職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓基地建設研究

張美林 (廣西工業(yè)技師學院，廣西 南寧 530031)

0 引言

化工安全是化工生產過程中的重中之重?；どa的特點是高溫高壓、有毒有害，化工生產中安全事故主要源于泄漏、燃燒、爆炸、毒害等危害。由于化工生產中各個環(huán)節(jié)不安全因素較多，且相互影響，一旦發(fā)生事故，危害性強，后果嚴重。所以，相關管理員、技術員及操作員均必須熟悉和掌握有關安全知識和事故防范技術，并具備一定的安全事故處理技能。廣西工業(yè)技師學院(以下稱我院)是廣西唯一一所含石油化工專業(yè)的國家和自治區(qū)級示范中等職業(yè)學校，多年來為廣西石油化工企業(yè)輸送了大批高素質技能型人才，與區(qū)內各石油化工企業(yè)形成了緊密的校企合作關系。學院在“用人單位對畢業(yè)生滿意度調查”中發(fā)現(xiàn)，多家企業(yè)反饋畢業(yè)生安全素養(yǎng)不高。為此，加強化工安全虛擬仿真實訓基地的建設很有必要。

1 化工安全虛擬仿真實訓基地建設思路

根據(jù)《職業(yè)教育提質培優(yōu)行動計劃(2020—2023年)》中“推動信息技術與教育教學深度融合”的要求，在我院石化技術系現(xiàn)有的化工安全實訓裝置和仿真實訓室基礎上，引入人工智能、虛擬現(xiàn)實技術，結合化工行業(yè)朝智慧化工、綠色化工的發(fā)展趨勢，深化虛擬仿真技術在實訓教學中的應用，將“信息技術+”升級傳統(tǒng)化工行業(yè)，以實帶虛、以虛助實、虛實結合，重點圍繞化工安全開展建設，打造教學內容全、學習體驗強、考核標準化的化工安全虛擬仿真實訓基地[1]。

1.1 突出化工安全實訓特色

安全生產問題是石化企業(yè)生產的重中之重，為有序推進石化行業(yè)領域安全素養(yǎng)提升，提高石化行業(yè)崗位員工安全意識和能力，應急管理部2020 年出臺了《應急管理部辦公廳關于扎實推進高危行業(yè)領域安全技能提升行動的通知》，要求“嚴格落實先培訓后上崗和持證上崗制度”，基于此，在我院石油化工專業(yè)群已建設成為自治區(qū)示范特色專業(yè)的基礎上，突出化工安全實訓特色既能深化石油化工專業(yè)的內涵，又能為我區(qū)石油化工行業(yè)的安全生產作出應有貢獻。

1.2 強化信息化教學手段

隨著虛擬現(xiàn)實和人工智能等技術不斷發(fā)展完善，將信息技術和實訓設施深度融合，打造適用性強的化工安全虛擬仿真實訓基地，形成“理論學習+虛擬訓練+真技實操”為一體的高效教學和實訓場所。在形成新型實訓場所的同時，建設與虛擬仿真相適應的實訓教學課程體系，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案和實訓教學內容，提高學生安全素養(yǎng)。

1.3 提高社會服務培訓能力

當前，化工職業(yè)技能培訓的痛點是在校學生無法感受企業(yè)的真操實景，企業(yè)員工無法用上學校的教學資源。利用5G 技術和虛擬現(xiàn)實技術，可以大大提高教育培訓的效率和輻射面，一方面，可以把工廠最真實的一面帶入學校，讓學生足不出戶完成實習，另一方面，企業(yè)員工也可以足不出廠，來體驗學校相關教學、教育資源的豐碩成果。面向企業(yè)和社會開設各種相關的培訓課程，為我區(qū)石化工生產業(yè)高技能人才的培養(yǎng)提供助力，推動教學改革成果的應用性轉化[2]。

