基于虛擬仿真的軍隊院校突發(fā)環(huán)境污染應急技術實踐課程改革

袁馨 秦冰 林源野 彭小紅

摘? 要：虛擬仿真實驗教學是高校實現實驗教學深化改革和教育教學信息化的重要內容。將虛擬仿真技術與傳統教學相融合，可以很好地解決軍隊院校傳統訓練中復雜戰(zhàn)場環(huán)境難構建、危險環(huán)境下難訓練等問題，讓學員在虛擬的突發(fā)環(huán)境污染場景中進行應急技能訓練和協同演練，有利于提高實驗教學效果，提升受訓學員應急處突能力，推動軍事教育高質量發(fā)展。

關鍵詞：虛擬仿真；突發(fā)環(huán)境污染；課程改革

中圖分類號：TP391.9；G434 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2023）03-0184-04

Practice Curriculum Reform of Sudden Environmental Pollution Emergency Technical in Military Academies and Universities Based on Virtual Simulation

YUAN Xin， QIN Bing， LIN Yuanye， PENG Xiaohong

（Department of Military Facilities， PLA Army Service College， Chongqing 401331， China）

Abstract： Virtual simulation experimental teaching is an important part of the deepening reform of experimental teaching and the information of education and teaching in academies and universities. The integration of virtual simulation technology with traditional teaching can well solve the problems of difficult construction of complex battlefield environment and difficult training in dangerous environments in the traditional training of military academies and universities， so that trainees can carry out emergency skills training and collaborative exercises in virtual sudden environmental pollution scenarios， which is conducive to improving the effectiveness of experimental teaching， improving the emergency response ability of trainees， and promoting the high-quality development of military education.

Keywords： virtual simulation; sudden environmental pollution; curriculum reform

0? 引? 言

突發(fā)環(huán)境污染事故是指環(huán)境質量偏離穩(wěn)態(tài)時環(huán)境質量隨之變化，若在極短時間內激烈“擾動”，即發(fā)生“瞬態(tài)局部嚴重污染”[1]。隨著工業(yè)化進程的不斷加快，我國突發(fā)環(huán)境污染事件已經進入高發(fā)期，是社會“非常態(tài)”中的“常態(tài)”，并且數量呈現逐年增長的趨勢。此外，在國家沖突中，極可能因為打擊核電廠、化工廠、大型危險品倉庫、油氣田等目標，或使用核生化武器造成嚴重的突發(fā)環(huán)境污染事故。

突發(fā)環(huán)境污染事故具有發(fā)生時間突然性、污染范圍不確定性、負面影響多重性、健康危害復雜性、處理處置艱巨性等特點。軍隊具有高度集中、反應迅速、組織性強、紀律嚴明等特點，不僅具有武裝集團的優(yōu)勢，也有專業(yè)突擊的長處，是國家應急處突的重要力量。近年來，我軍組建了抗洪搶險應急部隊、地震災害緊急救援隊、核生化應急救援隊、空中緊急運輸服務隊、交通應急搶險隊、海上應急搜救隊、應急機動通信保障隊、醫(yī)療防疫救援隊共8支應急專業(yè)力量，但突發(fā)環(huán)境污染事故應急處理專業(yè)人才的培養(yǎng)和培訓未引起足夠重視。因此，我院向軍事設施專業(yè)學員開設了突發(fā)環(huán)境污染事故應急處理課程。

1? 課程現狀分析

1.1? 課程定位與目標

原后勤工程學院自2012年開始向環(huán)境工程專業(yè)本科學員開設“突發(fā)環(huán)境污染應急處理”課程。目前，該課程為軍事設施專業(yè)本科學員首次任職課程。

“突發(fā)環(huán)境污染應急處理”課程總體目標是學員系統掌握突發(fā)性環(huán)境污染事故防范與應急處理的基本理論，了解突發(fā)性環(huán)境污染事故分類、管理、評價等相關基礎知識，熟悉常見的突發(fā)環(huán)境污染應急監(jiān)測與處理技術，基本具備應對突發(fā)性環(huán)境污染事故、開展相關處置工作的能力[2]。

1.2? 課程教學內容

突發(fā)環(huán)境污事故的發(fā)生在對環(huán)境造成污染的同時，嚴重危及人及動物的生命安全和財產安全。因此，對突發(fā)環(huán)境事件進行系統性研究，不斷總結經驗教訓，提高事件防范和應急處理能力十分重要。根據教學目標，本門課程教學內容主要分為三大模塊：（1）理論教學。包括突發(fā)性環(huán)境污染危險源識別與評價，突發(fā)性環(huán)境污染應急準備與響應，突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測，突發(fā)性環(huán)境污染應急處理技術，應急決策支持系統基礎等內容。（2）案例分析。從國內外近50年發(fā)生的水、土壤、大氣污染等突發(fā)環(huán)境污染事故中，選取近20個典型案例作為教學內容，結合案例解析 、情境式教學進行典型案例教學。（3）實踐教學。依托某化工園區(qū)突發(fā)水污染三級防控系統進行參觀見學，并對不同想定條件下突發(fā)環(huán)境污染進行應急監(jiān)測、應急處置預案的制訂。

