基于虛擬仿真的飛機(jī)系統(tǒng)課程教學(xué)改革

劉超

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)維修類專業(yè)實踐教學(xué)已是大勢所趨，可以有效提升學(xué)生對課程教學(xué)的認(rèn)可度，增強(qiáng)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的參與感和獲得感。

飛機(jī)是多個復(fù)雜機(jī)電液系統(tǒng)，如起落架系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)動機(jī)等的集成。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)高職院校的飛機(jī)系統(tǒng)教材與教學(xué)模式以理論知識講解為主，與工作崗位的技能要求聯(lián)系不夠緊密，教學(xué)內(nèi)容和考核方式設(shè)計不夠科學(xué)。這主要是因為飛機(jī)維修類實踐設(shè)備成本高、占地大、設(shè)備損壞風(fēng)險高、航材消耗大和安全隱患多，很多高職院校難以滿足。同時，飛機(jī)系統(tǒng)是復(fù)雜技術(shù)，很多部件在現(xiàn)實中看不見摸不著，理解起來晦澀難懂，各類優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源又跟不上，導(dǎo)致教學(xué)效果差，學(xué)生學(xué)習(xí)成就感低。虛擬仿真技術(shù)尤其適用于航空類復(fù)雜裝備和價格高昂的實踐教學(xué)，從而營造逼真的訓(xùn)練環(huán)境，模擬高危操作與故障排除。

2018年4月教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》強(qiáng)調(diào)，“加強(qiáng)職業(yè)院校、高等學(xué)校虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)，服務(wù)信息化教學(xué)需要”。虛擬仿真實驗教學(xué)已經(jīng)成為高校加強(qiáng)實踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，如水利、電力、化工、生物、材料等許多專業(yè)教學(xué)都普遍采用虛擬仿真技術(shù)。

本文以國家級飛機(jī)維修虛擬仿真中心的建設(shè)為例，通過優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)和程序，提高實訓(xùn)教學(xué)效率，旨在為高職飛機(jī)維修類專業(yè)開發(fā)虛擬仿真實踐教學(xué)體系提供參考經(jīng)驗和借鑒。

一、虛擬仿真教學(xué)的建設(shè)情況

我校飛機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)分為2D和3D仿真系統(tǒng)。2D系統(tǒng)主要由計算機(jī)系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)仿真軟件（訓(xùn)練系統(tǒng)主程序、虛擬三維飛機(jī)程序和Air@v手冊程序）組成。3D系統(tǒng)主要由飛機(jī)仿真軟件、飛機(jī)維護(hù)維修培訓(xùn)軟件、計算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、飛機(jī)設(shè)備仿真件、教員控制臺、設(shè)備支架等部分組成。數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)界面分布在左右兩個顯示器上。左側(cè)數(shù)據(jù)顯示器可顯示飛行機(jī)組訓(xùn)練的系統(tǒng)動態(tài)原理圖、CBT和維護(hù)訓(xùn)練的外部面板、跳開關(guān)面板；右側(cè)數(shù)據(jù)顯示器可顯示系統(tǒng)動態(tài)原理圖、飛機(jī)維護(hù)手冊和維護(hù)訓(xùn)練的三維飛機(jī)。飛機(jī)設(shè)備仿真件主要包括MCDU、油門臺、轉(zhuǎn)換面板、音頻控制面板、ECAM控制面板、照明控制面板、發(fā)動機(jī)啟動面板、ATC控制面板、WXR控制面板、無線電管理面板、遮光罩和側(cè)桿。3D系統(tǒng)可以真實體驗飛機(jī)操作。

經(jīng)過近十年的建設(shè)，通過自主研發(fā)和校企合作的形式，我校累計投入7000多萬元，建設(shè)了空客320飛機(jī)2D和3D飛機(jī)維修虛擬實訓(xùn)平臺、波音737飛機(jī)2D飛機(jī)維修虛擬實訓(xùn)平臺、貝爾206飛機(jī)虛擬實訓(xùn)平臺、塞斯納172飛機(jī)虛擬實訓(xùn)平臺以及CFM56發(fā)動機(jī)虛擬實訓(xùn)研發(fā)平臺。共有飛機(jī)維修虛擬仿真教室15間，教室面積達(dá)1000m2以上，可以同時滿足320人的上課需要，將每個學(xué)生的實訓(xùn)成本降低 30％。我校飛機(jī)維修虛擬仿真中心在2018年被認(rèn)定為廣東省虛擬仿真實訓(xùn)室，在2019年教育部關(guān)于公布《高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2015-2018年）》項目認(rèn)定中被認(rèn)定為國家級虛擬仿真實訓(xùn)中心。

