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        飛行員陸空通話仿真訓(xùn)練平臺(tái)研制與教學(xué)應(yīng)用

        2023-10-31 11:40:10郭小寧袁長(zhǎng)生
        軟件導(dǎo)刊 2023年10期
        關(guān)鍵詞:陸空通話系統(tǒng)

        郭小寧,袁長(zhǎng)生

        (1.中國(guó)民航大學(xué) 飛行分校;2.天津和力開拓科技有限公司,天津 300300)

        0 引言

        陸空通話對(duì)于航空安全至關(guān)重要。國(guó)際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)大量事故及事故征候都與飛行員和管制員之間的語(yǔ)音障礙有關(guān)[1]。美國(guó)航空安全報(bào)告系統(tǒng)(Aviation Safety Reporting System,ASRS)數(shù)據(jù)顯示,70%以上的報(bào)告中涉及信息交流不暢的問(wèn)題??梢钥闯?,無(wú)線電陸空通話錯(cuò)誤是空難中常見的人為因素[2]。

        飛行學(xué)員肩負(fù)著“未來(lái)的安全”。標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐ㄔ捔鞒?、?zhǔn)確流利的通話語(yǔ)言是飛行程序順利實(shí)施的保障,因此對(duì)飛行學(xué)員的專業(yè)英語(yǔ)應(yīng)用能力要求比其他專業(yè)高,其從入學(xué)到進(jìn)入國(guó)外航校學(xué)習(xí)的過(guò)程要經(jīng)歷從“學(xué)航空英語(yǔ)”到“用航空英語(yǔ)學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變,而成功的轉(zhuǎn)變需要在專業(yè)指導(dǎo)下通過(guò)反復(fù)、豐富的語(yǔ)言實(shí)踐操練才能達(dá)到。目前國(guó)內(nèi)飛行員陸空通話課程教學(xué)環(huán)境基本為普通教室,教學(xué)過(guò)程以教師講授為主,輔以教學(xué)內(nèi)容配套練習(xí),教學(xué)進(jìn)展按飛行階段進(jìn)行劃分。雖然近年來(lái)國(guó)內(nèi)航空英語(yǔ)課程體系、教學(xué)模式及飛行訓(xùn)練模式均有長(zhǎng)足進(jìn)展[3-6],但學(xué)生對(duì)陸空通話學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)知往往與飛行實(shí)際脫節(jié),知識(shí)掌握片面化、機(jī)械化。國(guó)外飛行員陸空通話課程講授設(shè)置虛擬飛行實(shí)景,模擬駕駛艙環(huán)境,使學(xué)生有身臨其境之感,對(duì)于飛行學(xué)員陸空通話能力的提升有重要作用,值得借鑒[7]。

        虛擬仿真平臺(tái)作為信息技術(shù)與學(xué)科專業(yè)融合的產(chǎn)物,為教學(xué)信息化改革提供了全新動(dòng)能[8-11]。目前國(guó)內(nèi)院校陸空通話課程教學(xué)亟需一套陸空通話仿真訓(xùn)練平臺(tái),該平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用將對(duì)教學(xué)模式的創(chuàng)新與教學(xué)質(zhì)量的提高起到扎實(shí)的促進(jìn)作用。

        1 仿真訓(xùn)練平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

        本文設(shè)計(jì)的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)架構(gòu)見圖1,在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

        Fig.1 Simulating training system framework圖1 仿真訓(xùn)練系統(tǒng)架構(gòu)

        1.1 教學(xué)環(huán)境優(yōu)化與創(chuàng)新

        對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)飛行運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析研究,從機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)、地面運(yùn)行、航路運(yùn)行等方面進(jìn)行拓展,結(jié)合實(shí)際飛行路徑和飛行計(jì)劃設(shè)計(jì)并完善提供模擬飛行環(huán)境的半實(shí)物仿真系統(tǒng)操作平臺(tái)。

        1.2 教學(xué)內(nèi)容梳理與精進(jìn)

        在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上突出飛行環(huán)境下的陸空通話訓(xùn)練與拓展,實(shí)現(xiàn)陸空通話基礎(chǔ)教學(xué)與實(shí)際接軌,環(huán)環(huán)相扣,教學(xué)內(nèi)容跟進(jìn)實(shí)踐運(yùn)行環(huán)境的改變,如對(duì)于“滑行Taxi”一節(jié)的講解和訓(xùn)練,其中的滑行道名稱、滑行路線、滑行中各式各樣的管制指令均需隨著實(shí)際運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)。

