邵荃　周語(yǔ)

摘要：傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在理論與實(shí)踐課程難以融合等問(wèn)題，科技化教學(xué)媒體的出現(xiàn)給課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革帶來(lái)了新的契機(jī)。針對(duì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行研究，在提出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不足的基礎(chǔ)上，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，“虛實(shí)結(jié)合”以建立綜合型實(shí)驗(yàn)課程體系。分析了虛擬現(xiàn)實(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，將虛擬現(xiàn)實(shí)與模擬機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于民航的人才培養(yǎng)中，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的民航實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以實(shí)例說(shuō)明如何改革現(xiàn)有的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：虛實(shí)結(jié)合；課程改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；人才培養(yǎng)；虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）49-0275-04

課程實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生全面地掌握學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力和各方面素質(zhì)等具有不可替代的作用。然而，受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想的影響，加之目前高校中實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備的限制，課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新型、實(shí)用型人才培養(yǎng)方面的作用仍發(fā)揮不夠[1]。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等現(xiàn)代科技化教學(xué)媒體的出現(xiàn)，給課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革帶來(lái)了新的契機(jī)。更新教育觀念，將現(xiàn)代科技融入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提升教育教學(xué)的整體質(zhì)量，已成為大多數(shù)人的共識(shí)。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不足

隨著我國(guó)教育事業(yè)的蒸蒸日上，各大高校的學(xué)生不僅需要學(xué)習(xí)大量的多學(xué)科理論課程，而且還急需相應(yīng)的實(shí)踐課程。然而，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，除了崗位技能實(shí)訓(xùn)以外，學(xué)生難以全面理解和系統(tǒng)掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。學(xué)生在動(dòng)手操作前只有理論方面的抽象概念，缺乏具體的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)入實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)后無(wú)從下手，只有依靠教師的反復(fù)講解示范，實(shí)驗(yàn)效率低，操作性弱，儀器設(shè)備的安全性也難以保證[2]。面對(duì)規(guī)模日益擴(kuò)大的公司業(yè)務(wù)及日益復(fù)雜的企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況，學(xué)生平時(shí)學(xué)到的理論知識(shí)無(wú)法轉(zhuǎn)化為真正實(shí)用的知識(shí)，實(shí)踐操作能力較差，日后在各大企業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力也相當(dāng)薄弱。這充分體現(xiàn)出目前理論課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式與實(shí)踐課程的需求不對(duì)接，兩類(lèi)課程在實(shí)施過(guò)程中各自獨(dú)立，缺少一個(gè)橋梁使兩者整合交融。理論課程沒(méi)能真正服務(wù)于實(shí)踐，實(shí)踐課程又缺少理論的引領(lǐng)，最終也就難以改善教育的品質(zhì)問(wèn)題。另外，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中，由于教師教學(xué)認(rèn)識(shí)及專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的局限性，常常出現(xiàn)照本宣科的現(xiàn)象，無(wú)法兼顧課程經(jīng)驗(yàn)的整體統(tǒng)一，使得大部分課程內(nèi)容都是離散的，相互之間沒(méi)有聯(lián)系[3]。長(zhǎng)此以往，實(shí)驗(yàn)課程體系形成了一種離散的結(jié)構(gòu)。學(xué)生無(wú)法有效地關(guān)聯(lián)前面或后面的學(xué)習(xí)內(nèi)容，無(wú)法在腦中建構(gòu)個(gè)體化的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，難以形成綜合化的問(wèn)題解決能力，這樣下去會(huì)在后續(xù)的學(xué)習(xí)中導(dǎo)致越來(lái)越多的認(rèn)知漏洞。

