VR/AR 技術(shù)在機(jī)務(wù)維修課程教學(xué)中的應(yīng)用探索與展望

閆翠萍 顧振華

（三亞航空旅游職業(yè)學(xué)院，海南 三亞 572000）

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展和國(guó)際地位的凸顯，民航運(yùn)輸業(yè)將會(huì)起到越來越重要的作用，然而任何行業(yè)的發(fā)展都離不開大量專業(yè)人才的支撐，而對(duì)于專業(yè)人才的培養(yǎng)根基則在于教育。由于飛機(jī)維修專業(yè)的特殊性以及相關(guān)科研教輔的匱乏性，當(dāng)前多數(shù)大專院校機(jī)務(wù)維修課程教學(xué)中普遍存在著以下這些問題：學(xué)生學(xué)習(xí)的興致不高，思想上面的認(rèn)識(shí)不足，學(xué)習(xí)資源的大量匱乏，動(dòng)手實(shí)際操作的能力較差。傳統(tǒng)課堂教學(xué)儼然已經(jīng)無法滿足當(dāng)今日益飛速發(fā)展的社會(huì)對(duì)于民航畢業(yè)生的高質(zhì)量要求。2014 年國(guó)家職業(yè)教育大會(huì)中曾經(jīng)提出職業(yè)教育應(yīng)著力提高教育過程中的信息化水平，讓信息化技術(shù)和設(shè)備在推動(dòng)職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式的提升上，發(fā)揮其不可替代的作用和地位[1]。隨著世界信息化技術(shù)水平的不斷提升，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）被廣泛應(yīng)用在幼兒、中小學(xué)以及大學(xué)各個(gè)階段理論與實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，其對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)模式都帶來了深遠(yuǎn)的變革[2]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為 VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（英文名稱：Augmented Reality，縮寫為 AR）起源于上世紀(jì) 60 年代。VR 技術(shù)利用計(jì)算機(jī)模擬出三維空間的虛擬世界，從感官上的模擬將體驗(yàn)者帶入一個(gè)十分逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。AR 技術(shù)把計(jì)算機(jī)中生成的虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)平面二維事物的三維動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，從而起到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)世界的效果[3]。如今VR/AR 技術(shù)在各大航空公司的機(jī)務(wù)維修培訓(xùn)中也已得到的廣泛的應(yīng)用。惠普公司2017 年已經(jīng)開始借助VR 技術(shù)對(duì)工程師和維修人員進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)維修培訓(xùn)，惠普公司運(yùn)用的培訓(xùn)模式是直觀可視化培訓(xùn)模式，完勝傳統(tǒng)培訓(xùn)模式，使得學(xué)員可以在沉浸式的環(huán)境當(dāng)中，直接學(xué)習(xí)觀摩發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作的全部過程，不僅降低了培訓(xùn)的難度，也降低了可實(shí)際操作的危險(xiǎn)性，同時(shí)減輕了學(xué)員的學(xué)習(xí)壓力，從而在根本上縮短了學(xué)員培訓(xùn)周期[4]。南航和中國(guó)電信近幾年聯(lián)合研發(fā)的“5G+AR 遠(yuǎn)程技術(shù)支持平臺(tái)”，也在2021 年7 月份正式得到啟用，從而開啟了航空智能維修的新時(shí)代[5]。作為為各大航空公司運(yùn)輸專業(yè)維修人才的高職院校，其機(jī)務(wù)專業(yè)的教學(xué)卻大多依舊延續(xù)著傳統(tǒng)的教學(xué)方式，并未融入VR/AR 這樣的高科技信息技術(shù)，從而進(jìn)一步加劇了行業(yè)人才“培養(yǎng)與使用脫節(jié)”的問題。本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的一些弊端，在借鑒各大航空公司采用VR/AR 技術(shù)進(jìn)行機(jī)務(wù)維修培訓(xùn)的基礎(chǔ)之上，展望了VR/AR 技術(shù)在傳統(tǒng)機(jī)務(wù)維修課程教學(xué)中的一些應(yīng)用。

二、機(jī)務(wù)維修教學(xué)中存在的問題

（一）傳統(tǒng)多媒體教學(xué)模式單調(diào)，抽象，師生互動(dòng)性差

飛機(jī)維修的專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜，抽象，晦澀難懂。高職院校的學(xué)生普遍存在數(shù)學(xué)與物理理論基礎(chǔ)較薄弱，學(xué)習(xí)積極性欠缺，自我約束性較差等問題，那么基于這些問題的存在，僅僅通過傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)，以圖片和講解的形式，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生們的積極性，不能夠?qū)崿F(xiàn)讓學(xué)生在一個(gè)較好的情境中立體的吸收專業(yè)知識(shí)。理工科學(xué)習(xí)的前后邏輯性都比較強(qiáng)，如果課堂教學(xué)期間學(xué)生學(xué)習(xí)效果比較差，學(xué)生課下又疏于用功復(fù)習(xí)，繼而會(huì)造成后續(xù)學(xué)習(xí)更加的困難，學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿會(huì)強(qiáng)烈下降，那么會(huì)導(dǎo)致課堂參與度隨之急劇下降，最終惡性循環(huán)，課堂教學(xué)質(zhì)量和效果不堪一擊，不能達(dá)到最初的教學(xué)目的。

