郭明　王沫涵

摘? 要：核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練是核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該文針對(duì)傳統(tǒng)核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，分析目前核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)與困難，構(gòu)建涵蓋實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、實(shí)踐教學(xué)條件、實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)和實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)等要素的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)模式；結(jié)合具體的教學(xué)案例，對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)模式如何運(yùn)用于核事故實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行研究和探索。結(jié)果表明，結(jié)合沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)踐教學(xué)與訓(xùn)練的生動(dòng)性和真實(shí)感極大增強(qiáng)，教學(xué)訓(xùn)練效果明顯改善。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；虛擬現(xiàn)實(shí)；核事故應(yīng)急；教學(xué)條件；教學(xué)評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：G641? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）14-0115-05

Abstract： Teaching training of nuclear accident emergency practice is a key link in the training of emergency response capabilities at the nuclear accident site. In response to the characteristics and difficulties of traditional practical teaching in nuclear accident emergency response， a virtual reality-based practical teaching model is constructed， which contains elements such as practical teaching objectives， practical teaching conditions， practical teaching activities and practical teaching evaluation. Through specific teaching cases， we have studied and explored how to use the virtual reality-based teaching model in practical teaching. The results show that combined with immersive virtual reality technology， the vividness and realism of practical teaching and training have been greatly enhanced， and the effect of teaching and training has been significantly improved.

Keywords： practical teaching; virtual reality; nuclear accident response; teaching conditions; teaching evaluation

核事故應(yīng)急類(lèi)課程是核專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)課程，是一門(mén)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。除了要求學(xué)生掌握核事故應(yīng)急處置的相關(guān)知識(shí)，還要求學(xué)生具備一定的核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置與指揮能力。長(zhǎng)期以來(lái)，受眾多因素限制，核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練只能依托課堂來(lái)實(shí)現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容以單兵核應(yīng)急裝備操作訓(xùn)練為主，缺乏全流程的多人協(xié)同應(yīng)急處置綜合教學(xué)與訓(xùn)練；同時(shí)，由于缺少逼真的教學(xué)訓(xùn)練場(chǎng)景，難以達(dá)到實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)訓(xùn)練效果。

虛擬仿真技術(shù)為解決上述問(wèn)題提供了新的思路。早在1983年，美國(guó)陸軍開(kāi)發(fā)了SIMNET坦克VR訓(xùn)練模擬器，該模擬器對(duì)當(dāng)時(shí)美軍的M1主戰(zhàn)坦克從設(shè)備和工作狀態(tài)進(jìn)行逼真的仿真模擬，能夠模擬實(shí)戰(zhàn)條件下的仿真訓(xùn)練[1]。步入新時(shí)代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、可視化技術(shù)、大型三維實(shí)景建模技術(shù)等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)在應(yīng)急救援培訓(xùn)中得到了廣泛應(yīng)用。2014年，法國(guó)衛(wèi)生部新建一個(gè)名為“3D-SC1”的用于戰(zhàn)場(chǎng)救援的VR項(xiàng)目，該項(xiàng)目隸屬于“戰(zhàn)斗救援計(jì)劃”。參訓(xùn)人員可在利用VR技術(shù)構(gòu)建的實(shí)戰(zhàn)化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)救傷應(yīng)急從個(gè)人掩護(hù)—傷情判斷—確定傷員救治等級(jí)—戰(zhàn)場(chǎng)急救處置的全流程訓(xùn)練，取得較好效果[2]。劉雄等[3]依托VR技術(shù)，以Unity3D為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了面向煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援VR培訓(xùn)系統(tǒng)，通過(guò)逼真的場(chǎng)景和虛擬交互，能夠讓參訓(xùn)人員快速了解礦山火災(zāi)救援流程，掌握火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置方法；潘衛(wèi)軍等[4]基于VR技術(shù)構(gòu)建了機(jī)場(chǎng)應(yīng)急救援虛擬訓(xùn)練平臺(tái)，能夠模擬典型機(jī)場(chǎng)事故災(zāi)害場(chǎng)景，對(duì)于提升機(jī)場(chǎng)應(yīng)急分隊(duì)的應(yīng)急處置能力具有明顯效果。由于VR技術(shù)具有的低成本、高仿真、無(wú)傷害特性，其在軍事[5-7]和教育培訓(xùn)[8-11]領(lǐng)域也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

針對(duì)核事故應(yīng)急類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)模式，并以某應(yīng)急裝備的實(shí)踐教學(xué)為案例，分析了實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

一? 核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)

