人工智能技术下沉浸式教学模式在无人机教学中的应用探索

[摘 要] 人工智能的飞速发展为沉浸式教学模式的应用带来了更多的可能性，不断改变高校人才的培养模式和培养策略。无人机专业是一个富有现代人工智能技术元素的新兴专业，通过设计工作任务单、制定任务规则、组织结构化活动、完成任务单元、挑战创意情景和创新任务、展示任务成果、任务评价等几个方面教学设计，在VR和AR技术支持下实现了沉浸式教学模式的应用，在无人机课程教学中取得了良好的效果。

[关键词] 人工智能;VR;AR;沉浸式教学模式;无人机教学

[基金项目] 2019年度广东省攀登计划项目资助（pdjh2019b0678）

[作者简介] 徐恩华（1980—），男，硕士研究生，广州民航职业技术学院民航经营管理学院航空机械专业副教授，主要从事航空机械自动化控制、无人机技术研究。

[中图分类号] H195.3    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）23-0283-02    [收稿日期] 2019-10-30

一、背景和现状

高职院校传统教学培养模式不可避免地存在学习兴趣缺失、实训教学形式单一、学习参与度低、创造和创新能力不足等问题，高职学生生源数量增加而质量下降也是必须面对的现状。无人机专业是21世纪新兴专业，富有现代化人工智能技术的元素，传统教学模式难以满足新科技信息革命对人才培养的需求。

美国心理学家于20世纪70年代提出的沉浸式理论，是通过科技信息技术建立一种接近真实的学习环境，让学生在沉浸状态中完成知识和理论的建构。学生在沉浸式教学过程中，全身心地投入到当前的学习情境中，在虚拟的环境中感受到真实，从而帮助学生更有深度和高效的学习。沉浸式教学的优势，在于能帮助教师更便捷地传授知识，帮助学生更直观切实地感受和理解知识的内涵，提高学习兴趣和学习效率。

二、人工智能技术在教学中的应用及关键问题

随着人工智能技术的飞速发展，VR和AR作为当前最具活力和前景的技术，已经成为教学模式改革创新中的利器。

（一）VR技术在教学中的应用

VR技术可以模拟自然状态的现实环境、历史环境、未来环境，给受众带来极致的感官体验。在课堂内采用VR可以充分利用虚拟手段实现数字、文字、图像、动画以及音效等多重因素的互相融合，具有丰富的教学资源体验和互动效果，丰富知识内容，增强师生的人机交互、场景式学习层面，丰富沉浸式教学的内涵，对培养手眼一致、精于操作、富于创造力和执行力的人才大有裨益。

（二）AR技术在教学中的应用

AR技术是通过计算机软件生成虚拟情景无缝嵌入到真实世界中，实现可视化和交互化，在教学中，师生通过AR眼镜、数据手套等特殊设备进入该环境进行人机交互，从而实现对现实信息增强的效果。在VR的基础上，AR让物理场景和数字化虚拟情景更好地融为一体，有更强的真实感，3D建模的工作量也大大降低，实时交互效率明显提高，对需要快速反馈、及时追踪的教学工作技术优势明显。

（三）教学模式中的关键问题

1.教学目标的变化。无人机模拟飞行这门课程，传统课堂中教学的目标是让学生被动接受老师讲授的知识。沉浸式教学模式下，我们设计的教学目标，是以知识要点为载体，侧重于学生对方法的理解和应用的培养。因为知识是不限的，而方法是融会贯通的，掌握并能够应用方法，学生才能举一反三、自主学习，实现知识的持续迁移和更新。高职院校的定位决定了我们的教学不能以理论知识为终极目标，而是要学以致用，学生在现实中如何运用这些知识更重要。因此，无人机模拟飞行这门课要培养学生独立制定飞行计划、独立操作完成飞行任务、独立撰写飞行报表，以用为上。

