基于航海模拟器的船舶VHF通信实验教学的沉浸设计

刘虎 陈芳 艾万政

（1.浙江海洋大学港航与交通运输工程学院，浙江舟山316022；2.浙江海洋大学经济与管理学院，浙江舟山316022）

基于航海模拟器的船舶VHF通信实验教学的沉浸设计

刘虎1陈芳2艾万政1

（1.浙江海洋大学港航与交通运输工程学院，浙江舟山316022；2.浙江海洋大学经济与管理学院，浙江舟山316022）

沉浸设计是提高沉浸教学效果的关键，也是保障航海模拟器教学效果的重要环节。基于船舶VHF通信课程实验教学的沉浸设计研究较少的实际，依据沉浸理论，从场景设计、剧本设计、教学方法群设计三个方面构建了船舶VHF通信课程实验教学的沉浸设计方案，并进行小范围试点，论证了方案的有效性，提高了教学效果。

VHF通信；实验教学；沉浸设计；航海模拟器

一、引言

据IMO统计，60%的船舶通信依靠VHF设备完成，主要进行船舶内部和外部通信。但由于现代航海船员的国际化与语言能力差异性，各国船员的英语水平参差不齐，尽管IMO于2001年11月通过了海上英语通信标准——“标准海事通信用语”(SMCP)，对所有与船舶安全有关的口头通信进行了规范，但因通信不畅引起的海上交通事故还是层出不穷。据IMO Marcom（国际海事组织海上通信）课题报告得知，35%的海上交通事故因船舶VHF通信不畅导致。[1-2]因此,为保障水上交通运输安全，船员和航海技术学生都有必要加强关于SMCP的船舶VHF通信的学习、掌握、运用。船舶VHF通信课程作为航海技术专业学生学习SMCP的专业课程之一，探索其新教学模式，提高其教学效果势在必行。船舶VHF通信课程是一门以IMO标准海事通信用语为基础，强调英语听、说、用的一门学科，其实践性、专业性极强。目前，国内外关于这门课程的教学改革研究较少，仍然采用传统的教学模式，或课堂演示型教学，教师采用课堂讲学形式，重内容传授，轻学生反应，无法形成学生信息接收——反馈机制，效果不佳。随着航海仿真模拟训练设备——航海模拟器的开发，中国各大航海院校纷纷开展基于航海模拟器的航海专业课程教学的研究与应用，取得丰硕的成果，如驾驶台资源训练、雷达标绘训练、通信英语等，[3-4]为船舶VHF通信实验教学的改革提供了宝贵的借鉴，但成果都只是涉及基于航海模拟器教学的教学模式、教学方法等，如何进行基于航海模拟器的船舶VHF通信课程实验教学的沉浸设计却很少有人涉及。而沉浸设计是保障航海模拟器实验教学沉浸感的关键，也是提高其相关课程教学效果的关键。

二、沉浸设计依据

1975年由国际著名美籍匈牙利心理学家哈里·奇克森特米海伊首次提出的沉浸理论，为船舶VHF通信课程实验教学的沉浸设计提供了理论依据。早期的沉浸理论认为挑战与技能是影响沉浸的主要因素，随着网络技术的飞速发展,沉浸理论不断得到丰富与发展。挑战和技能的平衡、明确的学习目标、强烈的内部动机和独立性、反馈、环境的创设等成为教学沉浸产生的四大条件。[5]

