基于VR技術的民航安檢技術課程教學實驗方法研究

周航　張燦恒

摘要：民航安檢工作是國家和人民的生命財產安全重要保障。然而目前民航安檢課程的實驗教學還存在著設備缺乏和實驗方法單一等問題。本文針對這些問題，基于VR（Virtual Reality）技術的提出了安檢技術課程實驗教學方法，結合安檢課程的特點給出了虛擬實驗內容和方法。該方法能夠有效解決設備缺乏和實驗方法單一等問題。

關鍵詞：安檢；虛擬現實；實驗方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）49-0273-02

一、民航安檢技術課程教學改革現狀分析

目前安檢專業人才的培養沒有跟上社會需求，學生存在著安檢專業知識少、動手操作能力差、應變反應能力不足等問題。為了解決這些問題，很多學校的相關老師針對安檢技術課程的教學方法進行了一系列的改革，邵詠亮設計了一套行動導向教學方案將行動導向法引入民航安檢實驗教學中，以培養學生的積極性提高教學質量。然而，作為教學重要一環的安檢技術課程實驗教學，目前仍然存在著一些問題。（1）危險品保管和使用麻煩。安檢課程中檢查涉及到很多危險品的認知。然而這些危險品保存和管理麻煩，并且在實驗過程中更缺乏有效的安全保障措施，存在安全隱患。（2）安檢器材設備及實驗場所缺乏。很多先進的安檢器材設備價格昂貴，很多學校不能提供充足的資金和場地，建立全面的安檢實驗室，導致實踐性教學的難以開展。（3）教學實驗方法單一。在教學過程中，目前重要采用的是單向“灌輸式”的方法，即使開展的實驗教學也僅局限于簡單的設備操作。然而這種教學和實驗方法不適應預測性安檢的實踐，制約了學生安檢的識別能力和應變能力的有效提高。

二、基于VR技術的安檢課程教學實驗方法研究

為了解決提出的制約安檢技術課程實驗教學實施的問題。我們針對安檢技術課程實驗的特點和問題，采用了虛擬現實技術（VR）設計了基于VR技術的安檢實驗系統架構及教學方法。進一步提高安檢技術課程實驗的規范性和可操作性，并有效的降低了實驗和維護成本。

（一）VR技術的基本原理和特點

20世紀80年代初，VPL公司創始人Jaron Lanier提出了VR（虛擬現實）的概念。它是一種由計算機創建的和可體驗的虛擬現實仿真系統。它綜合利用計算機圖像處理技術、傳感器技術和3D顯示技術，生成一種三維虛擬現實環境，并通過鼠標、傳感器等輸入設備與用戶進行交互，給用戶提供一種身臨其境的感覺。虛擬現實系統一般具有三個特點：交互性、沉浸感和構想性。其中，交互性是指用戶能夠借助各種專用設備或者傳感器以手勢、姿勢和語言等對虛擬現實系統進行操作，并能夠從虛擬現實系統中得到真實和實時的反饋；沉浸感是虛擬現實系統通過多維感知、三維圖像、視野跟蹤和實時反饋等技術，使用戶產生身臨其境的感覺；構想性是指用戶能夠根據虛擬現實的各種信息，進行判斷、推理和聯系等思維過程。并能夠通過思想去行動和操作虛擬現實環境，從而實現在真實環境中難以完成的一下操作并可以觀察相應的結果。

（二）基于VR技術的安檢教學實驗系統

針對安檢技術課程實驗要求和目前存在的問題。我們主要從四個方面設計了基于VR技術的安檢教學試驗系統。

1.虛擬危險品。由于危險品和違禁品種類繁多且安全保管困難，而且在實驗過程中存在安全隱患。因此，目前很多的學校主要通過文字和圖片的形式進行簡單的介紹。使學生難以深刻認識各種危險品的各種特性。因此，我們基于VR技術構建了虛擬危險品，主要從顏色、結晶度、密度、分子式結構、腐蝕性、化學反應和危險性等多個維度，對危險品進行虛擬仿真。讓學生能夠對各種危險品和違禁品的各種特性充分體驗和了解。為以后的識別工作打下堅實的基礎。

