秦 飞

（上海公安学院，上海 200137）

近年来，教育部在《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》《国家职业教育改革实施方案》《关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划》等文件中都提出了“一流的专业”的建设目标。根据相关文件精神，一流专业的建设主要由其培养目标和课程体系等要素构成，专业建设重点更侧重于一流的人才培养目标之上。为更好地对标国家教育改革精神，实现一流公安专业建设目标，国内公安院校加速推动了智慧教学改革。

一、对标一流专业建设的公安院校智慧教学深度应用

（一）1.0版教学内容智慧化元素融入

近年来，国际上提出了智慧城市（Smart City）的概念，即指利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量。①秦飞：《职业院校特色专业建设实践探索—以公安监所管理专业为例》，载《中国职业技术教育》，2020年第23期，第64至68页。随着智慧城市建设的加速推进，智慧交通、智慧治安、智慧社区、智慧监管等诸多公安警务工作内容变化，对智慧公安与智慧警务人才培养提出了新要求。根据现代智慧警务人才培养目标变化，1.0版智慧教学改革，最重要的是强化了教学内容的智慧化元素融入。为更好地提升公安院校人才培养质量，适应智慧公安警务工作变化，将智慧公安理念与新技术融入教学，从而提升公安院校智慧教学内涵建设，成为1.0版公安院校智慧教学改革的主要特征。

（二）2.0版在线教学技术智慧化应用

2.0版的课堂教学技术智慧化应用，是在1.0版教学内容智慧化元素融入基础上的提升，其最大特点是网络教学技术在课程教学中的普及应用。在这一阶段，以嘉课堂APP、超星在线课平台程等为代表的在线教学技术，推动了传统课堂教学模式的改革。一方面，将网络技术应用于课堂教学，在丰富了课堂教学资源同时，提升了课堂教学的互动性与吸引力。通过网络技术提升后的课堂教学，教师能够更好地掌握学生的学习情况，根据学生课堂反映，及时调整教学课堂策略；另一方面，推动了线上线下混合式教学改革，建设了一批高质量的在线课程。线上线下混合式教学改革，打破传统课堂教学的物理边界，在线教学模块化的设计理念，正成为课堂教学有力的补充。线上线下混合式教学改革，在给予了学生更多选择权与自主权的同时，也凸显了现代教学精细化、差异化的教学管理优势。

（三）3.0版智慧教学情境化深度改革

2017年7月，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》和《2017年教育信息化工作要点》等相关要求，深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用，着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平，教育部要求在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作。2019年3月，教育部、财政部《关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见》中提出“提升信息化水平，建设智慧课堂和虚拟工厂，广泛应用线上线下混合教学，促进自主、泛在、个性化学习”。根据国家教育发展计划，无论是普通本科高等教育，还是高等职业教育，借助虚拟仿真技术推动教学改革、提升教学与科研水平，已成为一种未来发展趋势。通过三维虚拟仿真技术支持，实现具备安全性、沉浸性、交互性、针对性等优势的智慧教学模式，构建起可控的、接近现实、多维一体化的学习与训练环境，是3.0版智慧教学情境化深度改革的具体特征。3.0版智慧教学情境化深度改革，是在吸收1.0版教学内容智慧化元素融入基础上，对2.0版课堂教学技术智慧化应用再一次改造与升级。

二、三维虚拟仿真技术在公安智慧教学中的应用价值

（一）情境化教学需求下的三维虚拟仿真技术应用

传统公安院校教学模式一般分为：课堂教学、校内实验实训与校外实验实训这三种模式。因为受场地、器材等硬件条件的限制，传统教学模式很难在短时间内，让学生在同一地点体验不同的环境条件。在课堂教学中，虽然能够应用到案例视频、图片等相关资料，但给予学生学习环境的情境化程度非常有限。而校内实验实训受限于场地、器材学校每年投入的限制，对于智慧公安技术的应用始终难以完全跟上实际更新换代的步伐，情境化程度在三种教学模式中处于中间水平。而校外实验实训对于实验实训的设计及课前准备要求非常高，在这三种教学模式中虽然情境化教学程度最高，但受限于通勤路途与课前准备需求，教学时间成本投入也是在这三种教学模式中最高的。