沉浸式实验是指实验设计使学生如同身临其境，全身心投入，实验操作如同实际操作。要使学生在实验时快速产生高度沉浸，环境沉浸和过程沉浸是两个必不可少的要素。环境沉浸是指将船舶VHF通信实际环境高度仿真的搬进实验室，让学生走进实验室如同走进实际工作场所，能够遇到实际工作场所中各种常见和不常见的工作业务，增强学生对工作环境的好奇心与体验感，有效地调动学生实验学习的兴趣。沉浸体验的环境是沉浸体验发生的必要条件。因此，船舶VHF通信实验教学的环境沉浸设计需要利用有效的教学资源，努力营造贴近实际、学生感兴趣的互动型环境。航海模拟器采用当今先进的虚拟现实技术和计算机成像技术,实现船舶设备、船舶航行动态、船舶航行环境全时段、全方位的模拟，能够设置各种船舶工况、各种船舶航行区域、各种船舶航行局面和各种船舶航行时间，并为其提供逼真的视景，成为船舶VHF通信实验教学很好的场景设计平台和实验平台，为环境沉浸提供有力保障。过程沉浸是指船舶VHF通信实际工作过程与实验过程高度匹配，有效地提高学生对船舶VHF通信实际工作过程的好奇心和参与感，调动学生对专业的探索精神。过程沉浸的高低主要取决于剧本设计是否贴近实际和教学方法群的设计是否与剧本有效匹配融合。因此，剧本和教学方法群的设计既要充分考虑学生的专业知识储备、英语水平、学生的自学和资料收集能力，还要充分考虑教学过程中的反馈机制，结合教学总目标，对目标进行合理分解，合理制定适度的挑战，保障挑战与能力的平衡，促进学生形成强烈的内部动机和独立性，激发学生对未知领域的好奇心，使得学生在体验中学习，在体验中提高。

三、沉浸设计

由于场景设计决定环境沉浸，剧本设计、教学方法群设计决定过程沉浸，因此，场景设计、剧本设计、教学方法群设计成为船舶VHF通信实验教学沉浸设计的三要素。场景设计依据船舶航次流程与操作流程，不但要符合航海模拟器的功能和船舶VHF通信实验大纲，还要与剧本和教学方法相匹配，而剧本设计和方法群设计也需要能够融入所设计的虚拟场景，符合船舶工作的实际情况。三者相辅相成，相互渗透，共同决定船舶VHF通信实验教学的沉浸效果。其关系如图1所示。

图1 沉浸设计三要素关系图

（一）船舶航次工作流程与操作

船舶航次是指船舶从装货港装货到卸货港卸货的过程。其工作流程主要包括开航准备、离泊、出港航行、船舶航行、船舶进港、船舶靠泊等典型过程，如图2所示。每个过程又包括诸多操作，例如开航准备包括VTS报告申请离泊操作、港口调度报告申请离泊与解缆操作、引水申请操作和船舶开航备车操作等等，每个操作都需进行相应VHF通信。VHF通信可分为船外通信和船内通信两种，船外通信是指船舶与船舶外部相关机构通信，而船内通信指的是通信双方都在船内。对于远洋船舶来讲，外部通信一般采用英语进行交流，因为英语是国际通用语言；而内部通信大多采用船舶工作语言，通信双方大多情况来自相同国家，通信可以采用双方熟悉的语言作为工作语言，便于船内工作交流。

图2 船舶航次工作流程与操作

（二）场景设计

场景设计是指充分利用航海模拟器实验平台建立动态的360度视景，模拟各种天气情况、各种时间、各种海域的船舶航行遇到各种局面，如能见度不良、单船会遇、多船会遇、靠离泊、海上搜救等，使得学生走进实验室就能体验船舶航行中的各种环境与状态，使学生快速、有效地进入环境沉浸状态。场景设计依据航海模拟器的功能和实验大纲，结合船舶的航次工作流程，考虑船型、环境、局面，并结合学生的学习兴趣，抓住学生的好奇心和探索欲，设计典型的具有代表性的能实现船舶VHF通信课程教学大纲和实验大纲要求的场景，利用航海模拟器自动生成动态场景，主要包括协调避让通信、VTS通信、船舶进出港通信、船舶靠离码头通信、遇险紧急安全通信、搜救协调通信等场景。如图3所示。

