郭明　王沫涵

摘  要：核事故应急实践教学训练是核事故现场应急处置能力培养的关键环节。该文针对传统核事故应急实践教学现状，分析目前核事故应急实践教学的特点与困难，构建涵盖实践教学目标、实践教学条件、实践教学活动和实践教学评价等要素的基于虚拟现实的实践教学模式；结合具体的教学案例，对基于虚拟现实的教学模式如何运用于核事故实践教学进行研究和探索。结果表明，结合沉浸式虚拟现实技术，实践教学与训练的生动性和真实感极大增强，教学训练效果明显改善。

关键词：实践教学；虚拟现实；核事故应急；教学条件；教学评价

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：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

核事故應急类课程是核专业重点专业课程，是一门理论与实践紧密结合的课程。除了要求学生掌握核事故应急处置的相关知识，还要求学生具备一定的核事故现场应急处置与指挥能力。长期以来，受众多因素限制，核事故现场应急处置实践教学训练只能依托课堂来实现，教学内容以单兵核应急装备操作训练为主，缺乏全流程的多人协同应急处置综合教学与训练；同时，由于缺少逼真的教学训练场景，难以达到实战化教学训练效果。

虚拟仿真技术为解决上述问题提供了新的思路。早在1983年，美国陆军开发了SIMNET坦克VR训练模拟器，该模拟器对当时美军的M1主战坦克从设备和工作状态进行逼真的仿真模拟，能够模拟实战条件下的仿真训练[1]。步入新时代，随着计算机技术、可视化技术、大型三维实景建模技术等高新技术的迅猛发展，沉浸式虚拟现实已经在应急救援培训中得到了广泛应用。2014年，法国卫生部新建一个名为“3D-SC1”的用于战场救援的VR项目，该项目隶属于“战斗救援计划”。参训人员可在利用VR技术构建的实战化战场环境中进行整个战场救伤应急从个人掩护—伤情判断—确定伤员救治等级—战场急救处置的全流程训练，取得较好效果[2]。刘雄等[3]依托VR技术，以Unity3D为开发平台，开发了面向煤矿火灾应急救援VR培训系统，通过逼真的场景和虚拟交互，能够让参训人员快速了解矿山火灾救援流程，掌握火灾现场应急处置方法；潘卫军等[4]基于VR技术构建了机场应急救援虚拟训练平台，能够模拟典型机场事故灾害场景，对于提升机场应急分队的应急处置能力具有明显效果。由于VR技术具有的低成本、高仿真、无伤害特性，其在军事[5-7]和教育培训[8-11]领域也得到越来越广泛的应用。

针对核事故应急类课程实践教学中存在的主要问题，以虚拟现实技术为基础，构建了基于虚拟现实的实践教学模式，并以某应急装备的实践教学为案例，分析了实践教学的设计与实施。

一  核事故应急实践教学特点

核事故应急实践教学训练场景可分为物理场景与事故场景组成。当前核事故应急实践教学的物理场景主要在实验室，其与真实的核事故发生地差异是巨大的，而且由于学生对真实的核装备、核设施了解较少，对其有限的了解仅仅来源于教师课堂提供的多媒体素材。训练场景的失真造成学生对整个技能训练的代入感和参与感明显降低，教学训练效果明显不佳。

教学训练场景另一个很重要的方面是事故场景，由于对人体有伤害性，且难以控制，通常情况下核事故场景是很难物理复现的。因此，在进行实践课程教学训练过程中，事故场景也是需要学生进行假想的。对于单兵实装操作技能训练中，由于事故源的缺乏，大部分应急设备的操作也仅能训练规定的操作流程，仪器显示出的结果为无事故环境下的结果。此外，由于事故是对人体有一定伤害的，现场的应急处置人会具有明显的心理变化，因此心理训练也是事故应急处置训练的重要组成部分。事故场景的失真会淡化这种心理变化，使得整个训练失真，无法达到既定的训练目标。

二  基于虚拟现实的实践教学模式构建

教学模式是教师进行教学活动的标准规范，其往往需要结合现有的教学理论和教学技术手段。基于虚拟现实的实践教学模式的构建应该以功能框架为基础，以实际核事故应急流程为依据，培养学生在训练情境中自主思考与学习的能力。基于虚拟现实的实践教学模式主要由实践教学目标、实践教学条件、实践教学评价和实践教学活动组成，其框图如图1所示。

（一）  实践教学目标

教学目标是教学活动的第一要素，它决定着教学活动的组织方式。虚实一体的最终目的是通过虚拟实训和实装实训结合的方式，使学生具备一定核事故现场应急处置技能。实践教学目标可分为人才培养总目标、课程教学目标、具体实现三维目标。基于虚拟现实的实践教学目标的基本框架如图2所示。

