基于理论基础、虚拟仿真、工程实践三层次的《机场规划》课程教学模式研究

张亚楠 张宇辉

【摘要】针对《机场规划》教学内容和课程特点以及教学中遇到的问题，引入三维虚拟仿真互动教学平台，开展三维环境体验式教学，增强学生互动性参与性，同时结合理论教学内容和实践教学方法改进措施，提出基于理论基础、虚拟仿真、工程实践三层次递进式的教学模式设计方案，以实现学生从被动方式向主动学习方式的转变，提高学生工程能力和创新思维的培养。

【关键词】三维虚拟仿真 教学改革 机场规划

【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）30-0026-03

一、引言

《机场规划》课程主要使学生系统掌握民用机场总体规划的理论和方法，培养学生机场总体规划设计的能力和技能，这门课程的学习对学生的空间认知能力、总体规划能力和三维想象力都有很高的要求，只有充分的理解、完全的吸收和应用的融会贯通，才能为后续的专业课程以及今后从事有关设计和管理工作奠定坚实的基础。

但是，在实际的教学过程中发现，传统的课程中通常只讲述新建、低等级机场的简单规划问题，对于高容量繁忙机场以及改扩建机场规划方面的内容涉及较少；在教学方式上主要以课堂讲述为主，即使采用现代教学演示方法，效果也并不显著；课程体系缺乏现场实习、课程设计以及案例分析等实践工作支撑，这些都导致了学生通常只停留在概念阶段，无法深入的认知和判断实体工程中机场规划的重要性、复杂性与科学性。

因此，本文探索将虚拟仿真互動教学平台应用于《机场规划》课程的教学模式改革，通过传感、通信、仿真、三维等技术构建机场三维立体场景，为学生全面展示机场各部分分区及职能，直观的将规范参数与具体设计相结合；通过人机交互终端实现让学生参与到课堂互动与总体设计中来；由此，进一步构建理论基础、虚拟仿真、工程实践三层次的教学模式，丰富教学内容与手段，提高学生的认知水平，促进学生学习兴趣和工程实践能力的培养。

二、虚拟仿真互动教学平台在《机场规划》课程中的应用

《机场规划》课程的学习，主要包括使学生掌握民用机场航空业务量预测基本方法，机场飞行区和航站区设计规划的原则、步骤和方法；机场总体规划设计流程及整体平面布局；了解飞行程序设计等相关知识。因此，虚拟仿真互动教学平台的设计主要包括以下几个方面：

1.三维可视化场景构建

首先将机场内的各个功能区进行模块化分区，以三维可视化的方式将各部分进行三维模块化设计，在教学中可直接将这些三维模块像搭积木一样将机场总体构型搭建出来，展示机场三维地理信息、总体规划布局、车辆人员设施、航班运行信息等，还包括机场滑行路径标志、灯光标识、机场净空障碍物限制面等信息。

以某机场整体规划为例，将三维立体虚拟仿真技术应用于教学中：

（1）首先给出传统教学中机场总体规划平面图，将平面图中各个功能区进行模块化划分，如航站楼区、飞行区、保障区等，按照分区进行三维模块化设计，最后进行总体三维模型拼接。

（2）对各个分区进行详细三维模型展示，通过与多媒体播放器关联播放相关教学内容及信息参数。

（3）多视点、多角度、多场景转换，以及细节展示。

2.交互式操作控制

根据教学应用的特点，采用多点触控交互进行手势识别转化为对视点的交互操作和控制命令。通过这项功能，实现了学生真正的参与到教学互动中来，在上一层次实现三维可视化场景的基础上，还可以亲身参与体验。

（1）通过多点触控交互手势识别，进行缩放、平移、旋转、显示、隐藏、细节呈现等操作，实现视景管理和视点控制，使学生多角度多视点的对机场整体三维模型进行进一步认识与观察。

（2）通过数据引擎，进行多模块参数设置，使学生能自主操作机场整体规划设计。例如，教师给出机场预测航空业务量数据以及当地气象资料，学生计算选择相应的跑道、滑行道、航站楼等模块模型进行拼接，完成整体规划设计。

（3）通过数据接口，与相应程序对接，实现数据处理与计算功能。例如，给出趋势外推法、计量经济法等航空业务量数据处理计算接口，使学生在给定参数下，选择一定计算方法，直接进行机场航空业务量预测，从而进行机场整体规划设计。

3.机场动态运行功能实现

机场是一个包含人、飞机、车辆等多种因素融合的动态综合体，真实的展现机场的动态运行也是现有的教学内容以及市场软件的重要缺失。因此，通过多媒体数据对接，实现各种机场信息数据的虚拟仿真，从而进行机场整体规划设计特别是高容量繁忙机场的系统评估。