图3 船舶VH F通信实验教学的场景设计

1.船型确定

船型是指船舶类型，主要包括集装箱船、散货船、油船、客船等多种。由于船舶类型不同，船舶吨位大小不同，其操纵性能和学生视觉感受都将不同，必将影响船舶VHF通信教学的沉浸效果。例如吨位小的船舶加速快，对海域环境特别是风、流、浪的响应快，能够较好地让学生体验船舶航行环境与船舶操纵性能，但是学生关于船舶的视觉感受就欠理想；而吨位大的船舶则反之。集装箱船一般甲板装箱，视觉感受比较好，而散货船则视觉感受就要差些。因此，根据《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约》对于航海类学生的培养要求，兼顾船舶操纵性能与学生视觉感受、环境感受，船型最好确定为以2-3万吨的集装箱船训练为主，同时对其它船型也可进行适应性训练。

2.通航环境设定

通航环境是指船舶航行的水域环境，包括交通流情况、气象情况、海况、航行时间等。由于通航环境不同，学生的视觉感受、环境感受不同，且VHF通信内容也有所不同。例如，交通流密集，学生能够见到的周围船舶多，其中船舶包括各种类型、各种吨位，所形成的视觉感受一般较好，能够较好地调动学生的好奇心，从而形成较好的沉浸效果。但是交通流密集，船舶VHF通信应用场合多，很有可能超过初学者的知识储备，导致挑战与能力的失衡。因此通航环境设定既要充分考虑学生的好奇心与知识储备，又要结合船舶VHF通信的实验大纲，构建合适的挑战，保障良好的沉浸效果。

（三）剧本设计

剧本是保障船舶VHF通信过程在沉浸场景中有效开展的方案。其设计强调四个注重：①注重匹配性。与船舶VHF通信实际过程的高度匹配，缩短学生实验与船上工作的距离；与船舶VHF通信沉浸场景匹配，实现过程与实验环境的无缝融合；与船舶VHF通信标准匹配，以SMCP为基础，以通信简明、扼要、高效为目标，实现通信形式标准化，体现船舶VHF通信的专业性，满足国际公约、航海良好船艺要求；与学生能力匹配，实验过程由简单到复杂，循序渐进，既有挑战又有趣味，调动学生实验学习的积极性。②注重典型性，剧本具有代表性，体现基本、常用通信业务的通信过程，能够让学生做到举一反三。③注重拓展性，剧本不死板，能有效发挥学生的想象，实现学生对船舶VHF通信方法的拓展。④注重反馈性，剧本能较好体现学生在船舶VHF通信实验过程中结果的动态、直观反馈，让学生及时发现通信的问题及后果，反思其原因，探索纠错时机及方法。剧本设计结合实验大纲和场景设计，根据学生能力和实际工作需要确定学习目标，依据船上实际操作来进行角色分配，根据公约、法规、评估大纲以及实际工作规则来设定规则和要求，考虑教学方法群、教学目标以及学生实际能力来制定合理的教学实施方案，最后进行讲评反馈，保证学生能力和挑战的平衡，调动学生的探索欲和好奇心，激发学生学习的自主能动性，使得学生快速融入剧本，促使形成做中学、学中做的氛围，同时形成良好的实时反馈机制，使得学生直观了解通信效果，帮助学生更好地掌握船舶VHF通信。以船舶VHF通信中协调避让通信为例进行剧本设计如图4所示。

图4 协调避让通信剧本设计

（四）教学方法群设计

针对船舶VHF通信教学的各子任务及目标，依据沉浸教学必经的先前准备阶段、沉浸体验阶段、沉浸体验结果三个阶段，结合教学的客观规律和设计的场景与剧本，考虑船舶VHF通信沉浸式教学基于沉浸理论的四大条件，充分体现师生参与性、兴趣激发性、计划生成性、学习激励性、过程整体性、教学开放性等特点，选择常用、可行的教学方法，如任务启发法、影视观摩法等，组合成船舶VHF通信沉浸式教学方法群，如图5所示。教学方法群中各教学方法相辅相成，构成体系，有机的融入船舶VHF通信实验教学的设计的沉浸剧本与场景。一个课堂采用教学方法群，能够较好的克服单一教学方法导致的课堂枯燥乏味，更好与场景、剧本有机结合，强调学生的参与与主观能动性的发挥，注重能力与挑战的平衡，使得学生在体验中学习，在学习中体验。

