謝松志，張 崟，茍思雨，易黎明

(成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106)

虛擬仿真是一種融合了計算機圖形、人機交互、人工智能等多種綜合集成技術(shù)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以重現(xiàn)現(xiàn)實世界或者虛擬世界，它允許用戶通過視覺、聽覺和觸覺等多種感官與虛擬世界進行交互。即它以模擬的方式為用戶創(chuàng)建了一個三維的虛擬世界，并通過各種控制接口來達到“親臨其境”的自然與虛擬實時交互的效果。虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展能有效解決因時間空間及資源限制的不利因素。在高校實驗教學(xué)實踐中，虛擬仿真技術(shù)可以為學(xué)生提供安全性高、效果好的的學(xué)習(xí)平臺，使實驗教學(xué)不再局限當(dāng)前的技術(shù)，使學(xué)生可以練習(xí)必要及具挑戰(zhàn)性的技能，拓展化學(xué)實驗教學(xué)的廣度和深度、破除化學(xué)實驗教學(xué)的時空限制、提升教學(xué)效果[1]。

高?；瘜W(xué)實驗室安全教育一直以來就是培養(yǎng)學(xué)生實驗素質(zhì)和安全意識的重要環(huán)節(jié)，隨著計算機輔助教育的應(yīng)用和發(fā)展，信息技術(shù)在實驗室安全教育方面起到的作用越來越大。其中，虛擬仿真等技術(shù)被用來提供多樣、便捷、高效的實驗室安全教育手段，并在教育實踐逐步得到重視。本文通過對傳統(tǒng)實驗室安全教育存在的問題進行總結(jié)，并分析了虛擬仿真技術(shù)對實驗室安全教育的重要意義，最后對構(gòu)建虛擬仿真技術(shù)實驗室安全教育體系做出一些思考。

1 傳統(tǒng)高校化學(xué)實驗室安全教育存在的問題

1.1 化學(xué)實驗室安全課程建設(shè)不完善

目前，化學(xué)實驗室安全教育主要以課堂教學(xué)為主。目前大多數(shù)學(xué)校開展的學(xué)生安全教育，其課程安排基本都是集中授課，講授內(nèi)容也是宏觀學(xué)習(xí)一些安全法規(guī)和安全常識，沒有長期系統(tǒng)性的課程講解，更沒形成完整的課程計劃、教學(xué)大綱等。一些學(xué)校開設(shè)了相關(guān)安全教育課程，并設(shè)置相關(guān)課程學(xué)分。但實踐操作中，課程設(shè)置數(shù)量不夠，且多為選修課的形式，不能很好的引起學(xué)生的重視度[2]。一些高校從事實驗室安全教育師資隊伍專業(yè)性不強，很多高校的安全教育大多由學(xué)工部輔導(dǎo)員、保衛(wèi)處人員等主講。另外，現(xiàn)階段高校開展的大學(xué)生實驗室安全教育，基本為無差別化的教學(xué)，沒有對上課學(xué)生年級、專業(yè)等進行針對性的課程教學(xué)，大家使用同一教案或課件，造成了不能就每個專業(yè)的專業(yè)特點進行區(qū)別化重點安全教育[3]。

1.2 化學(xué)實驗室安全教育形式單一

因為組織和參與形式較簡單，化學(xué)實驗室安全講座是高校最常用的一種實驗室安全教育培訓(xùn)方式，而講座往往以簽到的方式督促學(xué)生學(xué)習(xí)，這往往忽視了安全教育培訓(xùn)的過程的管理和監(jiān)督。加上開展的講座規(guī)模較大，學(xué)生人數(shù)多，造成了講座現(xiàn)場學(xué)生玩手機、發(fā)呆、打瞌睡的現(xiàn)象層出不窮[4]。另外，在安全講座或安全教育課中，學(xué)生主要以聽課為主，進行理論知識學(xué)習(xí)，或者接受較短時間的實驗技能培訓(xùn)后即參與實驗課程，這就容易造成知識掌握不牢，當(dāng)真正危險來臨時，學(xué)生因缺乏實訓(xùn)和應(yīng)急演練，很難做出準(zhǔn)確、及時有效的應(yīng)對措施。然而，高校大規(guī)模開展安全消防實際演練操作起來困難較大，具體表現(xiàn)在大規(guī)模消防器材投入、消防演練場地布置，及以萬計師生的現(xiàn)場組織和人員安全都難以得到保證，大多高校只能由師生代表演示操作，其效果打折扣。