核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練場(chǎng)景可分為物理場(chǎng)景與事故場(chǎng)景組成。當(dāng)前核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)的物理場(chǎng)景主要在實(shí)驗(yàn)室，其與真實(shí)的核事故發(fā)生地差異是巨大的，而且由于學(xué)生對(duì)真實(shí)的核裝備、核設(shè)施了解較少，對(duì)其有限的了解僅僅來(lái)源于教師課堂提供的多媒體素材。訓(xùn)練場(chǎng)景的失真造成學(xué)生對(duì)整個(gè)技能訓(xùn)練的代入感和參與感明顯降低，教學(xué)訓(xùn)練效果明顯不佳。

教學(xué)訓(xùn)練場(chǎng)景另一個(gè)很重要的方面是事故場(chǎng)景，由于對(duì)人體有傷害性，且難以控制，通常情況下核事故場(chǎng)景是很難物理復(fù)現(xiàn)的。因此，在進(jìn)行實(shí)踐課程教學(xué)訓(xùn)練過(guò)程中，事故場(chǎng)景也是需要學(xué)生進(jìn)行假想的。對(duì)于單兵實(shí)裝操作技能訓(xùn)練中，由于事故源的缺乏，大部分應(yīng)急設(shè)備的操作也僅能訓(xùn)練規(guī)定的操作流程，儀器顯示出的結(jié)果為無(wú)事故環(huán)境下的結(jié)果。此外，由于事故是對(duì)人體有一定傷害的，現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急處置人會(huì)具有明顯的心理變化，因此心理訓(xùn)練也是事故應(yīng)急處置訓(xùn)練的重要組成部分。事故場(chǎng)景的失真會(huì)淡化這種心理變化，使得整個(gè)訓(xùn)練失真，無(wú)法達(dá)到既定的訓(xùn)練目標(biāo)。

二? 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)模式構(gòu)建

教學(xué)模式是教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其往往需要結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)理論和教學(xué)技術(shù)手段?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)模式的構(gòu)建應(yīng)該以功能框架為基礎(chǔ)，以實(shí)際核事故應(yīng)急流程為依據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生在訓(xùn)練情境中自主思考與學(xué)習(xí)的能力?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)模式主要由實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、實(shí)踐教學(xué)條件、實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)和實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)組成，其框圖如圖1所示。

（一）? 實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)活動(dòng)的第一要素，它決定著教學(xué)活動(dòng)的組織方式。虛實(shí)一體的最終目的是通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)和實(shí)裝實(shí)訓(xùn)結(jié)合的方式，使學(xué)生具備一定核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置技能。實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)可分為人才培養(yǎng)總目標(biāo)、課程教學(xué)目標(biāo)、具體實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)的基本框架如圖2所示。

人才培養(yǎng)總目標(biāo)一般是根據(jù)人才培養(yǎng)方案制定的具體培養(yǎng)目標(biāo)，是課程教學(xué)目標(biāo)的上位目標(biāo)，并對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)和具體三維目標(biāo)起著方向指導(dǎo)作用。教學(xué)目標(biāo)是總目標(biāo)的進(jìn)一步細(xì)化，它是為實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)而設(shè)置的。課程教學(xué)目標(biāo)受人才培養(yǎng)總目標(biāo)的制約，是人才培養(yǎng)總目標(biāo)在課程層面的具體化。具體實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo)則是課程教學(xué)目標(biāo)在施訓(xùn)過(guò)程中在知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度的進(jìn)一步細(xì)化。在專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)中，具體實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo)是課程施教的落腳點(diǎn)。

（二）? 實(shí)踐教學(xué)條件

實(shí)踐教學(xué)條件指實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)所需的各種軟硬件條件，主要包括虛擬實(shí)訓(xùn)條件、實(shí)裝教學(xué)條件及實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)資源，如圖3所示。

（三）? 實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)

實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)規(guī)定了教學(xué)過(guò)程中老師與學(xué)生的主要任務(wù)及教學(xué)活動(dòng)步驟，實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)堅(jiān)持“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的原則，其基本流程如圖4所示。

（四）? 實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)

實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)一般從評(píng)價(jià)主體與評(píng)價(jià)方式兩個(gè)方面展開(kāi)。評(píng)價(jià)主體方面，除傳統(tǒng)的教師評(píng)價(jià)外，應(yīng)增加學(xué)生互評(píng)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性；評(píng)價(jià)方式上，除了傳統(tǒng)的終結(jié)性評(píng)價(jià)，還增加形成性評(píng)價(jià)方式，重點(diǎn)對(duì)學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練中的每個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的參與情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三? 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)案例