2 化工安全虛擬仿真實訓基地建設目標

2.1 改革教學模式，打造沉浸式教學課堂

利用世界先進VR/MR 技術及配套的教學資源，打造高度逼真的實訓室，為師生帶來沉浸式教學體驗，解決實訓教學中的“三高三難”問題。滿足石油化工專業(yè)的虛擬仿真實訓教學需求，豐富教學內容，節(jié)約教學成本。

2.2 緊跟行業(yè)發(fā)展，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

用3D 動畫或VR 展示復雜的知識原理，突破傳統(tǒng)教學過程中抽象知識點難以描述的難點問題，以全新的實訓教學體驗創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。著眼北部灣經(jīng)濟區(qū)石化工生產業(yè)發(fā)展，依托我院石油化工專業(yè)群豐富的教學資源，將虛擬仿真實訓基地打造成高技能人才培養(yǎng)的搖籃，為我區(qū)石化工生產業(yè)發(fā)展輸送急需的高技能人才。

2.3 深化工生產教融合，促進校企深度合作

與企業(yè)建立新型的校企合作模式，依托虛擬仿真實訓基地，開發(fā)一批優(yōu)質的教學與實訓資源。在學?，F(xiàn)有教材基礎上，二次開發(fā)相關專業(yè)校本教材及配套VR 、PPT 課件、教案、習題庫、案例等課程資源，將虛擬仿真技術引入專業(yè)教學和實訓。并在此建設基礎上，進一步深度開發(fā)其他專業(yè)課程的教材及配套資源，實現(xiàn)虛擬仿真技術的全面應用。校企共建是校企合作的重要組成部分，也是節(jié)約實訓成本、減少消耗、融合企業(yè)崗位元素最合適的選擇。

2.4 樹立區(qū)域示范，多維拓展基地價值

通過高起點的規(guī)劃和高規(guī)格的建設，打造先進的?；放嘤柨己髓b定基地，成為政府認可、行業(yè)認定、企業(yè)認同的區(qū)域領先考核鑒定基地。實訓基地可作為學校開展對外培訓與體驗、職業(yè)資格認證、服務社會的窗口。未來，基地可引入?yún)^(qū)內外技能鑒定和資格認證體系，承接周邊院校、北部灣地區(qū)及區(qū)內外企業(yè)員工的學習、實訓、體驗以及社會相關崗位技能培訓和認證的需求。

3 化工安全虛擬仿真實訓基地建設內容

3.1 建設化工安全虛擬仿真實訓中心

實訓基地的安全培訓借鑒企業(yè)一線培訓手段，依托學院原有化工安全生產HSE 實訓裝置，新增化工八大危險作業(yè)3D 仿真系統(tǒng)、化工安全應急演練3D仿真系統(tǒng)、化工安全隱患排查VR 仿真等系統(tǒng)，采用虛擬現(xiàn)實安全演練系統(tǒng)和實物安全訓練相結合的方式，確保安全培訓的實效性。

3.1.1 化工八大危險作業(yè)3D 仿真系統(tǒng)

石油化工行業(yè)的現(xiàn)場直接作業(yè)環(huán)節(jié)是事故易發(fā)、多發(fā)的生產環(huán)節(jié)，是生產安全管理的重點，也是難點?；ぐ舜笪ｋU作業(yè)3D 仿真系統(tǒng)通過三維虛擬現(xiàn)實仿真技術，對包括“進入受限空間作業(yè)、動火作業(yè)”等化工八大危險現(xiàn)場直接作業(yè)環(huán)節(jié)進行仿真虛擬，構建高處、動火、受限空間、起重(吊裝)、臨時用電、動土、孔洞臨邊、能量隔離等直接作業(yè)、各類復合作業(yè)(交叉作業(yè))、環(huán)保、交通、消防治安保衛(wèi)等典型作業(yè)情景，以角色扮演、情景體驗、多人互動操作為主要形式，在仿真場景中可開展事故警示、應知培訓、在線考試、以及模擬現(xiàn)場實際操作(仿真操作)等培訓與考核內容[3]。

