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        虛擬仿真技術(shù)在航空專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用與思考

        2023-04-06 13:13:50
        職業(yè)技術(shù) 2023年4期
        關(guān)鍵詞:飛機(jī)實(shí)訓(xùn)課程

        劉 杰

        (湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,武漢 430079)

        0 引言

        航空專業(yè)發(fā)達(dá)與否是衡量國家綜合國力和科技水平的重要標(biāo)志之一,是“中國制造2025”和軍民融合戰(zhàn)略發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè),近年來呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭,特別是武漢在航空領(lǐng)域頻頻有大規(guī)劃、大布局,例如:漢南國家級(jí)通航產(chǎn)業(yè)聚集示范區(qū)、鄂州順豐國際機(jī)場等。湖北省提出要將武漢打造成為國家級(jí)通航產(chǎn)業(yè)聚集示范區(qū)、中國航空運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)中心、中國中部通航樞紐等。預(yù)計(jì)到2025年,航空產(chǎn)業(yè)人才缺口將達(dá)50萬,需求巨大。湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為湖北交通人才的搖籃,為響應(yīng)湖北省航空體系建設(shè)的發(fā)展需求,積極培養(yǎng)制造和維修領(lǐng)域的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才,通過新技術(shù)、新理念、新方法來提升教學(xué)水平和教學(xué)效果已迫在眉睫。

        為此,作為湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的二級(jí)學(xué)院,汽車與航空學(xué)院秉承“弘德力行,精藝通達(dá)”的發(fā)展理念,追求務(wù)實(shí)、擔(dān)當(dāng)、奉獻(xiàn)、卓越,圍繞“飛行器制造技術(shù)”專業(yè)群,全力打造“榮耀汽航”,努力在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)上,引領(lǐng)職教創(chuàng)新、成為教育改革典范,為職業(yè)教育發(fā)展貢獻(xiàn)湖北交院“汽航模式”。

        1 航空專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)背景

        筆者所在院校現(xiàn)設(shè)有新能源汽車技術(shù)專業(yè)群、飛行器制造技術(shù)專業(yè)群兩大專業(yè)群。飛行器制造技術(shù)專業(yè)群是省內(nèi)航空類專業(yè)建設(shè)的先行軍,定位于培養(yǎng)智能制造和航空技術(shù)領(lǐng)域的高素質(zhì)技術(shù)技能人才?,F(xiàn)已開辦飛行器數(shù)字化制造技術(shù)、飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修和無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)。

        專業(yè)群校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地占地兩萬余平米,專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備總值超過3600萬元,擁有央財(cái)支持的國家級(jí)職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地2個(gè),1+X證書考核站點(diǎn)5個(gè),國家“十三五”產(chǎn)教融合發(fā)展工程建設(shè)項(xiàng)目1個(gè),國家級(jí)無人機(jī)協(xié)同創(chuàng)新中心1個(gè),并與三江集團(tuán)、航空工業(yè)、武漢凌云、大疆等知名企業(yè)建有二十余家校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、產(chǎn)教融合基地。

        在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中,常規(guī)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)有其優(yōu)勢(shì),但是航空領(lǐng)域的實(shí)訓(xùn)教學(xué)卻存在一些無法避免的問題。如航空類設(shè)備價(jià)值高、危險(xiǎn)性大、實(shí)訓(xùn)耗材開支較大,同時(shí)在飛行方面,空域的申請(qǐng)也是一大難題。這些導(dǎo)致航空類實(shí)訓(xùn)教學(xué)很難真正展開,嚴(yán)重影響了課堂的教學(xué)質(zhì)量。因此,改革創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)的技術(shù)與手段勢(shì)在必行。

        2 航空專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)方案

        航空專業(yè)融入虛擬仿真技術(shù)不僅能優(yōu)化專業(yè)群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系,而且能促進(jìn)其在航空專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用,這對(duì)虛擬仿真技術(shù)與教育思維模式深度融合具有重要意義,也能為我國航空職業(yè)教育跨越式發(fā)展培養(yǎng)出大批高素質(zhì)技術(shù)技能人才。在與其他實(shí)訓(xùn)模式的類比中,我們發(fā)現(xiàn)虛擬仿真的功能十分強(qiáng)大,但其在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用并不多見[1]。因此,在建設(shè)前的設(shè)計(jì)上,著重解決以下三個(gè)問題。