大量三维虚拟仿真技术的应用，如三维地图、AR/VR等新技术的应用，能够在课堂上创造出虚拟环境，供学生开展沙盘推演、角色扮演等互动环节，为学生开展实验实训提供了全新的环境与体验。三维虚拟仿真技术为传统课堂教学模式改变提供了更多的思路与技术支持。一方面，在三维虚拟仿真技术支持下的沉浸式虚拟环境教学设计，能够提供大范围视野的高分辨率及高质量的3D立体影像。其搭载了红外光学位置追踪交互单元，一般能够将50位以内学员（一个班级）同时带入虚拟世界，且师生教学过程不会被传统VR设备阻隔。并且，该平台支持多种模式一键切换以适用于虚拟教学、虚拟展示、虚拟实训等多种VR教学应用场景。在教学活动完成后，学员可通过VR设备，分组完成虚拟训练任务。通过高强度、高重复的虚拟实训积累实战经验，从而提升教学效果。另一方面，该平台通过整合操作手柄和无线头戴式设备的360°精确追踪技术、使用5G云推流技术呈现超逼真3D画质、立体声音效，在虚拟世界里为学员打造出超乎想像的真实体验。并且，学员在虚拟世界中可以和现实世界一样，通过组队协同完成训练任务。三维虚拟仿真技术能够实现在同一间教室内，不同教学场景之间的切换，通过预先设计的模拟案例、实验实训任务点模拟公安实战情境，较之传统公安院校教学模式有着情境化程度更高、教学场景切换时间投入更低的优势。

（二）实战化教学理念下的三维虚拟仿真技术支持

“实战化”教学是新词，然对其特定内涵进行梳理后不难发现， 其实质就是以往公安教育常言的“实践性”教学，只是随着公安工作和教育事业的发展变化，到了新时代其内容更丰满，更具立体感了。①周忠伟，周煜：《历史与未来：对公安院校实战化教学的回顾与思考》，载《江西警察学院学报》，2021年第2期，第124至128页。进入新时代、新阶段，面对日益复杂的社会形势和不断深化的警务变革，公安院校作为培养造就新时代公安事业高素质人才的重要阵地，承担着重要而特殊的使命，这也决定了公安院校的教学训练要按照习近平总书记所提出的“强化全警实战训练，锻造能打胜仗队伍”重要指示精神，要充分结合新时代特点进行改革与创新，大力开展实战化背景下的教学训练改革与创新。②王福柱，刘志勇，耿亚波：《实战化背景下的公安院校教学训练模式改革》，载《河北公安警察职业学院学报》，2021年第1期，第71至78页。在传统模拟演练出的复杂场所中，因为模拟学员缺乏实战经验，存在一定的训练安全风险，如果降低逼真度又难以达到预期的教学效果。

将公安实际教学中“难再现、高危险、高成本”的教学内容，通过三维虚拟仿真技术为载体，让学员借助先进的三维虚拟仿真技术、特别是沉浸的虚拟现实技术在虚拟世界中解决实际问题。以上海公安学院监管专业为例，通过建设“监所三维虚拟仿真实训系统”，能够为开展“监所重大疫情防控风险预警与评估”“监所模拟火情等灾害类事件的管控”“监所突发疾病类事件处置”等科目实训实验提供技术支持。以“智慧教学”改革提升“智慧监管”教学水平，提高学生从事监管工作的应变能力与心理素质，实现真实实验不具备或者难以完成的教学功能。在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。

（三）三维虚拟仿真技术支持下教学成本控制优势

基于三维虚拟仿真技术的智慧教学改革，成本投入主要分为三个部分，即：前期的硬件建设、三维虚拟仿真实验实训教学软件开发、软硬件日常维护与升级。前期的硬件设施建设，主要是完成沉浸式虚拟环境的基础设施建设。三维虚拟仿真实验实训教学软件开发，主要是根据三维虚拟仿真实验实训内容进行开发。沉浸式虚拟环境的基础设施建设包括：服务器、同步操纵控制器、位置追踪系统等硬件基础投入。三维虚拟仿真实训内容开发包括：模拟监所虚拟场景框架；模拟监所虚拟实训方案预设及演示功能框架；分组实训功能模块这三个部分。沉浸式虚拟环境的基础设施建设，为课堂虚拟课程显示提供载体支持。而三维虚拟仿真实训功能开发，主要是为实际所需的虚拟课程提供解决方案。

与传统实验实训教学模式的成本投入相比较，基于三维虚拟仿真技术的智慧教学改革具有以下几个方面成本投入优势。一是相较于传统实验实训的建设周期短，基础环境设施建设成本相对较低。基于三维虚拟仿真技术的智慧教学改革，无须根据公安实训实验环境需求大规模建设场地与设施，能够节约大量场地、硬件投入成本，缩短相应实训场所建设周期。二是能够实现高风险实验实训场景的低投入、低风险运作。三维虚拟仿真化的情境设计，能够将许多公安传统实验实训无法实现的危险场景再现，以相对较低的实验实训成本投入实现一些高风险的警务实战教学目标。例如，借助三维虚拟仿真技术对公安监所火情、台风等灾害下的人员疏散与安全管控开展模拟实验实训，师生通过三维模拟实验实训路径验证防控方案设计的合理性，掌握安全管控要点，实现传统实验实训模式投入大量人力、物力都难以实现的教学目标。三是日常维护与管理成本的进一步降低。基于三维虚拟仿真技术的智慧教学，主要通过软件实施，硬件损耗相对较少，类似于日常生活中使用的电脑，维护与管理成本都低于传统实训场所。四是智慧教学中应用智慧公安新技术周期更短、投入成本更低。在三维虚拟仿真技术支持下，能够打破以往智慧公安新技术应用的教学传统，无须购买警务装备实物，只需要将新技术、新装备通过三维虚拟仿真技术在应用场景中通过设计其实现其教学功能。在节约大量采购与维护资金的同时，还能够大幅度缩短新技术、新装备从生产、采购到应用于教学的周期，实现公安院校紧贴实战的教学管理目标。