（二）實(shí)踐教學(xué)條件落后，教學(xué)內(nèi)容難以深入

機(jī)務(wù)維修具有很強(qiáng)的職業(yè)特殊性，由于航空器材的價(jià)格都比較昂貴，而且技術(shù)更新的速度也比較快，受限于資金和場(chǎng)所條件，民航高職院校一般都不可能擁有成套的在役航空設(shè)備用以提供給實(shí)訓(xùn)教學(xué)，往往都是以退役的航空器材作為實(shí)訓(xùn)教學(xué)的設(shè)備，由此可知，教學(xué)設(shè)施的落后在一定程度上來講是必然的。受實(shí)訓(xùn)設(shè)備條件的制約，實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容也就不可能和行業(yè)實(shí)際工作保持一致，大部分的實(shí)訓(xùn)教學(xué)僅僅只限于認(rèn)知教學(xué)，會(huì)給學(xué)生們?cè)斐梢环N試驗(yàn)很簡(jiǎn)單的感覺，從而無法在教學(xué)中調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)于試驗(yàn)的興趣，加之學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí)匱乏，更無法促進(jìn)學(xué)生將理論和實(shí)際相結(jié)合的進(jìn)行深入思考，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)只能浮潛于知識(shí)表面，無法系統(tǒng)掌握知識(shí)，這就很容易造就學(xué)生學(xué)完即忘記，畢業(yè)后也難以達(dá)到航空單位的用工標(biāo)準(zhǔn)[6]。

（三）課程考核形式單一，重理論，輕實(shí)操

目前飛機(jī)維修專業(yè)課程絕大部分的實(shí)訓(xùn)考核比例設(shè)置為在期末考核中占比20%左右，相比理論考核的40%來說，可以看出，實(shí)訓(xùn)考核并未被得到充分的重視。導(dǎo)致這一情況的根源主要在于根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，難以設(shè)計(jì)出比較典型的實(shí)訓(xùn)考核項(xiàng)目，來綜合考察學(xué)生的實(shí)際操作能力?，F(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)期間，難以滿足每個(gè)人的需求，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目還需要分組進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)考核也是只能采取小組考核，多人為一組，這樣就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生總是搶先進(jìn)行操作，而不積極或者動(dòng)手能力相對(duì)比較弱的學(xué)生，總是能僥幸不參與實(shí)際操作，也可以跟著小組獲取考核分?jǐn)?shù)，這樣的實(shí)操方式也就無法體現(xiàn)每個(gè)人的動(dòng)手實(shí)操能力，而理論考核則可以輕松的區(qū)別出每位學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果，這也是實(shí)操考核不在期末考核占比較大的百分比的一個(gè)根本原因。

三、VR/AR 技術(shù)在機(jī)務(wù)維修理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用探索

現(xiàn)階段傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，理論教學(xué)乏味，晦澀難懂，而實(shí)訓(xùn)教學(xué)又多限于認(rèn)知，難以進(jìn)行深度的拓展，難以貼近實(shí)際工作崗位的各項(xiàng)要求，從而導(dǎo)致了培養(yǎng)出來的學(xué)生很難滿足航空企業(yè)日益發(fā)展的用人標(biāo)準(zhǔn)這樣的問題。那么隨著VR/AR 技術(shù)的出現(xiàn)，使得教學(xué)三維可視化，讓原本枯燥的專業(yè)知識(shí)講解，變得形象化，趣味化，簡(jiǎn)單化，學(xué)生在這樣的教學(xué)方式中，可以深切的感受到信息化教學(xué)所帶來的學(xué)習(xí)輕松的快樂感，從而帶動(dòng)了學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)專業(yè)知識(shí)的提升起到了一定的作用。

