基于航海模擬器的船舶VHF通信實驗教學(xué)的沉浸設(shè)計

劉虎 陳芳 艾萬政

（1.浙江海洋大學(xué)港航與交通運輸工程學(xué)院，浙江舟山316022；2.浙江海洋大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，浙江舟山316022）

基于航海模擬器的船舶VHF通信實驗教學(xué)的沉浸設(shè)計

劉虎1陳芳2艾萬政1

（1.浙江海洋大學(xué)港航與交通運輸工程學(xué)院，浙江舟山316022；2.浙江海洋大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，浙江舟山316022）

沉浸設(shè)計是提高沉浸教學(xué)效果的關(guān)鍵，也是保障航海模擬器教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。基于船舶VHF通信課程實驗教學(xué)的沉浸設(shè)計研究較少的實際，依據(jù)沉浸理論，從場景設(shè)計、劇本設(shè)計、教學(xué)方法群設(shè)計三個方面構(gòu)建了船舶VHF通信課程實驗教學(xué)的沉浸設(shè)計方案，并進行小范圍試點，論證了方案的有效性，提高了教學(xué)效果。

VHF通信；實驗教學(xué)；沉浸設(shè)計；航海模擬器

一、引言

據(jù)IMO統(tǒng)計，60%的船舶通信依靠VHF設(shè)備完成，主要進行船舶內(nèi)部和外部通信。但由于現(xiàn)代航海船員的國際化與語言能力差異性，各國船員的英語水平參差不齊，盡管IMO于2001年11月通過了海上英語通信標(biāo)準(zhǔn)——“標(biāo)準(zhǔn)海事通信用語”(SMCP)，對所有與船舶安全有關(guān)的口頭通信進行了規(guī)范，但因通信不暢引起的海上交通事故還是層出不窮。據(jù)IMO Marcom（國際海事組織海上通信）課題報告得知，35%的海上交通事故因船舶VHF通信不暢導(dǎo)致。[1-2]因此,為保障水上交通運輸安全，船員和航海技術(shù)學(xué)生都有必要加強關(guān)于SMCP的船舶VHF通信的學(xué)習(xí)、掌握、運用。船舶VHF通信課程作為航海技術(shù)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)SMCP的專業(yè)課程之一，探索其新教學(xué)模式，提高其教學(xué)效果勢在必行。船舶VHF通信課程是一門以IMO標(biāo)準(zhǔn)海事通信用語為基礎(chǔ)，強調(diào)英語聽、說、用的一門學(xué)科，其實踐性、專業(yè)性極強。目前，國內(nèi)外關(guān)于這門課程的教學(xué)改革研究較少，仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，或課堂演示型教學(xué)，教師采用課堂講學(xué)形式，重內(nèi)容傳授，輕學(xué)生反應(yīng)，無法形成學(xué)生信息接收——反饋機制，效果不佳。隨著航海仿真模擬訓(xùn)練設(shè)備——航海模擬器的開發(fā)，中國各大航海院校紛紛開展基于航海模擬器的航海專業(yè)課程教學(xué)的研究與應(yīng)用，取得豐碩的成果，如駕駛臺資源訓(xùn)練、雷達標(biāo)繪訓(xùn)練、通信英語等，[3-4]為船舶VHF通信實驗教學(xué)的改革提供了寶貴的借鑒，但成果都只是涉及基于航海模擬器教學(xué)的教學(xué)模式、教學(xué)方法等，如何進行基于航海模擬器的船舶VHF通信課程實驗教學(xué)的沉浸設(shè)計卻很少有人涉及。而沉浸設(shè)計是保障航海模擬器實驗教學(xué)沉浸感的關(guān)鍵，也是提高其相關(guān)課程教學(xué)效果的關(guān)鍵。

二、沉浸設(shè)計依據(jù)

1975年由國際著名美籍匈牙利心理學(xué)家哈里·奇克森特米海伊首次提出的沉浸理論，為船舶VHF通信課程實驗教學(xué)的沉浸設(shè)計提供了理論依據(jù)。早期的沉浸理論認為挑戰(zhàn)與技能是影響沉浸的主要因素，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,沉浸理論不斷得到豐富與發(fā)展。挑戰(zhàn)和技能的平衡、明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)、強烈的內(nèi)部動機和獨立性、反饋、環(huán)境的創(chuàng)設(shè)等成為教學(xué)沉浸產(chǎn)生的四大條件。[5]

