虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的空中交通管理課程教學

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摘要：“高度”和“空間”概念在空中交通管理課程中成為關(guān)鍵角色，受困于工具的局限，學生在概念掌握和實習實踐方面難以獲得滿意效果，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了空中管理課程的教學難點。該文針對課程特點，分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于空中交通管理課程的意義和應(yīng)用模式，為民航人才培養(yǎng)和教育模式改革創(chuàng)新提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；空中交通管理；教學研究

在高校教學改革中，民航類專業(yè)課程授課從現(xiàn)實中的PPT、短視頻等多媒體教學，到借助超星、雨課堂等互聯(lián)網(wǎng)平臺工具進行教學，都在逐步實現(xiàn)推進，新技術(shù)的應(yīng)用為課程的建設(shè)和發(fā)展帶來了深刻改變。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)出現(xiàn)并獲得快速發(fā)展，它在課堂教學中得到了越來越多的應(yīng)用，為高校民航類專業(yè)課程教學模式改革與創(chuàng)新，帶來了積極深遠的影響。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality，VR）通過計算機技術(shù)，讓用戶進入一個仿真的現(xiàn)實虛擬世界中，獲得相應(yīng)的體驗[1]，將該技術(shù)與空中交通管理課程實踐教學相結(jié)合，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)、滿足行業(yè)人才需求的重要嘗試和探索。

1空中交通管理課程教學存在的問題

空中交通管理是航空宇航科學、交通運輸科學、信息科學、控制科學、管理科學等多學科的綜合交叉應(yīng)用，包括空中交通服務(wù)、空域管理和空中交通流量管理三部分，其任務(wù)是有效地維護和促進空中交通安全、維護空中交通秩序、保障空中交通暢通[2]?？罩薪煌ü芾碚n程是飛行、空管、簽派、機務(wù)等高校民航類專業(yè)的核心課程之一，是學生進行專業(yè)學習的一門重要先導課程。和公路、鐵路、水運等“地面”交通類課程不同，“高度”“空間”等概念在空中交通管理課程中成為關(guān)鍵角色，為深入掌握知識內(nèi)容，需要學生在腦海中呈現(xiàn)三維甚至多維的空間想象，但二維圖像、三維模型等普通教學輔助手段根本無法讓學生得到真實的反饋。因此，空中交通管理課程常規(guī)課堂教學受困于工具的局限，學生在對知識點的接受和深層理解上，以及對學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)和開發(fā)上，都很難獲得滿意的效果。在理論教學的基礎(chǔ)上，通過分析空中交通管理經(jīng)典案例，到空管局、機場、航空公司等一線單位實地考察實踐，是空中交通管理課程一種較為理想的教學方式，但實際上此種方式難以得到良好實現(xiàn)。飛行、空管、簽派、機務(wù)等民航一線工作專業(yè)性強，運行安全標準要求高，為了防止各種事件對民航工作的正常運行造成影響，空管局、機場、航空公司等一線單位不會輕易接受學生考察實踐。即使經(jīng)過多方協(xié)調(diào)，學生得到了實地考察機會，但由于行業(yè)規(guī)章制度要求，學生也無法獲得“上機”實踐的機會，最終戶外實踐變成“走馬觀花”式的現(xiàn)場參觀，實踐教學功能難以實現(xiàn)。因此，在有限的資源條件下，為更好地讓學生理解“高度”“空間”概念，增強空中交通管理課程的教學質(zhì)量，需對傳統(tǒng)的課程教學模式進行革新和調(diào)整。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于空中交通管理課程教學的意義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過計算機能夠生成逼真的視、聽、觸一體化的多維信息虛擬環(huán)境，使用者通過使用適當設(shè)備，可以在特定環(huán)境內(nèi)，通過語言、手勢等自然的方式，與虛擬世界中的客體進行實時交互，人們不僅能夠感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且還能突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗，這是對知識的進一步升華，實現(xiàn)了理論與實踐的有機結(jié)合[3-5]。

2.1彌補教學的不足

實地考察與實踐難以落實，傳統(tǒng)的飛行、簽派、空管等實驗實訓和模擬設(shè)備造價高，教學條件難以保證等制約了高校民航專業(yè)教學質(zhì)量的提升。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，把傳統(tǒng)實驗中的教學內(nèi)容、實驗設(shè)備、教師指導、學生操作等與虛擬實驗平臺融為一體，模擬包括機場運行控制、簽派、地面服務(wù)、空中管制、飛行駕駛等多個崗位的運行操作，使學生在學校內(nèi)即可進行接近真實的實踐操作，能夠有效提高教學效率，優(yōu)化學生體驗，解決學?，F(xiàn)實困難。

2.2避免真實實踐帶來的危險

由于民航從業(yè)環(huán)境的特殊性，課程中涉及的簽派、管制、應(yīng)急救援等知識內(nèi)容，如果在真實的環(huán)境中訓練，不僅成本高，而且無法保證安全。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠在滿足基本實踐課程要求的基礎(chǔ)上，將教學內(nèi)容拓展到在現(xiàn)實條件下因為安全問題而無法進行實踐的重要領(lǐng)域，如飛機機械故障、人為危險、人員糾紛、天氣、雷達系統(tǒng)故障等，通過課程的深入學習，滿足更多民航類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

