虚拟现实技术下的空中交通管理课程教学

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摘要：“高度”和“空间”概念在空中交通管理课程中成为关键角色，受困于工具的局限，学生在概念掌握和实习实践方面难以获得满意效果，虚拟现实技术的出现很好地解决了空中管理课程的教学难点。该文针对课程特点，分析了虚拟现实技术用于空中交通管理课程的意义和应用模式，为民航人才培养和教育模式改革创新提供了借鉴和参考。

关键词：虚拟现实；空中交通管理；教学研究

在高校教学改革中，民航类专业课程授课从现实中的PPT、短视频等多媒体教学，到借助超星、雨课堂等互联网平台工具进行教学，都在逐步实现推进，新技术的应用为课程的建设和发展带来了深刻改变。近年来，虚拟现实技术出现并获得快速发展，它在课堂教学中得到了越来越多的应用，为高校民航类专业课程教学模式改革与创新，带来了积极深远的影响。虚拟现实技术（VirtualReality，VR）通过计算机技术，让用户进入一个仿真的现实虚拟世界中，获得相应的体验[1]，将该技术与空中交通管理课程实践教学相结合，是创新人才培养、满足行业人才需求的重要尝试和探索。

1空中交通管理课程教学存在的问题

空中交通管理是航空宇航科学、交通运输科学、信息科学、控制科学、管理科学等多学科的综合交叉应用，包括空中交通服务、空域管理和空中交通流量管理三部分，其任务是有效地维护和促进空中交通安全、维护空中交通秩序、保障空中交通畅通[2]。空中交通管理课程是飞行、空管、签派、机务等高校民航类专业的核心课程之一，是学生进行专业学习的一门重要先导课程。和公路、铁路、水运等“地面”交通类课程不同，“高度”“空间”等概念在空中交通管理课程中成为关键角色，为深入掌握知识内容，需要学生在脑海中呈现三维甚至多维的空间想象，但二维图像、三维模型等普通教学辅助手段根本无法让学生得到真实的反馈。因此，空中交通管理课程常规课堂教学受困于工具的局限，学生在对知识点的接受和深层理解上，以及对学生创造力的培养和开发上，都很难获得满意的效果。在理论教学的基础上，通过分析空中交通管理经典案例，到空管局、机场、航空公司等一线单位实地考察实践，是空中交通管理课程一种较为理想的教学方式，但实际上此种方式难以得到良好实现。飞行、空管、签派、机务等民航一线工作专业性强，运行安全标准要求高，为了防止各种事件对民航工作的正常运行造成影响，空管局、机场、航空公司等一线单位不会轻易接受学生考察实践。即使经过多方协调，学生得到了实地考察机会，但由于行业规章制度要求，学生也无法获得“上机”实践的机会，最终户外实践变成“走马观花”式的现场参观，实践教学功能难以实现。因此，在有限的资源条件下，为更好地让学生理解“高度”“空间”概念，增强空中交通管理课程的教学质量，需对传统的课程教学模式进行革新和调整。

2虚拟现实技术用于空中交通管理课程教学的意义

虚拟现实技术通过计算机能够生成逼真的视、听、触一体化的多维信息虚拟环境，使用者通过使用适当设备，可以在特定环境内，通过语言、手势等自然的方式，与虚拟世界中的客体进行实时交互，人们不仅能够感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且还能突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验，这是对知识的进一步升华，实现了理论与实践的有机结合[3-5]。

2.1弥补教学的不足

实地考察与实践难以落实，传统的飞行、签派、空管等实验实训和模拟设备造价高，教学条件难以保证等制约了高校民航专业教学质量的提升。利用虚拟现实技术，把传统实验中的教学内容、实验设备、教师指导、学生操作等与虚拟实验平台融为一体，模拟包括机场运行控制、签派、地面服务、空中管制、飞行驾驶等多个岗位的运行操作，使学生在学校内即可进行接近真实的实践操作，能够有效提高教学效率，优化学生体验，解决学校现实困难。

2.2避免真实实践带来的危险

由于民航从业环境的特殊性，课程中涉及的签派、管制、应急救援等知识内容，如果在真实的环境中训练，不仅成本高，而且无法保证安全。虚拟现实技术的应用，能够在满足基本实践课程要求的基础上，将教学内容拓展到在现实条件下因为安全问题而无法进行实践的重要领域，如飞机机械故障、人为危险、人员纠纷、天气、雷达系统故障等，通过课程的深入学习，满足更多民航类专业应用型人才的培养需求。

2.3优化师资队伍建设

由于飞行技术、交通运输（民航方向）、机务工程等民航相关专业博士点匮乏，很多民航类专业博士教师都非民航专业出身，导致其在管制、签派、飞行等实践知识和技能方面有所欠缺。高校常采用委派教师到航空公司、飞机维修厂、民航管理局、民航监管局等单位实习或挂职锻炼来弥补教师在实践技能上的不足。利用虚拟现实技术，能够帮助教师在不影响正常教学和科研任务的情况下，在学校内即可完成类似学习，提高自身教学能力，解决教学中出现的相关问题。