（1）航班信息数据。采集机场的航班信息数据，输入数据库系统，以此实现机场的航班动态运行，同时收集对航班、车辆、人员以及事件进行详细业务分析的各种多媒体数据，可以实现对航班计划进行评估。

（2）机场跑滑系统数据。机场的跑道、滑行道设计是机场飞行区平面设计中的重要一环，其设计的合理性直接影响了投入使用之后机场系统的动态运行。根据航班信息数据，动态模拟飞机推出、推进、起飞和降落时在跑道、滑行道系统中的路径和时间，以此为依据，进行跑道和滑行道系统的合理性验证和进一步优化设计分析。

三、理论基础、虚拟仿真、工程实践三层次教学模式构建

教学模式单一化是现在高校课程普遍存在的问题之一，怎样丰富教学手段，构建多层次递进式的教学模式，是本文研究的主要课题，在传统教学理论学习的基础上，引入虚拟仿真互动教学平台，加强工程实践能力培养，形成理论基础、虚拟仿真、工程实践三层次递进式的教学模式。

1.打好坚实的理论学习基础

无论哪种类型的课程，理论学习是最主要的教学内容，针对目前本课程存在的问题，提出了教学内容理论学习改革的两方面措施。

（1）确保理论教学内容的先进性。近几年来，新一代大型飞机逐渐投入使用、国家行业标准和规范的陆续更新和出台，使得机场规划的战略、手段发生深刻变化，课程内容出现鲜明的时代性，对课程教学内容的安排提出了更高要求。在理论学习过程中，教师应该注重保持理论教学内容的先进性，及时补充更新最前沿的理论内容，避免所讲述课程与实际应用脱节。

（2）以对象引领教学内容。针对本科阶段学生的学习的特点，讲述机场规划设计的基础知识、基本理论以及基本规划设计方法，通过理论学习与工程实践，培养学生的实际应用能力，为本科毕业走上工作岗位奠定一定的基础。同时，针对不同专业学生方向，讲述内容应有所偏重。例如，面对交通工程专业学生，后续课程中安排有《机场净空管理》等更多民航专业化课程，将本课程涉及教学内容进行更系统化的学习，而面对土木工程专业学生，此类后续课程安排较少，因此，在教学中应更注重基本知识的讲述和基本概念的理解，使学生在宏观上对机场各职能分区以及总体设计有一个清晰的认识。

2.引入虚拟仿真互动教学平台丰富教学手段

教学方法必须适应教学内容，由于本门课程内容的抽象性、空间性、复杂性等特点，使得现代化教学手段的使用成为一种必然趋势。本文采用的虚拟仿真互动教学平台主要有以下几方面特点。

（1）将以往的图片、文字类平面教学展示提升为三维立体全景展示，多视点多角度的为学生展现机场整体布局以及细节构造。

（2）注重教学互动模式，使学生由被动接收变为主动体验，提高学生自主参与程度和学习兴趣。

（3）在虚拟教学平台中，教学内容可以持续更新，避免课程学习与技术应用的脱节，同时有利于激发学生的求新以及创新意识。

（4）通过多媒体数据对接，实现多系统融合实现机场动态运行控制，使学生从之前的单一完成规划设计到完成整体规划设计、自我评估及进一步优化设计。

3.加强工程实践注重能力培养

实践教学在现在的本科教学中，特别是在民航领域内，是培养人才的重要环节。在本课程的教学中应该加强工程实践教学，注重学生分析能力以及动手操作技能和创新思维力的培养。

（1）形成完善的课程设计体系。在传统的教学中，课程设计主要是根据各自的课程的内容而展开的。课程之间联系性不强。对此，我们可以提高课程设计的内容的系统性，在进行相关的课程设计时，使用统一设计参数，进而开展课程设计，形成较为完善的课程设计体系。

（2）与社会实践相结合，提高实践能力。教师可以针对本门课程所讲述内容，制定出一套指导学生参加社会实践的计划书，将课堂所学知识具体运用到实践中去，让学生在假期能够独自完成实践工作，填补校内课堂实践学习时间少的情况，从而提高学生的机场工程基础专业的实践能力，达到实践教学的目的。

四、结论

随着科学技术的不断发展，虚拟仿真技术具有在教学中的应用得到不断的推广，其立体型、互动性、先进性以及多样性都符合现代化教学的课程要求，同时给学生更多的自主学习空间，能更好的掌握机场整体知识和总体规划设计。本文提出的基于理论基础、虚拟仿真、工程实践三层次递进式的教学模式设计方案，丰富了教学内容和教学方法，促进学生向自主学习方式的转变，以及将理论知识理解消化、融会贯通，培养创新思维，提高工程能力，为今后走向工作岗位打下坚实的基础，为学生的素质教育开启了崭新的平台。

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