基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐

代傳金 楊賓峰 來(lái)磊

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)裝備實(shí)踐教學(xué)模式存在的無(wú)法滿足大規(guī)模常態(tài)化的全過(guò)程實(shí)裝操作訓(xùn)練需求，文章提出一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式在著陸引導(dǎo)裝備實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用虛擬仿真技術(shù)，增強(qiáng)了學(xué)生操作著陸引導(dǎo)裝備保障飛機(jī)著陸的真實(shí)度和體驗(yàn)感。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);裝備操作實(shí)踐;互聯(lián)網(wǎng)+;著陸引導(dǎo)裝備

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2020）21-0388-03

一、引言

飛機(jī)著陸引導(dǎo)的正確有效是保障飛機(jī)安全平穩(wěn)降落的關(guān)鍵，是飛行安全的重中之重，因此，提高飛機(jī)著陸引導(dǎo)操作和指揮人員的科學(xué)訓(xùn)練水平是保證飛行安全的有效途徑。為培養(yǎng)導(dǎo)航工程專業(yè)學(xué)員對(duì)著陸引導(dǎo)裝備的綜合實(shí)踐操作能力，開設(shè)著陸引導(dǎo)裝備操作實(shí)踐教學(xué)尤為重要。然而，由于傳統(tǒng)裝備操作實(shí)踐教學(xué)涉及的著陸引導(dǎo)裝備規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且同時(shí)需要機(jī)載設(shè)備配合等眾多因素影響，大規(guī)模常態(tài)化的全過(guò)程實(shí)裝操作訓(xùn)練在教學(xué)過(guò)程中難以開展，學(xué)員也無(wú)法切身體會(huì)未來(lái)任職崗位對(duì)飛行安全的極端重要性，這就導(dǎo)致多年來(lái)裝備教學(xué)效果一直不夠理想，難以滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求[1]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，基于互聯(lián)網(wǎng)支撐的裝備虛擬仿真技術(shù)以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富和安全等優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用和推廣[2-5]。因此，本文提出將基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)方法運(yùn)用到著陸引導(dǎo)裝備實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。這不僅能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間和空間上所受的限制，提高教學(xué)效果，還能讓學(xué)生掌握更多裝備操作知識(shí)，為培養(yǎng)高質(zhì)量人才提供更好的服務(wù)。

二、“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式構(gòu)建

針對(duì)傳統(tǒng)著陸引導(dǎo)裝備教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，我們應(yīng)著眼裝備組織運(yùn)用能力和專業(yè)技術(shù)能力培養(yǎng)要求，將虛擬仿真技術(shù)與現(xiàn)代教育理論相結(jié)合，開展基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的導(dǎo)航裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐[6，7]。該模式采用以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，按照“基礎(chǔ)訓(xùn)練—綜合操作—工程維修—?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)”分層遞進(jìn)的立體化虛擬教學(xué)思路，依托互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)構(gòu)建新工科學(xué)科內(nèi)容的交互式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[8，9]，將裝備訓(xùn)練的“演示—操作—考核”相結(jié)合（Combination），將裝備實(shí)驗(yàn)的“單裝—系統(tǒng)—體系”相結(jié)合（Combination），將裝備學(xué)習(xí)的“自主—協(xié)作—?jiǎng)?chuàng)新”相結(jié)合（Combination），提高學(xué)員操作訓(xùn)練導(dǎo)航裝備的沉浸感和參與度，突破操作實(shí)踐教學(xué)的條件約束，達(dá)到以學(xué)員為中心的全流程飛行導(dǎo)航保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（一）梳理裝備教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)主題

飛機(jī)著陸引導(dǎo)裝備實(shí)踐教學(xué)注重理論與實(shí)踐結(jié)合的知識(shí)學(xué)習(xí)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、綜合性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。我們依托校園網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，按照體現(xiàn)單裝訓(xùn)練、體系綜合和啟發(fā)設(shè)計(jì)思路設(shè)置實(shí)驗(yàn)主題。

