虛擬仿真技術(shù)在航空專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用與思考

劉 杰

(湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430079)

0 引言

航空專(zhuān)業(yè)發(fā)達(dá)與否是衡量國(guó)家綜合國(guó)力和科技水平的重要標(biāo)志之一，是“中國(guó)制造2025”和軍民融合戰(zhàn)略發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭，特別是武漢在航空領(lǐng)域頻頻有大規(guī)劃、大布局，例如：漢南國(guó)家級(jí)通航產(chǎn)業(yè)聚集示范區(qū)、鄂州順豐國(guó)際機(jī)場(chǎng)等。湖北省提出要將武漢打造成為國(guó)家級(jí)通航產(chǎn)業(yè)聚集示范區(qū)、中國(guó)航空運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)中心、中國(guó)中部通航樞紐等。預(yù)計(jì)到2025年，航空產(chǎn)業(yè)人才缺口將達(dá)50萬(wàn)，需求巨大。湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為湖北交通人才的搖籃，為響應(yīng)湖北省航空體系建設(shè)的發(fā)展需求，積極培養(yǎng)制造和維修領(lǐng)域的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才，通過(guò)新技術(shù)、新理念、新方法來(lái)提升教學(xué)水平和教學(xué)效果已迫在眉睫。

為此，作為湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的二級(jí)學(xué)院，汽車(chē)與航空學(xué)院秉承“弘德力行，精藝通達(dá)”的發(fā)展理念，追求務(wù)實(shí)、擔(dān)當(dāng)、奉獻(xiàn)、卓越，圍繞“飛行器制造技術(shù)”專(zhuān)業(yè)群，全力打造“榮耀汽航”，努力在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)上，引領(lǐng)職教創(chuàng)新、成為教育改革典范，為職業(yè)教育發(fā)展貢獻(xiàn)湖北交院“汽航模式”。

1 航空專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)背景

筆者所在院?，F(xiàn)設(shè)有新能源汽車(chē)技術(shù)專(zhuān)業(yè)群、飛行器制造技術(shù)專(zhuān)業(yè)群兩大專(zhuān)業(yè)群。飛行器制造技術(shù)專(zhuān)業(yè)群是省內(nèi)航空類(lèi)專(zhuān)業(yè)建設(shè)的先行軍，定位于培養(yǎng)智能制造和航空技術(shù)領(lǐng)域的高素質(zhì)技術(shù)技能人才?，F(xiàn)已開(kāi)辦飛行器數(shù)字化制造技術(shù)、飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修和無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專(zhuān)業(yè)。

專(zhuān)業(yè)群校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地占地兩萬(wàn)余平米，專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備總值超過(guò)3600萬(wàn)元，擁有央財(cái)支持的國(guó)家級(jí)職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地2個(gè)，1+X證書(shū)考核站點(diǎn)5個(gè)，國(guó)家“十三五”產(chǎn)教融合發(fā)展工程建設(shè)項(xiàng)目1個(gè)，國(guó)家級(jí)無(wú)人機(jī)協(xié)同創(chuàng)新中心1個(gè)，并與三江集團(tuán)、航空工業(yè)、武漢凌云、大疆等知名企業(yè)建有二十余家校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、產(chǎn)教融合基地。

在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，常規(guī)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)有其優(yōu)勢(shì)，但是航空領(lǐng)域的實(shí)訓(xùn)教學(xué)卻存在一些無(wú)法避免的問(wèn)題。如航空類(lèi)設(shè)備價(jià)值高、危險(xiǎn)性大、實(shí)訓(xùn)耗材開(kāi)支較大，同時(shí)在飛行方面，空域的申請(qǐng)也是一大難題。這些導(dǎo)致航空類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)很難真正展開(kāi)，嚴(yán)重影響了課堂的教學(xué)質(zhì)量。因此，改革創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)的技術(shù)與手段勢(shì)在必行。

