面向“飛機(jī)機(jī)型”課程的虛擬教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘? 要：“飛機(jī)機(jī)型”是中國民航大學(xué)航空工程學(xué)院飛行器動(dòng)力工程專業(yè)與飛行器制造專業(yè)的特色專業(yè)課程，其內(nèi)容覆蓋面廣、難度大。為了讓學(xué)生能夠更好地掌握大型民用飛機(jī)各系統(tǒng)的功用、組成、基本工作原理和實(shí)際工作情況，文章針對當(dāng)前教學(xué)模式中存在的問題，利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)設(shè)計(jì)了飛機(jī)機(jī)型虛擬教學(xué)平臺(tái)，為提高課程教學(xué)的質(zhì)量提供了支持。

關(guān)鍵詞：虛擬教學(xué)平臺(tái);飛機(jī)機(jī)型;關(guān)聯(lián)控制;案例分析

作者簡介：師利中，中國民航大學(xué)航空工程學(xué)院。（天津 300300）

中圖分類號：G420? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號：1671-0568（2019）03-0094-03

“飛機(jī)機(jī)型”課程以現(xiàn)代民用航空飛機(jī)B737-800為例，教授學(xué)生飛機(jī)各系統(tǒng)的功用、組成、基本工作原理和實(shí)際工作情況等相關(guān)方面的知識(shí)，使學(xué)生能夠牢固掌握飛機(jī)機(jī)型方面的專業(yè)知識(shí)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，也有利于學(xué)生在未來的機(jī)務(wù)工作中盡快達(dá)到崗位職責(zé)要求。為此，需對當(dāng)前“飛機(jī)機(jī)型”課程的教學(xué)模式進(jìn)行深入剖析。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教學(xué)以課本的講授為主，教師通過黑板、投影儀等傳統(tǒng)教學(xué)工具對知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的講解。但“飛機(jī)機(jī)型”是一門科學(xué)性和實(shí)務(wù)性很強(qiáng)的課程，不僅要求學(xué)生全面掌握專業(yè)知識(shí)和業(yè)務(wù)知識(shí)，也要求學(xué)生能夠結(jié)合具體的機(jī)型進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)教學(xué)模式使用的圖片很難將系統(tǒng)各個(gè)部件的外部特征、空間組成以及相互依存關(guān)系表述清楚，不能為學(xué)生提供直觀清晰的影像，導(dǎo)致學(xué)生對知識(shí)的理解局限于理論層面，不能與實(shí)際緊密結(jié)合。

為解決此問題，在課程設(shè)置時(shí)加入了實(shí)習(xí)的內(nèi)容，利用校內(nèi)工程訓(xùn)練中心的實(shí)訓(xùn)資源讓學(xué)生接觸真實(shí)的機(jī)型，使學(xué)生對課堂講授的內(nèi)容產(chǎn)生更為直觀的認(rèn)識(shí)。然而飛機(jī)系統(tǒng)龐大，部件繁多，組成相當(dāng)復(fù)雜，難以徹底拆卸，但學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間相對較短，很難對飛機(jī)各部件進(jìn)行全面的了解。此外，校內(nèi)機(jī)型較為陳舊，使得學(xué)生對于知識(shí)的掌握存在一定的滯后性。

傳統(tǒng)教學(xué)模式存在一定弊端，不能滿足新形勢下的教學(xué)實(shí)踐需求，因此本文引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對“飛機(jī)機(jī)型”課程的教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以構(gòu)建適應(yīng)新形勢的教學(xué)實(shí)踐模式。

二、虛擬教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題，可采用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)、三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)建立虛擬教學(xué)平臺(tái)，對飛機(jī)各系統(tǒng)進(jìn)行精確建模，將理論知識(shí)和實(shí)際機(jī)型緊密結(jié)合，讓學(xué)生在課堂便可完成“實(shí)習(xí)”。建立虛擬教學(xué)平臺(tái)對“飛機(jī)機(jī)型”課程的教學(xué)有以下幾方面的幫助。

1.通過對飛機(jī)的精細(xì)建模，實(shí)現(xiàn)在教學(xué)平臺(tái)中對飛機(jī)各個(gè)零部件全方位無死角的觀察，真實(shí)反映飛機(jī)各零部件的外觀形態(tài)及其連接關(guān)系，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論的同時(shí)，對相關(guān)知識(shí)建立更為直觀的認(rèn)識(shí)。

2.虛擬教學(xué)平臺(tái)可以充分發(fā)揮信息技術(shù)手段的優(yōu)勢，通過規(guī)范機(jī)型信息的表示方式和存儲(chǔ)格式，使機(jī)型信息獨(dú)立于教學(xué)平臺(tái)，從而使飛機(jī)機(jī)型虛擬模型的更新更為簡單、便捷。

3.建立虛擬教學(xué)平臺(tái)可以打破時(shí)間和空間的限制，學(xué)生通過電腦即可完成實(shí)習(xí)訓(xùn)練。同時(shí)，學(xué)生還能夠反復(fù)訓(xùn)練，既能加深對理論知識(shí)的理解，又能加深對具體機(jī)型的認(rèn)知和體驗(yàn)，鞏固所學(xué)知識(shí)。

