人工智能技術下沉浸式教學模式在無人機教學中的應用探索

[摘 要] 人工智能的飛速發展為沉浸式教學模式的應用帶來了更多的可能性，不斷改變高校人才的培養模式和培養策略。無人機專業是一個富有現代人工智能技術元素的新興專業，通過設計工作任務單、制定任務規則、組織結構化活動、完成任務單元、挑戰創意情景和創新任務、展示任務成果、任務評價等幾個方面教學設計，在VR和AR技術支持下實現了沉浸式教學模式的應用，在無人機課程教學中取得了良好的效果。

[關鍵詞] 人工智能;VR;AR;沉浸式教學模式;無人機教學

[基金項目] 2019年度廣東省攀登計劃項目資助（pdjh2019b0678）

[作者簡介] 徐恩華（1980—），男，碩士研究生，廣州民航職業技術學院民航經營管理學院航空機械專業副教授，主要從事航空機械自動化控制、無人機技術研究。

[中圖分類號] H195.3? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0283-02? ? [收稿日期] 2019-10-30

一、背景和現狀

高職院校傳統教學培養模式不可避免地存在學習興趣缺失、實訓教學形式單一、學習參與度低、創造和創新能力不足等問題，高職學生生源數量增加而質量下降也是必須面對的現狀。無人機專業是21世紀新興專業，富有現代化人工智能技術的元素，傳統教學模式難以滿足新科技信息革命對人才培養的需求。

美國心理學家于20世紀70年代提出的沉浸式理論，是通過科技信息技術建立一種接近真實的學習環境，讓學生在沉浸狀態中完成知識和理論的建構。學生在沉浸式教學過程中，全身心地投入到當前的學習情境中，在虛擬的環境中感受到真實，從而幫助學生更有深度和高效的學習。沉浸式教學的優勢，在于能幫助教師更便捷地傳授知識，幫助學生更直觀切實地感受和理解知識的內涵，提高學習興趣和學習效率。

二、人工智能技術在教學中的應用及關鍵問題

隨著人工智能技術的飛速發展，VR和AR作為當前最具活力和前景的技術，已經成為教學模式改革創新中的利器。

（一）VR技術在教學中的應用

VR技術可以模擬自然狀態的現實環境、歷史環境、未來環境，給受眾帶來極致的感官體驗。在課堂內采用VR可以充分利用虛擬手段實現數字、文字、圖像、動畫以及音效等多重因素的互相融合，具有豐富的教學資源體驗和互動效果，豐富知識內容，增強師生的人機交互、場景式學習層面，豐富沉浸式教學的內涵，對培養手眼一致、精于操作、富于創造力和執行力的人才大有裨益。

（二）AR技術在教學中的應用

AR技術是通過計算機軟件生成虛擬情景無縫嵌入到真實世界中，實現可視化和交互化，在教學中，師生通過AR眼鏡、數據手套等特殊設備進入該環境進行人機交互，從而實現對現實信息增強的效果。在VR的基礎上，AR讓物理場景和數字化虛擬情景更好地融為一體，有更強的真實感，3D建模的工作量也大大降低，實時交互效率明顯提高，對需要快速反饋、及時追蹤的教學工作技術優勢明顯。

（三）教學模式中的關鍵問題

1.教學目標的變化。無人機模擬飛行這門課程，傳統課堂中教學的目標是讓學生被動接受老師講授的知識。沉浸式教學模式下，我們設計的教學目標，是以知識要點為載體，側重于學生對方法的理解和應用的培養。因為知識是不限的，而方法是融會貫通的，掌握并能夠應用方法，學生才能舉一反三、自主學習，實現知識的持續遷移和更新。高職院校的定位決定了我們的教學不能以理論知識為終極目標，而是要學以致用，學生在現實中如何運用這些知識更重要。因此，無人機模擬飛行這門課要培養學生獨立制定飛行計劃、獨立操作完成飛行任務、獨立撰寫飛行報表，以用為上。

2.教學主體的變化。傳統課堂以教師理論講授和學生被動聽課為主，抽象且參與性低，導致學生上課看手機、打瞌睡的現象屢禁不止。為此，沉浸式教學模式以學生為主體，學生在老師的組織和引導下，以任務工作單為綱領，沉浸于模擬現實的情景之中，從簡入繁，逐步完成任務工作單中的任務單元。

3.教學過程的變化。傳統課堂基本上要么完全是理論講解，要么完全是實訓操作，理論與實訓是割裂的。沉浸式教學模式把“做中學”和“學中做”有機相結合，你中有我、我中有你。以學生為主體，避免了老師的照本宣科，老師通過任務工作單中的工作單元引導學生去探索要完成的工作任務，VR技術給出適當的范例，AR技術提供探索實踐的情景，邊做邊學，實現理實一體化教學。

三、基于VR+AR的教學平臺構建

（一）教學場景的搭建

VR和AR設計，是沉浸式教學模式的數字開發主體部分，其設計要點包括：虛擬環境配置、教學資源整合制作、3D模型調試、多媒體資源開發制作和交互平臺。虛擬環境配置是指根據無人機模擬飛行課程的需求，通過模型調控實現對模擬環境因素的調配，對教學的開展和應用環境進行檢測評估。教學資源整合制作是指將必要的理論知識點轉換成虛擬現實課件資源，通過掃描、編譯等手段實現;同時，系統自主進行知識點與工作任務單中的任務單元的匹配。3D模型調試是指通過系統自動收集“學生操作→老師引導→學生反饋→老師校正→學生操作”循環作業數據，進行數字教學資源庫的內容整合和更新。

（二）教學方法的設計

我們的課堂完全在無人機模擬飛行實驗室完成，改變了理論課堂的空洞枯燥的PPT模式，學生融入虛擬情景之中，直觀而深入。

在教學準備階段，我們將每一堂課的教學內容轉化研制成任務工作單，每個知識點對應一個工作單元，還設計了綜合探索工作單元。我們將工作單元制定了細化規則，完成目標和標準等指標。在教學過程中，采用“小組討論→各組匯報→總結評價”的教學流程。首先，老師組織學生分組，將任務單元分散到每一個小組，展開討論和提出解決方案，并嘗試執行方案，達到解決任務的目的;然后，各組集中展示任務，各組派出一名代表分享組內的成果，學生之間可以進行互動性評價，同時，老師可以介入評價，教師引導學生把新學的知識與之前的知識聯系在一起，加深印象，堅實知識框架。

（三）教學質量評價機制

教學質量評價包含了師生雙方的教和學的用戶體驗、反饋和評價三個方面，從“數字教學資源應用、多媒體課件展示、師生互動、模擬操作、任務單元訓練、資源處理”六個環節進行教學質量的評價。評價不僅關注教學結果，也關注教學過程。評價的重點是工作任務單的完成度和學生單項能力的鞏固與綜合能力的提升。具體評價方法采用學生自評、教師自評、同行評價相結合，通過完成任務單元過程中的設計、表達、操作、協作能力的表現情況，給出評價。

四、總結

基于VR和AR技術支持下實現的無人機專業模擬飛行課程沉浸式教學模式是切實可行的，在教學中調動了學生的學習主動性和積極性，激發了學生的想象力和創新力，同時，也激發了教師在教研過程中對人工智能新技術的學習和應用的熱情，提高了教研水平。

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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