        一是差異化實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)。在虛擬仿真的幫助下,我們完全可以借助該技術(shù)實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的差異化實(shí)訓(xùn)。根據(jù)學(xué)生的基本信息、理論成績、興趣愛好、動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力等信息,系統(tǒng)完全能根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況生成一個(gè)有針對(duì)性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,讓不同的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)時(shí)長、學(xué)習(xí)深度、考核標(biāo)準(zhǔn),讓每個(gè)實(shí)訓(xùn)的學(xué)生獲取最大化收獲。

        二是實(shí)訓(xùn)過程分析。受實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的限制,學(xué)生實(shí)訓(xùn)的過程很少被關(guān)注,多數(shù)考核也只針對(duì)結(jié)果評(píng)分。在虛擬仿真軟件的幫助下,我們通過靈敏度分析、過程考核、中位數(shù)對(duì)比等方法,充分掌握學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中的技能提升情況,從而分析出學(xué)生在實(shí)訓(xùn)具體環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況。通過學(xué)生與學(xué)生對(duì)比,自己與自己對(duì)比,給出具體的分析與評(píng)價(jià),為實(shí)訓(xùn)后的意見反饋提供數(shù)據(jù)支撐。

        三是實(shí)訓(xùn)意見反饋。充分利用實(shí)訓(xùn)過程分析得出的數(shù)據(jù),對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行全方位綜合分析。同時(shí),與有相同實(shí)訓(xùn)條件的學(xué)校進(jìn)行數(shù)據(jù)共享,通過大數(shù)據(jù)對(duì)比,以獲得更全面的分析報(bào)告和優(yōu)化建議。根據(jù)反饋的情況,我們及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)目標(biāo),更新實(shí)訓(xùn)方案,增設(shè)實(shí)訓(xùn)模塊。其具體的反饋可以通過多種模式呈現(xiàn),比如文字描述、語音描述、表格描述、圖形描述等。

        為對(duì)接航空專業(yè)真實(shí)工作崗位、提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果、節(jié)約實(shí)訓(xùn)成本,也為解決以上三大問題,我們立志打造屬于自己的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心,并提出了我們的建設(shè)理念:搭建一個(gè)有益于學(xué)校、有益于專業(yè)、有益于學(xué)生、有益于企業(yè)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。通過對(duì)其他學(xué)校的虛擬仿真建設(shè)方案進(jìn)行學(xué)習(xí)與借鑒,我們決定立足于學(xué)院現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件,將專業(yè)群實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)與課程體系中的實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行深度融合。通過多方洽談,我們和中國民航大學(xué)達(dá)成了合作意向,并著手準(zhǔn)備項(xiàng)目的建設(shè)[2]。其總體技術(shù)路線見圖1。

        圖1 技術(shù)路線

        其中三個(gè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)主要包括:人才培養(yǎng)方案的重新制定,實(shí)訓(xùn)課程的重新制定,虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)。具體任務(wù)見圖2。

        圖2 具體建設(shè)任務(wù)

        虛擬仿真程序的主要功能模塊有情景模擬和實(shí)操訓(xùn)練。

        情景模擬模塊。該模塊主要是讓學(xué)生沉浸在虛擬的環(huán)境中,能夠真實(shí)地看到各種工具、設(shè)備和機(jī)器等,并能通過語音和文字提示迅速進(jìn)入角色,通過軟件的引導(dǎo),知道本課程是什么、需要干什么和怎么干。課程引導(dǎo)部分:主要是根據(jù)課程的教學(xué)安排,介紹在本課程中的具體安排。全局介紹部分:主要是提供整體的課程界面,學(xué)生可以通過該界面,迅速了解整個(gè)課程的布局情況。細(xì)節(jié)展示部分:主要是通過一個(gè)個(gè)實(shí)物模塊,展現(xiàn)出其對(duì)應(yīng)的細(xì)節(jié)和名稱。實(shí)操演示部分:主要是通過動(dòng)畫模擬,告訴學(xué)生如何進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練。注意事項(xiàng)部分:主要是通過提示,告知學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中碰到問題如何解決[3]。