沉浸式實驗是指實驗設(shè)計使學(xué)生如同身臨其境，全身心投入，實驗操作如同實際操作。要使學(xué)生在實驗時快速產(chǎn)生高度沉浸，環(huán)境沉浸和過程沉浸是兩個必不可少的要素。環(huán)境沉浸是指將船舶VHF通信實際環(huán)境高度仿真的搬進實驗室，讓學(xué)生走進實驗室如同走進實際工作場所，能夠遇到實際工作場所中各種常見和不常見的工作業(yè)務(wù)，增強學(xué)生對工作環(huán)境的好奇心與體驗感，有效地調(diào)動學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的興趣。沉浸體驗的環(huán)境是沉浸體驗發(fā)生的必要條件。因此，船舶VHF通信實驗教學(xué)的環(huán)境沉浸設(shè)計需要利用有效的教學(xué)資源，努力營造貼近實際、學(xué)生感興趣的互動型環(huán)境。航海模擬器采用當(dāng)今先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機成像技術(shù),實現(xiàn)船舶設(shè)備、船舶航行動態(tài)、船舶航行環(huán)境全時段、全方位的模擬，能夠設(shè)置各種船舶工況、各種船舶航行區(qū)域、各種船舶航行局面和各種船舶航行時間，并為其提供逼真的視景，成為船舶VHF通信實驗教學(xué)很好的場景設(shè)計平臺和實驗平臺，為環(huán)境沉浸提供有力保障。過程沉浸是指船舶VHF通信實際工作過程與實驗過程高度匹配，有效地提高學(xué)生對船舶VHF通信實際工作過程的好奇心和參與感，調(diào)動學(xué)生對專業(yè)的探索精神。過程沉浸的高低主要取決于劇本設(shè)計是否貼近實際和教學(xué)方法群的設(shè)計是否與劇本有效匹配融合。因此，劇本和教學(xué)方法群的設(shè)計既要充分考慮學(xué)生的專業(yè)知識儲備、英語水平、學(xué)生的自學(xué)和資料收集能力，還要充分考慮教學(xué)過程中的反饋機制，結(jié)合教學(xué)總目標(biāo)，對目標(biāo)進行合理分解，合理制定適度的挑戰(zhàn)，保障挑戰(zhàn)與能力的平衡，促進學(xué)生形成強烈的內(nèi)部動機和獨立性，激發(fā)學(xué)生對未知領(lǐng)域的好奇心，使得學(xué)生在體驗中學(xué)習(xí)，在體驗中提高。

三、沉浸設(shè)計

由于場景設(shè)計決定環(huán)境沉浸，劇本設(shè)計、教學(xué)方法群設(shè)計決定過程沉浸，因此，場景設(shè)計、劇本設(shè)計、教學(xué)方法群設(shè)計成為船舶VHF通信實驗教學(xué)沉浸設(shè)計的三要素。場景設(shè)計依據(jù)船舶航次流程與操作流程，不但要符合航海模擬器的功能和船舶VHF通信實驗大綱，還要與劇本和教學(xué)方法相匹配，而劇本設(shè)計和方法群設(shè)計也需要能夠融入所設(shè)計的虛擬場景，符合船舶工作的實際情況。三者相輔相成，相互滲透，共同決定船舶VHF通信實驗教學(xué)的沉浸效果。其關(guān)系如圖1所示。