三、基于三维虚拟仿真技术的公安院校智慧教学改革

（一）三维虚拟仿真技术支撑下的情境化教学模式改革

情境认知理论被称为第二代认知科学，该理论整合了教育心理学等学科的研究，强调认知主体、知识、情境之间的交互，在情境认知理论看来，情境在认知中有不可替代的作用，只有在一定的情境中，认知才有意义，认知不可能脱离情境单独存在。①阮杨晶，高燕，潘武玲，张帆：《情境认知视角下基于信息技术的军校实战化教学改革探析》，载《现代职业教育》，2021年第20期，第170至171页。认知的实质就是认知主体、知识、情境三者之间交互作用的过程。三维虚拟仿真技术支撑下的智慧教学，为情境化教学模式改革提供了有力的支撑。一是三维虚拟仿真技术打破了传统教学的课堂物理边界，能够将校内外实验实训场景引入改造后的智慧教室，借助三维地图、AR/VR等新技术的应用，在课堂上创造出虚拟环境，为学生提供了全新的教学环境与体验。二是集合了讲授、实训、实验三位一体的三维虚拟仿真情境化教学模式，能够为学生提供沙盘推演、角色扮演等互动环境。传统课堂教学的教师讲授、学生聆听模式被彻底打破，学生在角色扮演过程中开展体验式学习，知识点讲授、模拟实训、教学实验之间三者之间联系变得更加密切。三是三维虚拟仿真技术支撑下的教师教学更加灵活，教师可以通过三维虚拟仿真技术应用平台更加及时、精准地掌控学生学习情况。教师的课堂角色更像游戏管理者，根据学生的学习情况实时调整教学重点与教学难度，差异化的教学模式会在不同学习能力的学生团队之间体现的更加明显。

（二）三维模拟高风险实战情境设计下的模拟教学环境

三维虚拟仿真技术在公安院校智慧教学中的应用，具有很强的的针对性，对教学内容与实战设计的专业性非常高。鉴于模拟实战情境设计所需要投入的时间、人力与资源成本，模拟实战情境的设计方向主要聚焦于高风险、高难度的公安实战情境。而这些高风险公安实战情境一般也无法通过线下实验实训形式有效展开。一方面，三维虚拟仿真技术重点是要解决公安工作中，高风险实战情境的模拟训练难题。传统训练模式很难再现类似监所脱逃、暴狱、突发死亡等危险场景，无法让学员沉浸在高危环境中去体验。在传统的模拟高风险案例训练中，因为模拟学员缺乏实战经验，存在一定的训练安全风险，如果降低逼真度那么又达不到训练的预期效果。而三维虚拟仿真技术却能够将类似脱逃、暴狱、突发死亡等危险场景呈现在学生面前，通过一系列同态情境模拟，通过三维立体动态推演，最终实现高风险公安实战案例教学目标。另一方面，三维虚拟仿真技术能够为高风险、高难度公安实战方案验证提供技术支持。例如，通过模拟公安监所疫情的发现与传播路径，对现有监所疫情防控方案进行风险评估，根据验证结论完善隔离区域设置、人员救治与流动路线等相关防控方案。今后，三维虚拟仿真技术所能够提供的高风险实战情境，不仅能够为公安院校智慧教学改革提供支持，还能够为公安实战提供智力支持。