2.3優(yōu)化師資隊伍建設(shè)

由于飛行技術(shù)、交通運輸（民航方向）、機務(wù)工程等民航相關(guān)專業(yè)博士點匱乏，很多民航類專業(yè)博士教師都非民航專業(yè)出身，導致其在管制、簽派、飛行等實踐知識和技能方面有所欠缺。高校常采用委派教師到航空公司、飛機維修廠、民航管理局、民航監(jiān)管局等單位實習或掛職鍛煉來彌補教師在實踐技能上的不足。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠幫助教師在不影響正常教學和科研任務(wù)的情況下，在學校內(nèi)即可完成類似學習，提高自身教學能力，解決教學中出現(xiàn)的相關(guān)問題。

3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在空中交通管理課程教學中的應(yīng)用

沉浸感是虛擬現(xiàn)實技術(shù)最核心的特性，用戶通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進入虛擬世界后認為自己是虛擬環(huán)境中的一部分，從而真正地參與進去，更好地沉浸在這一虛擬環(huán)境活動中[6-7]。結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一主要特征，空中交通管理課程虛擬現(xiàn)實教學方式主要有以下幾種。

3.1沉浸式課堂教

一是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將生活中難以隨處觀察到的相關(guān)自然現(xiàn)象或事物的變化過程在課堂上生動地展現(xiàn)出來，增強學生學習的趣味性，例如云、降水、雷暴、低空風切變、大氣環(huán)流等航空氣象知識等。二是將晦澀難懂的知識理論以虛擬現(xiàn)實的形式轉(zhuǎn)化成較為直觀、易于理解的畫面，例如針對飛行高度層、空域結(jié)構(gòu)、飛行規(guī)則等知識的講解，可讓學生“置身”于大氣空間，感受飛機飛過，降低講解難度。三是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，讓學生隨時建立知識假設(shè)模型，虛擬進行飛行組織、交通管制等工作，鍛煉學生的實踐能力。3.2虛擬角色教學傳統(tǒng)的空中交通管理教學模式受時間和空間的限制，只能在固定的時間、空間授課，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的利用可以打破此局限。例如，可以讓學生在虛擬世界中虛擬個人角色，讓其在虛擬世界中完成飛行駕駛（飛行員）、雷達管制（管制員）、簽派放行（簽派員）、飛機維修（機務(wù)）等職業(yè)技能訓練，或者虛擬扮演城市管理者、空管局負責人、航空公司運行部門負責人、飛行教員等角色，思考和構(gòu)筑“空間”“城市”“公司”“飛行組織”發(fā)展進程，培養(yǎng)學生的綜合決策能力、問題分析能力和管理組織能力。

3.3因材施教

高等院校培養(yǎng)的空中交通管理人才是全面多元的，空中交通管理是一門學科，也是一門藝術(shù)，藝術(shù)需要個性化的表達，不能按照一個標準進行施教。傳統(tǒng)授課中，由于受設(shè)備、空間、時間等多方面限制，師生之間基本上是教與學的單向交流，容易出現(xiàn)師生之間的認知偏差，難以做到針對性講授。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種信息技術(shù)，能夠輕易地實現(xiàn)個人學習經(jīng)歷的冗余備份，教師能夠隨時隨地進入學生的“個人虛擬空間”，觀察其學習經(jīng)歷并對其進行專門輔導，同時能與學生在虛擬空間中多方位討論、交流和互動，有利于把握學生的發(fā)展情況，提升學生的學習興趣，真正做到因材施教。

3.4資料共享

空中交通管理課程內(nèi)容涉及眾多民航規(guī)章，例如《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》《民用航空空中交通管理規(guī)則》《一般運行和飛行規(guī)則》等，知識點龐雜，知識體系復雜。在傳統(tǒng)的空中交通管理課程教學中，教學的主要載體課本、PPT以及超星學習通、慕課、雨課堂等新形式，在對“運行間隔”“高度層配備”等空間感較強的知識點進行呈現(xiàn)時，顯得“力不從心”。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的空中交通管理課程教學可以把書本、PPT等無法展現(xiàn)的“空間感”較強的資料轉(zhuǎn)移到虛擬現(xiàn)實空間中，以資料的形式存在其中，方便共享和查閱。

4結(jié)語

新教學模式的建立是一個逐步完善和發(fā)展的過程，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用目前仍處于初期，但隨著技術(shù)的不斷進步和成熟，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學講授課程可能會逐步成為常態(tài)甚至主流。民航是一個注重安全和標準的行業(yè)，民航人才培養(yǎng)更為注重技能和實踐。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在空中交通管理課程中的應(yīng)用與探索，充分展現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)和民航教育的有機融合，為民航相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)和教育模式改革創(chuàng)新提供了參考和借鑒。

參考文獻

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[7]杜坤.虛擬現(xiàn)實在高校實驗教學中的應(yīng)用[J].軟件,2019,40(12):70-72.

作者：張勁松 李廣春 姚飛 孟斌 單位：鄭州航空工業(yè)管理學院民航學院