2 航空專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)方案

航空專(zhuān)業(yè)融入虛擬仿真技術(shù)不僅能優(yōu)化專(zhuān)業(yè)群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，而且能促進(jìn)其在航空專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，這對(duì)虛擬仿真技術(shù)與教育思維模式深度融合具有重要意義，也能為我國(guó)航空職業(yè)教育跨越式發(fā)展培養(yǎng)出大批高素質(zhì)技術(shù)技能人才。在與其他實(shí)訓(xùn)模式的類(lèi)比中，我們發(fā)現(xiàn)虛擬仿真的功能十分強(qiáng)大，但其在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用并不多見(jiàn)[1]。因此，在建設(shè)前的設(shè)計(jì)上，著重解決以下三個(gè)問(wèn)題。

一是差異化實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)。在虛擬仿真的幫助下，我們完全可以借助該技術(shù)實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的差異化實(shí)訓(xùn)。根據(jù)學(xué)生的基本信息、理論成績(jī)、興趣愛(ài)好、動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力等信息，系統(tǒng)完全能根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況生成一個(gè)有針對(duì)性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，讓不同的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)深度、考核標(biāo)準(zhǔn)，讓每個(gè)實(shí)訓(xùn)的學(xué)生獲取最大化收獲。

二是實(shí)訓(xùn)過(guò)程分析。受實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的限制，學(xué)生實(shí)訓(xùn)的過(guò)程很少被關(guān)注，多數(shù)考核也只針對(duì)結(jié)果評(píng)分。在虛擬仿真軟件的幫助下，我們通過(guò)靈敏度分析、過(guò)程考核、中位數(shù)對(duì)比等方法，充分掌握學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的技能提升情況，從而分析出學(xué)生在實(shí)訓(xùn)具體環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況。通過(guò)學(xué)生與學(xué)生對(duì)比，自己與自己對(duì)比，給出具體的分析與評(píng)價(jià)，為實(shí)訓(xùn)后的意見(jiàn)反饋提供數(shù)據(jù)支撐。

三是實(shí)訓(xùn)意見(jiàn)反饋。充分利用實(shí)訓(xùn)過(guò)程分析得出的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行全方位綜合分析。同時(shí)，與有相同實(shí)訓(xùn)條件的學(xué)校進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)比，以獲得更全面的分析報(bào)告和優(yōu)化建議。根據(jù)反饋的情況，我們及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)目標(biāo)，更新實(shí)訓(xùn)方案，增設(shè)實(shí)訓(xùn)模塊。其具體的反饋可以通過(guò)多種模式呈現(xiàn)，比如文字描述、語(yǔ)音描述、表格描述、圖形描述等。

為對(duì)接航空專(zhuān)業(yè)真實(shí)工作崗位、提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果、節(jié)約實(shí)訓(xùn)成本，也為解決以上三大問(wèn)題，我們立志打造屬于自己的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心，并提出了我們的建設(shè)理念：搭建一個(gè)有益于學(xué)校、有益于專(zhuān)業(yè)、有益于學(xué)生、有益于企業(yè)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。通過(guò)對(duì)其他學(xué)校的虛擬仿真建設(shè)方案進(jìn)行學(xué)習(xí)與借鑒，我們決定立足于學(xué)院現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件，將專(zhuān)業(yè)群實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)與課程體系中的實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行深度融合。通過(guò)多方洽談，我們和中國(guó)民航大學(xué)達(dá)成了合作意向，并著手準(zhǔn)備項(xiàng)目的建設(shè)[2]。其總體技術(shù)路線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 技術(shù)路線(xiàn)

其中三個(gè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)主要包括：人才培養(yǎng)方案的重新制定，實(shí)訓(xùn)課程的重新制定，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)。具體任務(wù)見(jiàn)圖2。

圖2 具體建設(shè)任務(wù)

虛擬仿真程序的主要功能模塊有情景模擬和實(shí)操訓(xùn)練。

情景模擬模塊。該模塊主要是讓學(xué)生沉浸在虛擬的環(huán)境中，能夠真實(shí)地看到各種工具、設(shè)備和機(jī)器等，并能通過(guò)語(yǔ)音和文字提示迅速進(jìn)入角色，通過(guò)軟件的引導(dǎo)，知道本課程是什么、需要干什么和怎么干。課程引導(dǎo)部分：主要是根據(jù)課程的教學(xué)安排，介紹在本課程中的具體安排。全局介紹部分：主要是提供整體的課程界面，學(xué)生可以通過(guò)該界面，迅速了解整個(gè)課程的布局情況。細(xì)節(jié)展示部分：主要是通過(guò)一個(gè)個(gè)實(shí)物模塊，展現(xiàn)出其對(duì)應(yīng)的細(xì)節(jié)和名稱(chēng)。實(shí)操演示部分：主要是通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬，告訴學(xué)生如何進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練。注意事項(xiàng)部分：主要是通過(guò)提示，告知學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中碰到問(wèn)題如何解決[3]。