（一）VR/AR 技術(shù)在基礎(chǔ)理論課程教學(xué)中的應(yīng)用

針對(duì)理論教學(xué)部分，以民航機(jī)電英語為例，傳統(tǒng)的教學(xué)方式，一般由教師采用PPT 的方式逐個(gè)單詞講解，整句進(jìn)行翻譯。引入VR/AR 技術(shù)之后，教師就可以通過手機(jī)或者投屏的方式掃描，展開該專業(yè)單詞在飛機(jī)具體位置的三維動(dòng)態(tài)模型，學(xué)生們也就可以情境化的對(duì)應(yīng)飛機(jī)部件進(jìn)行記憶專業(yè)單詞。作業(yè)也可以采用VR/AR 技術(shù)開發(fā)一些小游戲模式，通過游戲來增強(qiáng)專業(yè)英語學(xué)習(xí)的趣味性。對(duì)于專業(yè)課程的理論教學(xué)部分，比如發(fā)動(dòng)機(jī)原理與結(jié)構(gòu)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)等等課程，利用傳統(tǒng)的教學(xué)方式學(xué)生們難以理解和消化，可以將枯燥的理論講解采用VR/AR 技術(shù)，通過三維動(dòng)態(tài)模型，直觀的顯示出整個(gè)的原理過程，并將其融入到相應(yīng)的實(shí)踐操作過程之中，使得高職學(xué)生對(duì)復(fù)雜的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)變得情境可視化，原理簡(jiǎn)單化，理解輕松化。原理與實(shí)踐配對(duì)化講解，可以讓學(xué)生對(duì)于專業(yè)知識(shí)的理解更加深入，為后續(xù)實(shí)踐操作也打下了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

（二）VR/AR 技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

針對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)部分，由于傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備不足、落后或者試驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性這樣的一系列問題所在，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)教學(xué)難以深入的開展，那么就可以借助VR/AR 技術(shù)進(jìn)行深入展開。比如飛機(jī)電瓶充放電操作，電瓶容量維護(hù)操作等等類似的試驗(yàn)，由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格昂貴，投入輸出性價(jià)比較低，操作時(shí)長(zhǎng)過長(zhǎng)，不適宜全程試驗(yàn)教學(xué)，都可以開發(fā)相對(duì)應(yīng)的VR/AR 實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容，代替實(shí)際實(shí)操訓(xùn)練，既可以節(jié)約一定的教學(xué)時(shí)間，也可以避免采購(gòu)昂貴的教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。學(xué)校也可以和航空維修公司合作，共同開發(fā)出一些更貼合未來實(shí)際工作崗位需求的教學(xué)工作任務(wù)，比如繞機(jī)檢查，發(fā)動(dòng)機(jī)維修、部件維修等等。學(xué)生只有按照實(shí)際流程操作進(jìn)行操作一遍，，將理論結(jié)合實(shí)際，才能真正的理解掌握課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，將來走上工作崗位也能更快的勝任工作任務(wù)，從而從根本上縮短機(jī)務(wù)人員的培養(yǎng)周期長(zhǎng)的問題[7][8]。

（三）VR/AR 技術(shù)在課程考核中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的實(shí)踐課程考核當(dāng)中，大多選取實(shí)訓(xùn)課程中的一至多個(gè)典型的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行考核，將學(xué)生進(jìn)行分組之后，每組代表抽簽決定實(shí)訓(xùn)的任務(wù)。在允許的實(shí)踐條件之下，各個(gè)小組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)同時(shí)或者分時(shí)段進(jìn)行試驗(yàn)考核，最后由老師給小組集體計(jì)分?jǐn)?shù)。這種方式由于受限于實(shí)訓(xùn)設(shè)備條件，難以讓小組每個(gè)學(xué)生都能夠動(dòng)手操作一遍，從而無法調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)于實(shí)操的積極性，進(jìn)而很難體現(xiàn)出來每個(gè)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)水平，而學(xué)生在校時(shí)的實(shí)訓(xùn)水平則決定了畢業(yè)生的崗位能力。引進(jìn)VR/AR 技術(shù)之后，學(xué)生的實(shí)踐課程考核，可以通過VR/AR 技術(shù)開發(fā)出來一系列不同的典型工作任務(wù)，學(xué)生可以在系統(tǒng)里面隨機(jī)抽考題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)學(xué)生實(shí)際操作情況進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的考評(píng)，從而在增強(qiáng)考核的公平性和趣味性的同時(shí)，可以讓每個(gè)學(xué)生都能夠進(jìn)行獨(dú)立的操作，由于考題的隨機(jī)性，可以充分調(diào)動(dòng)每位同學(xué)的積極性，切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)訓(xùn)技能水平以及崗位能力。

四、結(jié)束語

隨著全球教育信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，VR/AR 技術(shù)未來在機(jī)務(wù)維修課程教學(xué)中發(fā)揮的作用將不可估量。作為高校的一線教師，更應(yīng)主動(dòng)改革傳統(tǒng)單調(diào)乏味的教學(xué)模式，在教學(xué)的過程中全力推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，為高職院校學(xué)生建立“沉浸式”的教育學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)操作變得趣味化、簡(jiǎn)單化、全面化、可實(shí)際操作化，低風(fēng)險(xiǎn)化，從而為航空界培養(yǎng)輸送更多具有實(shí)踐性、應(yīng)用型的專業(yè)技能型人才[9]。