        實(shí)操訓(xùn)練模塊。該模塊主要是讓學(xué)生置身于虛擬場景中,通過鼠標(biāo)鍵盤或者操作手柄、方向盤等實(shí)物進(jìn)行真實(shí)的模擬訓(xùn)練,并在虛擬世界完成相應(yīng)的任務(wù)安排。模擬訓(xùn)練部分:學(xué)生可以通過選擇課程對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練項(xiàng)目,進(jìn)行具體的實(shí)訓(xùn)操作。在訓(xùn)練過程中還能選擇簡單、一般、困難等模式,分階段提高自己的技術(shù)水平。難點(diǎn)復(fù)習(xí)部分:系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生模擬訓(xùn)練部分的情況,自動(dòng)把得分較低的關(guān)卡標(biāo)紅,并提示其通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)以達(dá)到掌握知識(shí)點(diǎn)的目的。技能擴(kuò)展部分:教師可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況,把更復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目添加進(jìn)去,讓學(xué)生能進(jìn)一步提升自己的知識(shí)與技能。實(shí)訓(xùn)考核部分:主要是通過系統(tǒng)對(duì)學(xué)生訓(xùn)練的情況進(jìn)行考核,并得出考核結(jié)論,減輕了老師的工作負(fù)擔(dān),增加了考核的準(zhǔn)確性。其設(shè)計(jì)思路見圖3。

        圖3 設(shè)計(jì)思路

        我們希望通過虛擬仿真技術(shù),讓學(xué)生愛上課程、愛上專業(yè)、愛上行業(yè)。該設(shè)計(jì)最核心的功能是兩個(gè)模塊相互配合,共同完成學(xué)生的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況填寫相關(guān)數(shù)據(jù),由平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并自動(dòng)生成實(shí)操訓(xùn)練的設(shè)定和要求,幫助學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。由于系統(tǒng)能根據(jù)學(xué)生情況量身定做訓(xùn)練課程,真正滿足了學(xué)生的需求,以達(dá)到學(xué)生愛上課程的目的,進(jìn)而能愛上整個(gè)專業(yè)和行業(yè)。

        3 航空專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)效果

        整個(gè)建設(shè)分為三個(gè)部分,每一部分都是獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)室。通過虛擬仿真技術(shù),讓學(xué)生擁有更真實(shí)的實(shí)訓(xùn)效果,確保在實(shí)訓(xùn)中學(xué)到更多知識(shí),學(xué)到更多技能。

        3.1 飛行仿真操控實(shí)訓(xùn)室

        飛行仿真操控實(shí)訓(xùn)室主要以B737-800為模板,通過虛擬仿真技術(shù),將飛機(jī)的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)集成到設(shè)備中,利用人機(jī)交互方式實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景的模擬實(shí)訓(xùn),通過虛擬的實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生掌握飛行仿真相關(guān)知識(shí)與技能,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提升學(xué)生學(xué)習(xí)技能。實(shí)訓(xùn)臺(tái)架見圖4,該實(shí)訓(xùn)室主要包含飛機(jī)維護(hù)仿真系統(tǒng)、3D駕駛艙仿真系統(tǒng)、模擬飛行系統(tǒng)、飛行管理仿真系統(tǒng)等模塊。

        圖4 飛行仿真實(shí)訓(xùn)臺(tái)架

        3.1.1 飛機(jī)維護(hù)仿真系統(tǒng)

        飛行維護(hù)仿真系統(tǒng)包含3D虛擬飛機(jī)、3D虛擬座艙和教學(xué)輔助三個(gè)部分,分別顯示在三個(gè)顯示屏,顯示位置及顯示內(nèi)容可以自由切換和拖動(dòng)。3D虛擬飛機(jī)部分要求可以進(jìn)入各個(gè)3D艙室內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)部件認(rèn)知、測試、拆裝等功能;3D虛擬座艙部分要求與相應(yīng)機(jī)型的駕駛艙完全一致,可以在3D的環(huán)境下完成面板的基本操作、駕駛艙通電、發(fā)動(dòng)機(jī)試車等功能;教學(xué)輔助部分,能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)系統(tǒng)的故障設(shè)置、動(dòng)態(tài)原理圖演示、訓(xùn)練科目選擇等功能。湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬飛機(jī)見圖5。