3虚拟现实技术在空中交通管理课程教学中的应用

沉浸感是虚拟现实技术最核心的特性，用户通过虚拟现实技术进入虚拟世界后认为自己是虚拟环境中的一部分，从而真正地参与进去，更好地沉浸在这一虚拟环境活动中[6-7]。结合虚拟现实技术这一主要特征，空中交通管理课程虚拟现实教学方式主要有以下几种。

3.1沉浸式课堂教

一是利用虚拟现实技术将生活中难以随处观察到的相关自然现象或事物的变化过程在课堂上生动地展现出来，增强学生学习的趣味性，例如云、降水、雷暴、低空风切变、大气环流等航空气象知识等。二是将晦涩难懂的知识理论以虚拟现实的形式转化成较为直观、易于理解的画面，例如针对飞行高度层、空域结构、飞行规则等知识的讲解，可让学生“置身”于大气空间，感受飞机飞过，降低讲解难度。三是通过虚拟现实技术，让学生随时建立知识假设模型，虚拟进行飞行组织、交通管制等工作，锻炼学生的实践能力。3.2虚拟角色教学传统的空中交通管理教学模式受时间和空间的限制，只能在固定的时间、空间授课，虚拟现实技术的利用可以打破此局限。例如，可以让学生在虚拟世界中虚拟个人角色，让其在虚拟世界中完成飞行驾驶（飞行员）、雷达管制（管制员）、签派放行（签派员）、飞机维修（机务）等职业技能训练，或者虚拟扮演城市管理者、空管局负责人、航空公司运行部门负责人、飞行教员等角色，思考和构筑“空间”“城市”“公司”“飞行组织”发展进程，培养学生的综合决策能力、问题分析能力和管理组织能力。

3.3因材施教

高等院校培养的空中交通管理人才是全面多元的，空中交通管理是一门学科，也是一门艺术，艺术需要个性化的表达，不能按照一个标准进行施教。传统授课中，由于受设备、空间、时间等多方面限制，师生之间基本上是教与学的单向交流，容易出现师生之间的认知偏差，难以做到针对性讲授。虚拟现实技术作为一种信息技术，能够轻易地实现个人学习经历的冗余备份，教师能够随时随地进入学生的“个人虚拟空间”，观察其学习经历并对其进行专门辅导，同时能与学生在虚拟空间中多方位讨论、交流和互动，有利于把握学生的发展情况，提升学生的学习兴趣，真正做到因材施教。

3.4资料共享

空中交通管理课程内容涉及众多民航规章，例如《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》《民用航空空中交通管理规则》《一般运行和飞行规则》等，知识点庞杂，知识体系复杂。在传统的空中交通管理课程教学中，教学的主要载体课本、PPT以及超星学习通、慕课、雨课堂等新形式，在对“运行间隔”“高度层配备”等空间感较强的知识点进行呈现时，显得“力不从心”。虚拟现实技术的空中交通管理课程教学可以把书本、PPT等无法展现的“空间感”较强的资料转移到虚拟现实空间中，以资料的形式存在其中，方便共享和查阅。

4结语

新教学模式的建立是一个逐步完善和发展的过程，虚拟现实技术在教育领域的应用目前仍处于初期，但随着技术的不断进步和成熟，运用虚拟现实技术教学讲授课程可能会逐步成为常态甚至主流。民航是一个注重安全和标准的行业，民航人才培养更为注重技能和实践。虚拟现实技术在空中交通管理课程中的应用与探索，充分展现了虚拟现实技术和民航教育的有机融合，为民航相关专业人才培养和教育模式改革创新提供了参考和借鉴。

参考文献

[1]高伟,王昱霖,吴倩莲,等.基于VR技术的教育游戏在英语教学中的应用与发展前景[J].软件,2018,39(5):60-65.

[2]孔金凤,黄龙杨.空中交通管理基础[M].成都:西南交通大学出版社,2016:前言.

[3]张帅.虚拟现实技术在高校教学中的应用研究[J].宿州教育学院学报,2018,21(3):68-69.

[4]陈冰.运用虚拟现实技术辅助可持续建筑参与式设计[J].建筑师,2015(5):18-22.

[5]曾克明,曹国媛.基于VR虚拟现实技术的建筑设计课程教学研究[J].中外建筑,2019(9):82-84.

[6]芦冏耀.VR技术在高校实验室应用初探[J].办公自动化,2018,33(4):47-48.

[7]杜坤.虚拟现实在高校实验教学中的应用[J].软件,2019,40(12):70-72.

作者：张劲松 李广春 姚飞 孟斌 单位：郑州航空工业管理学院民航学院