二、飛機(jī)維修虛擬仿真實踐教學(xué)的實施

（一）仿真實踐項目建設(shè)內(nèi)容

仿真實踐項目是依據(jù)國際航空器制造使用規(guī)范ATA100章節(jié)劃分飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的機(jī)電液系統(tǒng)模塊，以典型工作任務(wù)為指導(dǎo)，以理實一體化理念，對每一個模塊建設(shè)“基礎(chǔ)理論原理、虛擬操作、虛擬測試和虛擬典型故障排除”四個遞增層次的教學(xué)內(nèi)容。通過教學(xué)做一體化，由淺入深逐步加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解。虛擬操作和測試可幫助學(xué)生更好地理解系統(tǒng)原理，熟悉機(jī)載自測試系統(tǒng)對飛機(jī)系統(tǒng)的測試。虛擬排故在系統(tǒng)操作和系統(tǒng)測試的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生按照飛機(jī)維修手冊的標(biāo)準(zhǔn)，通過操作、測量、拆裝等規(guī)范化訓(xùn)練，提高學(xué)生對機(jī)務(wù)維修工作的適應(yīng)程度和解決機(jī)務(wù)維修實際問題的能力。

（二）虛擬仿真實踐教學(xué)實施

在高職飛機(jī)維修類專業(yè)的飛機(jī)系統(tǒng)課程中很多系統(tǒng)會涉及系統(tǒng)操作和故障排除教學(xué)內(nèi)容，如液壓油的加放油操作、燃油的加放油操作以及起落架的收放測試工作等，以此來提高學(xué)生的專業(yè)技能和利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。下面以“飛機(jī)起落架收放系統(tǒng)的維護(hù)與排故”教學(xué)單元為例來說明。

1.單元教學(xué)目標(biāo)

該單元教學(xué)希望達(dá)到以下的學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）知識目標(biāo)：熟悉飛機(jī)起落架放下和收上的工作過程；熟悉飛機(jī)主起落架收放測試內(nèi)容和方法；（2）能力目標(biāo)：具備對飛機(jī)主起落架收放測試維護(hù)的能力；具備對飛機(jī)起落架收放系統(tǒng)“位置指示燈異常”故障診斷及排除的能力；（3）素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘w機(jī)維修機(jī)務(wù)作風(fēng)；培養(yǎng)精益求精的工匠精神。

2.教學(xué)策略

本次課程設(shè)計以實際的工作過程為導(dǎo)向，將課堂教學(xué)劃分為“探究新知、維護(hù)模擬、排故演練”三個任務(wù)來實施。以學(xué)生為主體，采用任務(wù)驅(qū)動、情境模擬、合作探究、示范教學(xué)的教學(xué)方法，全過程考核。

課程設(shè)計依托國家級教學(xué)資源庫、職教云和云課堂構(gòu)建的教學(xué)平臺，采用信息化手段呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，磨練操作技能，破解教學(xué)重難點(diǎn)。VR 技術(shù)、仿真動畫，直觀呈現(xiàn)知識原理，鞏固加強(qiáng)知識學(xué)習(xí)；飛機(jī)虛擬維修模擬機(jī)，模擬真實工作場景，實踐標(biāo)準(zhǔn)施工，安全高效；思維導(dǎo)圖、企業(yè)專家現(xiàn)身說法，熟悉故障診斷流程，培養(yǎng)正確排故思維。

以馬克思主義中國化最新理論成果和民航強(qiáng)國理論為指導(dǎo)，將機(jī)務(wù)作風(fēng)、機(jī)務(wù)人的工匠精神融入教學(xué)，為民航立心、為職業(yè)鑄魂。

3.教學(xué)過程

學(xué)生課前登錄職教云平臺，闖關(guān)式學(xué)習(xí)，查看微課、教學(xué)視頻、電子書，完成指定的作業(yè)鞏固預(yù)習(xí)成果。課中以“探究新知、維護(hù)模擬、排故演練”三個任務(wù)來實施。

（1）探究新知：首先，學(xué)生對課前提交的匯報PPT進(jìn)行投票評優(yōu)。優(yōu)勝小組上臺匯報預(yù)習(xí)成果，鼓勵自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析能力。根據(jù)課前測試中出錯率較高的知識點(diǎn)，教師利用VR再現(xiàn)真實工作場景，學(xué)生進(jìn)入虛擬輪艙、駕駛艙，近距離觀察系統(tǒng)部件及控制面板。教師結(jié)合實物進(jìn)行講解，通過3D動畫解析關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)，仿真模擬起落架收上、放下和運(yùn)動機(jī)構(gòu)工作過程，化靜為動，化難為簡，順利解決“起落架放下和收上過程”這一教學(xué)重點(diǎn)。隨后，進(jìn)行限時測驗，考核學(xué)生理論知識的掌握情況。