基礎(chǔ)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，按照單個(gè)裝備訓(xùn)練的“演示—操作—考核”相結(jié)合的思路，設(shè)置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主題課目，確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)單裝理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)深度融合。綜合性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，按照引導(dǎo)裝備“單裝—系統(tǒng)—體系”相結(jié)合的思路，在功能模塊組合、分組協(xié)作完成的綜合性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展系統(tǒng)級(jí)的虛擬仿真訓(xùn)練，完成對(duì)著陸引導(dǎo)裝備的組織運(yùn)用和系統(tǒng)防護(hù)。設(shè)計(jì)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，按照引導(dǎo)裝備學(xué)習(xí)的“自主—協(xié)作—?jiǎng)?chuàng)新”相結(jié)合的思路，堅(jiān)持實(shí)踐教學(xué)與裝備科研相結(jié)合的原則，設(shè)置探究性課題，以科研項(xiàng)目的形式，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)課題研究完成著陸引導(dǎo)裝備技術(shù)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)試等，使學(xué)生在掌握科學(xué)研究方法方面得到初步訓(xùn)練。

（二）整合虛實(shí)教學(xué)資源，搭建虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)

針對(duì)著陸導(dǎo)航裝備種類多、實(shí)習(xí)實(shí)裝數(shù)量少、系統(tǒng)龐大和實(shí)習(xí)場(chǎng)地不滿足外場(chǎng)條件要求等突出問(wèn)題，本著“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”原則，我們合理設(shè)計(jì)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開發(fā)和建設(shè)了一系列有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的虛擬仿真資源，并將這些資源按照層次劃分為專業(yè)基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、裝備實(shí)習(xí)類教學(xué)資源和科技創(chuàng)新類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。在每類虛擬仿真教學(xué)資源下我們又具體細(xì)化為若干支撐課程，并整合這些資源，搭建虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)。虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)可用下圖表示。

基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

（三）探索“虛實(shí)結(jié)合，兩段考核”實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)辦法

飛機(jī)著陸引導(dǎo)裝備實(shí)踐教學(xué)堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，在教學(xué)效果考核中，依托在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用“虛實(shí)結(jié)合，兩段考核”的形成性考核評(píng)價(jià)辦法。

“虛實(shí)結(jié)合，兩段考核”是指為全面評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)著陸引導(dǎo)裝備的操作訓(xùn)練水平，將評(píng)價(jià)考核分為兩個(gè)階段實(shí)施。第一階段考核，在單裝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和模擬設(shè)備操作訓(xùn)練教學(xué)結(jié)束之后實(shí)施，重點(diǎn)考核學(xué)生的裝備操作維護(hù)技能，由授課老師充當(dāng)考核人員，根據(jù)崗位需求制定的考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐人考核，在線給出虛擬訓(xùn)練成績(jī)。合格者轉(zhuǎn)入下一階段學(xué)習(xí)，否則，前期虛擬仿真訓(xùn)練和模擬裝備訓(xùn)練考核成績(jī)清零，重新開始前一個(gè)階段虛擬裝備實(shí)踐學(xué)習(xí)。第二階段考核，在裝備操作訓(xùn)練和體系運(yùn)用教學(xué)之后實(shí)施，按照飛機(jī)著陸導(dǎo)航保障要求設(shè)置仿真場(chǎng)景，重點(diǎn)考核學(xué)生裝備系統(tǒng)的綜合運(yùn)用能力和崗位任職能力，由用人單位和設(shè)備廠家組建考核小組，按照考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核?？己撕细裾呒催_(dá)到畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，否則進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，再次進(jìn)行考核。上述多元化的科學(xué)考核方式，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，客觀評(píng)價(jià)了學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰婉{馭裝備的能力。

三、“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐

根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、課程特點(diǎn)，目前形成了模塊劃分、層次遞進(jìn)的立體的“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的著陸引導(dǎo)裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課堂。虛擬仿真教學(xué)課堂實(shí)施可以分為三個(gè)層次。