二、“虛實(shí)結(jié)合”以構(gòu)建綜合型實(shí)驗(yàn)課程體系

學(xué)科的知識(shí)體系是按照該學(xué)科各方面知識(shí)之間的內(nèi)在關(guān)系組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間既存在著橫向拓展，也具有縱向聯(lián)系。為了將離散的實(shí)驗(yàn)課程有效地融合起來(lái)，需要建立一種綜合型的課程結(jié)構(gòu)體系，在考慮學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)的前提下，用多元的教學(xué)方法來(lái)促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知和能力提升。這要求每一課時(shí)教學(xué)方法的多元綜合，而且要求特定階段的課型的綜合搭配。采用不同課型的組合搭配，即讓專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中既有理論課程，又有實(shí)踐課程，兩者相互配合，促進(jìn)學(xué)生形成良好的專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)。為了讓理論課程與實(shí)踐課程更好地交融，引入新興的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使其作為橋梁，通過(guò)對(duì)學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工作進(jìn)行整體運(yùn)行流程的虛擬化，完成難以實(shí)際操作的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，“虛實(shí)結(jié)合”以提升教學(xué)效果。通過(guò)“虛實(shí)結(jié)合”，把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教師指導(dǎo)、學(xué)生操作等與虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)融為一體，起到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和教學(xué)過(guò)程的作用，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的多元化。在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，學(xué)生可以按照自己的需求開(kāi)展自主學(xué)習(xí)。在學(xué)生學(xué)習(xí)一些專(zhuān)業(yè)概念時(shí)，不僅要在理論課上完成對(duì)概念的初步理解目標(biāo)，還需要通過(guò)實(shí)踐課程鍛煉學(xué)生將概念運(yùn)用到實(shí)際情境中的能力。在鞏固新知識(shí)的時(shí)候，既需要拓展練習(xí)，也需要綜合應(yīng)用，甚至需要在新的問(wèn)題情境中進(jìn)行思維創(chuàng)新，這時(shí)，虛實(shí)結(jié)合的運(yùn)用便能幫助學(xué)生在各種不同的情景中更好地掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)技能。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)及其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、藝術(shù)、設(shè)計(jì)及娛樂(lè)等眾多領(lǐng)域中，被認(rèn)為是21世紀(jì)大有發(fā)展前途的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域[4]。目前，VR技術(shù)正逐漸走進(jìn)教學(xué)領(lǐng)域，它不同于傳統(tǒng)教學(xué)中抽象的、單一感官的體驗(yàn)方式，通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬出仿佛置身于實(shí)景的更加直接、形象化的多重感官刺激，讓學(xué)生通過(guò)與虛擬環(huán)境中設(shè)置的交互場(chǎng)景，體會(huì)現(xiàn)實(shí)生活中難以營(yíng)造的真實(shí)環(huán)境，對(duì)晦澀、難以理解的知識(shí)點(diǎn)用活潑生動(dòng)的形式加以表達(dá)，極大拓展了學(xué)生思維創(chuàng)造能力。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

虛擬仿真是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心技術(shù)。自1989年虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的概念被首次提出后[5-6]，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，它不僅能輔助各大高校的科研工作，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面也具有利用率高、易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多高校都根據(jù)自身科研和教學(xué)的需求開(kāi)展了不同程度的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在國(guó)外，美國(guó)科羅拉多大學(xué)開(kāi)設(shè)的PhET交互式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[7]，構(gòu)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過(guò)運(yùn)行基于物理現(xiàn)象分析的交互式虛擬仿真軟件，在高度仿真的虛擬環(huán)境中，以個(gè)性化學(xué)習(xí)、自主式實(shí)驗(yàn)的方式，啟迪創(chuàng)新思維，驗(yàn)證所提出的實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)構(gòu)想。英國(guó)開(kāi)放大學(xué)應(yīng)用基于互聯(lián)網(wǎng)的三維虛擬世界“第二人生”開(kāi)展教學(xué)，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)與課堂平行且身臨其境的三維虛擬環(huán)境，使師生既能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行交互、完成學(xué)習(xí)任務(wù)和參與集體活動(dòng)。在國(guó)內(nèi)，自2013年教育部啟動(dòng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作以來(lái)，極大地推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心內(nèi)涵建設(shè)的提升和可持續(xù)發(fā)展，截至2015年9月，全國(guó)已建設(shè)有200個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，分布在全國(guó)155所普通本科院校[8]。2017年，教育部辦公廳發(fā)布了關(guān)于2017—2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知，推動(dòng)高校積極探索線上線下教學(xué)相結(jié)合的個(gè)性化、智能化、泛在化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，支撐高等教育教學(xué)質(zhì)量全面提高。通過(guò)考察國(guó)內(nèi)外高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，得知現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還可進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際訓(xùn)練結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建資源優(yōu)化、運(yùn)作高效的“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高信息化條件下學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)及自我創(chuàng)新能力，推動(dòng)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新。

四、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)在民航人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

據(jù)民航局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)民航2017年旅客吞吐量超過(guò)11億人次，貨郵吞吐量超過(guò)1600萬(wàn)噸，機(jī)場(chǎng)主要生產(chǎn)指標(biāo)保持平穩(wěn)快速增長(zhǎng)[9]。隨著民航業(yè)的高速發(fā)展，民航企事業(yè)單位對(duì)民航專(zhuān)業(yè)人才的需求日益提高。為民航系統(tǒng)培養(yǎng)更多具備扎實(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和出眾實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才，是民航教學(xué)工作者的艱巨任務(wù)。因此，需要將更先進(jìn)的虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式應(yīng)用于民航專(zhuān)業(yè)課程中。

（一）構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的民航實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)是一種依托虛實(shí)結(jié)合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的新穎形式的綜合教學(xué)活動(dòng)，是知識(shí)能力和行為的串聯(lián)培訓(xùn)，使知識(shí)行為化、行為再固化，最后復(fù)盤(pán)總結(jié)夯實(shí)成效，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生處理的習(xí)慣、鎮(zhèn)靜的頭腦、嫻熟的操作的培訓(xùn)目標(biāo)[10]。本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與模擬機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于民航專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)。構(gòu)建民航模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生不僅能掌握關(guān)鍵崗位的專(zhuān)業(yè)技能，還能夠沉浸于民航系統(tǒng)運(yùn)行的全過(guò)程，全面了解民航系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使之將所學(xué)的理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能較為完美地融合起來(lái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬民航多個(gè)關(guān)鍵崗位的運(yùn)行操作，培訓(xùn)的科目包括機(jī)場(chǎng)運(yùn)行控制、簽派、地面服務(wù)、空中管制、飛行駕駛等，使學(xué)生熟悉與民航管理、運(yùn)行、安全有關(guān)的各種操作程序和方法，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)水平。之后，學(xué)生再進(jìn)入模擬機(jī)實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)完成實(shí)踐課程教學(xué)，進(jìn)行飛行模擬、空中管制員模擬等具體流程操作，體驗(yàn)更為真實(shí)的視覺(jué)效果與觸感，熟悉并掌握民航關(guān)鍵崗位的關(guān)鍵技能，大幅度提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，為將來(lái)的工作奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）民航模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成