1.3? 實踐教學中存在的問題

實踐教學以培養(yǎng)學員理論聯系實際的能力、發(fā)現問題和解決問題的能力、崗位任職的能力為目標，是貫穿在高等教育整個教學計劃過程中的一個系統工程?！巴话l(fā)環(huán)境污染應急處理”是一門實踐性非常強的課程，因此，在實施教學時，不僅僅只注重于理論知識的理解，更應該強化實踐技能的訓練。雖然我們設置了參觀見學、想定作業(yè)、預案編制等實踐內容，但取得的效果并不太理想，筆者認為原因有三：（1）實踐教學內容缺乏軍事特色。對于軍隊院校的學員而言，課程內容不貼近實戰(zhàn)，不能對接崗位需求，學員就容易對課程產生疲勞感，從而慢慢失去興趣。（2）實踐課程缺少現場實驗、實踐的環(huán)節(jié)。學員只有置身于事故現場后，才能激發(fā)他們運用所學知識、技能真正地去解決問題，才能對本門課程有更深的理解，訓練出獨有的專業(yè)素養(yǎng)。實際環(huán)境安全事件中，由于其自身的危險性，往往會對學員造成嚴重的心理負擔，進而影響其應急處置行為，但是事件的危險性在日常實操訓練中是難以模擬的，這就成了學員掌握應急技術的最大掣肘。并且應急監(jiān)測、處理與處置的儀器裝備較為精貴，為了避免儀器裝備的損害，部分實驗只能設計為演示實驗，嚴重限制了學員對儀器設備的熟悉程度和操作技能的提升。（3）學員學習的主觀能動性差。即使教員花費更多的時間、精力去備課，把知識點以更好的方式展現出來，但由于學員缺乏學習內驅力，學習的唯一動力只有考試，考試一完，全部忘掉，也不能取得盡如人愿的教學效果。

2? 虛擬仿真的創(chuàng)新實踐教學

2.1? 虛擬仿真技術簡介

虛擬仿真技術于20世紀60年代出現，與傳感器技術、光學計算機、圖形學人工智能等領域關聯密切，隨著三維技術的發(fā)展，其應用效果不斷提高，為技術應用提供了有力支撐。當前，虛擬仿真技術以計算機為基礎，從聽覺、視覺、觸覺等方面進行一體化設計，在特定范圍內形成了非常真實的虛擬環(huán)境，用戶可以在自然狀態(tài)下或借助設備等方式于虛擬環(huán)境中完成對象交互，以此獲得身臨其境的體驗感[3]。

2.2? 創(chuàng)新實踐教學模式構建

虛擬仿真技術可以解決“突發(fā)環(huán)境污染應急處理”實踐教學中傳統實體實驗復雜戰(zhàn)場環(huán)境難構建、危險環(huán)境難訓練的問題，消除學員在突發(fā)環(huán)境污染事故現場實踐的安全隱患，避免實踐中對精密貴重儀器的損壞。

2.2.1? 虛擬仿真模擬戰(zhàn)場突發(fā)環(huán)境污染

本次實踐課程改革是依托我室《特種污染防治應急模擬訓練系統》（以下簡稱訓練系統）開展虛擬仿真實踐教學。訓練系統利用3DS MAX對不明飛行器墜落、恐怖襲擊、臟彈爆炸等場景進行模型的建立，然后導入UNREAL引擎中，完成信息和數據的交互功能設計以及模型的渲染等工作，學員通過佩戴專業(yè)級虛擬現實頭顯套裝來實現“互動化、高仿真、沉浸式”的效果[4]，污染防治應急模擬訓練系統如圖1所示。

在對突發(fā)環(huán)境污染應急技術課程的改革中，以臟彈爆炸事件應急監(jiān)測為例，利用虛擬仿真技術模擬某城市公園內發(fā)生一起嚴重爆炸事件，某恐怖組織聲稱對此事負責，并告知引爆了一顆大劑量“臟彈”。事發(fā)地附近人口密集，伴隨著3～4級偏北風，污染煙羽向周圍擴散，事態(tài)趨向嚴重。涉及的監(jiān)測項目包括煙羽測量、地面沉積調查、環(huán)境累積劑量測定、就地γ能譜分析、表面污染調查、個人監(jiān)測、各類樣品采集等。學員進入該模塊以后，根據事故現場位置、場地設施等基本情況，分析事故基本情況，準備相應監(jiān)測程序（穿戴防護用品、儀器裝備、工作表格等），出發(fā)前往事故現場，并根據不同時段的事故現場場景（初期、煙雨期、煙雨過后）進行應急監(jiān)測。監(jiān)測完畢后撤回，回收監(jiān)測人員個人劑量計與環(huán)境累積劑量計（TLD），執(zhí)行任務結束后的污染檢查，模擬臟彈爆炸場景如圖2所示。