（三）实战经验与算法构建起三维模拟教学的案例设计

在“大数据，小定律”技术范式下，人们以量子力学为基础，利用规则由小数据产生大数据，再由大数据练就“小定律”，通过“小定律”精准地掌握知识，人工智能算法正是利用了这种“大数据，小定律”技术范式。①郑智航：《人工智能算法伦理危机与法律规制》，载《法律科学（西北政法大学学报）》，2021年第1期，第14至26页。这种技术范式要求算法建立在概率统计的数理基础上，并通过智能化的机器依据特定场景、语境和实用需要，从海量的“大数据”中，随机提取特定的“小定律”，从而对行为形成一种反馈机制。②余成峰：《法律的“死亡”：人工智能时代的法律功能危机》，载《华东政法大学学报,2018 年第2期，第9页。一方面，实战经验与算法构建起模拟教学案例的设计基础。公安实战案例通过算法形式，以三维虚拟仿真形式贯穿于智慧教学始终。公安实战案例情境化程度的高低，取决于算法对于实战案例的细节呈现。教师通过实战案例收集、实战经验解析与算法相融合，最终将最真实的案例呈现在模拟教学中。另一方面，模拟案例的设计又具有相当的灵活性。模拟案例源于实战经验，但又不能仅限于实战经验。模拟案例设计的重点、难点与评价教学与评价依据，都要根据教学需求重新设计，多样化的模拟案例推演路径，是三维虚拟仿真教学案例设计的重要特征。由于学员的学情因知识结构不同、掌握的技能水平不同、执法程序意识、安全意识的不同，同态情境教学下的学生想学习表现也会具有一定差异性。模拟案例的设计，可以根据教学过程中学生的学习表现情况，设置出不同的案例演变路径，给予学生更多地学习体验。

（四）人机一体化设计支持下的智慧教学效能评估路径

在传统教学模式下，教师很难详细记录每个学生学习过程，从而及时掌握真实的教学效果。人机一体化设计支持下的智慧教学改革，能够通过师生互动、教学管理、数字分析等路径，改变传统的教师教学评估模式。一是人机一体化设计下的师生互动路径。基于三维虚拟仿真技术的人机一体化沉浸式教学设计，师生均可通过不同角色扮演的途径进入到设计好的三维模拟环境中，改变了以往的教学效能评估模式。在三维模拟人机一体化的设计框架下，师生的互动较之传统教学模式更加频繁与深入。二是人机一体化支持下的智慧教学过程性评估路径。学生在三维模拟环境下展开学习，而教师则不断根据学生学习反应，调整教学进度与方向。在三维模拟人机一体化教学过程管理设计支持下，改变了以往以课堂提问、随堂测验、阶段测验等阶段性评估模式，教学过程性管理成为一种常态。通过人际一体化实现师生互动的同时，也为实现教学管理服务教学目标，从而进一步提升教学效果提供了更为有力的支持。三是人机一体化的智慧教学最终学习评价与教学效能分析路径。三维模拟技术支持下的沉浸式教学模式，将教师的课前准备、教法设计、教学内容、评价标准等教学工作与学生的课前预习、课内表现、课后作业等学习表现深度融合，对于学习的评价结果更加客观、公正。同时，人机一体化的智慧教学管理模式，还能够在减轻教师对于学习管理的负担同时，提升对于教学评估的效率，以数字化的形式为教师提供教学评估依据。当然，最终教师还将根据机器所提供的数据开展教学分析，从而提高教学评估的效率与准确性。

（五）三维虚拟仿真教学体系构建与成本控制下的投入

三维虚拟仿真教学体系的构建，由基础设施建设与虚拟教学功能开发两部分组成。三维虚拟仿真教学基础设施建设投入的特点主要呈现：一次性投入成本为主，日常维护成本较低，阶段性升级的特点。而虚拟教学功能开发成本投入则呈现：分批设计与投入，根据教学需求与公安实战变化不断完善设计的特点。一项优秀的三维虚拟仿真项目，前期的基础设施建设只是前提，而重点则在于后期的虚拟教学功能开发投入。虚拟教学功能开发投入与成本控制具备选择范围限定、“拼砌式”设计、项目化开发等重要特征。一是对三维虚拟仿真教学项目的选择范围限定。根据国家教委对于整体虚拟项目建设应充分体现协同创新、虚实结合、相互补充、能实不虚的原则，三维虚拟仿真教学项目选择以实际教学中难再现、高危险、高成本的公安实战内容为主。二是“拼砌式”的教学情境设计理念控制成本投入。对教学情境中的公安实战环境设计以“拼砌式”方式开展模块化设计。以三维模拟看守所环境为例，收押室、监室、禁闭室等模拟环境均以模块化设计形式，充分挖掘三维虚拟仿真平台复制功能优势，可以根据模拟不同的监所规模、建筑结构、环境布局特点开展“拼砌式”布局。在节约环境设计成本同时，最大限度通过三维虚拟仿真技术还原教学所需模拟环境。三是虚拟教学项目的新品开发。一项优秀的三维模拟教学项目，离不开与公安实战高度契合的优质虚拟教学项目开发。根据公安实战变化特点与虚拟教学项目开发经验积累规律，虚拟教学项目的开发应当是根据需求阶段性开发并推出。虚拟教学项目开发在前期基础设施建设与虚拟环境基础上，可以节约大量前期时间、人力与物力投入成本。因此，三维虚拟仿真教学体系构建随着项目建设时间推移，其后期成本控制集约型与规模性的优势将更加凸显。