專業背景教師之間的交流與合作，共同設計和開發綜合性的實驗項目和課程模塊，拓寬知識視野，培養跨學科思考和解決問題的能力。

三 教學模式實踐

由于安全應急類課程種類較多，以防災減災學（專業課程）為例，闡述其基于現代產業學院虛擬仿真實驗室的教學實踐模式。該課程系統講授了各類自然災害和人為災害的危害、防治措施及減災策略等內容，旨在全面提升學生的災害應對能力[。依據培養方案與教學大綱的要求，課程精心設計了地震預警與應急疏散、火災預警與疏散兩項重要的實踐教學環節。

為更好地達成教學效果，實踐環節采用了理論教學與場景模擬相結合的模式，并將其細分為知識導入、模擬演練和評價反饋三個階段。在知識導入階段，課程通過視頻講解的方式，系統介紹了地震的成因、地震波的傳播原理、減輕地震災害的基本對策、高層建筑火災發展特點及滅火裝備的使用方法等基礎知識，為后續階段奠定了堅實的理論基礎；在模擬演練階段，學生佩戴VR設備，身臨其境地進入預設的災害場景劇本，包括地震預警與應急疏散、高層建筑火災逃生等場景。在接收到地震或火災的預警信息后，學生需迅速運用所學知識判斷災情，合理規劃并執行疏散路線。在火災疏散場景中，學生還需學習并實踐如何正確使用滅火器、濕毛巾等防護工具。同時，系統會記錄學生的逃生路徑、反應時間等關鍵數據，為后續的評價提供依據;在評價反饋階段，教師組織學生就模擬演練中的決策效果進行討論，鼓勵學生分享經驗、反思不足。學生則需根據演練經歷撰寫實驗報告，總結所學知識與技能的運用情況。

為深入評估虛擬仿真實驗室在防災減災學課程教學中的應用效果，對近兩屆（應急21級與22級）學生的期末成績進行了對比分析。成績評定采用五級制度，具體如圖3所示。

由圖3可知，盡管兩屆學生在不及格（ lt;60 分）的比例上相對接近，但在其他分數區段卻呈現出顯著的差異。具體而言，22級學生在及格（60＼～69分）和中等（70＼～79分）區段的比例有所下降。與此同時，在良好（80＼～89分）及優秀（90＼～100分）這兩個更高的級別上，22級學生展現出明顯的提升趨勢，尤其是優秀級別的學生比例實現了大幅度增長。

這一成績分布的顯著變化，與現代產業學院虛擬仿真實驗室的建設時間高度一致，表現出密切的同步性。同時，22級學生的普遍反饋也充分體現了現代產業學院虛擬仿真實驗室在防災減災學課程教學中所發揮的關鍵作用及顯著成效，認為該實驗室不僅有助于他們更好地理解和掌握相關理論知識，還通過高度仿真的模擬環境，有效地提升了實際操作中的應對能力與問題解決技巧。由此可知，這種將理論知識學習與虛擬仿真實踐緊密結合的教學模式，激發了學生的學習熱情，促進了學習效率的提升。

四 結束語

本文以為例，從課程體系建立、相關資源集成和實踐教學模式等角度，對安全應急類課程虛擬仿真實驗室的建設進行了全面而深人的探索。通過建立多元化實踐教學體系、集成多種教學資源、采用理論教學與虛擬仿真相結合的教學模式等手段，有效提升了教育教學質量與學生實踐能力。特別是通過對比21級與22級學生的期末成績，實證了虛擬仿真實驗室在防災減災學等安全應急類課程教學中的顯著應用效果。未來，隨著技術的不斷進步和應用的持續深化，虛擬仿真實驗室將在現代產業學院建設中發揮更加重要的作用，為培養更多具備實踐能力與創新精神的高素質應用型人才提供有力支撐。

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