三、虛擬教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

“飛機(jī)機(jī)型”課程虛擬教學(xué)平臺(tái)以校園局域網(wǎng)為依托，按照整機(jī)、系統(tǒng)、部件三個(gè)層次，通過三維模型展示零部件的外部特征、空間組成及其相互依存關(guān)系，并整合動(dòng)態(tài)工作原理圖及相關(guān)機(jī)型手冊內(nèi)容，注解系統(tǒng)工作的流程及原理。此外，平臺(tái)應(yīng)具有良好的可擴(kuò)展性和參數(shù)配置機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)型虛擬模型的導(dǎo)入、解析與更新。平臺(tái)還需具備較強(qiáng)的兼容性和可移植性，為功能升級預(yù)留接口。

1. 教學(xué)平臺(tái)環(huán)境架構(gòu)。“飛機(jī)機(jī)型”互動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以校園局域網(wǎng)為依托，以C/S（Client/Server）為實(shí)現(xiàn)模式，環(huán)境架構(gòu)。服務(wù)器端架設(shè)WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器為平臺(tái)的運(yùn)行提供支持，還可設(shè)置無線接入點(diǎn)，為無線設(shè)備的訪問提供支持?？蛻舳嗽O(shè)置教師和學(xué)生的訪問接口及訪問權(quán)限，可根據(jù)教學(xué)需要提供環(huán)幕顯示，同時(shí)允許移動(dòng)設(shè)備的接入。

2. 教學(xué)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)課程教學(xué)對虛擬教學(xué)平臺(tái)的需求，其體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建。

表示層是用戶與系統(tǒng)交互的方式和接口，包括輸入界面和輸出界面。輸入界面用于接受用戶的輸入命令、響應(yīng)用戶的鼠標(biāo)與鍵盤指令、接受外部數(shù)據(jù)以及外設(shè)輸入。輸出界面用于將業(yè)務(wù)邏輯層的處理結(jié)果以圖示化方式或者對話交互形式反饋給用戶。

業(yè)務(wù)邏輯層是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)應(yīng)用的核心，主要包括機(jī)型模型的導(dǎo)入與解析、工作原理圖的演示、機(jī)型手冊的關(guān)聯(lián)等。機(jī)型模型的導(dǎo)入與解析用于更新平臺(tái)所搭載的機(jī)型信息，使平臺(tái)具備多種機(jī)型的兼容性。工作原理圖演示控制各個(gè)系統(tǒng)油氣電路原理圖的演示邏輯。機(jī)型手冊的關(guān)聯(lián)用于將各系統(tǒng)與其相關(guān)的手冊內(nèi)容建立連接，為機(jī)型的學(xué)習(xí)提供準(zhǔn)確的理論支持。

數(shù)據(jù)訪問層用于訪問、存取、維護(hù)和管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)對象。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持，包括機(jī)型三維模型、機(jī)型信息、機(jī)型手冊及數(shù)據(jù)組織的配置文件等，通過文件組織方式的設(shè)置以及配置文件的編制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與平臺(tái)的獨(dú)立性，便于平臺(tái)功能的升級和數(shù)據(jù)信息的更新。

3. 教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)。以“飛機(jī)機(jī)型”課程教學(xué)需求為中心，對平臺(tái)的相關(guān)功能進(jìn)行定義。

理論模塊提供某個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)主要部件的三維模型展示與該系統(tǒng)油氣電動(dòng)態(tài)原理圖、用戶操作模擬、駕駛艙儀表顯示及飛機(jī)飛行動(dòng)作模擬的關(guān)聯(lián)展示。平臺(tái)根據(jù)飛機(jī)各系統(tǒng)的工作過程及原理統(tǒng)一四大模塊中資源的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使其自動(dòng)關(guān)聯(lián)。同時(shí)平臺(tái)支持關(guān)聯(lián)邏輯的定義，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的精確匹配。此外平臺(tái)提供基于關(guān)聯(lián)邏輯規(guī)則的控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)資源的同步聯(lián)動(dòng)。

案例分析模塊大量收集航空公司實(shí)際運(yùn)營過程中出現(xiàn)的經(jīng)典案例，通過分類總結(jié)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、互動(dòng)模式研究，對飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)置排故案例，并按實(shí)際排故流程分步驟實(shí)現(xiàn)。一般步驟為案例導(dǎo)入、嘗試解決、理論提示、方案剖析，引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識(shí)嘗試提出解決方案，勘校正誤，加深對理論知識(shí)的理解和應(yīng)用。

自測模塊主要是為學(xué)生設(shè)置的自測題目，并通過跟蹤學(xué)生的操作對其學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評估，生成自測評估報(bào)告。此外，平臺(tái)還提供ATA導(dǎo)航、機(jī)型手冊、資源管理等功能。

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式目前所面臨的困難，虛擬化教學(xué)平臺(tái)可以將直觀、形象的課程內(nèi)容傳遞給學(xué)生，使教學(xué)過程更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力的培養(yǎng)。虛擬教學(xué)平臺(tái)重視理論與實(shí)踐相結(jié)合，更有利于學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，從而切實(shí)提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

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責(zé)任編輯? 陳? 晨