1.3 化學(xué)實驗室安全教育培訓(xùn)效果評價困難

高校開展實驗安全教育，目的在于培養(yǎng)學(xué)生安全意識、規(guī)范學(xué)生實驗操作。但現(xiàn)在普通的安全教育缺乏考核要求，或者考核要求不高[5]。分析原因，一是學(xué)校對化學(xué)實驗室安全教育的重視程度不夠；二是化學(xué)實驗室安全教育學(xué)習(xí)評價體系不完善，組織實驗室安全教育考察形式單一；另外，安全演練可能涉及到使用化學(xué)品，具有操作不規(guī)范帶來的的危險性，所以大多情況是試卷考核，而試題內(nèi)容又多為簡單的安全常識，知識點不全面，區(qū)分度不高，這些都不利于化學(xué)實驗室安全教育培訓(xùn)效果的評價。

2 虛擬仿真技術(shù)在化學(xué)實驗室安全教育的意義

化學(xué)實驗室安全教育關(guān)系到化學(xué)專業(yè)學(xué)生的人生安全，利用擬仿真技術(shù)進行化學(xué)實驗室安全教育意義重大。高?；瘜W(xué)實驗室應(yīng)牢固樹立以“人為本、安全發(fā)展”的理念，長期堅持對學(xué)生進行安全教育培訓(xùn)，使安全教育常態(tài)化。傳統(tǒng)的化學(xué)實驗室安全教育很難做到長效、長時的安全教育。另外，紙上談兵、擺拍說教的教育方式不利于學(xué)生深刻的接受安全教育知識，也很難使學(xué)生樹立安全防范意識。虛擬仿真技術(shù)能創(chuàng)新地還原事故現(xiàn)場，通過身臨其境的方式讓使用者體驗真實的事故發(fā)展和事故處理過程，從思想意識上讓學(xué)生認識到安全事故的危害性，讓學(xué)生形成全新的實驗室安全警惕意識。引入虛擬仿真平臺，學(xué)生通過學(xué)習(xí)典型安全事故案例可以提高安全意識，學(xué)習(xí)化學(xué)實驗室安全規(guī)范，可以使學(xué)生遵守規(guī)則、敬畏科學(xué)研究[6]。

利用虛擬仿真進行化學(xué)實驗室安全教育評價更加科學(xué)和客觀，更能反映出學(xué)生接受的安全教育的成效。傳統(tǒng)的安全培訓(xùn)的效果評價往往以筆試為主，考察學(xué)生是否掌握了書本上的普適安全知識，但是單純掌握好了這些知識還不能完全適用于實際情況，學(xué)生更需要在實際演練中強化知識。而實際演練由于場所、組織、資源等限制，往往不能長期進行。采用虛擬仿真技術(shù)利用電腦模擬實驗安全事故現(xiàn)場，讓學(xué)生親臨其境參與其中，達到虛擬實時交互的安全考核效果。虛擬仿真演練考核貼近實際，更能科學(xué)客觀的考察安全教育學(xué)習(xí)成效[7]。

