基于虛擬仿真技術(shù)的地面領(lǐng)航教學(xué)研究

劉超慧 劉太輝 劉駿洲

［摘 要］地面領(lǐng)航教學(xué)注重學(xué)員基本技能的掌握與運(yùn)用，要求學(xué)員能夠從理論與實(shí)踐層面完成課程教學(xué)。本文基于地面領(lǐng)航課程教學(xué)的特征，研究虛擬仿真技術(shù)在地面領(lǐng)航教學(xué)中的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，通過虛擬仿真技術(shù)對領(lǐng)航操作進(jìn)行仿真演示，促進(jìn)學(xué)員對領(lǐng)航應(yīng)用技能的掌握，增強(qiáng)學(xué)員學(xué)習(xí)的信心，進(jìn)一步提升領(lǐng)航課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)員的綜合領(lǐng)航能力，教學(xué)效果顯著。

［關(guān)鍵詞］虛擬仿真技術(shù)；地面領(lǐng)航；教學(xué)設(shè)計(jì)；領(lǐng)航工具

［中圖分類號］TP35文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

數(shù)字仿真技術(shù)的運(yùn)用可以為地面領(lǐng)航課程教學(xué)提供信息技術(shù)支持與保障，為學(xué)員構(gòu)建仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并開發(fā)領(lǐng)航模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，使學(xué)員能夠?qū)︻I(lǐng)航儀表進(jìn)行模擬，從而使教學(xué)活動具有較高的仿真度與擴(kuò)充度，使教學(xué)活動較為便捷。在具體仿真過程中，學(xué)員能夠更好地領(lǐng)會地面領(lǐng)航知識，掌握領(lǐng)航工作程序、基本方法、設(shè)備使用方法等，能夠促進(jìn)學(xué)員領(lǐng)航基本技能的提升，且應(yīng)用效果良好。

1 地面領(lǐng)航教學(xué)

地面領(lǐng)航課程知識體系較為復(fù)雜，包括多項(xiàng)知識內(nèi)容，例如“作戰(zhàn)領(lǐng)航籌劃”“指揮引導(dǎo)基本技能”等課程，要求學(xué)員掌握本領(lǐng)航要素、儀表著陸時(shí)領(lǐng)航方法、地標(biāo)羅盤領(lǐng)航與無線電領(lǐng)航的偏航判斷及修正、地面準(zhǔn)備及空中實(shí)施等相關(guān)工作內(nèi)容。在地面領(lǐng)航學(xué)習(xí)過程中，要求準(zhǔn)備必要的領(lǐng)航設(shè)備與領(lǐng)航工具。基本領(lǐng)航設(shè)備主要有磁羅盤、高度表、空速表、自動定向機(jī)ADF、甚高頻全向信標(biāo)VOR、測距機(jī)DME、時(shí)鐘等，要求學(xué)員對此能夠識別與認(rèn)知，掌握主要設(shè)備原理、性能、構(gòu)造，保證操作正確，并能對設(shè)備常見的使用故障能夠形成一定的認(rèn)知[1]。

飛行員個(gè)人的領(lǐng)航工具主要有計(jì)算尺、向量尺等，要求準(zhǔn)備齊全、完好，檢測常用機(jī)場的儀表飛行進(jìn)、離場方法和儀表進(jìn)近程序，檢查無線電領(lǐng)航設(shè)備的有關(guān)資料，保證符合實(shí)際飛行要求。在飛行前，做好必要的領(lǐng)航準(zhǔn)備。飛行前領(lǐng)航準(zhǔn)備從受領(lǐng)飛行任務(wù)開始做好必要的準(zhǔn)備工作，基于平時(shí)的領(lǐng)航準(zhǔn)備工作，結(jié)合本次具體飛行任務(wù)開展必要的準(zhǔn)備工作，順利完成飛行任務(wù)。這些都對學(xué)員的理論知識與實(shí)踐操作能力提出了較高的要求。在地面領(lǐng)航課程教學(xué)中，要求學(xué)員從理論到實(shí)踐操作等層面，對課程知識內(nèi)容形成一定的理解，在理論知識掌握之后，還要具備一定的實(shí)踐動手操作能力，由此促進(jìn)學(xué)員完成知識內(nèi)容的轉(zhuǎn)化，使其具備關(guān)于地面領(lǐng)航的應(yīng)用技能[2]。

2 基于虛擬仿真技術(shù)的地面領(lǐng)航教學(xué)研究

2.1 利用虛擬仿真技術(shù)完成教學(xué)目標(biāo)

運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分解，設(shè)置每堂課的課程教學(xué)目標(biāo)，能更好地突破課程教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，并針對不同的課程教學(xué)內(nèi)容選擇相應(yīng)的教學(xué)方法，由此更好地完成課程教學(xué)設(shè)計(jì)。