實(shí)操訓(xùn)練模塊。該模塊主要是讓學(xué)生置身于虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)鼠標(biāo)鍵盤(pán)或者操作手柄、方向盤(pán)等實(shí)物進(jìn)行真實(shí)的模擬訓(xùn)練，并在虛擬世界完成相應(yīng)的任務(wù)安排。模擬訓(xùn)練部分：學(xué)生可以通過(guò)選擇課程對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練項(xiàng)目，進(jìn)行具體的實(shí)訓(xùn)操作。在訓(xùn)練過(guò)程中還能選擇簡(jiǎn)單、一般、困難等模式，分階段提高自己的技術(shù)水平。難點(diǎn)復(fù)習(xí)部分：系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生模擬訓(xùn)練部分的情況，自動(dòng)把得分較低的關(guān)卡標(biāo)紅，并提示其通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)以達(dá)到掌握知識(shí)點(diǎn)的目的。技能擴(kuò)展部分：教師可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況，把更復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目添加進(jìn)去，讓學(xué)生能進(jìn)一步提升自己的知識(shí)與技能。實(shí)訓(xùn)考核部分：主要是通過(guò)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生訓(xùn)練的情況進(jìn)行考核，并得出考核結(jié)論，減輕了老師的工作負(fù)擔(dān)，增加了考核的準(zhǔn)確性。其設(shè)計(jì)思路見(jiàn)圖3。

圖3 設(shè)計(jì)思路

我們希望通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，讓學(xué)生愛(ài)上課程、愛(ài)上專(zhuān)業(yè)、愛(ài)上行業(yè)。該設(shè)計(jì)最核心的功能是兩個(gè)模塊相互配合，共同完成學(xué)生的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況填寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，由平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并自動(dòng)生成實(shí)操訓(xùn)練的設(shè)定和要求，幫助學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。由于系統(tǒng)能根據(jù)學(xué)生情況量身定做訓(xùn)練課程，真正滿(mǎn)足了學(xué)生的需求，以達(dá)到學(xué)生愛(ài)上課程的目的，進(jìn)而能愛(ài)上整個(gè)專(zhuān)業(yè)和行業(yè)。

3 航空專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)效果

整個(gè)建設(shè)分為三個(gè)部分，每一部分都是獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)室。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，讓學(xué)生擁有更真實(shí)的實(shí)訓(xùn)效果，確保在實(shí)訓(xùn)中學(xué)到更多知識(shí)，學(xué)到更多技能。

3.1 飛行仿真操控實(shí)訓(xùn)室

飛行仿真操控實(shí)訓(xùn)室主要以B737-800為模板，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，將飛機(jī)的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)集成到設(shè)備中，利用人機(jī)交互方式實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景的模擬實(shí)訓(xùn)，通過(guò)虛擬的實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生掌握飛行仿真相關(guān)知識(shí)與技能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生學(xué)習(xí)技能。實(shí)訓(xùn)臺(tái)架見(jiàn)圖4，該實(shí)訓(xùn)室主要包含飛機(jī)維護(hù)仿真系統(tǒng)、3D駕駛艙仿真系統(tǒng)、模擬飛行系統(tǒng)、飛行管理仿真系統(tǒng)等模塊。

圖4 飛行仿真實(shí)訓(xùn)臺(tái)架

3.1.1 飛機(jī)維護(hù)仿真系統(tǒng)

飛行維護(hù)仿真系統(tǒng)包含3D虛擬飛機(jī)、3D虛擬座艙和教學(xué)輔助三個(gè)部分，分別顯示在三個(gè)顯示屏，顯示位置及顯示內(nèi)容可以自由切換和拖動(dòng)。3D虛擬飛機(jī)部分要求可以進(jìn)入各個(gè)3D艙室內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)部件認(rèn)知、測(cè)試、拆裝等功能；3D虛擬座艙部分要求與相應(yīng)機(jī)型的駕駛艙完全一致，可以在3D的環(huán)境下完成面板的基本操作、駕駛艙通電、發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)等功能；教學(xué)輔助部分，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)系統(tǒng)的故障設(shè)置、動(dòng)態(tài)原理圖演示、訓(xùn)練科目選擇等功能。湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬飛機(jī)見(jiàn)圖5。