图5 船舶VH F通信沉浸式教学方法群设计

四、效果分析

2016年，基于航海模拟器的船舶VHF通信沉浸式实验教学在本校航海技术专业展开了小范围试点，并对参与试点学生进行跟踪调查。试点样本：航海技术2012级学生，人数72人，船舶VHF通信教学采用传统的教学模式；航海技术2013级学生，人数70人，船舶VHF通信教学采用基于航海模拟器的沉浸式教学模式。调查项目主要包括课堂氛围、学习热情、学生学习效果自评、毕业实习实船应用等。采用传统的教学模式，大部分学生认为课堂氛围枯燥无聊，课堂时间漫长，学生缺乏学习热情，上课没有兴趣，更谈不上课前预习课后复习，学习效果较差，对于课本知识几乎是学后就忘；在实船毕业实习时，10%左右学生不愿意使用VHF设备与外轮进行通信，将近20%学生使用VHF设备与外轮通信时吞吞吐吐，词不达意；学生参加大证评估考试科目——驾驶台资源管理，一次性通过率97%左右。而采用沉浸式教学模式，大部分学生认为课堂氛围轻松有趣，课堂时间过得很快，学生会自主课前预习，利用电脑查阅资料，认真阅读研究SMCP；课中认真思考，如通信时机、通信内容、通信形式；课后自觉总结。学生在课堂上能够获得较好的成就感，学习印象深刻。60%的学生期待船舶VHF通信课程的上课。毕业实船实习时，大部分学生都能够使用VHF设备与外轮进行有效的交流；大证评估考试通过率100%。

由此可见，沉浸设计效果较好，教学效果提升明显。究其原因，主要因为以下几点原因：一是基于航海模拟器的场景设计，能够很好的让学生体验几乎真实的工作环境，能够很好的调动学生的好奇心与求知欲；二是基于航海模拟器的剧本设计，能够很好的让学生体验几乎真实的工作流程，能够很好的拉近实验与实际工作的距离，并能实时体验通信的真实效果，有效的调动学生学习的参与感、成就感与积极性；三是基于航海模拟器的教学方法群设计，多种方法无缝拼接，课前课中有效融合，与场景、剧本有机结合，克服课堂的枯燥乏味，最大调动学生学习的主观能动性。

[1]李锋.正确使用VHF减少船舶碰撞事故[J].水运管理,2006(7):21-23.

[2]张红.SMCP在海上VHF通信教学实践中的应用[J].南通航运职业技术学院学报,2008(4):116-118.

[3]闫振中.沉浸理论研究现状及其对远程教育的启示[J].广州广播电视大学学报,2010(1):16-20.

[4]王劲松.基于航海模拟器的船舶通信英语教学改革[J].浙江交通职业技术学院学报,2010(1):68-70.

[5]张丹,范晓飚,游泳涛.航海模拟器虚实结合混合教学模式的构建[J].航海教育研究,2011(2):69-71.

Immersion Design of Marine VHF Communication Experiment Teaching Based on Navigation Simulator

LIU Hu1CHEN Fang2AI Wanzheng1
(1.School of Port&Traffic Engineering,Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022 China；2.School of Economics and Management,Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China)

Immersion design is not only the key link to improve the effect of immersion teaching,but also an important step to ensure the teaching effect of the navigation simulator.For the fact that fewer studies have been made of immersion design of marine VHF communication experiment teaching,according to the theory of immersion,the design scheme of marine VHF communication experiment teaching is constructed from such three aspects as scene design,script design and pedagogical design,constructing the immersion designing scheme of marine VHF communication experimental teaching and making a pilot experiment in small scope,in which its effectiveness was demonstrated so that the teaching efficiency is enhanced.

VHF communication;experimental teaching;immersion design;navigation simulator

G642.4

A

1008-8318（2016）06-0083-06

2016-05-23

浙江省高等教育课堂教学改革项目“基于航海模拟器的船舶VHF通信课程沉浸式实验教学研究”（编号：kg2015198）。

刘虎(1982-)，男，湖南湘潭人，讲师，硕士。