郭小寧，袁長生

（1.中國民航大學 飛行分校；2.天津和力開拓科技有限公司，天津 300300）

0 引言

陸空通話對于航空安全至關重要。國際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)大量事故及事故征候都與飛行員和管制員之間的語音障礙有關［1］。美國航空安全報告系統(tǒng)（Aviation Safety Reporting System，ASRS）數(shù)據(jù)顯示，70%以上的報告中涉及信息交流不暢的問題。可以看出，無線電陸空通話錯誤是空難中常見的人為因素［2］。

飛行學員肩負著“未來的安全”。標準嚴謹?shù)耐ㄔ捔鞒?、準確流利的通話語言是飛行程序順利實施的保障，因此對飛行學員的專業(yè)英語應用能力要求比其他專業(yè)高，其從入學到進入國外航校學習的過程要經(jīng)歷從“學航空英語”到“用航空英語學習”的轉(zhuǎn)變，而成功的轉(zhuǎn)變需要在專業(yè)指導下通過反復、豐富的語言實踐操練才能達到。目前國內(nèi)飛行員陸空通話課程教學環(huán)境基本為普通教室，教學過程以教師講授為主，輔以教學內(nèi)容配套練習，教學進展按飛行階段進行劃分。雖然近年來國內(nèi)航空英語課程體系、教學模式及飛行訓練模式均有長足進展［3-6］，但學生對陸空通話學習內(nèi)容的認知往往與飛行實際脫節(jié)，知識掌握片面化、機械化。國外飛行員陸空通話課程講授設置虛擬飛行實景，模擬駕駛艙環(huán)境，使學生有身臨其境之感，對于飛行學員陸空通話能力的提升有重要作用，值得借鑒［7］。

虛擬仿真平臺作為信息技術與學科專業(yè)融合的產(chǎn)物，為教學信息化改革提供了全新動能［8-11］。目前國內(nèi)院校陸空通話課程教學亟需一套陸空通話仿真訓練平臺，該平臺的研發(fā)與應用將對教學模式的創(chuàng)新與教學質(zhì)量的提高起到扎實的促進作用。

1 仿真訓練平臺設計思路

本文設計的仿真訓練系統(tǒng)架構(gòu)見圖1，在設計時主要考慮了以下幾個方面的問題。

Fig.1 Simulating training system framework圖1 仿真訓練系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 教學環(huán)境優(yōu)化與創(chuàng)新

對國內(nèi)外機場飛行運行環(huán)境進行分析研究，從機場設計、地面運行、航路運行等方面進行拓展，結(jié)合實際飛行路徑和飛行計劃設計并完善提供模擬飛行環(huán)境的半實物仿真系統(tǒng)操作平臺。

1.2 教學內(nèi)容梳理與精進

在現(xiàn)有教學內(nèi)容的基礎上突出飛行環(huán)境下的陸空通話訓練與拓展，實現(xiàn)陸空通話基礎教學與實際接軌，環(huán)環(huán)相扣，教學內(nèi)容跟進實踐運行環(huán)境的改變，如對于“滑行Taxi”一節(jié)的講解和訓練，其中的滑行道名稱、滑行路線、滑行中各式各樣的管制指令均需隨著實際運行環(huán)境設計。

1.3 場景規(guī)劃與設置

為使場景設置逼真，模擬實際飛行效果設置進離場空域、航路空域以及兩個地面運行區(qū)域（離場機場地面區(qū)域和目的地機場地面區(qū)域）。飛行訓練必須遵從時空一致性原則，國內(nèi)機場地面運行的跑道滑行道停機坪布局參照北京首都機場，國外參照希臘雅典機場。實踐教學中，教師起到管制員和指揮員的作用。為提高課堂效率，減少學員尋找機場停機位滑行道等占用時間，實踐平臺設置了地面圖索引，學員可通過機場圖圖標直接定位到指定位置航路設置。為防止偏離預設路徑，設置路線鎖定環(huán)，使飛機可以沿著預訂路線飛行。

1.4 考核和練習模式設置

建立考核和練習兩種工作模式。設計好人機界面的交互功能，注意不同單元內(nèi)容的設置和訓練參數(shù)的選擇，以滿足知識點考查、測試等要求?；谔摂M仿真教學資源，學生可以進行在線學習和訓練操作，教師可在觀察、講解及互動時考核學生，以隨時評估學生對相關知識掌握的程度，如學員進行復誦指令練習時，平臺能自動轉(zhuǎn)存給教師查閱。練習模式則是在不同環(huán)境條件下進行各種訓練操作。

2 虛擬仿真平臺研發(fā)與測試

2.1 平臺研發(fā)

基于3D 模擬飛行的半實物陸空通話訓練仿真平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

Fig.2 Structure of simulating platform system圖2 仿真平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用3DMAX 軟件對機場和飛行器進行三維建模，使用UNITY 軟件進行交互及語音識別開發(fā)，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成所有數(shù)據(jù)信息的輸入與輸出。系統(tǒng)采用多場景建模方法，以大化小、分而治之，避免使用過大的場景，縮短了系統(tǒng)在線響應時間。編程時注重合理劃分各單元節(jié)段，避免各節(jié)段畫面流程過長、模塊文件字節(jié)過大而影響實驗模塊網(wǎng)絡加載速度。該系統(tǒng)需具有界面友善、功能齊全、可操作性強、能進行二次開發(fā)等特點，其功能模塊嚴格遵循實際飛行訓練各項功能要求設計。在線交互設計使構(gòu)建的虛擬系統(tǒng)功能更豐富、使用更順暢。

