基于“互联网+3C”的装备虚拟仿真实验教学模式改革与实践

代传金 杨宾峰 来磊

摘要：针对传统装备实践教学模式存在的无法满足大规模常态化的全过程实装操作训练需求，文章提出一种基于“互联网+3C”的装备虚拟仿真实验教学模式。该模式在着陆引导装备实验教学中，采用虚拟仿真技术，增强了学生操作着陆引导装备保障飞机着陆的真实度和体验感。

关键词：虚拟仿真技术;装备操作实践;互联网+;着陆引导装备

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）21-0388-03

一、引言

飞机着陆引导的正确有效是保障飞机安全平稳降落的关键，是飞行安全的重中之重，因此，提高飞机着陆引导操作和指挥人员的科学训练水平是保证飞行安全的有效途径。为培养导航工程专业学员对着陆引导装备的综合实践操作能力，开设着陆引导装备操作实践教学尤为重要。然而，由于传统装备操作实践教学涉及的着陆引导装备规模庞大、结构复杂，且同时需要机载设备配合等众多因素影响，大规模常态化的全过程实装操作训练在教学过程中难以开展，学员也无法切身体会未来任职岗位对飞行安全的极端重要性，这就导致多年来装备教学效果一直不够理想，难以满足实训教学需求[1]。随着“互联网+”时代的到来，基于互联网支撑的装备虚拟仿真技术以其高效率、低成本、内容丰富和安全等优势得到越来越多的应用和推广[2-5]。因此，本文提出将基于“互联网+3C”的虚拟仿真实践教学方法运用到着陆引导装备实验教学中。这不仅能够打破传统教学在时间和空间上所受的限制，提高教学效果，还能让学生掌握更多装备操作知识，为培养高质量人才提供更好的服务。

二、“互联网+3C”的虚拟仿真实践教学模式构建

针对传统着陆引导装备教学过程中存在的问题，我们应着眼装备组织运用能力和专业技术能力培养要求，将虚拟仿真技术与现代教育理论相结合，开展基于“互联网+3C”的导航装备虚拟仿真实验教学模式改革与实践[6，7]。该模式采用以“学生为中心”的教学理念，按照“基础训练—综合操作—工程维修—创新设计”分层递进的立体化虚拟教学思路，依托互联网，通过构建新工科学科内容的交互式虚拟仿真实验教学平台[8，9]，将装备训练的“演示—操作—考核”相结合（Combination），将装备实验的“单装—系统—体系”相结合（Combination），将装备学习的“自主—协作—创新”相结合（Combination），提高学员操作训练导航装备的沉浸感和参与度，突破操作实践教学的条件约束，达到以学员为中心的全流程飞行导航保障实验教学。

（一）梳理装备教学内容，设置实验教学主题

飞机着陆引導装备实践教学注重理论与实践结合的知识学习，将虚拟仿真实验教学内容划分为基础性虚拟仿真实验、综合性虚拟仿真实验和设计性虚拟仿真实验。我们依托校园网虚拟仿真实验教学平台，按照体现单装训练、体系综合和启发设计思路设置实验主题。

基础性虚拟仿真实验，按照单个装备训练的“演示—操作—考核”相结合的思路，设置虚拟仿真实验主题课目，确定实验项目与实验内容，实现单装理论教学与实验操作教学深度融合。综合性虚拟仿真实验，按照引导装备“单装—系统—体系”相结合的思路，在功能模块组合、分组协作完成的综合性实验基础上，开展系统级的虚拟仿真训练，完成对着陆引导装备的组织运用和系统防护。设计性虚拟仿真实验，按照引导装备学习的“自主—协作—创新”相结合的思路，坚持实践教学与装备科研相结合的原则，设置探究性课题，以科研项目的形式，引导学生通过课题研究完成着陆引导装备技术改进方案设计、实验内容测试等，使学生在掌握科学研究方法方面得到初步训练。

（二）整合虚实教学资源，搭建虚拟仿真教学平台

针对着陆导航装备种类多、实习实装数量少、系统庞大和实习场地不满足外场条件要求等突出问题，本着“虚实结合、相互补充、能实不虚”原则，我们合理设计了虚拟仿真实验内容，开发和建设了一系列有利于学生创新能力培养的虚拟仿真资源，并将这些资源按照层次划分为专业基础类实验教学资源、装备实习类教学资源和科技创新类虚拟仿真实验教学资源。在每类虚拟仿真教学资源下我们又具体细化为若干支撑课程，并整合这些资源，搭建虚拟仿真教学平台。虚拟仿真教学平台可用下图表示。

基于“互联网+3C”的虚拟仿真教学平台结构图

（三）探索“虚实结合，两段考核”实验教学考核评价办法

飞机着陆引导装备实践教学坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，在教学效果考核中，依托在线虚拟仿真实验平台，采用“虚实结合，两段考核”的形成性考核评价办法。

“虚实结合，两段考核”是指为全面评价学生对着陆引导装备的操作训练水平，将评价考核分为两个阶段实施。第一阶段考核，在单装虚拟仿真实验和模拟设备操作训练教学结束之后实施，重点考核学生的装备操作维护技能，由授课老师充当考核人员，根据岗位需求制定的考核标准进行逐人考核，在线给出虚拟训练成绩。合格者转入下一阶段学习，否则，前期虚拟仿真训练和模拟装备训练考核成绩清零，重新开始前一个阶段虚拟装备实践学习。第二阶段考核，在装备操作训练和体系运用教学之后实施，按照飞机着陆导航保障要求设置仿真场景，重点考核学生装备系统的综合运用能力和岗位任职能力，由用人单位和设备厂家组建考核小组，按照考核标准进行考核。考核合格者即达到毕业标准，否则进行强化训练，再次进行考核。上述多元化的科学考核方式，激发了学生的实验兴趣，客观评价了学生知识综合运用能力、创新实验能力和驾驭装备的能力。

