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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(xué)生在概念掌握和實習(xí)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(xué)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(xué)研究
在高校教學(xué)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(xué),到借助超星、雨課堂等互聯(lián)網(wǎng)平臺工具進行教學(xué),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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)存在的問題
空中交通管理是航空宇航科學(xué)、交通運輸科學(xué)、信息科學(xué)、控制科學(xué)、管理科學(xué)等多學(xué)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(xué)生進行專業(yè)學(xué)習(xí)的一門重要先導(dǎo)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(xué)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(xué)輔助手段根本無法讓學(xué)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(xué)受困于工具的局限,學(xué)生在對知識點的接受和深層理解上,以及對學(xué)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)生考察實踐。即使經(jīng)過多方協(xié)調(diào),學(xué)生得到了實地考察機會,但由于行業(yè)規(guī)章制度要求,學(xué)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(xué)功能難以實現(xiàn)。因此,在有限的資源條件下,為更好地讓學(xué)生理解“高度”“空間”概念,增強空中交通管理課程的教學(xué)質(zhì)量,需對傳統(tǒng)的課程教學(xué)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(xué)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(dāng)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(xué)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(xùn)和模擬設(shè)備造價高,教學(xué)條件難以保證等制約了高校民航專業(yè)教學(xué)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(xué)內(nèi)容、實驗設(shè)備、教師指導(dǎo)、學(xué)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(xué)生在學(xué)校內(nèi)即可進行接近真實的實踐操作,能夠有效提高教學(xué)效率,優(yōu)化學(xué)生體驗,解決學(xué)校現(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(xùn)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(xué)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(xué)習(xí),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(dǎo)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(xí)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(xué)和科研任務(wù)的情況下,在學(xué)校內(nèi)即可完成類似學(xué)習(xí),提高自身教學(xué)能力,解決教學(xué)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(xué)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(rèn)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(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性,例如云、降水、雷暴、低空風(fēng)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(xué)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(xué)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(xué)生的實踐能力。3.2虛擬角色教學(xué)傳統(tǒng)的空中交通管理教學(xué)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(xué)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(xùn)練,或者虛擬扮演城市管理者、空管局負責(zé)人、航空公司運行部門負責(zé)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)的單向交流,容易出現(xiàn)師生之間的認(rèn)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(xué)習(xí)經(jīng)歷的冗余備份,教師能夠隨時隨地進入學(xué)生的“個人虛擬空間”,觀察其學(xué)習(xí)經(jīng)歷并對其進行專門輔導(dǎo),同時能與學(xué)生在虛擬空間中多方位討論、交流和互動,有利于把握學(xué)生的發(fā)展情況,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)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(fù)雜。在傳統(tǒng)的空中交通管理課程教學(xué)中,教學(xué)的主要載體課本、PPT以及超星學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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。
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作者:張勁松 李廣春 姚飛 孟斌 單位:鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院民航學(xué)院