圖1 沉浸設(shè)計三要素關(guān)系圖

（一）船舶航次工作流程與操作

船舶航次是指船舶從裝貨港裝貨到卸貨港卸貨的過程。其工作流程主要包括開航準(zhǔn)備、離泊、出港航行、船舶航行、船舶進港、船舶靠泊等典型過程，如圖2所示。每個過程又包括諸多操作，例如開航準(zhǔn)備包括VTS報告申請離泊操作、港口調(diào)度報告申請離泊與解纜操作、引水申請操作和船舶開航備車操作等等，每個操作都需進行相應(yīng)VHF通信。VHF通信可分為船外通信和船內(nèi)通信兩種，船外通信是指船舶與船舶外部相關(guān)機構(gòu)通信，而船內(nèi)通信指的是通信雙方都在船內(nèi)。對于遠洋船舶來講，外部通信一般采用英語進行交流，因為英語是國際通用語言；而內(nèi)部通信大多采用船舶工作語言，通信雙方大多情況來自相同國家，通信可以采用雙方熟悉的語言作為工作語言，便于船內(nèi)工作交流。

圖2 船舶航次工作流程與操作

（二）場景設(shè)計

場景設(shè)計是指充分利用航海模擬器實驗平臺建立動態(tài)的360度視景，模擬各種天氣情況、各種時間、各種海域的船舶航行遇到各種局面，如能見度不良、單船會遇、多船會遇、靠離泊、海上搜救等，使得學(xué)生走進實驗室就能體驗船舶航行中的各種環(huán)境與狀態(tài)，使學(xué)生快速、有效地進入環(huán)境沉浸狀態(tài)。場景設(shè)計依據(jù)航海模擬器的功能和實驗大綱，結(jié)合船舶的航次工作流程，考慮船型、環(huán)境、局面，并結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，抓住學(xué)生的好奇心和探索欲，設(shè)計典型的具有代表性的能實現(xiàn)船舶VHF通信課程教學(xué)大綱和實驗大綱要求的場景，利用航海模擬器自動生成動態(tài)場景，主要包括協(xié)調(diào)避讓通信、VTS通信、船舶進出港通信、船舶靠離碼頭通信、遇險緊急安全通信、搜救協(xié)調(diào)通信等場景。如圖3所示。

圖3 船舶VH F通信實驗教學(xué)的場景設(shè)計

1.船型確定

船型是指船舶類型，主要包括集裝箱船、散貨船、油船、客船等多種。由于船舶類型不同，船舶噸位大小不同，其操縱性能和學(xué)生視覺感受都將不同，必將影響船舶VHF通信教學(xué)的沉浸效果。例如噸位小的船舶加速快，對海域環(huán)境特別是風(fēng)、流、浪的響應(yīng)快，能夠較好地讓學(xué)生體驗船舶航行環(huán)境與船舶操縱性能，但是學(xué)生關(guān)于船舶的視覺感受就欠理想；而噸位大的船舶則反之。集裝箱船一般甲板裝箱，視覺感受比較好，而散貨船則視覺感受就要差些。因此，根據(jù)《1978年海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國際公約》對于航海類學(xué)生的培養(yǎng)要求，兼顧船舶操縱性能與學(xué)生視覺感受、環(huán)境感受，船型最好確定為以2-3萬噸的集裝箱船訓(xùn)練為主，同時對其它船型也可進行適應(yīng)性訓(xùn)練。

2.通航環(huán)境設(shè)定

通航環(huán)境是指船舶航行的水域環(huán)境，包括交通流情況、氣象情況、海況、航行時間等。由于通航環(huán)境不同，學(xué)生的視覺感受、環(huán)境感受不同，且VHF通信內(nèi)容也有所不同。例如，交通流密集，學(xué)生能夠見到的周圍船舶多，其中船舶包括各種類型、各種噸位，所形成的視覺感受一般較好，能夠較好地調(diào)動學(xué)生的好奇心，從而形成較好的沉浸效果。但是交通流密集，船舶VHF通信應(yīng)用場合多，很有可能超過初學(xué)者的知識儲備，導(dǎo)致挑戰(zhàn)與能力的失衡。因此通航環(huán)境設(shè)定既要充分考慮學(xué)生的好奇心與知識儲備，又要結(jié)合船舶VHF通信的實驗大綱，構(gòu)建合適的挑戰(zhàn)，保障良好的沉浸效果。

