交通运输专业的空中交通管制实验教学改革研究

张玉梅 王 龙

滨州学院飞行学院，山东 滨州 256603

随着我国航空产业的不断发展，空中交通流量越来越大，空中交通网越来越密集，这就对空中交通管制员的业务能力提出了更高的要求。空中交通管制员是确保空中航空器安全、有序、高效运行及国家航空安全的重要因素之一。过硬的业务能力、良好的爱国意识和政治觉悟是一名合格空中交通管制员应具有的素质，也是衡量高校培养管制员质量的重要指标。

交通运输专业是一门理论与实操并重的学科，要求学生不仅要掌握空中交通管理基础理论，还要熟悉机场布局、道面系统组成、灯光系统管理、航空气象信息识别决策、飞行工作原理、航行情报服务流程、雷达和程序管制间隔要求、管制保障流程和航空器相关移交程序等，更要加强实操练习以提升学生航空器运行指挥、合理排序、冲突调配及紧急事件处置能力。空中交通管制实验课程是交通运输专业必须学习掌握的课程之一，它是空中交通管制员理论与实际联系的桥梁，空中交通管制实验模拟训练不仅可以检验学生理论知识的掌握程度，更可以锻炼学生的知识应用和紧急特情处置能力。

然而实际上，高校管制实验模拟设备配置数量较少且系统版本较老。受实验设备成本和场地的限制，高校空中交通管制实验整体效果较差。学生即使参加过空中交通管制模拟训练，也很难拥有航空器冲突解决、优化排序及应急处置能力，更难建立强烈的职业责任感和使命感。因此，如何提高交通运输专业管制模拟训练质量是一个亟须解决的问题。

1 交通运输专业实验教学现状分析

1.1 教学形式单一，实验项目较少

进行实验教学的主要目的是使学生了解管制流程、飞行间隔、尾流间隔要求及调配原则等环节，从而提高学生的航空器运行指挥能力。但目前高校的空中交通管制实验课程主要依赖学校现有的实验室基础配置开展管制模拟实验，几乎没有其他实践基地或校企合作实习单位，加之实验项目较少，致使学生很难理解航空器间隔调配原则和冲突调配技巧。这种单一的教学形式和较少的实验项目设置，不利于学生管制专业技能提升，难以实现以学生为中心的教学目标[1]。

1.2 实验设备有限，实验教学时间不足

高校学生航空器运行指挥实践主要依赖空中交通管制实验课程，课外的相关实践锻炼很少，即使有也都是以参观实习的形式进行，无法真正锻炼学生的实际操作能力。受实验教学设备配置成本限制，学校管制模拟席位较少。以塔台管制模拟实验为例，学校一般配备2个管制席位，设置3个模拟训练项目，每个实验项目预计90分钟，每组8～10名学生不等，除去指导教师实验安排分配和案例模拟演练时间，学生人均实验时间不足10分钟。

空中交通管制模拟实验是一项时间紧任务重的工作，为保证在规定的时间内完成实验教学任务，教师大多采用案例讲解和实操演示相结合的教学模式。实验过程中学生实验模拟训练时间不足，最多只能熟悉正常管制指挥流程，很难提升调配技能，这种训练模式难以达到实验教学效果。有的学生甚至误以为只要按照指导教师给的陆空通话模板指挥航空器，就可以很好地完成航空器运行指挥，以至于不认真对待实验模拟训练。当真正遇到航空器运行指挥过程中的突发问题时，有些学生甚至无法顺利回应突然的航空器通话请求[2]。

1.3 实验演示案例有限，教学效果不理想

空中交通专业实验教学内容设置和实验演示内容主要依托教师原有的知识结构体系，而教师航空器运行指挥经验较多，运行指挥过程中遇到问题的可能性较小，因此，只能演示部分正常指挥过程，特殊情况演示案例较少甚至没有。学生通过观看教师演示和实验预习材料进行航空器进离场管制模拟训练。由于管制模拟实验多采用一对多的教学模式，学生在实际操作过程中遇到问题时，无法及时询问指导教师，造成部分学生对航空器运行指挥一知半解。加之学生实验课堂练习时间较少，部分学生自学能力和自制力较差，遇到问题也不会主动询问，致使最终管制模拟实验效果不理想。

1.4 实验数据难留存，教学分析难实现

管制模拟实验设备和系统更新成本较高，很多学校实验系统较老。以至于现有的管制模拟系统跟不上最新的管制规定。管制模拟系统中的管制规则、间隔要求、冲突告警等功能无法及时更新。因此，当航空器危险接近、运行间隔过小、存在潜在冲突等问题时，系统无法及时提醒，加之学生经验不足，压根无法意识到航空器运行指挥中存在的问题，更无法锻炼学生解决航空器冲突的能力。而且现有管制实验系统无法实现实验数据留存，受记忆衰退影响，实验结束后，学生无法完整回顾操作过程，教师也很难完成实验教学分析。指导教师只能根据以往经验点评、提醒实验中可能出现的问题。但是，没有留存实验数据的管制模拟系统，不利于学情分析，更不利于学生运行指挥和冲突调配能力提升。