2.教学主体的变化。传统课堂以教师理论讲授和学生被动听课为主，抽象且参与性低，导致学生上课看手机、打瞌睡的现象屡禁不止。为此，沉浸式教学模式以学生为主体，学生在老师的组织和引导下，以任务工作单为纲领，沉浸于模拟现实的情景之中，从简入繁，逐步完成任务工作单中的任务单元。

3.教学过程的变化。传统课堂基本上要么完全是理论讲解，要么完全是实训操作，理论与实训是割裂的。沉浸式教学模式把“做中学”和“学中做”有机相结合，你中有我、我中有你。以学生为主体，避免了老师的照本宣科，老师通过任务工作单中的工作单元引导学生去探索要完成的工作任务，VR技术给出适当的范例，AR技术提供探索实践的情景，边做边学，实现理实一体化教学。

三、基于VR+AR的教学平台构建

（一）教学场景的搭建

VR和AR设计，是沉浸式教学模式的数字开发主体部分，其设计要点包括：虚拟环境配置、教学资源整合制作、3D模型调试、多媒体资源开发制作和交互平台。虚拟环境配置是指根据无人机模拟飞行课程的需求，通过模型调控实现对模拟环境因素的调配，对教学的开展和应用环境进行检测评估。教学资源整合制作是指将必要的理论知识点转换成虚拟现实课件资源，通过扫描、编译等手段实现;同时，系统自主进行知识点与工作任务单中的任务单元的匹配。3D模型调试是指通过系统自动收集“学生操作→老师引导→学生反馈→老师校正→学生操作”循环作业数據，进行数字教学资源库的内容整合和更新。

（二）教学方法的设计

我们的课堂完全在无人机模拟飞行实验室完成，改变了理论课堂的空洞枯燥的PPT模式，学生融入虚拟情景之中，直观而深入。

在教学准备阶段，我们将每一堂课的教学内容转化研制成任务工作单，每个知识点对应一个工作单元，还设计了综合探索工作单元。我们将工作单元制定了细化规则，完成目标和标准等指标。在教学过程中，采用“小组讨论→各组汇报→总结评价”的教学流程。首先，老师组织学生分组，将任务单元分散到每一个小组，展开讨论和提出解决方案，并尝试执行方案，达到解决任务的目的;然后，各组集中展示任务，各组派出一名代表分享组内的成果，学生之间可以进行互动性评价，同时，老师可以介入评价，教师引导学生把新学的知识与之前的知识联系在一起，加深印象，坚实知识框架。

（三）教學质量评价机制

教学质量评价包含了师生双方的教和学的用户体验、反馈和评价三个方面，从“数字教学资源应用、多媒体课件展示、师生互动、模拟操作、任务单元训练、资源处理”六个环节进行教学质量的评价。评价不仅关注教学结果，也关注教学过程。评价的重点是工作任务单的完成度和学生单项能力的巩固与综合能力的提升。具体评价方法采用学生自评、教师自评、同行评价相结合，通过完成任务单元过程中的设计、表达、操作、协作能力的表现情况，给出评价。

四、总结

基于VR和AR技术支持下实现的无人机专业模拟飞行课程沉浸式教学模式是切实可行的，在教学中调动了学生的学习主动性和积极性，激发了学生的想象力和创新力，同时，也激发了教师在教研过程中对人工智能新技术的学习和应用的热情，提高了教研水平。

参考文献

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Exploration on the Application of the Immersive Teaching Model in UAV Teaching with Artificial Intelligence Technology

XU En-hua

（School of Civil Aviation Management，Guangzhou Civil Aviation Vocational and Technical College，Guangzhou，Guangdong 510403，China）

Abstract：The rapid development of artificial intelligence has brought more possibilities to the application of the immersive teaching model，and constantly changed the talent training model and strategies in colleges and universities.UAV is a new major rich in modern artificial intelligence technology elements.Assisted by the VR and AR technology，the immersive model is applied in the UAV teaching through designing task lists，formulating task rules，organizing structured activities，completing task units，challenging creative scenarios and innovative tasks，displaying task results，task evaluation and other aspects，and has achieved good results.

Key words：artificial intelligence;VR;AR;immersive teaching model;UAV teaching