圖5 湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院模擬飛機(jī)

3.1.2 3D駕駛艙仿真系統(tǒng)

3D虛擬座艙部分能夠提供完整的可操作的飛機(jī)虛擬駕駛艙,虛擬駕駛艙布局與真飛機(jī)一致。在三維環(huán)境下駕駛艙內(nèi)所有的開(kāi)關(guān)、旋鈕、手柄等部件均可操作，操作方式和真實(shí)飛機(jī)一致，并能夠提供逼真的3D動(dòng)畫(huà)效果。虛擬駕駛艙視角可平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，還提供了完整的音效包，包括發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、反推、關(guān)車(chē)等全過(guò)程的音效仿真，飛機(jī)起落架、擾流板等的音效仿真。

3.1.3 模擬飛行系統(tǒng)

模擬飛行系統(tǒng)可以完整模擬B737-800客機(jī)起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸等飛行階段；在飛行過(guò)程中可以完整模擬飛機(jī)主要的系統(tǒng)功能，操作邏輯和現(xiàn)象與真實(shí)飛機(jī)一致；駕駛艙內(nèi)所有的開(kāi)關(guān)、旋鈕、手柄等部件均可操作，操作邏輯和駕駛艙效應(yīng)與真實(shí)飛機(jī)一致，并能夠提供逼真的3D動(dòng)畫(huà)效果。還有自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)仿真,可模擬飛行指引儀(FD)、自動(dòng)駕駛儀(AP)、自動(dòng)油門(mén)(AT)系統(tǒng),能通過(guò)方式控制面板(MCP)等控制面板模擬所有自動(dòng)飛行模式，各種飛行模式均在飛行方式通告牌(FMA)上有顯示。

3.1.4 飛行管理仿真系統(tǒng)

飛行管理仿真系統(tǒng)可以完整模擬B737-800客機(jī)的性能參數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬各個(gè)飛行階段的系統(tǒng)特性，導(dǎo)航數(shù)據(jù)可28天更新一次，需提供全球最新的機(jī)場(chǎng)和航線(xiàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)CDU操作，飛管系統(tǒng)可以按照飛機(jī)當(dāng)前性能及預(yù)設(shè)參數(shù)，編輯產(chǎn)生任意復(fù)雜的飛行程序，并能夠與飛控系統(tǒng)交聯(lián)，完成飛機(jī)的垂直導(dǎo)航和水平導(dǎo)航銜接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)航線(xiàn)飛行。能夠在3D駕駛艙內(nèi)，通過(guò)CDU完成機(jī)內(nèi)自檢測(cè)試的功能，包括飛行管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(FMCS)、數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)(DFCS)、自動(dòng)油門(mén)(A/T)、大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)(ADIRS)、通用顯示系統(tǒng)(CDS)、油量指示系統(tǒng)(FQIS) 的測(cè)試頁(yè)面和邏輯關(guān)聯(lián)。各頁(yè)面均可操作，頁(yè)面顯示和控制邏輯均符合飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)(AMM)中工作任務(wù)的要求。

除此之外還有駕駛艙測(cè)試功能、虛擬電子設(shè)備艙功能、排故訓(xùn)練功能等。

3.2 無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室

無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室(見(jiàn)圖6)主要是在現(xiàn)有機(jī)房的基礎(chǔ)上，利用鳳凰Phoenix RC模擬軟件實(shí)現(xiàn)，針對(duì)無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可開(kāi)設(shè)無(wú)人機(jī)模擬操控實(shí)訓(xùn)課程。