（2）維護(hù)模擬：首先進(jìn)行安全教育，觀看典型錯誤案例，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的機(jī)務(wù)作風(fēng)、精益求精的工匠精神。教師示范操作，大屏同步，并將操作視頻上傳至教學(xué)平臺，方便學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)。學(xué)中做，模擬機(jī)營造車間工作環(huán)境，小組角色分工，同步完成電子工單和質(zhì)量工作卡，實時考核，強(qiáng)化按手冊、工卡施工的職業(yè)操作，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，支撐教學(xué)重點(diǎn)。做中學(xué)，隨機(jī)挑選小組考核，彈幕互動，提升規(guī)范操作和安全意識。

（3）排故演練：工作場景引入任務(wù)，思維導(dǎo)圖梳理診斷思路。教師個性指導(dǎo)、共性解析，總結(jié)診斷思路。維修模擬機(jī)復(fù)盤故障，排故演練。學(xué)生依據(jù)故障隔離手冊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)施工、測試部件、虛擬換件，同步完成電子工作記錄單。企業(yè)專家現(xiàn)身說法，講解起落架故障維修處置流程，教師解析。做學(xué)合一，培養(yǎng)正確的排故思維，突破教學(xué)難點(diǎn)。

課后學(xué)生提交任務(wù)完成報告，評選優(yōu)秀作品。教師布置拓展任務(wù)——設(shè)計起落架“手柄卡滯故障”的排故方案。教師微信群答疑，邀請企業(yè)導(dǎo)師參與學(xué)生互動。推送企業(yè)排故案例，學(xué)生瀏覽教學(xué)資源庫，吸收更多的專業(yè)知識。

4.考核評價

此單元的考核做到可測可評，針對每一個教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計了考核方案與考核比例。如課前：預(yù)習(xí)進(jìn)度*30%+課前測驗*40%+匯報 PPT*30%；任務(wù)一：限時測驗*100%；任務(wù)二：電子工作單*80%+質(zhì)量工卡評分*20%；任務(wù)三：思維導(dǎo)圖*30%+排故記錄單*70%；課后：總結(jié)報告*100%。總成績=課前*20%+課中*70%+課后*10%。根據(jù)平臺記錄，綜合教師、學(xué)生及平臺系統(tǒng)的主、客觀考核，獲得學(xué)習(xí)效果及教學(xué)目標(biāo)對比雷達(dá)圖。通過數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。

三、教學(xué)效果

經(jīng)過多輪教學(xué)，實踐證明，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、小組探究完成新知學(xué)習(xí)，達(dá)成知識目標(biāo)；通過維護(hù)模擬、排故演練，達(dá)成能力目標(biāo)；通過團(tuán)隊協(xié)作、規(guī)范操作流程，達(dá)成素質(zhì)目標(biāo)。這種“理實一體化、虛實結(jié)合”的教學(xué)模式取得了良好的效果，學(xué)生出勤率提高、平臺活躍度增加、考核成績提升，在全國技能大賽中獲得一等獎。學(xué)生滿意度增加，用人單位滿意度也隨之增加。

四、總結(jié)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，未來高職飛機(jī)維修類專業(yè)的實踐教學(xué)將很大部分以虛擬仿真來完成。飛機(jī)維修虛擬仿真中心的建設(shè)需通過自主研發(fā)和校企合作的方式完成，實踐項目的開發(fā)需依據(jù)ATA章節(jié)與典型工作任務(wù)來設(shè)計。在虛擬實踐教學(xué)過程中，需充分利用飛機(jī)維修手冊來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)施工，完成全過程考核，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神，提升職業(yè)規(guī)范度。

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[基金項目：廣東省教育廳教改項目（GDJG2019301）資助；廣東省大學(xué)生“攀登計劃”項目（pdjh2021b0712）資助；校級飛機(jī)維修虛擬仿真教學(xué)團(tuán)隊項目資助；中國交通教育研究會教育科學(xué)研究課題（JTYB20-386）資助；廣東省高職教育機(jī)械制造類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會教學(xué)改革項目（JZ201947）。]

責(zé)任編輯 陳春陽