        1.3 場(chǎng)景規(guī)劃與設(shè)置

        為使場(chǎng)景設(shè)置逼真,模擬實(shí)際飛行效果設(shè)置進(jìn)離場(chǎng)空域、航路空域以及兩個(gè)地面運(yùn)行區(qū)域(離場(chǎng)機(jī)場(chǎng)地面區(qū)域和目的地機(jī)場(chǎng)地面區(qū)域)。飛行訓(xùn)練必須遵從時(shí)空一致性原則,國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)地面運(yùn)行的跑道滑行道停機(jī)坪布局參照北京首都機(jī)場(chǎng),國(guó)外參照希臘雅典機(jī)場(chǎng)。實(shí)踐教學(xué)中,教師起到管制員和指揮員的作用。為提高課堂效率,減少學(xué)員尋找機(jī)場(chǎng)停機(jī)位滑行道等占用時(shí)間,實(shí)踐平臺(tái)設(shè)置了地面圖索引,學(xué)員可通過(guò)機(jī)場(chǎng)圖圖標(biāo)直接定位到指定位置航路設(shè)置。為防止偏離預(yù)設(shè)路徑,設(shè)置路線鎖定環(huán),使飛機(jī)可以沿著預(yù)訂路線飛行。

        1.4 考核和練習(xí)模式設(shè)置

        建立考核和練習(xí)兩種工作模式。設(shè)計(jì)好人機(jī)界面的交互功能,注意不同單元內(nèi)容的設(shè)置和訓(xùn)練參數(shù)的選擇,以滿足知識(shí)點(diǎn)考查、測(cè)試等要求?;谔摂M仿真教學(xué)資源,學(xué)生可以進(jìn)行在線學(xué)習(xí)和訓(xùn)練操作,教師可在觀察、講解及互動(dòng)時(shí)考核學(xué)生,以隨時(shí)評(píng)估學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握的程度,如學(xué)員進(jìn)行復(fù)誦指令練習(xí)時(shí),平臺(tái)能自動(dòng)轉(zhuǎn)存給教師查閱。練習(xí)模式則是在不同環(huán)境條件下進(jìn)行各種訓(xùn)練操作。

        2 虛擬仿真平臺(tái)研發(fā)與測(cè)試

        2.1 平臺(tái)研發(fā)

        基于3D 模擬飛行的半實(shí)物陸空通話訓(xùn)練仿真平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        Fig.2 Structure of simulating platform system圖2 仿真平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        該系統(tǒng)采用3DMAX 軟件對(duì)機(jī)場(chǎng)和飛行器進(jìn)行三維建模,使用UNITY 軟件進(jìn)行交互及語(yǔ)音識(shí)別開發(fā),通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)完成所有數(shù)據(jù)信息的輸入與輸出。系統(tǒng)采用多場(chǎng)景建模方法,以大化小、分而治之,避免使用過(guò)大的場(chǎng)景,縮短了系統(tǒng)在線響應(yīng)時(shí)間。編程時(shí)注重合理劃分各單元節(jié)段,避免各節(jié)段畫面流程過(guò)長(zhǎng)、模塊文件字節(jié)過(guò)大而影響實(shí)驗(yàn)?zāi)K網(wǎng)絡(luò)加載速度。該系統(tǒng)需具有界面友善、功能齊全、可操作性強(qiáng)、能進(jìn)行二次開發(fā)等特點(diǎn),其功能模塊嚴(yán)格遵循實(shí)際飛行訓(xùn)練各項(xiàng)功能要求設(shè)計(jì)。在線交互設(shè)計(jì)使構(gòu)建的虛擬系統(tǒng)功能更豐富、使用更順暢。

        圖3 為半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成圖。半實(shí)物仿真是一種將實(shí)物設(shè)備連接到系統(tǒng)仿真中的組合仿真方法,在系統(tǒng)性能測(cè)試、驗(yàn)證和技術(shù)評(píng)估等方面起到重要作用。課題組利用實(shí)驗(yàn)室原有資源,同時(shí)購(gòu)入飛行搖桿、油門、方向舵踏板等零部件,通過(guò)綜合設(shè)計(jì)提升了仿真平臺(tái)的實(shí)用功能。訓(xùn)練時(shí)學(xué)員在完成教師的指令復(fù)誦后,還可進(jìn)行指令對(duì)應(yīng)的下一步實(shí)際操作。對(duì)于學(xué)員而言,這是對(duì)其是否真正理解指令的實(shí)際檢驗(yàn)。這個(gè)訓(xùn)練過(guò)程包含學(xué)員對(duì)實(shí)際場(chǎng)景中飛機(jī)飛行過(guò)程各環(huán)節(jié)的操作,從教師發(fā)出指令→學(xué)員接收復(fù)誦→確認(rèn)執(zhí)行,若學(xué)員尚未完全理解指令而導(dǎo)致實(shí)踐操作出錯(cuò),與實(shí)際飛行操作程序一樣,教師可糾正并要求再次復(fù)誦,平臺(tái)教學(xué)可以驗(yàn)證學(xué)員是否能真正聽懂教師指令并能正確執(zhí)行。

        Fig.3 Composition of semi-physical simulating system圖3 半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成

        該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)初步具備了“教、學(xué)、練、考、評(píng)”5 個(gè)基本功能,學(xué)員可以選擇不同的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)模式,并完成相應(yīng)的在線考核。平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)及訓(xùn)練內(nèi)容見表1。

        Table 1 Radiotelephony experiment and training content表1 陸空通話實(shí)驗(yàn)及訓(xùn)練內(nèi)容