圖6 無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室

無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室的主要軟件為鳳凰Phoenix RC。鳳凰模擬器是市面上較流行的一款專(zhuān)業(yè)飛行模擬器軟件，它是航模新手練手必用軟件，可以模擬多種固定翼、多旋翼飛機(jī)，市面上常見(jiàn)的大疆無(wú)人機(jī)、穿越機(jī)也都能找到。學(xué)生通過(guò)鳳凰模擬操控軟件,來(lái)模擬訓(xùn)練無(wú)人機(jī)的飛行，克服了真機(jī)實(shí)訓(xùn)帶來(lái)的炸機(jī)、傷人等不利因素，為后期真機(jī)實(shí)訓(xùn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為AOPA考證提供了大量實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，極大提高了考證的一次通過(guò)率。

學(xué)生通過(guò)無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)主要用來(lái)訓(xùn)練360°自旋和八字飛行。其中360°自旋主要就是讓飛機(jī)原地不動(dòng)緩慢旋轉(zhuǎn)一圈，非常考驗(yàn)學(xué)生的定力和手感。利用虛擬仿真，還能模擬現(xiàn)實(shí)世界的微風(fēng)、大風(fēng)等環(huán)境，提高自己的應(yīng)變能力。八字飛行是指在地上畫(huà)一個(gè)大的“8”字，通過(guò)虛擬仿真可以真實(shí)模擬出現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，也能調(diào)整對(duì)應(yīng)環(huán)境，確保學(xué)生的技術(shù)獲得真正提高[4-5]。

3.3 飛機(jī)起落架拆裝實(shí)訓(xùn)室

飛機(jī)起落架拆裝實(shí)訓(xùn)室(見(jiàn)圖7)主要借助計(jì)算機(jī)和虛擬仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)。起落架拆裝虛擬仿真功能主要包括：大型民航客機(jī)的飛機(jī)起落架主支柱、減震支柱、收放作動(dòng)筒、鎖定組件、輪胎、剎車(chē)等主要部件的拆裝引導(dǎo)訓(xùn)練和自主拆裝訓(xùn)練；還包括飛機(jī)起落架工作原理演示和交互操作，提供起落架收放、落震、剎車(chē)的關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)效果，通過(guò)模型和動(dòng)畫(huà)展示起落架的工作流程。另外，為了增加學(xué)生學(xué)習(xí)的直觀(guān)效果，該實(shí)訓(xùn)還提供了飛機(jī)起落架部件三維爆炸圖，學(xué)生可在起落架外部實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)視角進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。還能通過(guò)虛擬人物接近發(fā)動(dòng)機(jī)的某特定區(qū)域，并且通過(guò)鼠標(biāo)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)與起落架的互動(dòng)；為了后續(xù)提高虛擬仿真的真實(shí)性，預(yù)留了虛擬現(xiàn)實(shí)VR升級(jí)接口和主動(dòng)立體式3D升級(jí)接口，以及多人協(xié)同操作升級(jí)接口。軟件如圖8、圖9所示。

圖7 飛機(jī)起落架拆裝實(shí)訓(xùn)室

圖8 引導(dǎo)訓(xùn)練

圖9 爆炸圖

4 教學(xué)實(shí)踐

筆者所在院校在飛行器制造技術(shù)專(zhuān)業(yè)群中實(shí)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)為湖北省內(nèi)首創(chuàng)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)可以極大減少飛行器制造技術(shù)專(zhuān)業(yè)群的建設(shè)成本，減少實(shí)訓(xùn)過(guò)程的安全隱患，為學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)創(chuàng)造有利條件。從教學(xué)任務(wù)目標(biāo)、教學(xué)團(tuán)隊(duì)組成、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)效果四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行介紹。

4.1 教學(xué)任務(wù)目標(biāo)

針對(duì)高職人才培養(yǎng)過(guò)程中虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)無(wú)法滿(mǎn)足評(píng)價(jià)要求、無(wú)法量化考核標(biāo)準(zhǔn)等緊迫問(wèn)題，我們攜手中國(guó)民航大學(xué)率先在湖北省開(kāi)設(shè)航空專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程，共建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，精準(zhǔn)開(kāi)展供需對(duì)接，瞄準(zhǔn)核心技能培養(yǎng)，系統(tǒng)構(gòu)建了航空專(zhuān)業(yè)“會(huì)飛、會(huì)修、會(huì)裝調(diào)、會(huì)設(shè)計(jì)、會(huì)創(chuàng)新和精通一項(xiàng)行業(yè)應(yīng)用”的“五會(huì)一精通”人才培養(yǎng)模式。

