面向“飛機機型”課程的虛擬教學平臺設計

摘? 要：“飛機機型”是中國民航大學航空工程學院飛行器動力工程專業與飛行器制造專業的特色專業課程，其內容覆蓋面廣、難度大。為了讓學生能夠更好地掌握大型民用飛機各系統的功用、組成、基本工作原理和實際工作情況，文章針對當前教學模式中存在的問題，利用計算機虛擬技術設計了飛機機型虛擬教學平臺，為提高課程教學的質量提供了支持。

關鍵詞：虛擬教學平臺;飛機機型;關聯控制;案例分析

作者簡介：師利中，中國民航大學航空工程學院。（天津 300300）

中圖分類號：G420? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1671-0568（2019）03-0094-03

“飛機機型”課程以現代民用航空飛機B737-800為例，教授學生飛機各系統的功用、組成、基本工作原理和實際工作情況等相關方面的知識，使學生能夠牢固掌握飛機機型方面的專業知識，為后續的學習打好理論基礎，也有利于學生在未來的機務工作中盡快達到崗位職責要求。為此，需對當前“飛機機型”課程的教學模式進行深入剖析。

一、傳統教學模式分析

傳統教學模式中，教學以課本的講授為主，教師通過黑板、投影儀等傳統教學工具對知識進行系統的講解。但“飛機機型”是一門科學性和實務性很強的課程，不僅要求學生全面掌握專業知識和業務知識，也要求學生能夠結合具體的機型進行實踐學習。傳統教學模式使用的圖片很難將系統各個部件的外部特征、空間組成以及相互依存關系表述清楚，不能為學生提供直觀清晰的影像，導致學生對知識的理解局限于理論層面，不能與實際緊密結合。

為解決此問題，在課程設置時加入了實習的內容，利用校內工程訓練中心的實訓資源讓學生接觸真實的機型，使學生對課堂講授的內容產生更為直觀的認識。然而飛機系統龐大，部件繁多，組成相當復雜，難以徹底拆卸，但學生實習時間相對較短，很難對飛機各部件進行全面的了解。此外，校內機型較為陳舊，使得學生對于知識的掌握存在一定的滯后性。

傳統教學模式存在一定弊端，不能滿足新形勢下的教學實踐需求，因此本文引入虛擬現實技術，對“飛機機型”課程的教學平臺進行優化設計，以構建適應新形勢的教學實踐模式。

二、虛擬教學平臺的優勢

針對傳統教學模式中存在的問題，可采用計算機編程技術、三維建模技術、虛擬現實技術等現代信息技術建立虛擬教學平臺，對飛機各系統進行精確建模，將理論知識和實際機型緊密結合，讓學生在課堂便可完成“實習”。建立虛擬教學平臺對“飛機機型”課程的教學有以下幾方面的幫助。

1.通過對飛機的精細建模，實現在教學平臺中對飛機各個零部件全方位無死角的觀察，真實反映飛機各零部件的外觀形態及其連接關系，使學生在掌握基礎理論的同時，對相關知識建立更為直觀的認識。

2.虛擬教學平臺可以充分發揮信息技術手段的優勢，通過規范機型信息的表示方式和存儲格式，使機型信息獨立于教學平臺，從而使飛機機型虛擬模型的更新更為簡單、便捷。

3.建立虛擬教學平臺可以打破時間和空間的限制，學生通過電腦即可完成實習訓練。同時，學生還能夠反復訓練，既能加深對理論知識的理解，又能加深對具體機型的認知和體驗，鞏固所學知識。

三、虛擬教學平臺的設計

“飛機機型”課程虛擬教學平臺以校園局域網為依托，按照整機、系統、部件三個層次，通過三維模型展示零部件的外部特征、空間組成及其相互依存關系，并整合動態工作原理圖及相關機型手冊內容，注解系統工作的流程及原理。此外，平臺應具有良好的可擴展性和參數配置機制，以實現飛機機型虛擬模型的導入、解析與更新。平臺還需具備較強的兼容性和可移植性，為功能升級預留接口。

1. 教學平臺環境架構。“飛機機型”互動教學實驗平臺以校園局域網為依托，以C/S（Client/Server）為實現模式，環境架構。服務器端架設WEB服務器、數據庫服務器、應用服務器為平臺的運行提供支持，還可設置無線接入點，為無線設備的訪問提供支持。客戶端設置教師和學生的訪問接口及訪問權限，可根據教學需要提供環幕顯示，同時允許移動設備的接入。

2. 教學平臺體系結構。根據課程教學對虛擬教學平臺的需求，其體系結構構建。

表示層是用戶與系統交互的方式和接口，包括輸入界面和輸出界面。輸入界面用于接受用戶的輸入命令、響應用戶的鼠標與鍵盤指令、接受外部數據以及外設輸入。輸出界面用于將業務邏輯層的處理結果以圖示化方式或者對話交互形式反饋給用戶。

業務邏輯層是實現平臺應用的核心，主要包括機型模型的導入與解析、工作原理圖的演示、機型手冊的關聯等。機型模型的導入與解析用于更新平臺所搭載的機型信息，使平臺具備多種機型的兼容性。工作原理圖演示控制各個系統油氣電路原理圖的演示邏輯。機型手冊的關聯用于將各系統與其相關的手冊內容建立連接，為機型的學習提供準確的理論支持。

數據訪問層用于訪問、存取、維護和管理系統運行過程中的數據對象。

基礎數據層是系統的數據支持，包括機型三維模型、機型信息、機型手冊及數據組織的配置文件等，通過文件組織方式的設置以及配置文件的編制實現數據與平臺的獨立性，便于平臺功能的升級和數據信息的更新。

3. 教學平臺功能設計。以“飛機機型”課程教學需求為中心，對平臺的相關功能進行定義。

理論模塊提供某個飛機系統主要部件的三維模型展示與該系統油氣電動態原理圖、用戶操作模擬、駕駛艙儀表顯示及飛機飛行動作模擬的關聯展示。平臺根據飛機各系統的工作過程及原理統一四大模塊中資源的存儲結構，使其自動關聯。同時平臺支持關聯邏輯的定義，從而實現關聯關系的精確匹配。此外平臺提供基于關聯邏輯規則的控制機制，實現各個系統資源的同步聯動。

案例分析模塊大量收集航空公司實際運營過程中出現的經典案例，通過分類總結、優化設計、互動模式研究，對飛機各個系統設置排故案例，并按實際排故流程分步驟實現。一般步驟為案例導入、嘗試解決、理論提示、方案剖析，引導學生利用已有知識嘗試提出解決方案，勘校正誤，加深對理論知識的理解和應用。

自測模塊主要是為學生設置的自測題目，并通過跟蹤學生的操作對其學習效果進行評估，生成自測評估報告。此外，平臺還提供ATA導航、機型手冊、資源管理等功能。

針對傳統教學模式目前所面臨的困難，虛擬化教學平臺可以將直觀、形象的課程內容傳遞給學生，使教學過程更有利于學生的學習能力和邏輯思維能力的培養。虛擬教學平臺重視理論與實踐相結合，更有利于學生獨立分析問題和解決問題能力的培養，從而切實提高教學效率和教學質量。

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責任編輯? 陳? 晨