公安院校交通材料虛擬仿真實驗教學探索與實踐

虛擬仿真實驗是一種基于計算機技術和模擬算法的實驗教學方法，通過構建交互式界面，為學生提供具有真實性的實驗操作和體驗。該方法具有交互性和安全性強、資源消耗低、節約空間等顯著優勢，同時能夠拓寬學生的知識視野，促使學生主動思考問題，促進知識融合和實操能力提升，從而優化實踐教學效果。工信部、教育部等多部門發布的《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026年）》，要求建設虛擬現實課堂、教研室、實驗室與虛擬仿真實訓基地，推動教學模式升級。

公安院校的交通管理工程專業屬于工學類公安技術學科的本科專業。當前，公安機關對該專業畢業生的綜合素質能力要求不斷提高。課程教學團隊所在的浙江警察學院交通管理工程專業積極應用數字化技術賦能課程教學，建設自主探究、協作學習的沉浸式課堂，充分發揮虛擬仿真實驗的優勢，針對實踐教學普遍存在的大型實驗儀器高成本、高消耗、高危險等問題，設計開發了系列虛擬仿真實驗，構建虛實結合和交叉融合的教學體系和育人模式，可用于線上、線下以及線上線下混合式教學場景。

交通材料課程是面向交通管理工程專業本科生開設的一門專業選修課程，具有多學科交叉、理論實踐緊密結合等特點，旨在讓學生通過學習交通材料的結構和性能，具備利用專業知識和技能對交通基礎設施和交通事故物證進行分析的能力。課程教學團隊將交通事故現場微量物證分析實驗作為實踐教學改革的切人點，通過虛擬仿真技術重塑課程內容，創新教學方式，為本科生專業能力和職業素養的提升提供了有力支撐。

一、課程教學現狀

結合學校“培養更加忠誠可靠、更加專業敬業、更加融通復合的高素質公安應用人才”的培養目標和專業特色，本課程著力培養該專業學生的跨學科知識融合能力。傳統的交通事故現場微量物證分析實驗教學主要是由教師布置一個模擬交通事故現場，學生分組進行微量物證的發現、提取分析和鑒定等實驗操作。實驗在開展中往往存在以下問題。第一，受場地和實驗器材限制，可使練習的模擬場景和微量物證非常有限。這不僅影響學生實驗操作的效果，還無法覆蓋所學的基礎知識，為學生后續學習和研究帶來一系列的問題。第二，由于大型實驗儀器設備數量有限，需要學生分組進行實驗，無法做到每個學生都能操作儀器，嚴重影響了教學效果。第三，實驗通常以小組的形式開展，教師無法準確地對每個學生的參與度和完成度進行評價，致使實驗成績賦分科學性不足。為了解決以上問題，提高教學成效，課程教學團隊圍繞交通事故現場微量物證，研發虛擬仿真實驗教學系統，打造交互式平臺，實現課堂教學與互動體驗的相互融合。

二、虛擬仿真實驗教學平臺的構建

交通事故現場微量物證分析虛擬仿真實驗教學平臺的設計和開發由浙江警察學院與某公司共同完成，此前市場上并無此類平臺。該教學平臺的學習內容包括交通事故現場微量物證的理論知識，以及依托實際案例設計的交通事故模擬案件，供學生開展物證發現、提取、分析和鑒定等實驗操作。

（一）功能構成

平臺包括知識課堂和虛擬仿真實驗兩部分。知識課堂學習內容包括交通事故現場微量物證種類、特征，以及提取、分析和鑒定的程序。平臺設有調查模式和檢測模式。調查模式設定四個事

基金項目：浙江省“十三五”高校虛擬仿真實驗教學項目；浙江省自然科學基金項目（編號：LTGC24B050007）

作者簡介：周婧（1985—），女，浙江警察學院交通管理工程學院副教授，研究方向為智能交通與材料。

故現場，每個事故現場都有完整的故事線，需要學生根據現場提取的微量物證進行檢測分析，從而實現交通事故案件的偵破；檢測模式則可以進行檢驗分析。兩種模式可以滿足不同課程、不同學生的學習需求。平臺會根據學生的操作及結果自動生成考核分數。學生可查看各項得分細節，便于了解自己對知識點的掌握情況。同時，教師可在后臺實時查看，對學生的學習情況進行統計分析，及時全面掌握學情。