根據(jù)航空專(zhuān)業(yè)建設(shè)發(fā)展規(guī)律，圍繞航空領(lǐng)域開(kāi)發(fā)、建模、組裝調(diào)試、課程建設(shè)、駕駛員培訓(xùn)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、遙感數(shù)據(jù)分析等崗位，以航空企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為載體，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，遵循“教學(xué)做”合一的教學(xué)理念，突出學(xué)生主體能力本位，工學(xué)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)模式的方向性轉(zhuǎn)變，以多樣化地解決問(wèn)題和完成任務(wù)的策略展示學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)綜合能力，使學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中掌握知識(shí)和技能。

4.2 教學(xué)團(tuán)隊(duì)組成

本校具備培訓(xùn)能力的教師隊(duì)伍成員有21人，其中專(zhuān)任教師13人，占比62%；行業(yè)企業(yè)專(zhuān)家型兼職教師8人，占比38%；“雙師型”教師17人，占比81%。針對(duì)航空類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)需求，我校還聘請(qǐng)了來(lái)自企業(yè)的能工巧匠型高技術(shù)人才擔(dān)任兼職教師，承擔(dān)培訓(xùn)任務(wù)。我校師資隊(duì)伍的知識(shí)與技能結(jié)構(gòu)覆蓋航空相關(guān)的系統(tǒng)安裝、調(diào)試、飛行前檢查、操控，以及維護(hù)等，能夠勝任航空專(zhuān)業(yè)的各項(xiàng)教學(xué)工作[6]。

為了落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，加強(qiáng)師德師風(fēng)建設(shè)，將“雙師型”教師個(gè)體成長(zhǎng)與本?！半p師型”教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)相結(jié)合，湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院組織教師定期到企業(yè)實(shí)踐，鼓勵(lì)教師參與企業(yè)培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)等活動(dòng)，提升實(shí)踐教學(xué)能力。從而提高教師教育教學(xué)能力和專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力，優(yōu)化專(zhuān)兼職教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，大力提升職業(yè)院校“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)水平。

4.3 教學(xué)過(guò)程

本實(shí)施過(guò)程以模擬飛行為例，通過(guò)以下幾個(gè)方面，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中成長(zhǎng)，在成長(zhǎng)中學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

教學(xué)分析。本課程為飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)課程，模擬飛行屬于該專(zhuān)業(yè)的擴(kuò)展任務(wù)。授課對(duì)象為大二的學(xué)生，班級(jí)規(guī)模為50人。學(xué)生主要為普通高中學(xué)生，其基本功較好，在經(jīng)過(guò)部分專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)后，對(duì)模擬飛行有一定認(rèn)識(shí)，但還未真正操控過(guò)飛機(jī)。學(xué)習(xí)特點(diǎn)方面，其學(xué)習(xí)興趣一般，在操控方面有基本功，但存在不足。我們根據(jù)人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，提出了三大目標(biāo)：一是學(xué)習(xí)能力目標(biāo)，二是職業(yè)能力目標(biāo)，三是職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)。本實(shí)訓(xùn)的難點(diǎn)在于飛行的操控步驟和飛行的平穩(wěn)性。

教學(xué)策略。在教學(xué)組織上，分為課前準(zhǔn)備、課中授課、課堂作業(yè)，以及課后拓展四個(gè)部分。堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以學(xué)生為主導(dǎo)，以信息化教學(xué)為手段，提高教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)方法上，采用信息化驅(qū)動(dòng)和自主研學(xué)模式。采用的教學(xué)媒介包含資源庫(kù)視頻、職教云平臺(tái)、問(wèn)卷調(diào)查、qq群、微信群和騰訊會(huì)議等。

教學(xué)實(shí)施。在課前準(zhǔn)備階段，采用職教云進(jìn)行點(diǎn)名簽到。根據(jù)上節(jié)課的提問(wèn)，采用隨機(jī)點(diǎn)名小程序來(lái)確定答題人選。在課中，采用小組模式教學(xué)。學(xué)生通過(guò)掃描二維碼進(jìn)行隨機(jī)分組，并以小組為單位進(jìn)行模擬飛行比賽。根據(jù)每個(gè)成員的飛行積分，最終確定小組排名。在強(qiáng)化訓(xùn)練環(huán)節(jié)，由優(yōu)秀學(xué)生帶動(dòng)其他學(xué)生學(xué)習(xí)飛行技能。如此，能極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

