虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于飛行技術(shù)教育的思考與實踐

景曉旭

摘 要：飛行員學(xué)生的培養(yǎng)計劃中飛行技術(shù)教育占主要部分，但是由于大部分學(xué)校的教學(xué)資源有限，學(xué)生接觸飛行訓(xùn)練的機(jī)會也比較少，這種情況不利于我國飛行人才的培養(yǎng)。虛擬仿真平臺能夠利用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生搭建訓(xùn)練平臺，讓學(xué)生有更多的機(jī)會接觸飛行訓(xùn)練，掌握更多的實踐技巧。本文闡述了飛行技術(shù)教育虛擬仿真平臺的設(shè)計、建設(shè)保障措施以及質(zhì)量評價體系，并提出了提高虛擬仿真平臺教學(xué)效果的思路。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；飛行技術(shù)；教育

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.188

飛行專業(yè)的學(xué)生除了普通的大學(xué)課程之外，還需要進(jìn)行大量飛行訓(xùn)練才能完成學(xué)業(yè)，但是許多學(xué)院并沒有充足的飛行訓(xùn)練條件，導(dǎo)致部分學(xué)生的飛行技術(shù)得不到磨練，甚至影響其畢業(yè)。為了讓飛行專業(yè)的學(xué)生得到充足的訓(xùn)練，保證教學(xué)質(zhì)量，虛擬仿真平臺的應(yīng)用十分有必要。飛行技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真平臺集成了飛行專業(yè)所需的各項實踐訓(xùn)練，實踐應(yīng)用性很強(qiáng)。虛擬仿真平臺將教學(xué)與科研系統(tǒng)結(jié)合，讓學(xué)生能夠切實體會到航空飛行的實踐感受，通過參與各項訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、強(qiáng)化專業(yè)素養(yǎng)，提高自身素質(zhì)。理論與實踐結(jié)合引導(dǎo)創(chuàng)新才能更好地培養(yǎng)學(xué)生地綜合實踐能力。采用虛擬仿真平臺能夠讓學(xué)生更多地接觸實踐訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中不斷發(fā)現(xiàn)自己的不足，不斷解決問題，讓自己的專業(yè)知識更加牢固。

1 飛行技術(shù)教育虛擬仿真平臺的內(nèi)容設(shè)計

1.1 民航飛行仿真模擬訓(xùn)練

民航飛行技術(shù)訓(xùn)練是飛行技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)計劃中不可缺少的環(huán)節(jié)，民航飛行也是進(jìn)入相關(guān)企業(yè)必須的技術(shù)條件。模擬飛行訓(xùn)練相較于真實訓(xùn)練而言更加安全、高效、靈活，且投入成本較小，因此逐漸進(jìn)入各飛行院校，成為院校訓(xùn)練的重要形式。通過模擬飛行訓(xùn)練能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，縮短學(xué)生的訓(xùn)練周期，大幅度提高學(xué)生的飛行技術(shù)，培養(yǎng)其應(yīng)對突發(fā)問題、確保飛行安全的能力。此外，模擬飛行訓(xùn)練系統(tǒng)還可以對學(xué)生的飛行效果做出正確評估，幫助學(xué)生認(rèn)識到自己的優(yōu)點和缺點。一些在實際訓(xùn)練過程中難以完成的項目也能夠在模擬訓(xùn)練中進(jìn)行。由此可見飛行仿真模擬訓(xùn)練在教學(xué)過程的地位十分重要。

1.2 航空電子仿真實驗

航空電子仿真實驗是針對儀器與設(shè)備的訓(xùn)練，主要包括儀器設(shè)計與應(yīng)用實驗、航空機(jī)載設(shè)備仿真實驗、飛行控制系統(tǒng)實驗三個部分。該實驗的主要目的是進(jìn)行儀器開發(fā)與實踐，可針對飛機(jī)慣導(dǎo)、航姿及飛控系統(tǒng)的特性及原理做定量分析實驗，也可以進(jìn)行單一運(yùn)動傳感器仿真實驗及多傳感器融合仿真實驗。

1.3 空氣動力學(xué)數(shù)值模擬及仿真實驗

該項實驗屬于實踐課程，涉及的學(xué)科知識包括飛行力學(xué)、空氣動力學(xué)與飛行原理。實驗過程中，將實驗實踐與數(shù)值模擬相結(jié)合，讓學(xué)生更全面直觀的對飛行器的特性進(jìn)行了解，同時也可進(jìn)行一些創(chuàng)新方面的研究。將虛擬仿真技術(shù)引進(jìn)該項實驗實踐活動中，有效解決了實驗室設(shè)備與資源不足的問題，讓學(xué)生在實驗過程中加深對理論的理解與掌握程度，提高教學(xué)效率與效果，同時能讓學(xué)生提高創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，鍛煉學(xué)生的思考與動手能力。