地面領(lǐng)航教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)員掌握地面領(lǐng)航必要的準(zhǔn)備工作，主要包括地面領(lǐng)航準(zhǔn)備、平時(shí)領(lǐng)航準(zhǔn)備、飛行前領(lǐng)航準(zhǔn)備等。平時(shí)領(lǐng)航準(zhǔn)備中，要求收集并研究領(lǐng)航相關(guān)航行資料，準(zhǔn)備航行地圖，熟悉并掌握領(lǐng)航設(shè)備，準(zhǔn)備必備的領(lǐng)航工具。與具體的項(xiàng)目相結(jié)合，搜集并研究無線電領(lǐng)航資料，全面考察領(lǐng)航工作中需要準(zhǔn)備的各項(xiàng)資料與內(nèi)容。研究所飛機(jī)型的性能數(shù)據(jù)，分析此次飛行過程中的固定航路、空中走廊、空中禁區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)、國境線的資料，研究中、低空航線圖。明晰常用機(jī)場的基本數(shù)據(jù)、離場和進(jìn)場著陸的規(guī)定與方法。準(zhǔn)備起降機(jī)場、備降機(jī)場的儀表離場、進(jìn)場圖。研究各種進(jìn)近圖、走廊圖、通信設(shè)備的有關(guān)資料。研究飛行區(qū)域的氣象特點(diǎn)、地形特征、高大障礙物、地磁異常區(qū)及對飛行的影響[3]。

在地面領(lǐng)航過程中，要求結(jié)合根據(jù)飛行特征，準(zhǔn)備飛行區(qū)域航行地圖，準(zhǔn)備百萬分之一、五十萬分之一地圖與大比例尺地圖。在地圖上標(biāo)出有關(guān)的航線資料，并對地圖進(jìn)行校正，校正重點(diǎn)在于高大障礙物與顯著地標(biāo)標(biāo)高、地理坐標(biāo)以及鐵路、公路、河流、橋梁、水庫、湖泊等地標(biāo)變化情況，對周邊環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)檢測與分析。預(yù)先領(lǐng)航準(zhǔn)備是飛行前圍繞本次飛行任務(wù)所進(jìn)行的準(zhǔn)備。考慮空中領(lǐng)航實(shí)施可能遇到的問題，并在地面予以解決，通過必要的準(zhǔn)備工作，縮短直接準(zhǔn)備的時(shí)間、減輕飛行員空中工作負(fù)荷、優(yōu)化領(lǐng)航工作程序。在飛行前一天完成預(yù)先領(lǐng)航準(zhǔn)備工作。從個(gè)人角度，需要準(zhǔn)備的工作包括選擇航線、準(zhǔn)備航行資料和領(lǐng)航工具、飛行情報(bào)資料的獲取、地圖作業(yè)、研究航線、制訂領(lǐng)航計(jì)劃等[4]。

例如，在高度表課程教學(xué)中，教師運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，通過Flash動畫展示氣壓高度表、無線電高度表工作原理，采用仿真程序與方式演示飛機(jī)在起降過程中氣壓高度表的撥正過程。在無線電方位儀表課程教學(xué)中，進(jìn)行相應(yīng)的知識內(nèi)容設(shè)計(jì)，為學(xué)員演示飛機(jī)航路飛行片段，包括示向臺飛行、背臺飛行和進(jìn)入預(yù)定方位線不同情況之下無線電方位儀表RBI、RMI、CDI與HSI的變化情況，由此將抽象的理論知識內(nèi)容進(jìn)行具體化展示，促進(jìn)學(xué)員更好地掌握飛行時(shí)高度表的操作流程。

教師還可以為學(xué)員構(gòu)建知識學(xué)習(xí)網(wǎng)站，將地面領(lǐng)航相關(guān)知識教學(xué)內(nèi)容上傳至教學(xué)網(wǎng)站之中，同時(shí)為學(xué)員提供線下學(xué)習(xí)方式，突破教學(xué)時(shí)間的限制，給學(xué)員學(xué)習(xí)活動以一定的靈活性，促使學(xué)員能夠有效調(diào)整自身的學(xué)習(xí)方案與計(jì)劃，通過互聯(lián)網(wǎng)與虛擬仿真技術(shù)，豐富學(xué)員與教員之間的互動，使得教員能夠更好地指導(dǎo)學(xué)員的學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)員更為全面具體地展示課程知識內(nèi)容，達(dá)成地面領(lǐng)航課程教學(xué)目標(biāo)[5]。

