职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设研究_张美林.pdf

人才培养18|2023年05月在我院石化技术系现有的化工安全实训装置和仿真实训室基础上，引入人工智能、虚拟现实技术，结合化工行业朝智慧化工、绿色化工的发展趋势，深化虚拟仿真技术在实训教学中的应用，将“信息技术+”升级传统化工行业，以实带虚、以虚助实、虚实结合，重点围绕化工安全开展建设，打造教学内容全、学习体验强、考核标准化的化工安全虚拟仿真实训基地1。1.1 突出化工安全实训特色安全生产问题是石化企业生产的重中之重，为有序推进石化行业领域安全素养提升，提高石化行业岗位员工安全意识和能力，应急管理部 2020 年出台了应急管理部办公厅关于扎实推进高危行业领域安全技能提升行动的通知，要求“严格落实先培训后上岗和持证上岗制度”，基于此，在我院石油化工专业群已建设成为自治区示范特色专业的基础上，突出化工安全实训特色既能深化石油化工专业的内涵，又能为我区石油化工行业的安全生产作出应有贡献。1.2 强化信息化教学手段随着虚拟现实和人工智能等技术不断发展完善，0 引言化工安全是化工生产过程中的重中之重。化工生产的特点是高温高压、有毒有害，化工生产中安全事故主要源于泄漏、燃烧、爆炸、毒害等危害。由于化工生产中各个环节不安全因素较多，且相互影响，一旦发生事故，危害性强，后果严重。所以，相关管理员、技术员及操作员均必须熟悉和掌握有关安全知识和事故防范技术，并具备一定的安全事故处理技能。广西工业技师学院(以下称我院)是广西唯一一所含石油化工专业的国家和自治区级示范中等职业学校，多年来为广西石油化工企业输送了大批高素质技能型人才，与区内各石油化工企业形成了紧密的校企合作关系。学院在“用人单位对毕业生满意度调查”中发现，多家企业反馈毕业生安全素养不高。为此，加强化工安全虚拟仿真实训基地的建设很有必要。1 化工安全虚拟仿真实训基地建设思路根据 职业教育提质培优行动计划(20202023年)中“推动信息技术与教育教学深度融合”的要求，职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设研究张美林(广西工业技师学院，广西 南宁 530031)摘要：化工生产过程的特点决定了真实的化工生产过程无法搬进学校的实训室，传统的实训教学在学生的安全素养和化工安全应急处理能力锻炼培养方面贡献较小。文章以广西工业技师学院化工安全虚拟仿真实训基地为例，从化工安全虚拟仿真实训基地建设思路、建设目标、建设内容、建设预期成效等几方面展开研究，以实带虚、以虚助实、虚实结合，解决实训教学过程中高投入、高损耗、高风险及难实施、难观摩、难再现的“三高三难”痛点和难点，同时可以锻炼培养学生的安全素养和化工安全应急处理能力。关键词：职业教育；化工安全；虚拟仿真；实训基地建设中图分类号：X92 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)14-0018-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.14.006Research on the Construction of Vocational Education Demonstration Virtual Imitation Real Training BaseZHANG Mei-lin(Guangxi Industrial Technician College,Nanning 530031,China)Abstract:The characteristics of the chemical production process determine that the real chemical production process cannot be moved into the training room of the school.The traditional practical training teaching contributes little to the training of students safety literacy and chemical safety emergency treatment ability.The article takes the chemical safety virtual simulation training base of Guangxi Institute of Industrial Technicians as an example,from