1.5 实验考核方式不合理

实验考核一般包含学生课堂表现、实验报告情况和实验考试三个部分。首先，由于实验人员较多，流动性较强，教师很难及时记录保留学生课堂表现情况，造成第一个考核指标几乎失效。其次，部分学生自律性较差、不善总结，为了尽快完成作业，存在课后抄袭其他同学实验报告的情况，造成实验报告内容雷同，致使第二个考核指标准确性降低[3]。最后，指导教师进行实验考核时，往往时间紧迫，考核时间较短，以至于考核过程形式大于内容，难以真实反映实验教学效果。

2 虚拟现实技术简介

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是以沉浸式、交互式和构想性为基本特征的计算机高级人机界面，综合利用计算机图像学、仿真技术和多传感器技术等构建三维空间虚拟世界，提供关于视觉、听觉、触觉等感官模拟，让使用者如同身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物[4]。

虚拟现实的技术创新性和其低成本特性使其成为社会关注热点。它在医疗、制造、军事等各领域已获得深度开发与应用[5]。虚拟现实拥有较强的直观性、交互性和自主性，是实验教学中的低成本工具资源。使用虚拟现实技术进行空中交通管制实验训练可以不受时间、空间的限制，学生利用课上、课下闲暇时间通过操纵手柄、VR眼镜或数据手套等外部设备，可以获得清晰、直观的实验模拟操控体验[6]。VR技术成功解决了现有空中交通管制模拟实验设备配置和系统更新成本高的问题，为交通运输专业实验改革提供了可靠的技术支撑。

3 教学改革策略

为完善空中交通管制实验课程，本文将按图1思路，从增设实验项目、建立VR实验教学模式、拓展校外实践基地、传授育人理念四个方面进行优化论证。

图1 空中交通管制实验教学改革措施和途径

3.1 增设实验项目，细化实验内容

空中交通管制工作任务繁重、工作压力大，工作职责主要是对管制区内所有航空器的运行安全负责。为了减少航空不安全事件发生率、提升管制员的协调指挥能力，高校交通运输专业应该在学生在校期间就加大航空器管制模拟练习量。因此，建议高校交通运输专业增设实验项目，细化实验内容。学生通过大量实验模拟练习可以更全面细致地了解机场运行环境、进离场管制程序、航空器冲突调配原则、航空器特情处置流程。

表1 管制模拟实验增设项目明细

3.2 建立VR实验教学模式

VR主要利用三维建模、显示、音频和交互技术，建立接近现实的空中交通管制实验虚拟环境。VR技术的使用可以实现管制实验不受时间、空间限制的模拟训练，这样就成功解决了现阶段实验训练时间不足的问题。学校实验课结束之后，学生依然可以通过VR实验环境进行薄弱环节练习，提前适应管制环境，更利于学生掌握管制指挥技巧和冲突调配方法，提高应急处理能力。

同时，VR技术附带录制功能，可以完整记录实验过程。每个项目模拟训练结束之后，学生可以通过反复观看个人实验模拟过程，研究问题、寻找不足，不断提升优化协调指挥方案。VR录制功能还可以辅助教师记录学生的实验表现，提高学生的课堂积极性，辅助指导教师完成实验表现成绩打分，进而解决考核问题。

VR技术提供的视觉、触觉和听觉冲击，有助于开展沉浸式教学，进而提升学生的学习效率，增强主动学习意识，提升探索能力、职业责任感和使命感[3]。

3.3 拓展校外实践基地

高校培养学生的最终目的是为社会企业输送人才，因此，学生培养不应脱离社会和企业需求。加强校企合作，拓展校外实践基地，是让高校培养模式更贴近企业需求的直接途径。交通运输专业主要分为空管和签派两个大方向，航空公司和民航空管系统对人才的需求类型差别较大，高校应经常与企业保持联系，了解企业需求，进而培养与企业需求相适应的高素质综合型应用人才。

3.4 传授育人理念

教育的目的不仅要育才更要育人。在实验授课过程中，教师在传授航空知识的同时，还应结合航空案例传递正确的价值理念，将学生培养为一名人格健全、爱国、爱党、爱人民、有大胸怀的社会主义接班人。

4 结 论

高校空中交通管制实验受设备和系统更新成本的限制，还存在实验时间不足、实验项目少、教学效果差及考核方式不合理的问题，为了培养技术过硬、思想过硬的空中交通管制人才。空中交通管制实验可以通过增设实验项目、利用VR技术、拓展实践基地等方式，培养符合企业要求的技术型人才，此外，传授知识的同时应给学生传递正确的价值理念。以期新的教学模式有助于学生更全面、精准地提升专业技能。