4.4 教學(xué)效果

當(dāng)前，采用虛擬仿真技術(shù)的人才培養(yǎng)模式是對(duì)職業(yè)教育制度的一種創(chuàng)新嘗試，還處在探索階段，經(jīng)過(guò)近兩年的摸索，教學(xué)效果在以下幾個(gè)方面得到了體現(xiàn)。

4.4.1 部分理論課與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合

在航空知識(shí)法規(guī)等課程中，融入相關(guān)理論知識(shí)，確保學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)習(xí)興趣，減少學(xué)習(xí)難度。未來(lái)可以結(jié)合理論考試與相關(guān)書(shū)籍，自編教材，確保部分課程的設(shè)置更合理。上學(xué)期對(duì)四個(gè)班的學(xué)生進(jìn)行了滿(mǎn)意度調(diào)查，學(xué)生都表示滿(mǎn)意，85%以上的學(xué)生表示非常滿(mǎn)意,不滿(mǎn)意的學(xué)生為0，詳見(jiàn)圖10。

圖10 滿(mǎn)意度調(diào)查

4.4.2 通過(guò)軟件篩選訓(xùn)練項(xiàng)目

在實(shí)操練習(xí)中，融入各項(xiàng)實(shí)訓(xùn)要求，確保學(xué)生在平時(shí)練習(xí)中就完成相關(guān)飛行任務(wù)?？梢赃M(jìn)一步減少相關(guān)練習(xí)時(shí)間，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生的考試通過(guò)率。針對(duì)每個(gè)模塊項(xiàng)目進(jìn)行人工智能分析，根據(jù)情況對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整改。據(jù)調(diào)查，學(xué)生普遍對(duì)項(xiàng)目2(躲避障礙的穿越飛行模式)喜愛(ài)，詳見(jiàn)圖11。

圖11 項(xiàng)目受歡迎程度

4.4.3 虛擬仿真技術(shù)對(duì)成績(jī)的提升

通過(guò)“虛擬仿真”融入實(shí)訓(xùn)教學(xué)的教學(xué)模式改革，讓學(xué)生能隨時(shí)學(xué)習(xí)、隨時(shí)訓(xùn)練、隨時(shí)考試，在平時(shí)學(xué)習(xí)中就能知道自己的薄弱環(huán)節(jié)，從而在訓(xùn)練時(shí)做到針對(duì)性突破，考試時(shí)就能從容應(yīng)對(duì)。對(duì)上一屆1班的學(xué)習(xí)情況和使用虛擬仿真技術(shù)的本屆1班學(xué)生部分科目進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)都有一定程度上升，特別是感興趣的飛行課程，提升尤為明顯，詳見(jiàn)圖12。

圖12 與上屆學(xué)生的分?jǐn)?shù)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

航空專(zhuān)業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心相應(yīng)設(shè)備從投入使用至今，飛行器數(shù)字化制造技術(shù)、飛機(jī)機(jī)電設(shè)備維修、無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專(zhuān)業(yè)學(xué)生累計(jì)使用人次2000+，完成3門(mén)理實(shí)一體化課程和3門(mén)實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，承擔(dān)AOPA執(zhí)照培訓(xùn)300+人次。

該項(xiàng)目成功激發(fā)了學(xué)生潛力，優(yōu)化了教學(xué)資源配置，轉(zhuǎn)變了教學(xué)思路，在虛擬仿真領(lǐng)域真正做到了虛實(shí)結(jié)合，寓教于樂(lè)，受到了學(xué)生的一致好評(píng)。未來(lái)，可以對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)進(jìn)一步改革與創(chuàng)新，采用虛實(shí)結(jié)合的模式，引入AR、人工智能等技術(shù)，將實(shí)訓(xùn)課程變得更加有趣，更有意義，努力構(gòu)建“我要學(xué)、主動(dòng)學(xué)、能學(xué)好”的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，全面提升學(xué)生在航空專(zhuān)業(yè)的動(dòng)手能力和應(yīng)變能力，為國(guó)家航空專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)更多的有用之才。