        圖5 湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬飛機(jī)

        3.1.2 3D駕駛艙仿真系統(tǒng)

        3D虛擬座艙部分能夠提供完整的可操作的飛機(jī)虛擬駕駛艙,虛擬駕駛艙布局與真飛機(jī)一致。在三維環(huán)境下駕駛艙內(nèi)所有的開關(guān)、旋鈕、手柄等部件均可操作,操作方式和真實(shí)飛機(jī)一致,并能夠提供逼真的3D動(dòng)畫效果。虛擬駕駛艙視角可平移、旋轉(zhuǎn)、縮放,還提供了完整的音效包,包括發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、反推、關(guān)車等全過程的音效仿真,飛機(jī)起落架、擾流板等的音效仿真。

        3.1.3 模擬飛行系統(tǒng)

        模擬飛行系統(tǒng)可以完整模擬B737-800客機(jī)起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸等飛行階段;在飛行過程中可以完整模擬飛機(jī)主要的系統(tǒng)功能,操作邏輯和現(xiàn)象與真實(shí)飛機(jī)一致;駕駛艙內(nèi)所有的開關(guān)、旋鈕、手柄等部件均可操作,操作邏輯和駕駛艙效應(yīng)與真實(shí)飛機(jī)一致,并能夠提供逼真的3D動(dòng)畫效果。還有自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)仿真,可模擬飛行指引儀(FD)、自動(dòng)駕駛儀(AP)、自動(dòng)油門(AT)系統(tǒng),能通過方式控制面板(MCP)等控制面板模擬所有自動(dòng)飛行模式,各種飛行模式均在飛行方式通告牌(FMA)上有顯示。

        3.1.4 飛行管理仿真系統(tǒng)

        飛行管理仿真系統(tǒng)可以完整模擬B737-800客機(jī)的性能參數(shù),能夠準(zhǔn)確模擬各個(gè)飛行階段的系統(tǒng)特性,導(dǎo)航數(shù)據(jù)可28天更新一次,需提供全球最新的機(jī)場和航線數(shù)據(jù)。通過CDU操作,飛管系統(tǒng)可以按照飛機(jī)當(dāng)前性能及預(yù)設(shè)參數(shù),編輯產(chǎn)生任意復(fù)雜的飛行程序,并能夠與飛控系統(tǒng)交聯(lián),完成飛機(jī)的垂直導(dǎo)航和水平導(dǎo)航銜接,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)航線飛行。能夠在3D駕駛艙內(nèi),通過CDU完成機(jī)內(nèi)自檢測試的功能,包括飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(FMCS)、數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)(DFCS)、自動(dòng)油門(A/T)、大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)(ADIRS)、通用顯示系統(tǒng)(CDS)、油量指示系統(tǒng)(FQIS) 的測試頁面和邏輯關(guān)聯(lián)。各頁面均可操作,頁面顯示和控制邏輯均符合飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)(AMM)中工作任務(wù)的要求。

        除此之外還有駕駛艙測試功能、虛擬電子設(shè)備艙功能、排故訓(xùn)練功能等。

        3.2 無人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室

        無人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室(見圖6)主要是在現(xiàn)有機(jī)房的基礎(chǔ)上,利用鳳凰Phoenix RC模擬軟件實(shí)現(xiàn),針對(duì)無人機(jī)專業(yè)的學(xué)生可開設(shè)無人機(jī)模擬操控實(shí)訓(xùn)課程。

        圖6 無人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室

        無人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室的主要軟件為鳳凰Phoenix RC。鳳凰模擬器是市面上較流行的一款專業(yè)飛行模擬器軟件,它是航模新手練手必用軟件,可以模擬多種固定翼、多旋翼飛機(jī),市面上常見的大疆無人機(jī)、穿越機(jī)也都能找到。學(xué)生通過鳳凰模擬操控軟件,來模擬訓(xùn)練無人機(jī)的飛行,克服了真機(jī)實(shí)訓(xùn)帶來的炸機(jī)、傷人等不利因素,為后期真機(jī)實(shí)訓(xùn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),也為AOPA考證提供了大量實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),極大提高了考證的一次通過率。