1.4 飛行模擬仿真桌面訓(xùn)練

該訓(xùn)練包含理論學(xué)習(xí)與模擬訓(xùn)練兩項內(nèi)容，一般使用塞斯納機(jī)型培訓(xùn)軟件及定制飛行操縱硬件開展。塞斯納機(jī)型仿真訓(xùn)練軟件是飛行專業(yè)常用的訓(xùn)練軟件，針對的是塞斯納172R型飛機(jī)，可以用于飛行技術(shù)的系統(tǒng)性理論學(xué)習(xí)以及飛行程序的模擬實踐教學(xué)。在訓(xùn)練過程中主要是通過三位模擬飛機(jī)的動畫展示為主，加以虛擬的互動操作，并配上動態(tài)原理講解以及實踐操作指導(dǎo)手冊，通過多項內(nèi)容的配合讓學(xué)生們對飛機(jī)飛行的各項知識進(jìn)行了解。

1.5 航空氣象觀測實踐

氣象觀測也是飛行技術(shù)專業(yè)的重要課程，其理論性與實踐性都很強(qiáng)。在飛行過程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)時刻注意氣象條件，以防發(fā)生危險，因此對氣象變化的觀察與預(yù)測都十分重要。航空氣象觀測實踐訓(xùn)練要求學(xué)生結(jié)合自動氣象站的信息進(jìn)行氣象要素以及能見度預(yù)測，例如風(fēng)向、氣壓風(fēng)速等。通過模擬實踐讓學(xué)生提高氣象觀測能力，逐步掌握理論知識。

2 飛行技術(shù)教育虛擬仿真平臺的建設(shè)保障措施以及質(zhì)量評價體系

虛擬仿真實驗平臺建立之后，維持其正常運(yùn)行也十分重要，如果平臺出現(xiàn)差錯將影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)成果以及實踐精準(zhǔn)度。因此，與平臺配套的實驗室管理、設(shè)備管理、人員管理、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、經(jīng)費(fèi)保障等管理體系必須同步配置并保證運(yùn)行。

2.1 建立健全各項規(guī)章制度，實現(xiàn)開放式實驗教學(xué)

開放式實驗教學(xué)要求實驗室對教學(xué)內(nèi)容、設(shè)備等資源進(jìn)行統(tǒng)籌安排，為學(xué)生提供自由的實驗條件，提高學(xué)生實驗教學(xué)效果。無論是選修課還是必修課都應(yīng)享受平等的實驗室資源，讓感興趣的學(xué)生真正學(xué)到知識。同時，做到課堂與課外活動相結(jié)合，將課堂教學(xué)延伸至課外，讓感興趣且有能力研究的學(xué)生通過課外科研活動或者第二學(xué)堂的形式急需學(xué)習(xí)。通過課堂引導(dǎo)與課外實踐為學(xué)生開拓視野，增長知識，提高學(xué)生的思考能力與創(chuàng)新能力。實驗室要應(yīng)實行工作日全天開放與節(jié)假日預(yù)約的制度，方便學(xué)生及時進(jìn)行實驗。同時制定完善的管理與值班制度，做好實驗室的各項管理工作，配備實驗指導(dǎo)人員，方便學(xué)生進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。將實驗室管理與指導(dǎo)和工作人員的考核掛鉤，并進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督與審查，督促工作人員盡心為學(xué)生服務(wù)。

2.2 全面的質(zhì)量管理體系

2.2.1 人員管理體系

建立完備的人員配置與管理制度，對實驗教學(xué)運(yùn)行中的各個環(huán)節(jié)做出明確規(guī)定，明確各個環(huán)節(jié)的負(fù)責(zé)人，定期舉行教師培訓(xùn)與技術(shù)人員能力提升活動。將教學(xué)、指導(dǎo)、科研等工作納入實驗室人員的考核體系當(dāng)中，完善工作人員考核體制，定期收集學(xué)生的意見，保證實驗室教學(xué)人員的素質(zhì)與教學(xué)質(zhì)量。

2.2.2 資源保障體系

保證實驗室?guī)熧Y、資金、材料的供應(yīng)。充足的資源是實驗室建設(shè)并發(fā)揮教學(xué)功能的重要保障，學(xué)校應(yīng)當(dāng)對此提起足夠重視。首先為實驗室工作人員制定合適的晉升與評級制度，激勵工作人員為實驗室運(yùn)行付出更多努力。其次，通過優(yōu)渥的條件吸引更多的優(yōu)秀人才進(jìn)入實驗室工作，提升實驗室工作人員的專業(yè)水平與工作能力。最后為教師們提供提升自我能力的機(jī)會與平臺，督促教師認(rèn)真進(jìn)行課程實踐與改革工作，從而建立一支、強(qiáng)大、穩(wěn)定、有進(jìn)取心與工作熱情的實驗教學(xué)隊伍。

