基于“互聯網+3C”的裝備虛擬仿真實驗教學模式改革與實踐

代傳金 楊賓峰 來磊

摘要：針對傳統裝備實踐教學模式存在的無法滿足大規模常態化的全過程實裝操作訓練需求，文章提出一種基于“互聯網+3C”的裝備虛擬仿真實驗教學模式。該模式在著陸引導裝備實驗教學中，采用虛擬仿真技術，增強了學生操作著陸引導裝備保障飛機著陸的真實度和體驗感。

關鍵詞：虛擬仿真技術;裝備操作實踐;互聯網+;著陸引導裝備

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）21-0388-03

一、引言

飛機著陸引導的正確有效是保障飛機安全平穩降落的關鍵，是飛行安全的重中之重，因此，提高飛機著陸引導操作和指揮人員的科學訓練水平是保證飛行安全的有效途徑。為培養導航工程專業學員對著陸引導裝備的綜合實踐操作能力，開設著陸引導裝備操作實踐教學尤為重要。然而，由于傳統裝備操作實踐教學涉及的著陸引導裝備規模龐大、結構復雜，且同時需要機載設備配合等眾多因素影響，大規模常態化的全過程實裝操作訓練在教學過程中難以開展，學員也無法切身體會未來任職崗位對飛行安全的極端重要性，這就導致多年來裝備教學效果一直不夠理想，難以滿足實訓教學需求[1]。隨著“互聯網+”時代的到來，基于互聯網支撐的裝備虛擬仿真技術以其高效率、低成本、內容豐富和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣[2-5]。因此，本文提出將基于“互聯網+3C”的虛擬仿真實踐教學方法運用到著陸引導裝備實驗教學中。這不僅能夠打破傳統教學在時間和空間上所受的限制，提高教學效果，還能讓學生掌握更多裝備操作知識，為培養高質量人才提供更好的服務。

二、“互聯網+3C”的虛擬仿真實踐教學模式構建

針對傳統著陸引導裝備教學過程中存在的問題，我們應著眼裝備組織運用能力和專業技術能力培養要求，將虛擬仿真技術與現代教育理論相結合，開展基于“互聯網+3C”的導航裝備虛擬仿真實驗教學模式改革與實踐[6，7]。該模式采用以“學生為中心”的教學理念，按照“基礎訓練—綜合操作—工程維修—創新設計”分層遞進的立體化虛擬教學思路，依托互聯網，通過構建新工科學科內容的交互式虛擬仿真實驗教學平臺[8，9]，將裝備訓練的“演示—操作—考核”相結合（Combination），將裝備實驗的“單裝—系統—體系”相結合（Combination），將裝備學習的“自主—協作—創新”相結合（Combination），提高學員操作訓練導航裝備的沉浸感和參與度，突破操作實踐教學的條件約束，達到以學員為中心的全流程飛行導航保障實驗教學。

（一）梳理裝備教學內容，設置實驗教學主題

飛機著陸引導裝備實踐教學注重理論與實踐結合的知識學習，將虛擬仿真實驗教學內容劃分為基礎性虛擬仿真實驗、綜合性虛擬仿真實驗和設計性虛擬仿真實驗。我們依托校園網虛擬仿真實驗教學平臺，按照體現單裝訓練、體系綜合和啟發設計思路設置實驗主題。

基礎性虛擬仿真實驗，按照單個裝備訓練的“演示—操作—考核”相結合的思路，設置虛擬仿真實驗主題課目，確定實驗項目與實驗內容，實現單裝理論教學與實驗操作教學深度融合。綜合性虛擬仿真實驗，按照引導裝備“單裝—系統—體系”相結合的思路，在功能模塊組合、分組協作完成的綜合性實驗基礎上，開展系統級的虛擬仿真訓練，完成對著陸引導裝備的組織運用和系統防護。設計性虛擬仿真實驗，按照引導裝備學習的“自主—協作—創新”相結合的思路，堅持實踐教學與裝備科研相結合的原則，設置探究性課題，以科研項目的形式，引導學生通過課題研究完成著陸引導裝備技術改進方案設計、實驗內容測試等，使學生在掌握科學研究方法方面得到初步訓練。

（二）整合虛實教學資源，搭建虛擬仿真教學平臺

針對著陸導航裝備種類多、實習實裝數量少、系統龐大和實習場地不滿足外場條件要求等突出問題，本著“虛實結合、相互補充、能實不虛”原則，我們合理設計了虛擬仿真實驗內容，開發和建設了一系列有利于學生創新能力培養的虛擬仿真資源，并將這些資源按照層次劃分為專業基礎類實驗教學資源、裝備實習類教學資源和科技創新類虛擬仿真實驗教學資源。在每類虛擬仿真教學資源下我們又具體細化為若干支撐課程，并整合這些資源，搭建虛擬仿真教學平臺。虛擬仿真教學平臺可用下圖表示。

基于“互聯網+3C”的虛擬仿真教學平臺結構圖

（三）探索“虛實結合，兩段考核”實驗教學考核評價辦法

飛機著陸引導裝備實踐教學堅持“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則，在教學效果考核中，依托在線虛擬仿真實驗平臺，采用“虛實結合，兩段考核”的形成性考核評價辦法。