        2.2 平臺(tái)測(cè)試

        項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí),相關(guān)專業(yè)的3 位老師和23 名學(xué)生共同對(duì)該系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行了測(cè)試,主要測(cè)試指標(biāo)包括系統(tǒng)功能模塊的完整性、軟件畫面的流暢性,以及系統(tǒng)的易用性、可維修性、交互性和穩(wěn)定性[12-15]。系統(tǒng)具體測(cè)試結(jié)果見表2,可以看出該系統(tǒng)功能模塊完整,進(jìn)行教學(xué)和訓(xùn)練時(shí)沒(méi)有停頓感,畫面比較流暢,具有較強(qiáng)的交互性能。系統(tǒng)整體穩(wěn)定性較高,逼真度和流暢性得到了測(cè)試?yán)蠋熀蛯W(xué)生的一致認(rèn)可。

        Table 2 System test result表2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果 (%)

        平臺(tái)驗(yàn)收時(shí),課題組還邀請(qǐng)了行業(yè)專家指導(dǎo)和訪談,專家對(duì)平臺(tái)充分肯定的同時(shí)也提出了寶貴意見和建議,主要?dú)w納為以下3 個(gè)方面:①系統(tǒng)的畫面流暢性和可維修性指標(biāo)稍差,基本滿足教學(xué)與訓(xùn)練要求,后期需不斷改進(jìn)完善;②在課程內(nèi)容上,專家認(rèn)為平臺(tái)偏重虛擬仿真技術(shù)本身,相關(guān)理論與實(shí)踐內(nèi)容應(yīng)有所取舍,更注重虛擬仿真技術(shù)與實(shí)踐的融合,有些理論部分的學(xué)習(xí)可作為課外補(bǔ)充,提倡“做中學(xué)”;③專家建議適當(dāng)平臺(tái)中增加教師培養(yǎng)內(nèi)容,我國(guó)虛擬仿真技術(shù)人才數(shù)量短缺嚴(yán)重。

        2.3 相關(guān)思考

        語(yǔ)言環(huán)境缺失一直是我國(guó)外語(yǔ)教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使教育從“二維平面”走向“三維立體”,具有更強(qiáng)的互動(dòng)性、情境性和沉浸性,是未來(lái)教育技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于陸空通話教學(xué)會(huì)引發(fā)一定的教育變革與創(chuàng)新,但創(chuàng)新的核心動(dòng)力依然是教師群體,而不是平臺(tái)類技術(shù)產(chǎn)品。教學(xué)設(shè)計(jì)的合理性、技術(shù)平臺(tái)的穩(wěn)定性、評(píng)價(jià)功能的智能性、學(xué)生對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于語(yǔ)言教學(xué)需重點(diǎn)關(guān)注的方面[16-18]。例如課堂上教師要給學(xué)生一定時(shí)間交流問(wèn)題,并記錄學(xué)生回答的次數(shù)和水平,用于評(píng)判其是否積極參與課堂活動(dòng),是否有獨(dú)立思考。在平臺(tái)上建立教學(xué)與訓(xùn)練多元化考核表,記錄教學(xué)過(guò)程中師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的方方面面,摒棄以往過(guò)程性評(píng)價(jià)方案中只含有課堂出勤情況以及課后作業(yè)的方式。

        3 平臺(tái)在教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用

        虛擬仿真平臺(tái)已在相關(guān)專業(yè)展開應(yīng)用,改善了學(xué)員們的上課體驗(yàn)。在逼真的情景下邊學(xué)邊用,學(xué)生有如同親臨其境之感,參與積極性和學(xué)習(xí)自信心提升?;谔摂M仿真平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)情景式、互動(dòng)體驗(yàn)式、案例式、探究式、討論式等多種教學(xué)模式,增加了師生、生生間的互動(dòng)交流,提高了學(xué)生的表達(dá)能力、思維能力、糾錯(cuò)能力和分析解決問(wèn)題的能力,從方方面面提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量.。

        采用平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)改革后,其提供的多樣化考核方式,如教師即時(shí)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)評(píng)、討論互動(dòng)時(shí)的互評(píng)加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的成長(zhǎng)性評(píng)價(jià),細(xì)微體察學(xué)生在學(xué)習(xí)中的階段性進(jìn)步,給教學(xué)活動(dòng)注入了活力。新型考評(píng)體系的搭建與實(shí)施使得教學(xué)相長(zhǎng)的新格局得以創(chuàng)建。

        4 結(jié)語(yǔ)

        美國(guó)飛行安全學(xué)院有一句名言:“保證安全的最佳工具,就是駕駛艙里訓(xùn)練有素的飛行員?!眰鹘y(tǒng)陸空通話課程教學(xué)模式相對(duì)陳舊,不能滿足新時(shí)代背景下的飛行員培養(yǎng)要求。虛擬仿真技術(shù)為傳統(tǒng)教學(xué)模式改革提供了新思路,將虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合對(duì)于學(xué)生理論知識(shí)的掌握和實(shí)踐能力的提高均具有積極作用。后續(xù)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注平臺(tái)的性能指標(biāo),如可恢復(fù)性、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性等,不斷改進(jìn)完善才能切實(shí)提高陸空通話課程教學(xué)質(zhì)量。

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