3.1.2 化工安全應急演練3D 仿真系統(tǒng)

安全應急仿真演練系統(tǒng)采用三維虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)，包括HSE 綜合實訓3D 應急演練系統(tǒng)(含精餾塔、管式加熱爐、吸收解析、間歇反應釜等工藝單元)和典型化工裝置3D 應急演練系統(tǒng)，構建出與實際生產現(xiàn)場完全相同的物理視覺和聽覺空間虛擬世界，教師和學生可以在這個逼真的虛擬環(huán)境中進行安全應急預案仿真演練。(1) 典型化工單元應急處理培訓系統(tǒng)。以離心泵、精餾塔、換熱器、流化床、吸收解吸等典型化工單元裝置為場景，模擬泄漏，著火，中毒等事故發(fā)生后進行應急演練，通過3D 虛擬技術完成應急操作、泄漏處理、事故救援等教學培訓任務；(2)典型化工生產安全應急處理培訓系統(tǒng)。以石油化工、煤化工、精細化工的工藝實際裝置為場景，以事故、爆炸、物料泄漏發(fā)生后進行應急操作為藍本，通過3D 虛擬技術完成應急操作、泄漏處理、事故救援等教學培訓任務。

3.1.3 化工安全隱患排查VR 仿真系統(tǒng)

化工安全隱患排查VR 仿真系統(tǒng)以真實的化工工廠的完全場景為藍本進行設計，涵蓋化工企業(yè)生產過程中所涉及的工作內容，能滿足化工安全知識的學習及訓練，主要包含化工安全知識考核、現(xiàn)場隱患排查、操作規(guī)范、應急事故處理等相關內容。

3.2 建設虛擬仿真網(wǎng)絡教學平臺

3.2.1 VR 虛擬仿真實訓室

采用共享式一拖四系統(tǒng)或多人在線系統(tǒng)。其中共享式一拖四系統(tǒng)配置VR 眼鏡、手柄、定位器1 套，VR 眼鏡(一體機)4 個，主機和1 400 mm(55 英寸)顯示器1 套等，占地約4 m3，平臺提供圍欄，實操時站在平臺內，周圍護欄能啟到安全防護作用，體驗安全最大化。多人在線系統(tǒng)配置VR 眼鏡、手柄、定位器、主機和610 mm(24 英寸)顯示器各6 套。可選配交互顯示拼接屏[4]。

3.2.2 虛擬仿真網(wǎng)絡學習平臺

平臺建設為“三位一體”式仿真模式，即VR 端、PC 端、移動端，以三種典型的技術手段來實現(xiàn)。平臺集資源學習、仿真操作、在線考核與培訓于一身，立足于實際教學內容，開設理論-實操-仿真課程討論、在線答疑等功能區(qū)。在學院5G 智慧校園建設基礎上，可同時共享多種教學資源(軟件、視頻、2D 與3D 動畫、教學視頻、微課、課件等)，使學生時時能學、處處可學，隨時隨地獲取所需知識，打破傳統(tǒng)的以課堂為中心的教學模式。

3.3 建設化工安全虛擬體驗實訓中心

針對化工企業(yè)“進不去”，化工事故“看不到”的難題，設立化工安全虛擬體驗中心，利用VR 技術，結合實物陳列，聲光電展示，營造逼真的化工安全氛圍，提高學生的體驗感。(1)以VR/MR 技術為支撐，以化工安全或化工園區(qū)的認知體驗為主要內容，打造虛擬現(xiàn)實體驗區(qū)，在虛擬現(xiàn)實中自主漫游，熟悉生產的主要流程；(2)通過陳列展示化工安全實訓教具，讓學生開展心肺復蘇、外傷包扎、防護用具佩戴、消防設施使用等互動操作和認知，提高學生對化工安全防護技術的認識；(3)通過視頻或相關展示設備，讓培訓者感受到不安全操作所產生的墜落、撞擊、觸電等事故危害的嚴重后果，提高學生的安全警覺性。