民航模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為6個(gè)功能模塊，各模塊主要作用如下。

1.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與分析模塊。用于生成民航系統(tǒng)操作模擬場(chǎng)景、資源數(shù)據(jù)，編制模擬訓(xùn)練練習(xí)，對(duì)模擬訓(xùn)練情況進(jìn)行記錄與分析，并對(duì)已完成的培訓(xùn)進(jìn)行綜合評(píng)估。

2.系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊。用于模擬教學(xué)培訓(xùn)分組和教學(xué)培訓(xùn)進(jìn)程的管理與控制，以及模擬練習(xí)運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄的輸出與再現(xiàn)等。

3.現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度實(shí)訓(xùn)模塊?，F(xiàn)場(chǎng)指揮實(shí)訓(xùn)模擬室包含了涉及航空公司、機(jī)場(chǎng)、空管單位的多個(gè)席位，包括簽派席位、機(jī)務(wù)席位、機(jī)場(chǎng)運(yùn)控席位、指揮協(xié)調(diào)席位等，該模塊用于模擬航空公司、機(jī)場(chǎng)、空管協(xié)同聯(lián)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)指揮應(yīng)當(dāng)具備的各種功能，包括現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度工作環(huán)境、指揮調(diào)度工具和必要的輔助信息顯示等，為現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度實(shí)訓(xùn)的學(xué)生提供盡可能逼真的教學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。

4.3D模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行模塊。用于模擬場(chǎng)面運(yùn)行態(tài)勢(shì)、空中運(yùn)行管制、地面運(yùn)行管制等訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)可控處理，滿足現(xiàn)場(chǎng)管理人員的3D虛實(shí)結(jié)合場(chǎng)景訓(xùn)練需求。

5.模擬駕駛實(shí)訓(xùn)模塊。用于模擬飛行駕駛、車(chē)輛駕駛活動(dòng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)民航關(guān)鍵活動(dòng)的接近真實(shí)、靈活和簡(jiǎn)便的操作，滿足教學(xué)實(shí)訓(xùn)對(duì)于駕駛員與航空器、車(chē)輛交互的要求。

6.模擬通信模塊。用于模擬現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度、空中管制、地面運(yùn)行管制等各模塊的信息交流與接報(bào)上報(bào)流程，滿足模擬民航系統(tǒng)管控和協(xié)同調(diào)度管理對(duì)于通信的各種要求。

該平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

（三）民航模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容

民航模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將VR技術(shù)和模擬機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)，用于民航系統(tǒng)整體運(yùn)行管理技術(shù)及民航協(xié)同調(diào)度效率的提升，對(duì)民航各關(guān)鍵事業(yè)崗位的關(guān)鍵技能操作方面開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合的仿真模擬。該平臺(tái)的具體建設(shè)內(nèi)容如圖2所示。

根據(jù)實(shí)踐課程內(nèi)容，民航專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下利用該平臺(tái)創(chuàng)造不同情景的多種定制化場(chǎng)景，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度、空中運(yùn)行管制、簽派、飛行駕駛、車(chē)輛駕駛、安全檢查等各種實(shí)踐操作，活學(xué)活用理論知識(shí)，熟悉民航系統(tǒng)各項(xiàng)工作的運(yùn)行處置流程，掌握各部門(mén)相應(yīng)職責(zé)，提高個(gè)人的實(shí)際操作能力、組織管理能力及業(yè)務(wù)保障能力。若是設(shè)置突發(fā)事件場(chǎng)景，讓學(xué)生進(jìn)行緊急情況下的現(xiàn)場(chǎng)保障過(guò)程協(xié)調(diào)指揮模擬操作，能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力和綜合知識(shí)運(yùn)用的能力。具體各項(xiàng)模擬實(shí)踐操作的民航運(yùn)行3D圖如圖3所示。

四、結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合”的創(chuàng)新型課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，大幅度提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使平?？菰锏恼n堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槿の缎浴?shí)用性較強(qiáng)的沉浸式學(xué)習(xí)，有助于課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)保障體系的建立和學(xué)生創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)高等院校創(chuàng)新型、實(shí)用型專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建綜合型的實(shí)驗(yàn)課程體系，不僅適用于民航專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)，還可廣泛應(yīng)用于其他各學(xué)科專(zhuān)業(yè)，從而培養(yǎng)出更多出類(lèi)拔萃的優(yōu)秀人才，使我國(guó)的教學(xué)模式得以真正改革。

參考文獻(xiàn)：

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