三、“互联网+3C”的虚拟仿真实践教学实践

根据不同的实验内容、课程特点，目前形成了模块划分、层次递进的立体的“互联网+3C”的着陆引导装备虚拟仿真实验课堂。虚拟仿真教学课堂实施可以分为三个层次。

1.基础性虚拟仿真实验教学，坚持“认知与实证相结合”，推行“主题式”单装课堂教学，突出启发互动、示范引导，培养学生抽象认知和感性认知能力。具体来讲就是强调“实验的主题牵引”。一是在理论授课前，围绕单个装备的实验主题，要求学生上网了解实验内容、所用仪器仪表和模块单元等。理论教学结合虚拟仿真实验进行讲解，增强了学生对专业理论和系统的感性认识。二是在实验操作前，围绕实验主题，由老师与学生依据系统工作原理和技术特点，共同研究实验方案、方法步骤，并由老师进行演示示范。三是在实验中，围绕实验主题，采取互动启发式教学方法，激发学生实验兴趣，促使学生掌握实验方法。四是在实验结束后，围绕实验主题，结合装备组织运用与技术改进，提出技术原理与实现路径，进行在线虚拟仿真探索。

2.综合性虚拟仿真实验，坚持“仿真与硬件装备模拟相结合”，推行“协同式”情景课堂教学，突出软仿真，强调硬模拟，培养学生装备的综合运用能力。针对新型导航装备集成化程度高、结构复杂等特点，按照“单装—系统—体系”实践思路，培养学生机场保障和指挥管理能力。基于虚拟仿真教学平台完成机场环境仿真，对构成机场环境的各个要素进行逼真模拟，同时对着陆引导装备等各类辐射源的电磁辐射特性进行建模模拟，使得综合性虚拟仿真实验更加贴近实际。

3.设计性虚拟仿真实验，坚持“教学与科研相结合”，推行“项目式”课堂教学，突出任务驱动、独立探究，按照“自主—协作—创新”实践思路，培养学生科学研究和自主创新能力。通过设立创新科研课题、组织模拟仿真竞赛等活动，帮助学生开展研究性学习和创新性模拟仿真实验;采取“自选课题、自主设计、自行实验”的开放性实验模式，进行“塔康天线调制信号设计”等设计性实验项目，鼓励学生参与导师课题研究，承担相关系统仿真研究等任务，使学生掌握系统研究设计方法，提高自主创新能力。

四、教学效果

目前开展的基于“互联网+3C”的着陆引导装备虚拟仿真实验教学，服务学生共计1500余人次，取得了很好的教学效果，其中两个课时的精密进场雷达虚拟仿真实验获批2018年国家级虚拟仿真实验教学示范项目。该教学模式的实施，不仅有利于学生在掌握知识的同时，将所学的知识运用到真实的装备实践操作中，激发学生的探索欲和实验操作兴趣，还使得学生通过虚拟仿真平台自主设计实验，充分发掘自身创造潜能，提高了自身解决实际装备的维修保障和工程设计能力。在该教学模式实施之后，所有毕业学生均顺利适应了工作岗位，部分优秀学生甚至不用培训即可直接上岗，担负起飞机着陆引导的组织保障任务，受到了用人单位的一致好评。

参考文献：

[1]蔡铭，徐朋，黄敏，章伟.智能交通工程虚拟仿真实验教学体系的构建[J].中国教育信息化，2019，（2）：49-51.

[2]杨堆元.“互联网+”视野下的虚拟仿真教学新常态[J].天津职业院校联合学报，2018，20（8）：47-50.

[3]肖晶，曾繁丽，何建.虚拟仿真实验技术在土木工程专业留学生实验教学中的应用探索[J].教育教学论坛，2019，（9）：276-278.

[4]洪宝棣，宗哲英.《电力系统虚拟仿真实验平台》的建设与应用[J].教育教学论坛，2019，（12）：276-278.

[5]赵凯辉，童玲，何静，李祥飞，张昌凡.基于虚拟仿真的电气工程专业实践教学改革探析[J].当代教育理论与实践，2017，9（11）：37-40.

[6]刘亚丰，余龙江，卢群伟，苏莉，吴元喜.教育信息化背景下虚拟仿真教學资源建设[J].实验科学与技术，2018，16（2）：195-198.

[7]赵凯辉，童玲，李祥飞.电气工程虚拟仿真实验教学平台的设计与实现[J].科技创新导报，2018，15（1）：202-204.

[8]高巍，宋玮华，陈淑芳.基于校企合作的虚拟仿真教学实践探讨[J].通讯世界，2019，26（2）：308-309.

[9]吕亮雪.虚拟仿真实验教学信息化平台的建设路径研究[J].智库时代，2018，（38）：175-176.

Abstract： Because the traditional equipment practice teaching mode cannot meet the needs of large-scale normalization of the whole process of practical operation training， an Internet+3C-based teaching mode of equipment virtual simulation experiment is proposed in this paper. In the experiment teaching activity of landing guidance equipment， the virtual simulation technology is used to enhance the authenticity and experience feelings of college students when they operate the landing guidance equipment to support aircraft landing.

Key words： virtual simulation technology; equipment operation practice; Internet+; landing guidance equipment