2.2 注重理論知識與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合

通過虛擬仿真分析，在地面領(lǐng)航教學(xué)中促進(jìn)理論知識與實(shí)踐教學(xué)之間的結(jié)合，配置多款模擬機(jī)，利用仿真分析技術(shù)為學(xué)員構(gòu)建實(shí)驗(yàn)課堂，在課堂中運(yùn)用模擬機(jī)模擬飛行過程以及飛行動作，為地面領(lǐng)航做好必要的準(zhǔn)備工作。在此練習(xí)過程中，能夠促進(jìn)學(xué)員更好地了解操作重點(diǎn)與難點(diǎn)，并分析自身在學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，及時(shí)突破并改進(jìn)。通過不斷訓(xùn)練，能夠豐富學(xué)員實(shí)踐操作技能，使其少走彎路，增強(qiáng)地面領(lǐng)航課程教學(xué)的直觀形象性。基于教學(xué)大綱的要求，教師可為學(xué)員設(shè)置相應(yīng)的課程教學(xué)內(nèi)容，例如在基本儀表模塊教學(xué)中，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)形象化展示基本儀表的相關(guān)知識內(nèi)容。能夠熟練判讀與運(yùn)用基本儀表，這是學(xué)員需要掌握的基本技能。基本儀表主要包括航向儀表、高度表、姿態(tài)儀表、無線電方位儀表、CDI指示器、ADF指示器、HSI指示器等，在熟練掌握儀表使用方法的基礎(chǔ)之上，保證飛行活動準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確、安全。領(lǐng)航儀表使用過程中，要求能夠準(zhǔn)確讀取航向表、高度表、空速表，準(zhǔn)確使用方位儀表，包括無線電磁指示器、水平狀態(tài)指示器、相對方位指示器等[6]。

利用仿真技術(shù)為學(xué)員演示基本儀表在不同情況之下的度數(shù)，明晰領(lǐng)航儀表的工作原理，促進(jìn)學(xué)員更好地掌握羅盤領(lǐng)航與無線電領(lǐng)航相關(guān)操作技能。比如在無線電領(lǐng)航過程中，要求做好必要的地面準(zhǔn)備工作，將空中需要完成的操作內(nèi)容在地面預(yù)先準(zhǔn)備，以此簡化空中操作工作量，保證空中飛行順利、安全。在模擬飛行實(shí)驗(yàn)中，引導(dǎo)學(xué)員通過確定機(jī)場跑道號，選擇導(dǎo)航臺頻率，選擇偏離桿位置，能夠完成“追桿”等一系列模擬飛行操縱，對領(lǐng)航儀表的運(yùn)用能夠形成更為深入的理解。為學(xué)員模擬演示飛行過程中可能會遇到的問題，例如領(lǐng)航儀表出現(xiàn)偏離桿偏離，此時(shí)應(yīng)當(dāng)采取的處理方式為確定飛機(jī)偏離方向，利用“追桿”完成偏離桿“居中”操作，之后再將飛機(jī)航向調(diào)整為徑向線一致的方向。通過此種操作方式，保證飛機(jī)在確定的徑向線上飛行[7]。

2.3 仿真技術(shù)提升課堂教學(xué)效率模擬演示

地面領(lǐng)航教學(xué)知識體系較為復(fù)雜，理論知識教學(xué)內(nèi)容更為復(fù)雜，地面領(lǐng)航原理與基本理論較為抽象，理論教學(xué)中形象感與真實(shí)感不足，對學(xué)員知識的理解與掌握帶來了一定的困難。因此，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行模擬演示，能夠讓學(xué)員更好地理解課堂知識，通過虛擬仿真模擬與分析，更好地展示地面領(lǐng)航方法與設(shè)備，在地面領(lǐng)航學(xué)習(xí)過程中讓學(xué)員更好地理解并掌握氣象學(xué)、電子學(xué)、海洋學(xué)、測量學(xué)、物理學(xué)等相關(guān)知識與原理。飛機(jī)在空中飛行過程中，時(shí)刻需要領(lǐng)航，通過領(lǐng)航有利于促進(jìn)飛機(jī)完成飛行任務(wù)，避免在空中迷失方向，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全著陸。在地面領(lǐng)航教學(xué)中，為讓學(xué)員更好地掌握領(lǐng)航設(shè)備的研制與領(lǐng)航方法等，可以運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)促進(jìn)學(xué)員掌握不同航行條件下，不同設(shè)備與方法的選取，促進(jìn)地面領(lǐng)航公共基礎(chǔ)課、專業(yè)課、實(shí)踐課的學(xué)習(xí)，避免理論知識與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。在教學(xué)設(shè)計(jì)中若采用實(shí)物展示方式，要求教員提前設(shè)計(jì)演練內(nèi)容，并將相關(guān)教育設(shè)備帶至教室，此種教學(xué)方式較為復(fù)雜，增加了教員的工作量。虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用克服了這一局限性，采用了仿真模擬軟件，實(shí)現(xiàn)對抽象內(nèi)容的虛擬化演示，增強(qiáng)了課程教學(xué)內(nèi)容的真實(shí)性、形象性，對實(shí)物展示教學(xué)方式進(jìn)行了補(bǔ)充，課堂教學(xué)更為方便，顯著提升了課堂教學(xué)效果[8]。