        學(xué)生通過無人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)主要用來訓(xùn)練360°自旋和八字飛行。其中360°自旋主要就是讓飛機(jī)原地不動(dòng)緩慢旋轉(zhuǎn)一圈,非??简?yàn)學(xué)生的定力和手感。利用虛擬仿真,還能模擬現(xiàn)實(shí)世界的微風(fēng)、大風(fēng)等環(huán)境,提高自己的應(yīng)變能力。八字飛行是指在地上畫一個(gè)大的“8”字,通過虛擬仿真可以真實(shí)模擬出現(xiàn)實(shí)場景,也能調(diào)整對(duì)應(yīng)環(huán)境,確保學(xué)生的技術(shù)獲得真正提高[4-5]。

        3.3 飛機(jī)起落架拆裝實(shí)訓(xùn)室

        飛機(jī)起落架拆裝實(shí)訓(xùn)室(見圖7)主要借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件來實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)。起落架拆裝虛擬仿真功能主要包括:大型民航客機(jī)的飛機(jī)起落架主支柱、減震支柱、收放作動(dòng)筒、鎖定組件、輪胎、剎車等主要部件的拆裝引導(dǎo)訓(xùn)練和自主拆裝訓(xùn)練;還包括飛機(jī)起落架工作原理演示和交互操作,提供起落架收放、落震、剎車的關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)效果,通過模型和動(dòng)畫展示起落架的工作流程。另外,為了增加學(xué)生學(xué)習(xí)的直觀效果,該實(shí)訓(xùn)還提供了飛機(jī)起落架部件三維爆炸圖,學(xué)生可在起落架外部實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)視角進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。還能通過虛擬人物接近發(fā)動(dòng)機(jī)的某特定區(qū)域,并且通過鼠標(biāo)操作來實(shí)現(xiàn)與起落架的互動(dòng);為了后續(xù)提高虛擬仿真的真實(shí)性,預(yù)留了虛擬現(xiàn)實(shí)VR升級(jí)接口和主動(dòng)立體式3D升級(jí)接口,以及多人協(xié)同操作升級(jí)接口。軟件如圖8、圖9所示。

        圖7 飛機(jī)起落架拆裝實(shí)訓(xùn)室

        圖8 引導(dǎo)訓(xùn)練

        圖9 爆炸圖

        4 教學(xué)實(shí)踐

        筆者所在院校在飛行器制造技術(shù)專業(yè)群中實(shí)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)為湖北省內(nèi)首創(chuàng)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)可以極大減少飛行器制造技術(shù)專業(yè)群的建設(shè)成本,減少實(shí)訓(xùn)過程的安全隱患,為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)創(chuàng)造有利條件。從教學(xué)任務(wù)目標(biāo)、教學(xué)團(tuán)隊(duì)組成、教學(xué)過程、教學(xué)效果四個(gè)方面來進(jìn)行介紹。

        4.1 教學(xué)任務(wù)目標(biāo)

        針對(duì)高職人才培養(yǎng)過程中虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)無法滿足評(píng)價(jià)要求、無法量化考核標(biāo)準(zhǔn)等緊迫問題,我們攜手中國民航大學(xué)率先在湖北省開設(shè)航空專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程,共建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室,精準(zhǔn)開展供需對(duì)接,瞄準(zhǔn)核心技能培養(yǎng),系統(tǒng)構(gòu)建了航空專業(yè)“會(huì)飛、會(huì)修、會(huì)裝調(diào)、會(huì)設(shè)計(jì)、會(huì)創(chuàng)新和精通一項(xiàng)行業(yè)應(yīng)用”的“五會(huì)一精通”人才培養(yǎng)模式。