“虛實結合，兩段考核”是指為全面評價學生對著陸引導裝備的操作訓練水平，將評價考核分為兩個階段實施。第一階段考核，在單裝虛擬仿真實驗和模擬設備操作訓練教學結束之后實施，重點考核學生的裝備操作維護技能，由授課老師充當考核人員，根據崗位需求制定的考核標準進行逐人考核，在線給出虛擬訓練成績。合格者轉入下一階段學習，否則，前期虛擬仿真訓練和模擬裝備訓練考核成績清零，重新開始前一個階段虛擬裝備實踐學習。第二階段考核，在裝備操作訓練和體系運用教學之后實施，按照飛機著陸導航保障要求設置仿真場景，重點考核學生裝備系統的綜合運用能力和崗位任職能力，由用人單位和設備廠家組建考核小組，按照考核標準進行考核。考核合格者即達到畢業標準，否則進行強化訓練，再次進行考核。上述多元化的科學考核方式，激發了學生的實驗興趣，客觀評價了學生知識綜合運用能力、創新實驗能力和駕馭裝備的能力。

三、“互聯網+3C”的虛擬仿真實踐教學實踐

根據不同的實驗內容、課程特點，目前形成了模塊劃分、層次遞進的立體的“互聯網+3C”的著陸引導裝備虛擬仿真實驗課堂。虛擬仿真教學課堂實施可以分為三個層次。

1.基礎性虛擬仿真實驗教學，堅持“認知與實證相結合”，推行“主題式”單裝課堂教學，突出啟發互動、示范引導，培養學生抽象認知和感性認知能力。具體來講就是強調“實驗的主題牽引”。一是在理論授課前，圍繞單個裝備的實驗主題，要求學生上網了解實驗內容、所用儀器儀表和模塊單元等。理論教學結合虛擬仿真實驗進行講解，增強了學生對專業理論和系統的感性認識。二是在實驗操作前，圍繞實驗主題，由老師與學生依據系統工作原理和技術特點，共同研究實驗方案、方法步驟，并由老師進行演示示范。三是在實驗中，圍繞實驗主題，采取互動啟發式教學方法，激發學生實驗興趣，促使學生掌握實驗方法。四是在實驗結束后，圍繞實驗主題，結合裝備組織運用與技術改進，提出技術原理與實現路徑，進行在線虛擬仿真探索。

2.綜合性虛擬仿真實驗，堅持“仿真與硬件裝備模擬相結合”，推行“協同式”情景課堂教學，突出軟仿真，強調硬模擬，培養學生裝備的綜合運用能力。針對新型導航裝備集成化程度高、結構復雜等特點，按照“單裝—系統—體系”實踐思路，培養學生機場保障和指揮管理能力。基于虛擬仿真教學平臺完成機場環境仿真，對構成機場環境的各個要素進行逼真模擬，同時對著陸引導裝備等各類輻射源的電磁輻射特性進行建模模擬，使得綜合性虛擬仿真實驗更加貼近實際。

3.設計性虛擬仿真實驗，堅持“教學與科研相結合”，推行“項目式”課堂教學，突出任務驅動、獨立探究，按照“自主—協作—創新”實踐思路，培養學生科學研究和自主創新能力。通過設立創新科研課題、組織模擬仿真競賽等活動，幫助學生開展研究性學習和創新性模擬仿真實驗;采取“自選課題、自主設計、自行實驗”的開放性實驗模式，進行“塔康天線調制信號設計”等設計性實驗項目，鼓勵學生參與導師課題研究，承擔相關系統仿真研究等任務，使學生掌握系統研究設計方法，提高自主創新能力。

四、教學效果

目前開展的基于“互聯網+3C”的著陸引導裝備虛擬仿真實驗教學，服務學生共計1500余人次，取得了很好的教學效果，其中兩個課時的精密進場雷達虛擬仿真實驗獲批2018年國家級虛擬仿真實驗教學示范項目。該教學模式的實施，不僅有利于學生在掌握知識的同時，將所學的知識運用到真實的裝備實踐操作中，激發學生的探索欲和實驗操作興趣，還使得學生通過虛擬仿真平臺自主設計實驗，充分發掘自身創造潛能，提高了自身解決實際裝備的維修保障和工程設計能力。在該教學模式實施之后，所有畢業學生均順利適應了工作崗位，部分優秀學生甚至不用培訓即可直接上崗，擔負起飛機著陸引導的組織保障任務，受到了用人單位的一致好評。

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Abstract： Because the traditional equipment practice teaching mode cannot meet the needs of large-scale normalization of the whole process of practical operation training， an Internet+3C-based teaching mode of equipment virtual simulation experiment is proposed in this paper. In the experiment teaching activity of landing guidance equipment， the virtual simulation technology is used to enhance the authenticity and experience feelings of college students when they operate the landing guidance equipment to support aircraft landing.

Key words： virtual simulation technology; equipment operation practice; Internet+; landing guidance equipment