2.4 利用虛擬仿真技術(shù)促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)

在地面領(lǐng)航教學(xué)中，具有大量的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，有利于促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，對傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方式進(jìn)行改良。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)器具、設(shè)備的具體運(yùn)用存在一定的差異性，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的得出可能不同，增加了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不確定性。運(yùn)用基于虛擬仿真技術(shù)的地面領(lǐng)航模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，在實(shí)踐教學(xué)層面的應(yīng)用優(yōu)勢較為明顯，克服了干擾因素的不良影響，避免由于不確定因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。同時(shí)在具體運(yùn)用過程中，能夠結(jié)合具體項(xiàng)目的實(shí)際需求，調(diào)整虛擬領(lǐng)航設(shè)備與實(shí)驗(yàn)條件，引導(dǎo)學(xué)員分析不同實(shí)驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)結(jié)果，以此促進(jìn)學(xué)員得出精準(zhǔn)的結(jié)論。利用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建地面領(lǐng)航仿真實(shí)驗(yàn)室，對理論知識內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，引導(dǎo)學(xué)員設(shè)置從理論到實(shí)踐的教學(xué)方式。讓學(xué)員更好地體會常用的領(lǐng)航方法實(shí)施程序，運(yùn)用形象具體的仿真演示方式促進(jìn)學(xué)員領(lǐng)會地面領(lǐng)航操作的基本程序。采用仿真操作技術(shù)，構(gòu)建了一種新穎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)檢出率較低的局限性，更好地促進(jìn)學(xué)員對課程知識內(nèi)容的理解與技能的掌握，顯著提升了學(xué)員參與實(shí)踐教學(xué)的積極性[9]。

2.5 利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行案例教學(xué)

在地面領(lǐng)航教學(xué)設(shè)計(jì)中，利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對學(xué)員的案例教學(xué)，能夠更為形象展示領(lǐng)航教學(xué)中的相關(guān)課程知識內(nèi)容。例如在航線選擇時(shí)，引導(dǎo)學(xué)員運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)學(xué)習(xí)掌握如何正確選擇航線。使得學(xué)員掌握在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，一般情況下要求按照規(guī)定的航線飛行。執(zhí)行臨時(shí)飛行任務(wù)或開辟新航線等，選擇航線是首要的工作內(nèi)容。選擇航線的目的在于服從飛行任務(wù)，保證飛行安全，選擇最為有利的航行條件。選擇航線時(shí)應(yīng)考慮的影響要素有地形及氣象條件、備降機(jī)場、檢查點(diǎn)、航線起點(diǎn)和終點(diǎn)、航線段、禁區(qū)及空中走廊、飛行的有關(guān)特殊規(guī)定等。

通過仿真技術(shù)的運(yùn)用，使得學(xué)員能夠更好地體會航線選擇的復(fù)雜性，更好地學(xué)習(xí)領(lǐng)航工作。在地面領(lǐng)航教學(xué)中，不同學(xué)員認(rèn)知能力存在一定差異性，在領(lǐng)航技術(shù)的運(yùn)用層面往往也有所不同。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，能夠根據(jù)不同學(xué)員的實(shí)際學(xué)習(xí)情況與實(shí)踐操作情況，制訂個(gè)性化的教學(xué)方案與教學(xué)計(jì)劃，更好地踐行因材施教、因人而異的教學(xué)原則。因此，虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用，豐富了教學(xué)手段與教學(xué)方案，促使課程知識講授更加規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)；能夠更好地培養(yǎng)學(xué)員地面領(lǐng)航知識技能的掌握，更好地達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)，與不同的課程教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，提升地面領(lǐng)航教學(xué)方案制定的科學(xué)性與合理性[10]。

3 結(jié)束語

將仿真技術(shù)運(yùn)用于地面領(lǐng)航教學(xué)之中，有利于豐富教學(xué)手段，能夠在課堂中更為形象真實(shí)地展現(xiàn)復(fù)雜的、難以理解的內(nèi)容，以加深學(xué)員對地面領(lǐng)航知識的理解，激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新意識與能力。運(yùn)用仿真虛擬技術(shù)替代地面領(lǐng)航教具與設(shè)備，

能夠優(yōu)化對學(xué)員的實(shí)踐教學(xué)，提升課堂教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)員綜合領(lǐng)航技能，更好地實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

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