人才培养总目标一般是根据人才培养方案制定的具体培养目标，是课程教学目标的上位目标，并对课程教学目标和具体三维目标起着方向指导作用。教学目标是总目标的进一步细化，它是为实现总目标而设置的。课程教学目标受人才培养总目标的制约，是人才培养总目标在课程层面的具体化。具体实现三维目标则是课程教学目标在施训过程中在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度的进一步细化。在专业课程实践教学中，具体实现三维目标是课程施教的落脚点。

（二）  实践教学条件

实践教学条件指实现基于虚拟现实的实践教学所需的各种软硬件条件，主要包括虚拟实训条件、实装教学条件及实训学习资源，如图3所示。

（三）  实践教学活动

实践教学活动规定了教学过程中老师与学生的主要任务及教学活动步骤，实践教学中，应坚持“学生为主体，教师为主导”的原则，其基本流程如图4所示。

（四）  实践教学评价

实践教学评价一般从评价主体与评价方式两个方面展开。评价主体方面，除传统的教师评价外，应增加学生互评环节，进一步激发学生主观能动性；评价方式上，除了传统的终结性评价，还增加形成性评价方式，重点对学生在实践教学训练中的每个实践教学环节的参与情况进行评价。

三  基于虚拟现实的核事故应急实践教学案例

根据核事故应急课程实践教学要求，其实践教学分为实训与实作两种形式，包括应急装设备的使用、典型事故场景全流程综合演练、应急预案编制与推演共三类实践教学科目，其中前两类属于实训，第三类属于实作。实训教学中的应急装设备的使用科目为所有应急处置的基础技能，是整个课程实践教学的重点也是基础。下面以某型气溶胶监测仪的使用为例，介绍基于虚拟现实的核事故应急实践教学的设计与实施

（一）  实践教学设计

实际教学中，可以“任务驱动、情境创设”为原则对实践教学进行有针对性的设计。设计过程中，将课程的重点、难点贯穿在问题之中，便于学生对重难点知识的掌握，利于实践技能的形成。

典型的实践教学设计包括实践教学目标、教学任务、教学方法和教学小结四个部分。其中，教学目标要简洁扼要，明确清晰表达通过实践教学学生应该掌握的知识与能力，目标设计需要考虑层次性，既体现学生理解、记忆知识等“低级思维能力”目标，又要体现分析、评价、创造等“高级思维能力”目标；教学任务注意层次化设计，可遵循由易到难的基本原则，通过简单的任务提升学习的兴趣与成就感，再到高阶任务提升素质能力；教学方法以自主探究与团队合作相结合，既注重个人能力又强调团队协作精神；最后的教学小结，既包括课中的点评与指导，也包括课程结束前对整个课程的总结讲评。以某型气溶胶监测仪的使用为例，其实践教学设计见表1。

（二）  实践教学实施

在进行某型气溶胶监测仪实践教学时，除了需要掌握仪器基本理论知识，还需要通过实操训练来培养学生的装备实操与维护能力，同时巩固理论知识。在教学实施过程中，教师先进行相关理论知识的回顾，在此基础上，再进行实践教学。在学生训练过程中，教师还需从旁监督与指导；学生的任务就是在充分回顾基本理论知识的基础上，完成实训任务，并在施训中完成理论知识和实操技能的固化，主要实践教学实施过程见表2。

通过课前视频，利用碎片化的时间回顾气溶胶监测的基本理论与方法，在课堂上通过深度融合沉浸式虚拟现实技术，在计算机构建的与现实战场环境一致的虚拟场景中完成核事故现场应急气溶胶监测等实训教学与训练任务。通过沉浸式可交互训练方式的引入，极大地增加了实践教学与训练的生动性和真实感，能够明显改善教学训练效果。

四  结束语

核事故现场应急处置能力培养是核事故应急类课程能力培养的重要目标之一。传统的核事故应急实践教学方式难以对现场应急处置能力培养起到有效支撑。本文在分析了目前核事故应急实践教学特点基础上，以沉浸式虚拟现实技术为基础，构建了涵盖实践教学目标、实践教学条件、实践教学活动和实践教学评价等要素的虚实一体的实践教学模式，并通过具体的教学案例探索了基于虚拟现实的教学模式的组织与实施。教学实践效果表明，结合沉浸式虚拟现实技术，增加了实践教学与训练的生动性和真实感，能够明显改善教学训练效果。

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基金项目：军队院校教学成果立项培育项目“核事故应急课程实践教学改革”（NUE2020009）

第一作者简介：郭明（1979-），男，汉族，江西遂川人，博士，副教授。研究方向为核技术应用与核安全管理。

*通信作者：王沫涵（1980-），女，汉族，山东威海人，硕士，讲师。研究方向为应急管理。