2.虛擬安檢設備。安檢實驗很難開展的一個重要原因是學校實驗經費有限和實驗場地不足。導致很多先進昂貴的安檢設備無法購置，很多大型安檢設備無法布置，一些教學實驗課程無法開設。導致學生安檢設備動手操作能力查，無法有效識別危險品和違禁品。因此，基于VR技術我們構建了虛擬安檢設備。虛擬安檢設備的構建主要包括安檢設備基本原理、安檢設備組成結構、安檢設備操作方法等。讓學生能夠深刻掌握安檢設備基本原理的同時，能夠熟練安檢設備的操作和危險品、違禁品的識別。

3.虛擬安檢事件場景。安檢不安全事件的教學主要采用的是基于案例分析的簡單形式。通過對安檢不安全事件的典型案例講解和討論，學生了解安檢事件的基本場景和處理方法。顯然，這種方法不能夠有效培養學生對安檢突發不安全事件的分析能力和應急處理能力。因此，我們構建了典型安檢事件的虛擬現實場景和環境。充分利用虛擬現實沉浸式的特點，讓學生有身臨其境的進入安檢事件現場，通過學生的操作和反饋。培養學生對安檢突發不安全事件的分析能力和應急處理能力。

4.虛擬可疑人物。分析可疑人物是調高安檢效率的重要手段。而日益興起的預測性旅客安檢（Predictive Passenger Screening，PPS）對安檢人員的要求更高，它要求安檢人員能夠通過對旅客進行行為模式識別，以確定危險旅客。然后，目前文字性敘述事的教學形式無法讓學生對各種可疑危險旅客有很好的鑒別能力。讓學生在實驗過程中，能夠根據通過和可疑危險人物的虛擬現實模型交互中，不斷提高對危險旅客的分析和鑒別能力。

三、基于VR技術的安檢教學實驗方法優勢

（一）實驗方法先進

我國很多高校和科研機構已經認識到虛擬現實技術的優勢，都開始積極研究VR技術及其應用方法。采用VR技術的安檢教學實驗方法，正是采用了先進的虛擬現實和網絡技術想結合的先進試驗方法。該方法可以讓實驗不受時間場地的限制，也沒有實驗安全隱患。同時，這種實驗方式也是對傳統教學和實驗方式的有益補充。

（二）降低實驗成本

安檢設備購置成本高、占地面積大、實驗成本高，同時操作有安全風險。而且購置數量不足也無法滿足實驗需求。而采用VR技術的安檢教學實驗方法，可以減少安檢設備臺數，虛擬現實系統實用和維護成本低，能夠有效降低實驗成本。

（三）提高實驗效果

采用虛擬現實技術構建虛擬危險品、安檢不安全事件場景和虛擬可疑人物。能夠讓以前教學方法不能夠很好描述實體很好的展示出來，讓學生能夠通過虛擬環境反復實驗。通過和虛擬現實系統的互動方式讓學生進一步提高對危險品和危險人物的分析、識別和應急處置能力。大大提高了實驗效果。

（四）增強學習興趣

本文針對這些問題，基于VR（Virtual Reality）技術的提出了安檢技術課程實驗教學方法，結合安檢課程的特點給出了虛擬實驗內容和方法。該方法能夠有效解決設備缺乏和實驗方法單一等問題。進一步提高安檢實驗教學效果，培養學生的動手能力、應變能力和創新能力，以滿足社會對安檢專業人才的實際需要。基于VR技術的安檢教學實驗方法，能夠在確保實驗安全的情況下，通過構想性充分發揮學生實驗的主動性和創造性，可以充分發揮創造力去進行實驗和交互。

四、總結和展望

本文主要針對安檢技術課程實驗中存在的三個問題提出了基于VR技術的安檢教學實驗方法，通過構建虛擬危險品、虛擬安檢設備、虛擬安檢事件場景、虛擬可疑人物等實驗模型建立虛擬現實實驗系統，進一步完善現有的安檢實驗方法。它能夠在確保安全的前提下，有效降低實驗成本，增加學生的危險識別能力、動手操作能力和不安全事件的應急能力。

參考文獻：

[1]中國民用航空局，2015年民航行業發展統計公報[R].2016-06.

[2]邵詠亮.行動導向教學法在民航安檢實訓課程中的應用初探[J].教育教學論壇，2017，（9）.