3.4 專業(yè)群課程體系改革和教學資源開發(fā)

探索與虛擬仿真技術應用相適應的石油化工專業(yè)群實訓課程和職業(yè)培訓課程體系，深入企業(yè)調研，合理確定課程教學內容，優(yōu)化專業(yè)群人才培養(yǎng)方案。加強專業(yè)教師信息化技術應用能力培訓，開發(fā)適用的教學資源，實現(xiàn)優(yōu)質虛擬仿真實訓資源的開放共享和持續(xù)應用。

4 化工安全虛擬仿真實訓基地建設預期成效

4.1 人才培養(yǎng)建設成果

虛擬實訓以計算機仿真技術、多媒體技術和網(wǎng)絡技術為依托而形成的一種新型實訓教學系統(tǒng)，為實訓教學提供一種全新的教學模式?？梢杂行У亟鉀Q傳統(tǒng)實訓教學中存在的諸多問題，優(yōu)化教學資源，提高教學質量。同時促進實訓教學課程體系升級，不但提供專業(yè)教學，更可以跨專業(yè)跨學科實現(xiàn)基礎實踐教學，服務更多學生，為新形勢下學校的課程改革和人才培養(yǎng)提供新思路。

4.2 教學資源建設成果

基地建成后，結合實訓課的要求，建設與之相適應的實訓教學課程體系、確定合理的實訓教學內容、研究開發(fā)實訓教學資源、優(yōu)化人才培養(yǎng)方案和實訓方式。包括實訓教材的編寫、教案、視頻、微課的開發(fā)等等，形成一系列的教學資源開發(fā)成果，輔助教師教學工作的同時，豐富學校教學資源庫，打造高水平教學團隊，提升學校軟實力。還可建立區(qū)域共享機制，實現(xiàn)優(yōu)質虛擬仿真實訓資源的開放共享和持續(xù)應用。

4.3 師資力量提升成果

人才培養(yǎng)，師資先行。化工安全虛擬仿真實訓基地可開展石油、化工、冶煉、工業(yè)分析等專業(yè)技能型人才和高技能人才的培養(yǎng)培訓。創(chuàng)新教師培訓模式，提升教師信息技術與教育教學的深入融合能力，優(yōu)化學校教師隊伍結構，提高教師隊伍建設水平。為學校三教改革、高技能人才培養(yǎng)以及“雙師型”師資隊伍建設貢獻力量。

4.4 社會服務能力成果

以市場為導向、以實訓基地為載體，職業(yè)技能培養(yǎng)為重點，提升社會服務水平，加強技能型人才培養(yǎng)力度，構建高效的社會服務體系，助力我區(qū)石化工生產業(yè)發(fā)展。虛擬仿真實訓基地建成后，可面向行業(yè)、對接產業(yè)，服務行業(yè)企業(yè)人才需求。開展面向企業(yè)及院校的培訓工作。

5 結語

基地建成后，我院將成為廣西首個將虛擬仿真技術深度融入石油化工生產實訓教學、化工安全實訓演練的職業(yè)院校，大幅提升我院石油化工專業(yè)群的實踐教學能力與水平，滿足我院石油化工專業(yè)群學生的日常教學實訓和技能考核鑒定工作需要，面向區(qū)內外石油化工行業(yè)企業(yè)員工開展培訓和職業(yè)技能鑒定，進一步提升我院石油化工專業(yè)群的辦學水平，提高教學做一體的實踐教學能力，提高畢業(yè)生崗位適應能力，縮短畢業(yè)生到企業(yè)后的適崗時間，滿足我區(qū)石油化工行業(yè)企業(yè)對技能人才的迫切需求。