1.基礎(chǔ)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，堅(jiān)持“認(rèn)知與實(shí)證相結(jié)合”，推行“主題式”單裝課堂教學(xué)，突出啟發(fā)互動(dòng)、示范引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生抽象認(rèn)知和感性認(rèn)知能力。具體來(lái)講就是強(qiáng)調(diào)“實(shí)驗(yàn)的主題牽引”。一是在理論授課前，圍繞單個(gè)裝備的實(shí)驗(yàn)主題，要求學(xué)生上網(wǎng)了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、所用儀器儀表和模塊單元等。理論教學(xué)結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)理論和系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)。二是在實(shí)驗(yàn)操作前，圍繞實(shí)驗(yàn)主題，由老師與學(xué)生依據(jù)系統(tǒng)工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，共同研究實(shí)驗(yàn)方案、方法步驟，并由老師進(jìn)行演示示范。三是在實(shí)驗(yàn)中，圍繞實(shí)驗(yàn)主題，采取互動(dòng)啟發(fā)式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，促使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法。四是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，圍繞實(shí)驗(yàn)主題，結(jié)合裝備組織運(yùn)用與技術(shù)改進(jìn)，提出技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)路徑，進(jìn)行在線虛擬仿真探索。

2.綜合性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)持“仿真與硬件裝備模擬相結(jié)合”，推行“協(xié)同式”情景課堂教學(xué)，突出軟仿真，強(qiáng)調(diào)硬模擬，培養(yǎng)學(xué)生裝備的綜合運(yùn)用能力。針對(duì)新型導(dǎo)航裝備集成化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，按照“單裝—系統(tǒng)—體系”實(shí)踐思路，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)場(chǎng)保障和指揮管理能力?；谔摂M仿真教學(xué)平臺(tái)完成機(jī)場(chǎng)環(huán)境仿真，對(duì)構(gòu)成機(jī)場(chǎng)環(huán)境的各個(gè)要素進(jìn)行逼真模擬，同時(shí)對(duì)著陸引導(dǎo)裝備等各類輻射源的電磁輻射特性進(jìn)行建模模擬，使得綜合性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)更加貼近實(shí)際。

3.設(shè)計(jì)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)持“教學(xué)與科研相結(jié)合”，推行“項(xiàng)目式”課堂教學(xué)，突出任務(wù)驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立探究，按照“自主—協(xié)作—?jiǎng)?chuàng)新”實(shí)踐思路，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究和自主創(chuàng)新能力。通過(guò)設(shè)立創(chuàng)新科研課題、組織模擬仿真競(jìng)賽等活動(dòng)，幫助學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性模擬仿真實(shí)驗(yàn);采取“自選課題、自主設(shè)計(jì)、自行實(shí)驗(yàn)”的開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，進(jìn)行“塔康天線調(diào)制信號(hào)設(shè)計(jì)”等設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生參與導(dǎo)師課題研究，承擔(dān)相關(guān)系統(tǒng)仿真研究等任務(wù)，使學(xué)生掌握系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)方法，提高自主創(chuàng)新能力。

四、教學(xué)效果

目前開展的基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的著陸引導(dǎo)裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，服務(wù)學(xué)生共計(jì)1500余人次，取得了很好的教學(xué)效果，其中兩個(gè)課時(shí)的精密進(jìn)場(chǎng)雷達(dá)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)獲批2018年國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范項(xiàng)目。該教學(xué)模式的實(shí)施，不僅有利于學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到真實(shí)的裝備實(shí)踐操作中，激發(fā)學(xué)生的探索欲和實(shí)驗(yàn)操作興趣，還使得學(xué)生通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)掘自身創(chuàng)造潛能，提高了自身解決實(shí)際裝備的維修保障和工程設(shè)計(jì)能力。在該教學(xué)模式實(shí)施之后，所有畢業(yè)學(xué)生均順利適應(yīng)了工作崗位，部分優(yōu)秀學(xué)生甚至不用培訓(xùn)即可直接上崗，擔(dān)負(fù)起飛機(jī)著陸引導(dǎo)的組織保障任務(wù)，受到了用人單位的一致好評(píng)。

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Abstract： Because the traditional equipment practice teaching mode cannot meet the needs of large-scale normalization of the whole process of practical operation training， an Internet+3C-based teaching mode of equipment virtual simulation experiment is proposed in this paper. In the experiment teaching activity of landing guidance equipment， the virtual simulation technology is used to enhance the authenticity and experience feelings of college students when they operate the landing guidance equipment to support aircraft landing.

Key words： virtual simulation technology; equipment operation practice; Internet+; landing guidance equipment