（二）操作流程

平臺根據事故車輛數量、是否逃逸、是否有人員傷亡等參數將實驗難度分為四級，并提供預設的事故場景。學生可以在場景中“漫游”，從不同的角度觀察現場，勘查現場環境、車輛、人員、散落物等。學生需要在事故場景中對發現的微量物證進行圈點，并根據物證的狀態選擇合適的提取和保存方式。平臺通過學生的圈點位置和相應判斷來評定學生得分，增強學生的參與感和體驗感，同時完成過程性評價。物證檢測與分析則依據教學內容及實驗數據，要求學生對分步驟實驗及整體結論數據進行仿真模擬，主要包括紅外光譜檢測、紫外可見吸收光譜檢測、掃描電子顯微鏡及能譜檢驗等內容。學生在交互過程中模擬真實操作，系統依據學生的操作生成測試結果。此過程有助于學生掌握操作技能以及結果分析方法。

（三）系統特色創新

一是實驗設計思路創新。該虛擬仿真實驗以真實的交通事故為背景，讓學生在平臺上偵破交通事故案件，還原事故真相，達到交通事故現場取證和分析的目標。同時，虛擬仿真實驗可以避免現實實驗的諸多問題，其過程具有可重復、安全性高、低消耗等優點。

二是教學方法豐富。課前，學生可以登錄虛擬平臺，觀看學習視頻、查閱實驗說明書、參與社區板塊討論等，進行實驗操作的預習和自學。課中，學生主要通過對微量物證的取證及檢驗分析，完成交通事故現場微量物證的發現、分析和鑒定等任務。課后，學生可以在虛擬平臺上交流實驗心得、討論重難點以及復習等。該過程以學生為主體，教師扮演著組織者、引導者和監督者的角色。

三是評價體系科學。在傳統的實驗教學中，由于學生數量多，教師無法全面掌握每個學生的實驗過程，通常只能根據實驗結果對學生進行評價。而虛擬仿真實驗教學平臺可以對每個學生的實驗情況進行記錄，通過制定考核指標，給出分步成績和總體考核分數。評價注重過程性操作與科學性結論相結合，是一個較為完善的閉環評價方法

三、虛擬仿真實驗教學平臺的應用成效

本虛擬仿真實驗教學平臺針對公安院校交通管理工程專業交通材料課程的教學要求定制開發，通過“以虛補實、虛實結合”的方式，有效彌補了現有理論教學和實踐教學的不足，有力支撐了相關課程的建設和專業人才培養。實驗內容根據實際案例編寫設計，充分體現實戰化教學要求。學生在深化對知識點的理解和應用、加強知識儲備的同時，鍛煉了解決實際問題的能力，滿足公安工作對人才培養的需求。學生通過虛擬仿真實驗平臺進行全流程操作，實現課前、課中、課后學習有效串聯，充分調動了學習的主動性，獨立思考和分析能力得到強化，課堂參與感更高。該平臺還突破了傳統實驗教學在場地、實驗器材等方面的限制，有助于學生對課程知識的掌握。平臺自2021年投入使用，已累計教學600多學時，瀏覽數超3000次，深受學生歡迎，教學評價良好。此外，該平臺還可用于在職民警培訓以及中學生拓展學習等。

四、結語

虛擬仿真技術的應用是對公安院校實踐教學的有益補充。交通事故現場微量物證分析虛擬仿真實驗教學平臺根據真實案例設計交通事故現場，學生根據現場提取的微量物證進行檢驗鑒定，完成交通事故案件的偵破。將虛擬仿真技術應用于交通事故現場微量物證分析的實驗教學中，實現虛實結合，形成自主式、交互式、沉浸式的學習模式，有助于學生理論與實踐相結合，促進教學成效的提升。課程教學團隊的教學探索和實踐解決了傳統實驗教學中的痛點和難點，也為其他課程的實驗教學提供了參考。

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責編：初心