        根據(jù)航空專業(yè)建設(shè)發(fā)展規(guī)律,圍繞航空領(lǐng)域開發(fā)、建模、組裝調(diào)試、課程建設(shè)、駕駛員培訓(xùn)、市場營銷、遙感數(shù)據(jù)分析等崗位,以航空企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為載體,以任務(wù)為驅(qū)動(dòng),將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合,遵循“教學(xué)做”合一的教學(xué)理念,突出學(xué)生主體能力本位,工學(xué)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)模式的方向性轉(zhuǎn)變,以多樣化地解決問題和完成任務(wù)的策略展示學(xué)習(xí)成果,培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)綜合能力,使學(xué)生在完成任務(wù)的過程中掌握知識(shí)和技能。

        4.2 教學(xué)團(tuán)隊(duì)組成

        本校具備培訓(xùn)能力的教師隊(duì)伍成員有21人,其中專任教師13人,占比62%;行業(yè)企業(yè)專家型兼職教師8人,占比38%;“雙師型”教師17人,占比81%。針對(duì)航空類專業(yè)教學(xué)需求,我校還聘請(qǐng)了來自企業(yè)的能工巧匠型高技術(shù)人才擔(dān)任兼職教師,承擔(dān)培訓(xùn)任務(wù)。我校師資隊(duì)伍的知識(shí)與技能結(jié)構(gòu)覆蓋航空相關(guān)的系統(tǒng)安裝、調(diào)試、飛行前檢查、操控,以及維護(hù)等,能夠勝任航空專業(yè)的各項(xiàng)教學(xué)工作[6]。

        為了落實(shí)立德樹人根本任務(wù),加強(qiáng)師德師風(fēng)建設(shè),將“雙師型”教師個(gè)體成長與本?!半p師型”教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)相結(jié)合,湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院組織教師定期到企業(yè)實(shí)踐,鼓勵(lì)教師參與企業(yè)培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)等活動(dòng),提升實(shí)踐教學(xué)能力。從而提高教師教育教學(xué)能力和專業(yè)實(shí)踐能力,優(yōu)化專兼職教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu),大力提升職業(yè)院?!半p師型”教師隊(duì)伍建設(shè)水平。

        4.3 教學(xué)過程

        本實(shí)施過程以模擬飛行為例,通過以下幾個(gè)方面,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中成長,在成長中學(xué)習(xí),最終實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

        教學(xué)分析。本課程為飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程,模擬飛行屬于該專業(yè)的擴(kuò)展任務(wù)。授課對(duì)象為大二的學(xué)生,班級(jí)規(guī)模為50人。學(xué)生主要為普通高中學(xué)生,其基本功較好,在經(jīng)過部分專業(yè)課的學(xué)習(xí)后,對(duì)模擬飛行有一定認(rèn)識(shí),但還未真正操控過飛機(jī)。學(xué)習(xí)特點(diǎn)方面,其學(xué)習(xí)興趣一般,在操控方面有基本功,但存在不足。我們根據(jù)人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)標(biāo)準(zhǔn),提出了三大目標(biāo):一是學(xué)習(xí)能力目標(biāo),二是職業(yè)能力目標(biāo),三是職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)。本實(shí)訓(xùn)的難點(diǎn)在于飛行的操控步驟和飛行的平穩(wěn)性。

        教學(xué)策略。在教學(xué)組織上,分為課前準(zhǔn)備、課中授課、課堂作業(yè),以及課后拓展四個(gè)部分。堅(jiān)持以學(xué)生為中心,以學(xué)生為主導(dǎo),以信息化教學(xué)為手段,提高教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)方法上,采用信息化驅(qū)動(dòng)和自主研學(xué)模式。采用的教學(xué)媒介包含資源庫視頻、職教云平臺(tái)、問卷調(diào)查、qq群、微信群和騰訊會(huì)議等。

        教學(xué)實(shí)施。在課前準(zhǔn)備階段,采用職教云進(jìn)行點(diǎn)名簽到。根據(jù)上節(jié)課的提問,采用隨機(jī)點(diǎn)名小程序來確定答題人選。在課中,采用小組模式教學(xué)。學(xué)生通過掃描二維碼進(jìn)行隨機(jī)分組,并以小組為單位進(jìn)行模擬飛行比賽。根據(jù)每個(gè)成員的飛行積分,最終確定小組排名。在強(qiáng)化訓(xùn)練環(huán)節(jié),由優(yōu)秀學(xué)生帶動(dòng)其他學(xué)生學(xué)習(xí)飛行技能。如此,能極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