根據(jù)核事故應(yīng)急課程實(shí)踐教學(xué)要求，其實(shí)踐教學(xué)分為實(shí)訓(xùn)與實(shí)作兩種形式，包括應(yīng)急裝設(shè)備的使用、典型事故場(chǎng)景全流程綜合演練、應(yīng)急預(yù)案編制與推演共三類(lèi)實(shí)踐教學(xué)科目，其中前兩類(lèi)屬于實(shí)訓(xùn)，第三類(lèi)屬于實(shí)作。實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)急裝設(shè)備的使用科目為所有應(yīng)急處置的基礎(chǔ)技能，是整個(gè)課程實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)也是基礎(chǔ)。下面以某型氣溶膠監(jiān)測(cè)儀的使用為例，介紹基于虛擬現(xiàn)實(shí)的核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）? 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)際教學(xué)中，可以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、情境創(chuàng)設(shè)”為原則對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，將課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)貫穿在問(wèn)題之中，便于學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的掌握，利于實(shí)踐技能的形成。

典型的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)包括實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)方法和教學(xué)小結(jié)四個(gè)部分。其中，教學(xué)目標(biāo)要簡(jiǎn)潔扼要，明確清晰表達(dá)通過(guò)實(shí)踐教學(xué)學(xué)生應(yīng)該掌握的知識(shí)與能力，目標(biāo)設(shè)計(jì)需要考慮層次性，既體現(xiàn)學(xué)生理解、記憶知識(shí)等“低級(jí)思維能力”目標(biāo)，又要體現(xiàn)分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等“高級(jí)思維能力”目標(biāo)；教學(xué)任務(wù)注意層次化設(shè)計(jì)，可遵循由易到難的基本原則，通過(guò)簡(jiǎn)單的任務(wù)提升學(xué)習(xí)的興趣與成就感，再到高階任務(wù)提升素質(zhì)能力；教學(xué)方法以自主探究與團(tuán)隊(duì)合作相結(jié)合，既注重個(gè)人能力又強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；最后的教學(xué)小結(jié)，既包括課中的點(diǎn)評(píng)與指導(dǎo)，也包括課程結(jié)束前對(duì)整個(gè)課程的總結(jié)講評(píng)。以某型氣溶膠監(jiān)測(cè)儀的使用為例，其實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

（二）? 實(shí)踐教學(xué)實(shí)施

在進(jìn)行某型氣溶膠監(jiān)測(cè)儀實(shí)踐教學(xué)時(shí)，除了需要掌握儀器基本理論知識(shí)，還需要通過(guò)實(shí)操訓(xùn)練來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的裝備實(shí)操與維護(hù)能力，同時(shí)鞏固理論知識(shí)。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，教師先進(jìn)行相關(guān)理論知識(shí)的回顧，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。在學(xué)生訓(xùn)練過(guò)程中，教師還需從旁監(jiān)督與指導(dǎo)；學(xué)生的任務(wù)就是在充分回顧基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，并在施訓(xùn)中完成理論知識(shí)和實(shí)操技能的固化，主要實(shí)踐教學(xué)實(shí)施過(guò)程見(jiàn)表2。

通過(guò)課前視頻，利用碎片化的時(shí)間回顧氣溶膠監(jiān)測(cè)的基本理論與方法，在課堂上通過(guò)深度融合沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)構(gòu)建的與現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境一致的虛擬場(chǎng)景中完成核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急氣溶膠監(jiān)測(cè)等實(shí)訓(xùn)教學(xué)與訓(xùn)練任務(wù)。通過(guò)沉浸式可交互訓(xùn)練方式的引入，極大地增加了實(shí)踐教學(xué)與訓(xùn)練的生動(dòng)性和真實(shí)感，能夠明顯改善教學(xué)訓(xùn)練效果。

四? 結(jié)束語(yǔ)

核事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置能力培養(yǎng)是核事故應(yīng)急類(lèi)課程能力培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一。傳統(tǒng)的核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)方式難以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置能力培養(yǎng)起到有效支撐。本文在分析了目前核事故應(yīng)急實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，以沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了涵蓋實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、實(shí)踐教學(xué)條件、實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)和實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)等要素的虛實(shí)一體的實(shí)踐教學(xué)模式，并通過(guò)具體的教學(xué)案例探索了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)模式的組織與實(shí)施。教學(xué)實(shí)踐效果表明，結(jié)合沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，增加了實(shí)踐教學(xué)與訓(xùn)練的生動(dòng)性和真實(shí)感，能夠明顯改善教學(xué)訓(xùn)練效果。

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基金項(xiàng)目：軍隊(duì)院校教學(xué)成果立項(xiàng)培育項(xiàng)目“核事故應(yīng)急課程實(shí)踐教學(xué)改革”（NUE2020009）

第一作者簡(jiǎn)介：郭明（1979-），男，漢族，江西遂川人，博士，副教授。研究方向?yàn)楹思夹g(shù)應(yīng)用與核安全管理。

*通信作者：王沫涵（1980-），女，漢族，山東威海人，碩士，講師。研究方向?yàn)閼?yīng)急管理。