面向“飞机机型”课程的虚拟教学平台设计

摘  要：“飞机机型”是中国民航大学航空工程学院飞行器动力工程专业与飞行器制造专业的特色专业课程，其内容覆盖面广、难度大。为了让学生能够更好地掌握大型民用飞机各系统的功用、组成、基本工作原理和实际工作情况，文章针对当前教学模式中存在的问题，利用计算机虚拟技术设计了飞机机型虚拟教学平台，为提高课程教学的质量提供了支持。

关键词：虚拟教学平台;飞机机型;关联控制;案例分析

作者简介：师利中，中国民航大学航空工程学院。（天津 300300）

中图分类号：G420      文献标识码：A      文章编号：1671-0568（2019）03-0094-03

“飞机机型”课程以现代民用航空飞机B737-800为例，教授学生飞机各系统的功用、组成、基本工作原理和实际工作情况等相关方面的知识，使学生能够牢固掌握飞机机型方面的专业知识，为后续的学习打好理论基础，也有利于学生在未来的机务工作中尽快达到岗位职责要求。为此，需对当前“飞机机型”课程的教学模式进行深入剖析。

一、传统教学模式分析

传统教学模式中，教学以课本的讲授为主，教师通过黑板、投影仪等传统教学工具对知识进行系统的讲解。但“飞机机型”是一门科学性和实务性很强的课程，不仅要求学生全面掌握专业知识和业务知识，也要求学生能够结合具体的机型进行实践学习。传统教学模式使用的图片很难将系统各个部件的外部特征、空间组成以及相互依存关系表述清楚，不能为学生提供直观清晰的影像，导致学生对知识的理解局限于理论层面，不能与实际紧密结合。

为解决此问题，在课程设置时加入了实习的内容，利用校内工程训练中心的实训资源让学生接触真实的机型，使学生对课堂讲授的内容产生更为直观的认识。然而飞机系统庞大，部件繁多，组成相当复杂，难以彻底拆卸，但学生实习时间相对较短，很难对飞机各部件进行全面的了解。此外，校内机型较为陈旧，使得学生对于知识的掌握存在一定的滞后性。

传统教学模式存在一定弊端，不能满足新形势下的教学实践需求，因此本文引入虚拟现实技术，对“飞机机型”课程的教学平台进行优化设计，以构建适应新形势的教学实践模式。

二、虚拟教学平台的优势

针对传统教学模式中存在的问题，可采用计算机编程技术、三维建模技术、虚拟现实技术等现代信息技术建立虚拟教学平台，对飞机各系统进行精确建模，将理论知识和实际机型紧密结合，让学生在课堂便可完成“实习”。建立虚拟教学平台对“飞机机型”课程的教学有以下几方面的帮助。

1.通过对飞机的精细建模，实现在教学平台中对飞机各个零部件全方位无死角的观察，真实反映飞机各零部件的外观形态及其连接关系，使学生在掌握基础理论的同时，对相关知识建立更为直观的认识。

2.虚拟教学平台可以充分发挥信息技术手段的优势，通过规范机型信息的表示方式和存储格式，使机型信息独立于教学平台，从而使飞机机型虚拟模型的更新更为简单、便捷。

3.建立虚拟教学平台可以打破时间和空间的限制，学生通过电脑即可完成实习训练。同时，学生还能够反复训练，既能加深对理论知识的理解，又能加深对具体机型的认知和体验，巩固所学知识。

三、虚拟教学平台的设计

“飞机机型”课程虚拟教学平台以校园局域网为依托，按照整机、系统、部件三个层次，通过三维模型展示零部件的外部特征、空间组成及其相互依存关系，并整合动态工作原理图及相关机型手册内容，注解系统工作的流程及原理。此外，平台应具有良好的可扩展性和参数配置机制，以实现飞机机型虚拟模型的导入、解析与更新。平台还需具备较强的兼容性和可移植性，为功能升级预留接口。

1. 教学平台环境架构。“飞机机型”互动教学实验平台以校园局域网为依托，以C/S（Client/Server）为实现模式，环境架构。服务器端架设WEB服务器、数据库服务器、应用服务器为平台的运行提供支持，还可设置无线接入点，为无线设备的访问提供支持。客户端设置教师和学生的访问接口及访问权限，可根据教学需要提供环幕显示，同时允许移动設备的接入。

2. 教学平台体系结构。根据课程教学对虚拟教学平台的需求，其体系结构构建。

表示层是用户与系统交互的方式和接口，包括输入界面和输出界面。输入界面用于接受用户的输入命令、响应用户的鼠标与键盘指令、接受外部数据以及外设输入。输出界面用于将业务逻辑层的处理结果以图示化方式或者对话交互形式反馈给用户。

业务逻辑层是实现平台应用的核心，主要包括机型模型的导入与解析、工作原理图的演示、机型手册的关联等。机型模型的导入与解析用于更新平台所搭载的机型信息，使平台具备多种机型的兼容性。工作原理图演示控制各个系统油气电路原理图的演示逻辑。机型手册的关联用于将各系统与其相关的手册内容建立连接，为机型的学习提供准确的理论支持。

数据访问层用于访问、存取、维护和管理系统运行过程中的数据对象。

基础数据层是系统的数据支持，包括机型三维模型、机型信息、机型手册及数据组织的配置文件等，通过文件组织方式的设置以及配置文件的编制实现数据与平台的独立性，便于平台功能的升级和数据信息的更新。

3. 教学平台功能设计。以“飞机机型”课程教学需求为中心，对平台的相关功能进行定义。

理论模块提供某个飞机系统主要部件的三维模型展示与该系统油气电动态原理图、用户操作模拟、驾驶舱仪表显示及飞机飞行动作模拟的关联展示。平台根据飞机各系统的工作过程及原理统一四大模块中资源的存储结构，使其自动关联。同时平台支持关联逻辑的定义，从而实现关联关系的精确匹配。此外平台提供基于关联逻辑规则的控制机制，实现各个系统资源的同步联动。

案例分析模块大量收集航空公司实际运营过程中出现的经典案例，通过分类总结、优化设计、互动模式研究，对飞机各个系统设置排故案例，并按实际排故流程分步骤实现。一般步骤为案例导入、尝试解决、理论提示、方案剖析，引导学生利用已有知识尝试提出解决方案，勘校正误，加深对理论知识的理解和应用。

自测模块主要是为学生设置的自测题目，并通过跟踪学生的操作对其学习效果进行评估，生成自测评估报告。此外，平台还提供ATA导航、机型手册、资源管理等功能。

针对传统教学模式目前所面临的困难，虚拟化教学平台可以将直观、形象的课程内容传递给学生，使教学过程更有利于学生的学习能力和逻辑思维能力的培养。虚拟教学平台重视理论与实践相结合，更有利于学生独立分析问题和解决问题能力的培养，从而切实提高教学效率和教学质量。

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责任编辑  陈  晨