        4.4 教學(xué)效果

        當(dāng)前,采用虛擬仿真技術(shù)的人才培養(yǎng)模式是對(duì)職業(yè)教育制度的一種創(chuàng)新嘗試,還處在探索階段,經(jīng)過近兩年的摸索,教學(xué)效果在以下幾個(gè)方面得到了體現(xiàn)。

        4.4.1 部分理論課與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合

        在航空知識(shí)法規(guī)等課程中,融入相關(guān)理論知識(shí),確保學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率,提升學(xué)習(xí)興趣,減少學(xué)習(xí)難度。未來可以結(jié)合理論考試與相關(guān)書籍,自編教材,確保部分課程的設(shè)置更合理。上學(xué)期對(duì)四個(gè)班的學(xué)生進(jìn)行了滿意度調(diào)查,學(xué)生都表示滿意,85%以上的學(xué)生表示非常滿意,不滿意的學(xué)生為0,詳見圖10。

        圖10 滿意度調(diào)查

        4.4.2 通過軟件篩選訓(xùn)練項(xiàng)目

        在實(shí)操練習(xí)中,融入各項(xiàng)實(shí)訓(xùn)要求,確保學(xué)生在平時(shí)練習(xí)中就完成相關(guān)飛行任務(wù)。可以進(jìn)一步減少相關(guān)練習(xí)時(shí)間,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,提高學(xué)生的考試通過率。針對(duì)每個(gè)模塊項(xiàng)目進(jìn)行人工智能分析,根據(jù)情況對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整改。據(jù)調(diào)查,學(xué)生普遍對(duì)項(xiàng)目2(躲避障礙的穿越飛行模式)喜愛,詳見圖11。

        圖11 項(xiàng)目受歡迎程度

        4.4.3 虛擬仿真技術(shù)對(duì)成績的提升

        通過“虛擬仿真”融入實(shí)訓(xùn)教學(xué)的教學(xué)模式改革,讓學(xué)生能隨時(shí)學(xué)習(xí)、隨時(shí)訓(xùn)練、隨時(shí)考試,在平時(shí)學(xué)習(xí)中就能知道自己的薄弱環(huán)節(jié),從而在訓(xùn)練時(shí)做到針對(duì)性突破,考試時(shí)就能從容應(yīng)對(duì)。對(duì)上一屆1班的學(xué)習(xí)情況和使用虛擬仿真技術(shù)的本屆1班學(xué)生部分科目進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)都有一定程度上升,特別是感興趣的飛行課程,提升尤為明顯,詳見圖12。

        圖12 與上屆學(xué)生的分?jǐn)?shù)對(duì)比

        5 結(jié)語

        航空專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心相應(yīng)設(shè)備從投入使用至今,飛行器數(shù)字化制造技術(shù)、飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修、無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)學(xué)生累計(jì)使用人次2000+,完成3門理實(shí)一體化課程和3門實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)訓(xùn)任務(wù),承擔(dān)AOPA執(zhí)照培訓(xùn)300+人次。

        該項(xiàng)目成功激發(fā)了學(xué)生潛力,優(yōu)化了教學(xué)資源配置,轉(zhuǎn)變了教學(xué)思路,在虛擬仿真領(lǐng)域真正做到了虛實(shí)結(jié)合,寓教于樂,受到了學(xué)生的一致好評(píng)。未來,可以對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)進(jìn)一步改革與創(chuàng)新,采用虛實(shí)結(jié)合的模式,引入AR、人工智能等技術(shù),將實(shí)訓(xùn)課程變得更加有趣,更有意義,努力構(gòu)建“我要學(xué)、主動(dòng)學(xué)、能學(xué)好”的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系,全面提升學(xué)生在航空專業(yè)的動(dòng)手能力和應(yīng)變能力,為國家航空專業(yè)培養(yǎng)更多的有用之才。

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