2.2.3 嚴(yán)格的教學(xué)保障體系

實驗訓(xùn)練的效果保障主要包括三個系統(tǒng)：教學(xué)質(zhì)量管理系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及監(jiān)督系統(tǒng)，這三個系統(tǒng)負(fù)責(zé)對學(xué)生實驗過程的監(jiān)督、實驗結(jié)果的評價以及意見提醒，此外還有對各個實驗指導(dǎo)教師的評價。具體內(nèi)容包括定期召開學(xué)生座談會，收集學(xué)生對實驗過程、指導(dǎo)教師的意見；定期對教師進(jìn)行考核與評定；定期組織教師共同討論實驗教學(xué)內(nèi)容以及改革方式；指定專人保管大型儀器設(shè)備，保證實驗過程順利進(jìn)行；定期組織對實驗室環(huán)境以及儀器設(shè)備的監(jiān)測，保證實驗的安全

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性與準(zhǔn)確性。

2.3 實驗室建設(shè)與學(xué)科建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展

在實驗室建設(shè)規(guī)劃方面，要有“教學(xué)必需、基礎(chǔ)優(yōu)先、全局協(xié)調(diào)、聯(lián)合共享、量化目標(biāo)、重點建設(shè)”的規(guī)劃思路，在實驗室具體建設(shè)方面，更要有“學(xué)科——設(shè)備——隊伍——目標(biāo)——管理”各環(huán)節(jié)緊密相扣的系統(tǒng)性建設(shè)思路。堅持交通運(yùn)輸工程為主體，積極開展飛行技術(shù)與航空安全、交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理、交通信息工程及控制等研究方向的科研工作。同時，積極進(jìn)行航空技術(shù)、科學(xué)、工程等方面的研究，根據(jù)實驗室人才結(jié)構(gòu)水平與設(shè)備資源情況有針對性的進(jìn)行實用性研究，例如民航飛機(jī)導(dǎo)航、制動與控制、智能控制等內(nèi)容。

3 提高飛行技術(shù)教育虛擬仿真平臺效果的策略

（1）將專業(yè)發(fā)展與特色教育相結(jié)合，打造特色突出的實驗室，培養(yǎng)自己的優(yōu)勢項目與專長研究方向。同時，針對特色研究方向有目的的提高實驗室資源投入，吸納更多的研究與教學(xué)人才，打造精英研究團(tuán)隊，致力于特色方向的研究與突破。在此基礎(chǔ)上，努力開發(fā)高新技術(shù)設(shè)備用于更高層次的研究，并通過運(yùn)作與推廣實現(xiàn)實驗室影響的擴(kuò)大與盈利。

（2）抓住飛行技術(shù)專業(yè)如今的發(fā)展機(jī)會培養(yǎng)卓越的工程師，提高實驗室的教學(xué)系統(tǒng)的完備性與先進(jìn)性。虛擬仿真實驗平臺涵蓋了學(xué)生的實踐訓(xùn)練系統(tǒng)以及科研系統(tǒng)，以飛行技術(shù)訓(xùn)練為核心，兼顧航空飛行過程中的各方面教學(xué)訓(xùn)練，但是平臺仍然存在一些不足之處，因此實驗室平臺的全面性建設(shè)也十分重要。積極引進(jìn)資金，改善實驗室的科研條件與工作條件，力求跟上國家一流教學(xué)平臺的步伐，為學(xué)生和教師提供更優(yōu)秀的學(xué)習(xí)工作環(huán)境。

（3）制定合理的人才培養(yǎng)政策，吸納更多的高精尖人才入校工作。綜合學(xué)校工作人員的具體情況，建立多個科研團(tuán)隊，為人才提供優(yōu)良的科研環(huán)境，幫助教師提升自己的專業(yè)素質(zhì)。同時利用學(xué)校實驗室的資源設(shè)立聯(lián)合科研項目，集中資源進(jìn)行國際先進(jìn)水平的研究，在過程中培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

（4）強(qiáng)化實驗室工作團(tuán)隊的專業(yè)素質(zhì)，鼓勵實驗室與其他高校合作交流。通過政策激勵團(tuán)隊積極進(jìn)行教學(xué)研究與科技研究，增強(qiáng)實驗室各模塊隊伍之間的合作，積極與校外企業(yè)聯(lián)系，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研一體化合作，共同完成先進(jìn)技術(shù)突破研究，努力推進(jìn)學(xué)科的發(fā)展。

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