3 構(gòu)建虛擬仿真化學(xué)實驗室安全教育體系

3.1 虛擬仿真技術(shù)用于增加化學(xué)實驗安全培訓(xùn)內(nèi)容的深度

傳統(tǒng)的實驗室安全培訓(xùn)模式基本上使用“大融合”的教學(xué)方案，缺少按照大學(xué)生年級、專業(yè)、性別、心理進行針對性的課程設(shè)計。針對這些不足，高校可結(jié)合各通識課程及專業(yè)課程的相關(guān)知識點，通過虛擬仿真技術(shù)來實現(xiàn)實驗室安全培訓(xùn)。針對典型的、易發(fā)事故安全場景構(gòu)建案例數(shù)據(jù)庫，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬環(huán)境下進行危險識別和風(fēng)險體驗，在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)安全防護措施和安全標(biāo)準(zhǔn)，并學(xué)習(xí)突發(fā)安全事故的處置方法[8]。另外，在課程設(shè)計上，通過虛擬仿真技術(shù)對經(jīng)典實驗的實驗設(shè)計、操作、原理、數(shù)據(jù)分析、及實驗拓展進行展示，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自我探索，養(yǎng)成嚴(yán)謹、求實、準(zhǔn)確的科學(xué)態(tài)度。

3.2 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實驗室消防演練

消防演練是化學(xué)實驗室安全教育重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)實中的消防演練由于受時空、資源等限制往往流于形式，達不到有效、廣泛的消防演練效果。高?；瘜W(xué)實驗室安全演練包括氣體中毒處理、高溫燙傷處理、酸、堿灼傷處理、?；窂U棄物處理等項目，傳統(tǒng)安全演練限制較多，而使用虛擬仿真平臺進行虛擬演練時空自由，無須影響正常工作生活秩序，可以靈活構(gòu)建出實驗室場地，在不影響正常教學(xué)或工作的前提下進行針對性的演練[9]。并且在整個演練過程中，系統(tǒng)能根據(jù)實驗者的虛擬操作進行反饋，并能對全過程進行分析，科學(xué)客觀的記錄演練過程。虛擬仿真消防演練能進行火災(zāi)起源、發(fā)展，煙霧和高溫分布，滅火方法等進行精確模擬，同時避免了實際演練中踩踏、演練耗材等對學(xué)生的潛在危害[10]。通過虛擬仿真進行緊急逃生演練、心肺復(fù)蘇等教學(xué)活動，可以幫助學(xué)生掌握基本的逃生急救技能，體現(xiàn)了實驗室安全教育的意義。

3.3 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實驗室準(zhǔn)入考核

傳統(tǒng)的化學(xué)實驗室準(zhǔn)入考核涉及面較小，實驗動手操作不易開展，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實驗室準(zhǔn)入考核，極大的增加了考核的科學(xué)嚴(yán)謹性和可操作性，也能保證操作的人員安全。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實驗室準(zhǔn)入考核，建立考核平臺，可以更好地豐富實驗室準(zhǔn)入考核內(nèi)容。在虛擬仿真實驗室準(zhǔn)入平臺建立中，應(yīng)將全方位對實驗室安全隱患的判斷、實驗室標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范、實驗室設(shè)備安全、人身安全、廢棄物的安全處置，消防與急救等各項知識等納入考核內(nèi)容，按照確定的計分權(quán)重進行分數(shù)統(tǒng)計，設(shè)置及格線[11]。系統(tǒng)自動對達到及格線及以上分數(shù)的同學(xué)頒發(fā)電子版的培訓(xùn)合格證，對于考核不及格的同學(xué)，系統(tǒng)應(yīng)對得分較少的培訓(xùn)項目推送學(xué)習(xí)內(nèi)容，待重新達到給定的學(xué)習(xí)時長后再次參加實驗室準(zhǔn)入考核。由虛擬仿真技術(shù)參與的實驗室準(zhǔn)入平臺的建立收益較多，既可以提升學(xué)生和實驗操作人員的安全價值觀，又能推動校園安全文化的建設(shè)。

4 結(jié) 語

虛擬仿真技術(shù)是高校開展化學(xué)實驗室安全教育培訓(xùn)、安全準(zhǔn)入考核的優(yōu)秀載體。引入虛擬仿真技術(shù)，實驗室安全教育便能避免課程建設(shè)不完善、開展形式單一、評價困難等不利條件，從而提升大學(xué)生的安全意識和知險避嫌的能力，為實驗室安全運行打好堅實的基礎(chǔ)。