chemical safety virtual imitation real training base construction ideas,construction objectives,construction content several aspects,construction expected results research,with real virtual,with reality,solve the training teaching process of high investment,high loss,high risk and difficult to implement,difficult view,reproduce“three three difficult”pain points and difficulties,at the same time can exercise cultivate students safety literacy and chemical safety emergency treatment ability.Keywords:vocational education;chemical safety;virtual simulation;practical training base construction2023年05月|192.4 树立区域示范，多维拓展基地价值通过高起点的规划和高规格的建设，打造先进的危化品培训考核鉴定基地，成为政府认可、行业认定、企业认同的区域领先考核鉴定基地。实训基地可作为学校开展对外培训与体验、职业资格认证、服务社会的窗口。未来，基地可引入区内外技能鉴定和资格认证体系，承接周边院校、北部湾地区及区内外企业员工的学习、实训、体验以及社会相关岗位技能培训和认证的需求。3 化工安全虚拟仿真实训基地建设内容3.1 建设化工安全虚拟仿真实训中心实训基地的安全培训借鉴企业一线培训手段，依托学院原有化工安全生产 HSE 实训装置，新增化工八大危险作业 3D 仿真系统、化工安全应急演练 3D仿真系统、化工安全隐患排查 VR 仿真等系统，采用虚拟现实安全演练系统和实物安全训练相结合的方式，确保安全培训的实效性。3.1.1 化工八大危险作业3D 仿真系统石油化工行业的现场直接作业环节是事故易发、多发的生产环节，是生产安全管理的重点，也是难点。化工八大危险作业 3D 仿真系统通过三维虚拟现实仿真技术，对包括“进入受限空间作业、动火作业”等化工八大危险现场直接作业环节进行仿真虚拟，构建高处、动火、受限空间、起重(吊装)、临时用电、动土、孔洞临边、能量隔离等直接作业、各类复合作业(交叉作业)、环保、交通、消防治安保卫等典型作业情景，以角色扮演、情景体验、多人互动操作为主要形式，在仿真场景中可开展事故警示、应知培训、在线考试、以及模拟现场实际操作(仿真操作)等培训与考核内容3。3.1.2 化工安全应急演练3D 仿真系统安全应急仿真演练系统采用三维虚拟现实技术开发，包括 HSE 综合实训 3D 应急演练系统(含精馏塔、管式加热炉、吸收解析、间歇反应釜等工艺单元)和典型化工装置 3D 应急演练系统，构建出与实际生产现场完全相同的物理视觉和听觉空间虚拟世界，教师和学生可以在这个逼真的虚拟环境中进行安全应急预案仿真演练。(1)典型化工单元应急处理培训系统。以离心泵、精馏塔、换热器、流化床、吸收解吸等典型化工单元装置为场景，模拟泄漏，着火，中毒等事故发生后进行应急演练，通过 3D 虚拟技术完成应急操作、泄漏处理、事故救援等教学培训任务；(2)典型化工生产安全应急处理培训系统。以石油化工、煤化工、将信息技术和实训设施深度融合，打造适用性强的化工安全虚拟仿真实训基地，形成“理论学习+虚拟训练+真技实操”为一体的高效教学和实训场所。在形成新型实训场所的同时，建设与虚拟仿真相适应的实训教学课程体系，优化人才培养方案和实训教学内容，提高学生安全素养。1.3 提高社会服务培训能力当前，化工职业技能培训的痛点是在校学生无法感受企业的真操实景，企业员工无法用上学校的教学资源。利用 5G 技术和虚拟现实技术，可以大大提高教育培训的效率和辐射面，一方面，可以把工厂最真实的一面带入学校，让学生足不出户完成实习，另一方面，企业员工也可以足不出厂，来体验学校相关教学、教育资源的丰硕成果。面向企业和社会开设各种相关的培训课程，为我区石化工生产业高技能人才的培养提供助力，推动教学改革成果的应用性转化2。2 化工安全虚拟仿真实训基地建设目标2.1 改革教学模式，打造沉浸式教学课堂利用世界先进 VR/MR 技术及配套的教学资源，打造高度逼真的实训室，为师生带来沉浸式教学体验，解决实训教学中的“三高三难”问题。