圖3 為半實物仿真系統(tǒng)組成圖。半實物仿真是一種將實物設備連接到系統(tǒng)仿真中的組合仿真方法，在系統(tǒng)性能測試、驗證和技術評估等方面起到重要作用。課題組利用實驗室原有資源，同時購入飛行搖桿、油門、方向舵踏板等零部件，通過綜合設計提升了仿真平臺的實用功能。訓練時學員在完成教師的指令復誦后，還可進行指令對應的下一步實際操作。對于學員而言，這是對其是否真正理解指令的實際檢驗。這個訓練過程包含學員對實際場景中飛機飛行過程各環(huán)節(jié)的操作，從教師發(fā)出指令→學員接收復誦→確認執(zhí)行，若學員尚未完全理解指令而導致實踐操作出錯，與實際飛行操作程序一樣，教師可糾正并要求再次復誦，平臺教學可以驗證學員是否能真正聽懂教師指令并能正確執(zhí)行。

Fig.3 Composition of semi-physical simulating system圖3 半實物仿真系統(tǒng)組成

該實訓平臺初步具備了“教、學、練、考、評”5 個基本功能，學員可以選擇不同的訓練和學習模式，并完成相應的在線考核。平臺中的實驗及訓練內(nèi)容見表1。

Table 1 Radiotelephony experiment and training content表1 陸空通話實驗及訓練內(nèi)容

2.2 平臺測試

項目驗收時，相關專業(yè)的3 位老師和23 名學生共同對該系統(tǒng)各功能模塊進行了測試，主要測試指標包括系統(tǒng)功能模塊的完整性、軟件畫面的流暢性，以及系統(tǒng)的易用性、可維修性、交互性和穩(wěn)定性［12-15］。系統(tǒng)具體測試結(jié)果見表2，可以看出該系統(tǒng)功能模塊完整，進行教學和訓練時沒有停頓感，畫面比較流暢，具有較強的交互性能。系統(tǒng)整體穩(wěn)定性較高，逼真度和流暢性得到了測試老師和學生的一致認可。

Table 2 System test result表2 系統(tǒng)測試結(jié)果 （%)

平臺驗收時，課題組還邀請了行業(yè)專家指導和訪談，專家對平臺充分肯定的同時也提出了寶貴意見和建議，主要歸納為以下3 個方面：①系統(tǒng)的畫面流暢性和可維修性指標稍差，基本滿足教學與訓練要求，后期需不斷改進完善；②在課程內(nèi)容上，專家認為平臺偏重虛擬仿真技術本身，相關理論與實踐內(nèi)容應有所取舍，更注重虛擬仿真技術與實踐的融合，有些理論部分的學習可作為課外補充，提倡“做中學”；③專家建議適當平臺中增加教師培養(yǎng)內(nèi)容，我國虛擬仿真技術人才數(shù)量短缺嚴重。

2.3 相關思考

語言環(huán)境缺失一直是我國外語教學質(zhì)量提高的瓶頸。虛擬現(xiàn)實技術使教育從“二維平面”走向“三維立體”，具有更強的互動性、情境性和沉浸性，是未來教育技術發(fā)展的必然趨勢。沉浸式虛擬現(xiàn)實技術應用于陸空通話教學會引發(fā)一定的教育變革與創(chuàng)新，但創(chuàng)新的核心動力依然是教師群體，而不是平臺類技術產(chǎn)品。教學設計的合理性、技術平臺的穩(wěn)定性、評價功能的智能性、學生對環(huán)境的適應性是虛擬現(xiàn)實技術應用于語言教學需重點關注的方面［16-18］。例如課堂上教師要給學生一定時間交流問題，并記錄學生回答的次數(shù)和水平，用于評判其是否積極參與課堂活動，是否有獨立思考。在平臺上建立教學與訓練多元化考核表，記錄教學過程中師生互動、生生互動的方方面面，摒棄以往過程性評價方案中只含有課堂出勤情況以及課后作業(yè)的方式。

3 平臺在教學訓練中的應用

虛擬仿真平臺已在相關專業(yè)展開應用，改善了學員們的上課體驗。在逼真的情景下邊學邊用，學生有如同親臨其境之感，參與積極性和學習自信心提升?；谔摂M仿真平臺可實現(xiàn)情景式、互動體驗式、案例式、探究式、討論式等多種教學模式，增加了師生、生生間的互動交流，提高了學生的表達能力、思維能力、糾錯能力和分析解決問題的能力，從方方面面提高了教學效率和教學質(zhì)量.。

采用平臺進行教學改革后，其提供的多樣化考核方式，如教師即時的動態(tài)點評、討論互動時的互評加強了對學生學習的成長性評價，細微體察學生在學習中的階段性進步，給教學活動注入了活力。新型考評體系的搭建與實施使得教學相長的新格局得以創(chuàng)建。

4 結(jié)語

美國飛行安全學院有一句名言：“保證安全的最佳工具，就是駕駛艙里訓練有素的飛行員。”傳統(tǒng)陸空通話課程教學模式相對陳舊，不能滿足新時代背景下的飛行員培養(yǎng)要求。虛擬仿真技術為傳統(tǒng)教學模式改革提供了新思路，將虛擬仿真技術與傳統(tǒng)教學模式相結(jié)合對于學生理論知識的掌握和實踐能力的提高均具有積極作用。后續(xù)應重點關注平臺的性能指標，如可恢復性、可擴展性、穩(wěn)定性和可維護性等，不斷改進完善才能切實提高陸空通話課程教學質(zhì)量。