虛實結合的航空維修教學改革方法研究

摘要： 航空維修專業強調理論與實踐并重，但多數院校迫于經費及場地限制，實踐環節效果難以保證。針對當前航空維修教學存在諸多問題，提出了引入虛擬維修技術實施教學改革，分析了虛擬維修訓練特征與優勢，從加強教學內容和方法改革、開發虛擬維修教學中心以及考核方式改革三方面詳細闡述了教學改革思路，并搭建了虛擬維修系統總體框架。在航空維修教學中應用虛擬維修技術，對于緩解經費緊張、激發學生學習積極性、培養動手實踐能力有著非常積極的作用。

關鍵詞：航空維修；虛擬維修技術；教學改革；考核方式

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

Research on the Application of Virtual Maintenance Technology in Aviation Maintenance Teaching

Bei Xu

（School of Aircraft Engineering， Nanchang HangKong University， Nanchang 330063， PR China）

Abstract： In view of the current problems existing in aviation maintenance teaching， this paper analyzes the characteristics and advantages of virtual maintenance， and puts forward the Teaching reform based on virtual maintenance technology. The teaching reform is expounded from three aspects： The teaching contents and methods； Virtual maintenance center of teaching； Examination methods. At the same time， a general framework of virtual maintenance system is established. Application of virtual maintenance technology in the aviation maintenance teaching， to relieve the strain on funding， stimulate students study enthusiasm， cultivating practical ability has a very positive role.

Key words： Aviation Maintenance； Virtual Maintenance Technology； Teaching Reform； Examination methods

航空維修專業強調理論與實踐并重的培養理念，要求學生具備較強的動手能力，因此維修訓練是專業課程體系中非常重要的組成部分。但由于飛機及其輔助設備結構復雜、價格昂貴、體積大等特點，一般院校很難及時更新實踐教學設備。多數院校在維修訓練環節倡導校企合作，就我校而言，目前有洪都航空工業集團、中國人民解放軍第五七一九工廠等多個合作企業，但校外實習基本以參觀為主，動手機會少，學生在短暫的實習期間內無法掌握應具備的職業技能。航空訓練環境的欠缺已經嚴重影響了教學效果，制約了人才培養質量的提高。

虛擬現實技術的發展為維修訓練問題提供了新的解決途徑。利用虛擬現實技術進行維修訓練不受設備和場地不足的限制，可以以較低的經費實現較好的訓練效果。

1 航空維修教學中存在問題

1.1教學手段和教學方法單一

傳統航空維修教學包括課堂教學和實訓教學。課堂教學主要依靠教師口頭講授和多媒體技術，如幻燈片、相關維修視頻播放等，這種講授式學習，偏重教學設計，卻忽視了學生的主觀能動性，學生被動的接受知識灌輸，而不是主動的探索學習。實訓教學則主要依賴教師現場操作演示，該方式教師占據了大部分時間及空間，效果卻不甚理想。一是飛機由于其體積的龐大性，所占實訓場地較大，教師現場演示授課覆蓋面小，只設備附近少數同學能夠看清楚；二是現場涉及設備結構及運作原理時，因無法拆開機殼而很難講解清楚。

1.2實訓設備更新滯后

飛機及其輔助設備價格昂貴，且型號千差萬別，更新一次投入較大，且航空技術發展日新月異，更新換代快。多數院校由于經費原因，無力及時購入新設備，無法與技術更新速度同步，導致一些前沿課程無法開展，學生的知識儲備相對陳舊。而航空維修公司及其一些維修廠更新換代較快，學生畢業后無法在很短的時間內適應崗位需要。教育部提出的“基地設備保持同期企業生產使用設備水平，并具有一定的超前性”也落為空文。