在操作過程中，訓練系統對異常輸入具有容錯能力，并進行相應提示，訓練系統信息與數據交互如圖3所示。學員操作席之間、教員控制席與學員操作席之間，通過網絡交換機組成局域網實現教學管理與學員之間的協同式演練。操作結束后，訓練系統對學員各操作步驟進行評分。

虛擬仿真技術讓教員可以把傳統實驗中難以呈現的真實戰(zhàn)場突發(fā)環(huán)境污染場景遷移到課堂中，從而打破了傳統實踐教學中缺乏軍事特色的瓶頸和對客觀條件的依賴。

2.2.2? 傳統實踐與虛擬仿真相結合

傳統的實踐教學都有固定的模式，教員詳細地講解實驗內容和步驟，甚至進行操作示范，整個教學過程簡明、清晰，有利于學員對相對結論的認可、理解和記憶，也有利于教員對整個教學過程的控制。其弊端也顯而易見，學員按部就班進行實驗，在一定程度上抑制了學員學習的興趣。虛擬仿真教學，可以不受時間和空間的限制，任何時間能都進入虛擬場景開始相應的訓練，也不用考慮應急演練的空間局限性和實驗過程對精密儀器的損壞。除此之外，在虛擬世界中，學員還能夠體驗各種危險、有害因素而不用考慮安全性，通過自己的探索與思考，掌握真實事故場景下危險源的識別與評價、突發(fā)環(huán)境污染的應急監(jiān)測與處理。虛擬仿真教學多感知性、沉浸性、互動性等特點有利于激發(fā)學員學習的主觀能動性，使學員全身心的投入到課堂中去，推進教學活動。但虛擬仿真系統由于制作成本高，難度大、周期長，我們也沒有必要把每一個實驗，或實驗中每一個環(huán)節(jié)都構建在虛擬仿真系統中。仍以臟彈爆炸事件應急監(jiān)測為例，我們就可以采用傳統模式進行桌面推演，分解任務后在訓練系統中進行應急監(jiān)測的實驗。

不管是傳統實踐還是虛擬仿真，其目的是讓學員能將所學的理論知識應用于實際問題處理，并在此過程中考核學員的知識掌握度、操作的正確熟練度、解決問題的能力，從而提升學員的應急處突能力。“以虛補實”“虛實結合”，將虛擬仿真與傳統實驗教學有機結合，才能實現實踐教學的最大效益。

2.2.3? 構建多維度實踐考核模式

傳統實驗教學中，主要根據實驗報告的撰寫和實驗過程的操作進行評分。但部分學生并沒有參與其中，也能夠撰寫出實驗報告，因此分數存在一定的不公平性[4]。虛擬仿真技術促進了教學內容的重新設計和教學方式的改革，可以將實作訓練考核轉換為虛擬練習考核。訓練系統可以進行多種事故場景下多人協同完成任務的技能訓練與考核，同時全程記錄每一位學員的每一步實驗操作及用時，并根據教員預設的評分環(huán)節(jié)、評分標準對學員進行評分。因此，教員還可根據學員的預習情況、實驗過程、討論與思考情況、實驗報告質量等多維度進行更可觀和更全面考核評價。同時，教員可對學員學習過程中產生的大數據加以整理、對比，據此可進一步對虛擬仿真實驗進行改進和優(yōu)化[5]。

3? 結? 論

突發(fā)環(huán)境污染的應急處置專業(yè)性、時效性強，人的作用尤為關鍵，必須配備訓練有素的專業(yè)技術隊伍。近些年，在國家和軍隊的高度重視下，應急監(jiān)測、處理與處置的儀器裝備發(fā)展迅速，其數量與質量都有顯著提升，但是專業(yè)技術隊伍的培養(yǎng)與訓練方面卻明顯滯后。虛擬仿真融合傳統實踐的新型教學模式在應急技術人員的培養(yǎng)中有著得天獨有的優(yōu)勢。虛擬仿真技術讓學員安全地、不受時空限制地在平時和戰(zhàn)時突發(fā)環(huán)境污染現場進行實操訓練，有效提升了學員應急處突能力。正確運用虛擬仿真技術，配合軍隊院校課程改革，有利于培養(yǎng)應用型和創(chuàng)新型軍事人才。

參考文獻：

[1] 劉秀英.環(huán)境監(jiān)測 [M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 郭士茹，王輝，王誠林，等.虛擬仿真技術在高校不同學科中的實踐探索 [J].黑龍江科學，2022，13（5）：102-103.

[3] 吳斐，余佳靈，戴詩杰，等.基于虛擬仿真的應急救援技術課程改革 [J].高教學刊，2021，7（13）：135-139.

[4] 孫華，曲靜然，邵秀芝，等.虛擬仿真融合傳統教學提升“食品工藝綜合實驗”教學質量的研究 [J].農產品加工，2022（2）：118-120.

[5] 張寧，趙毅強，蘭馗博，等.“新工科”背景下關于虛擬仿真實驗的幾點思考和建議 [J].實驗技術與管理，2020，37（3）：185-188.

作者簡介：袁馨（1983—），女，漢族，四川安岳人，講師，碩士，研究方向：污染生態(tài)修復。

收稿日期：2022-09-26