（三）劇本設(shè)計

劇本是保障船舶VHF通信過程在沉浸場景中有效開展的方案。其設(shè)計強調(diào)四個注重：①注重匹配性。與船舶VHF通信實際過程的高度匹配，縮短學(xué)生實驗與船上工作的距離；與船舶VHF通信沉浸場景匹配，實現(xiàn)過程與實驗環(huán)境的無縫融合；與船舶VHF通信標(biāo)準(zhǔn)匹配，以SMCP為基礎(chǔ)，以通信簡明、扼要、高效為目標(biāo)，實現(xiàn)通信形式標(biāo)準(zhǔn)化，體現(xiàn)船舶VHF通信的專業(yè)性，滿足國際公約、航海良好船藝要求；與學(xué)生能力匹配，實驗過程由簡單到復(fù)雜，循序漸進，既有挑戰(zhàn)又有趣味，調(diào)動學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的積極性。②注重典型性，劇本具有代表性，體現(xiàn)基本、常用通信業(yè)務(wù)的通信過程，能夠讓學(xué)生做到舉一反三。③注重拓展性，劇本不死板，能有效發(fā)揮學(xué)生的想象，實現(xiàn)學(xué)生對船舶VHF通信方法的拓展。④注重反饋性，劇本能較好體現(xiàn)學(xué)生在船舶VHF通信實驗過程中結(jié)果的動態(tài)、直觀反饋，讓學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)通信的問題及后果，反思其原因，探索糾錯時機及方法。劇本設(shè)計結(jié)合實驗大綱和場景設(shè)計，根據(jù)學(xué)生能力和實際工作需要確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，依據(jù)船上實際操作來進行角色分配，根據(jù)公約、法規(guī)、評估大綱以及實際工作規(guī)則來設(shè)定規(guī)則和要求，考慮教學(xué)方法群、教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生實際能力來制定合理的教學(xué)實施方案，最后進行講評反饋，保證學(xué)生能力和挑戰(zhàn)的平衡，調(diào)動學(xué)生的探索欲和好奇心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動性，使得學(xué)生快速融入劇本，促使形成做中學(xué)、學(xué)中做的氛圍，同時形成良好的實時反饋機制，使得學(xué)生直觀了解通信效果，幫助學(xué)生更好地掌握船舶VHF通信。以船舶VHF通信中協(xié)調(diào)避讓通信為例進行劇本設(shè)計如圖4所示。

圖4 協(xié)調(diào)避讓通信劇本設(shè)計

（四）教學(xué)方法群設(shè)計

針對船舶VHF通信教學(xué)的各子任務(wù)及目標(biāo)，依據(jù)沉浸教學(xué)必經(jīng)的先前準(zhǔn)備階段、沉浸體驗階段、沉浸體驗結(jié)果三個階段，結(jié)合教學(xué)的客觀規(guī)律和設(shè)計的場景與劇本，考慮船舶VHF通信沉浸式教學(xué)基于沉浸理論的四大條件，充分體現(xiàn)師生參與性、興趣激發(fā)性、計劃生成性、學(xué)習(xí)激勵性、過程整體性、教學(xué)開放性等特點，選擇常用、可行的教學(xué)方法，如任務(wù)啟發(fā)法、影視觀摩法等，組合成船舶VHF通信沉浸式教學(xué)方法群，如圖5所示。教學(xué)方法群中各教學(xué)方法相輔相成，構(gòu)成體系，有機的融入船舶VHF通信實驗教學(xué)的設(shè)計的沉浸劇本與場景。一個課堂采用教學(xué)方法群，能夠較好的克服單一教學(xué)方法導(dǎo)致的課堂枯燥乏味，更好與場景、劇本有機結(jié)合，強調(diào)學(xué)生的參與與主觀能動性的發(fā)揮，注重能力與挑戰(zhàn)的平衡，使得學(xué)生在體驗中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中體驗。