满足石油化工专业的虚拟仿真实训教学需求，丰富教学内容，节约教学成本。2.2 紧跟行业发展，创新人才培养模式用 3D 动画或 VR 展示复杂的知识原理，突破传统教学过程中抽象知识点难以描述的难点问题，以全新的实训教学体验创新人才培养模式。着眼北部湾经济区石化工生产业发展，依托我院石油化工专业群丰富的教学资源，将虚拟仿真实训基地打造成高技能人才培养的摇篮，为我区石化工生产业发展输送急需的高技能人才。2.3 深化工生产教融合，促进校企深度合作与企业建立新型的校企合作模式，依托虚拟仿真实训基地，开发一批优质的教学与实训资源。在学校现有教材基础上，二次开发相关专业校本教材及配套 VR、PPT 课件、教案、习题库、案例等课程资源，将虚拟仿真技术引入专业教学和实训。并在此建设基础上，进一步深度开发其他专业课程的教材及配套资源，实现虚拟仿真技术的全面应用。校企共建是校企合作的重要组成部分，也是节约实训成本、减少消耗、融合企业岗位元素最合适的选择。人才培养20|2023年05月3.4 专业群课程体系改革和教学资源开发探索与虚拟仿真技术应用相适应的石油化工专业群实训课程和职业培训课程体系，深入企业调研，合理确定课程教学内容，优化专业群人才培养方案。加强专业教师信息化技术应用能力培训，开发适用的教学资源，实现优质虚拟仿真实训资源的开放共享和持续应用。4 化工安全虚拟仿真实训基地建设预期成效4.1 人才培养建设成果虚拟实训以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托而形成的一种新型实训教学系统，为实训教学提供一种全新的教学模式。可以有效地解决传统实训教学中存在的诸多问题，优化教学资源，提高教学质量。同时促进实训教学课程体系升级，不但提供专业教学，更可以跨专业跨学科实现基础实践教学，服务更多学生，为新形势下学校的课程改革和人才培养提供新思路。4.2 教学资源建设成果基地建成后，结合实训课的要求，建设与之相适应的实训教学课程体系、确定合理的实训教学内容、研究开发实训教学资源、优化人才培养方案和实训方式。包括实训教材的编写、教案、视频、微课的开发等等，形成一系列的教学资源开发成果，辅助教师教学工作的同时，丰富学校教学资源库，打造高水平教学团队，提升学校软实力。还可建立区域共享机制，实现优质虚拟仿真实训资源的开放共享和持续应用。4.3 师资力量提升成果人才培养，师资先行。化工安全虚拟仿真实训基地可开展石油、化工、冶炼、工业分析等专业技能型人才和高技能人才的培养培训。创新教师培训模式，提升教师信息技术与教育教学的深入融合能力，优化学校教师队伍结构，提高教师队伍建设水平。为学校三教改革、高技能人才培养以及“双师型”师资队伍建设贡献力量。4.4 社会服务能力成果以市场为导向、以实训基地为载体，职业技能培养为重点，提升社会服务水平，加强技能型人才培养力度，构建高效的社会服务体系，助力我区石化工生产业发展。虚拟仿真实训基地建成后，可面向行业、对接产业，服务行业企业人才需求。开展面向企业及院校的培训工作。精细化工的工艺实际装置为场景，以事故、爆炸、物料泄漏发生后进行应急操作为蓝本，通过 3D 虚拟技术完成应急操作、泄漏处理、事故救援等教学培训任务。3.1.3 化工安全隐患排查VR 仿真系统化工安全隐患排查 VR 仿真系统以真实的化工工厂的完全场景为蓝本进行设计，涵盖化工企业生产过程中所涉及的工作内容，能满足化工安全知识的学习及训练，主要包含化工安全知识考核、现场隐患排查、操作规范、应急事故处理等相关内容。3.2 建设虚拟仿真网络教学平台3.2.1 VR 虚拟仿真实训室采用共享式一拖四系统或多人在线系统。其中共享式一拖四系统配置 VR 眼镜、手柄、定位器 1 套，VR 眼镜(一体机)4 个，主机和 1 400 mm(55 英寸)显示器 1 套等，占地约 4 m3，平台提供围栏，实操时站在平台内，周围护栏能启到安全防护作用，体验安全最大化。多人在线系统配置 VR 眼镜、手柄、定位器、主机和 610 mm(24 英寸)显示器各 6 套。可选配交互显示拼接屏4。3.2.2 虚拟仿真网络学习平台平台建设为“三位一体”式仿真模式，即 VR 端、PC 端、移动端，以三种典型的技术手段来实现。平台集资源学习、仿真操作、在线考核与培训于一身，立足于实际教学内容，开设理论-实操-仿真课程讨论、在线答疑等功能区。在学院 5G 智慧校园建设基础上，可同时共享多种教学资源(软件、视频、2D 与 3D 动画、教学视频、微课、课件等)，使学生时时能学、处处可学，随时随地获取所需知识，打破传统的以课堂为中心的教学模式。