1.3訓練時間及效果較難保證

設備不足和場地限制，導致難以開展任意級別、任意層次的維修訓練。目前大班教學環境下，人均擁有設備數量較少，難以滿足教學和練習的需要。

2 虛擬維修技術特征及優勢

虛擬維修技術利用計算機技術提供具有良好沉浸感、交互性和啟發性的虛擬維修環境，維修人員沉浸其中，通過引導式訓練，掌握部件的結構特點、故障排除步驟、拆裝工序、工具使用方法等維修技能。

將虛擬維修技術引入教學有著如下優勢：

（1）虛擬維修技術采用計算機生成的三維虛擬樣機，可以實時更新虛擬樣機和實訓課程內容，實現與企業生產環境的同步；

（2）具備更強的交互性，激發學習主動性，增強學生探索欲；

（3）不受裝備不足和場地限制，可供多人同時進行維修訓練，緩解經費緊張問題；

（4）可以靈活開展各個級別，不同層次的故障檢測及維修訓練；

（5）具備更高的安全性，能夠避免實操訓練中帶來的各種危險。

3 基于虛擬維修技術的教學改革思路

3.1加強教學內容和方法的改革

為了提高教學效果，將虛擬現實技術引入航空維修課程時，要考慮重新制定新的課程體系，以免造成課程冗余。虛擬維修專業教材的編寫修訂要結合理論課程和實訓內容編寫，并開發相應的訓練項目。例如，在虛擬環境中可安排實訓時無法實現的高危教學環境。對于教材和實訓項目的開發，學校可與企業合作，由專業教師和工程經驗豐富的企業工程師共同構建專業建設團隊，從而實現學校教學內容與企業生產環境的對接。

教學過程中要勇于打破傳統框架，多種手段并舉，結合一線維修案例設計和組織每一節課內容，如以電影、游戲等方式設計教學案例。這需要教師的精心構思，并借助一些虛擬仿真平臺來搭建虛擬環境，以學生為主體，激發學習興趣。

3.2 開發虛擬維修教學中心

組織師生團隊開發虛擬維修教學中心，根據培養方案，結合新的課程體系，開發虛擬維修環境、實驗實訓教學軟件以及典型的維修案例。

根據虛擬維修訓練目的，擬開發的虛擬維修訓練系統應包括設備結構展示、維修案例演示、排故訓練、拆裝步驟訓練以及訓練考核等功能。其總體架構如圖1所示，輸入部分包括三維數字樣機、維修工具模型、虛擬人體模型以及故障信息，受訓人員通過鼠標、數據手套等交互設備與虛擬環境進行交互，實現維修技能訓練。系統對受訓人員操作情況進行評價，輸出相關操作信息和評估信息。

圖1. 虛擬維修系統總體框架

3.3 改革課程考核方式

在虛擬環境下進行維修訓練，教師可根據教學內容靈活設置故障，學生利用專業知識分析解決問題。虛擬維修系統實時記錄學生操作情況，對其學習效果進行考核評判，便于教師及時對學生進行指導和校正。

對虛擬維修訓練進行考核可以從知識水平和能力水平兩方面進行衡量。其中，知識水平包括學生對基礎知識、專業知識和機型知識的掌握程度；能力水平因素包括學生在虛擬維修訓練環境下的排故時間、錯誤操作數以及求助次數，具體見圖2。每個子因素的重要程度各不相同，教師可選取層次分析法進行綜合分析，也可選取其他綜合評價法對學生的訓練情況進行考核。

圖2. 虛擬維修訓練考核因素

4 總結

在航空維修教學中應用虛擬維修技術，對于緩解經費緊張、激發學生學習積極性、培養動手實踐能力有著非常積極的作用。但是虛擬現實技術也有其弊端，一是操作模式固定，不能很好地培養學生臨場應變能力；二是缺乏實際場地親身感知，不利于學生安全意識的養成。所以在實際教學中，虛擬訓練不能完全替代實物教學，而應有機結合，共同促進。“虛”為手段，“實”為目的，在虛擬訓練中重復操作，不斷鞏固技能，在實物操作中檢驗技能真實應用情況，實現虛擬維修和實物操作的優勢互補。

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