圖5 船舶VH F通信沉浸式教學(xué)方法群設(shè)計

四、效果分析

2016年，基于航海模擬器的船舶VHF通信沉浸式實驗教學(xué)在本校航海技術(shù)專業(yè)展開了小范圍試點，并對參與試點學(xué)生進行跟蹤調(diào)查。試點樣本：航海技術(shù)2012級學(xué)生，人數(shù)72人，船舶VHF通信教學(xué)采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式；航海技術(shù)2013級學(xué)生，人數(shù)70人，船舶VHF通信教學(xué)采用基于航海模擬器的沉浸式教學(xué)模式。調(diào)查項目主要包括課堂氛圍、學(xué)習(xí)熱情、學(xué)生學(xué)習(xí)效果自評、畢業(yè)實習(xí)實船應(yīng)用等。采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，大部分學(xué)生認為課堂氛圍枯燥無聊，課堂時間漫長，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)熱情，上課沒有興趣，更談不上課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)，學(xué)習(xí)效果較差，對于課本知識幾乎是學(xué)后就忘；在實船畢業(yè)實習(xí)時，10%左右學(xué)生不愿意使用VHF設(shè)備與外輪進行通信，將近20%學(xué)生使用VHF設(shè)備與外輪通信時吞吞吐吐，詞不達意；學(xué)生參加大證評估考試科目——駕駛臺資源管理，一次性通過率97%左右。而采用沉浸式教學(xué)模式，大部分學(xué)生認為課堂氛圍輕松有趣，課堂時間過得很快，學(xué)生會自主課前預(yù)習(xí)，利用電腦查閱資料，認真閱讀研究SMCP；課中認真思考，如通信時機、通信內(nèi)容、通信形式；課后自覺總結(jié)。學(xué)生在課堂上能夠獲得較好的成就感，學(xué)習(xí)印象深刻。60%的學(xué)生期待船舶VHF通信課程的上課。畢業(yè)實船實習(xí)時，大部分學(xué)生都能夠使用VHF設(shè)備與外輪進行有效的交流；大證評估考試通過率100%。

由此可見，沉浸設(shè)計效果較好，教學(xué)效果提升明顯。究其原因，主要因為以下幾點原因：一是基于航海模擬器的場景設(shè)計，能夠很好的讓學(xué)生體驗幾乎真實的工作環(huán)境，能夠很好的調(diào)動學(xué)生的好奇心與求知欲；二是基于航海模擬器的劇本設(shè)計，能夠很好的讓學(xué)生體驗幾乎真實的工作流程，能夠很好的拉近實驗與實際工作的距離，并能實時體驗通信的真實效果，有效的調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的參與感、成就感與積極性；三是基于航海模擬器的教學(xué)方法群設(shè)計，多種方法無縫拼接，課前課中有效融合，與場景、劇本有機結(jié)合，克服課堂的枯燥乏味，最大調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。

[1]李鋒.正確使用VHF減少船舶碰撞事故[J].水運管理,2006(7):21-23.

[2]張紅.SMCP在海上VHF通信教學(xué)實踐中的應(yīng)用[J].南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2008(4):116-118.

[3]閆振中.沉浸理論研究現(xiàn)狀及其對遠程教育的啟示[J].廣州廣播電視大學(xué)學(xué)報,2010(1):16-20.

[4]王勁松.基于航海模擬器的船舶通信英語教學(xué)改革[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010(1):68-70.

[5]張丹,范曉飚,游泳濤.航海模擬器虛實結(jié)合混合教學(xué)模式的構(gòu)建[J].航海教育研究,2011(2):69-71.

Immersion Design of Marine VHF Communication Experiment Teaching Based on Navigation Simulator

LIU Hu1CHEN Fang2AI Wanzheng1
(1.School of Port&Traffic Engineering,Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022 China；2.School of Economics and Management,Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China)

Immersion design is not only the key link to improve the effect of immersion teaching,but also an important step to ensure the teaching effect of the navigation simulator.For the fact that fewer studies have been made of immersion design of marine VHF communication experiment teaching,according to the theory of immersion,the design scheme of marine VHF communication experiment teaching is constructed from such three aspects as scene design,script design and pedagogical design,constructing the immersion designing scheme of marine VHF communication experimental teaching and making a pilot experiment in small scope,in which its effectiveness was demonstrated so that the teaching efficiency is enhanced.

VHF communication;experimental teaching;immersion design;navigation simulator

G642.4

A

1008-8318（2016）06-0083-06

2016-05-23

浙江省高等教育課堂教學(xué)改革項目“基于航海模擬器的船舶VHF通信課程沉浸式實驗教學(xué)研究”（編號：kg2015198）。

劉虎(1982-)，男，湖南湘潭人，講師，碩士。