3.3 建设化工安全虚拟体验实训中心针对化工企业“进不去”，化工事故“看不到”的难题，设立化工安全虚拟体验中心，利用 VR 技术，结合实物陈列，声光电展示，营造逼真的化工安全氛围，提高学生的体验感。(1)以 VR/MR 技术为支撑，以化工安全或化工园区的认知体验为主要内容，打造虚拟现实体验区，在虚拟现实中自主漫游，熟悉生产的主要流程；(2)通过陈列展示化工安全实训教具，让学生开展心肺复苏、外伤包扎、防护用具佩戴、消防设施使用等互动操作和认知，提高学生对化工安全防护技术的认识；(3)通过视频或相关展示设备，让培训者感受到不安全操作所产生的坠落、撞击、触电等事故危害的严重后果，提高学生的安全警觉性。(下转第46页)环保与节能46|2023年05月建成效。强化督促指导，把督促指导的重点放到基层、放到党支部，真正沉下去，深入开展全市各行各业的“无废城市”行动和实时督查“无废城市”实际效果。继续建立和完善各类固体废物源头控制、全过程监管体制机制建设，提升固体废物精细化管理能力和水平。以省级“无废城市”创建工作为契机，推动实现兴义市各行各业生产、流通、消费各环节绿色化、循环化，从而推进兴义市高质量发展更上新台阶，推动城市可持续发展。推进兴义市“无废城市”建设，将推动全市范围内固体废物减量化，提升兴义市的固体废物规范化管理水平，不断改善兴义市生态环境质量。参考文献：1 郑聪明.瑞安市加强固废管理创建”无废城市”的探讨J.低碳世界，2022，12(4)：22-24.2 闫卓群.“无废城市”建设发展研究J.智能城市，2020(3)：125-126.3 生态环境部，国家发改委，工信部，等.“十四五”时期“无废城市”建设工作方案A.北京：生态环境办公厅，2021.4 刘晓龙，姜玲玲，葛琴，等.“十四五”时期“无废城市”试点建设宏观研究J.环境保护，2021，49(01)：37-41.5 朱灿.固体废物综合管理与无废城市建设分析J.资源节约与环保，2020(4)：110-110.6 胡文征，姜启英.关于淄博市推进“无废城市”建设的思考和建议J.皮革制作与环保科技，2022，3(7)：160-161，164.4 结语综上所述，兴义市总体与“无废城市”创建还存在一定的差距，结合兴义市自身发展定位、发展阶段、资源禀赋、产业结构、经济技术基础等差异性，建议从以下几方面考虑：一是大力发展绿色工业，持续降低产废强度。二是积极推进生态农业，实现农业固体废物全部利用。三是践行绿色生活方式，推动垃圾分类利用。四是加强危险废物能力建设，全面防控环境风险。五是全面实施绿色旅游，探索“无废城市”模式。六是建立各部门协作共享机制，加强交流合作。通过以上几个方面5-6，推动兴义市固体废物精细化管理，聚焦减污降碳协同增效，推动兴义市大幅度减少固体废物产生量，提高固体废物综合利用率，降低固体废物危害性，最大限度降低固体废物填埋量，稳步提升兴义市固体废物治理体系和治理能力。下一步，建议兴义市以省级“无废城市”创建为目标，对照 “无废城市”建设指标体系(2021 年版)中的 58 个创建指标，对标对表，坚持问题导向，不断补齐基础设施短板。大力推进清水河循环产业园建设，坚持污染防治和产业发展相结合，通过政策鼓励，项目带动，进一步提升工业固体废物处理和综合利用水平。并将“无废城市”创建成效纳入目标责任考核，考核结果作为领导班子和领导干部政绩考核的重要依据。开展方案实施情况中期评估和总结评估，并定期向“无废城市”创建推进小组汇报创建进展，依据中期评估结果，提出对方案的修编意见，及时调整，确保创5 结语基地建成后，我院将成为广西首个将虚拟仿真技术深度融入石油化工生产实训教学、化工安全实训演练的职业院校，大幅提升我院石油化工专业群的实践教学能力与水平，满足我院石油化工专业群学生的日常教学实训和技能考核鉴定工作需要，面向区内外石油化工行业企业员工开展培训和职业技能鉴定，进一步提升我院石油化工专业群的办学水平，提高教学做一体的实践教学能力，提高毕业生岗位适应能力，缩短毕业生到企业后的适岗时间，满足我区石油化工行业企业对技能人才的迫切需求。参考文献：1 陈春华.基于“数字孪生”技术的物联网虚拟仿真实训基地研究J.网络安全技术与应用，2022(10)：112-114.2 喻燚，杜可杰，贺楚华.虚拟仿真技术在当代化工专业课程中的应用研究J.化工管理，2021(07)：88-89.3 田文德，赵军，陈秋阳.基于虚拟仿真的化工安全与环保课程教学改革J.化工时刊，2020(04)：48-49.4 郭军红，崔锦峰，杨保平.新工科背景下虚实结合虚拟仿真实验项目的建设J.实验技术与管理，2019(08)：119-122.作者简介：张美林(1984-)，汉族，广西桂林人，本科，讲师，研究方向：化工工艺。(上接第20页)