虛擬仿真技術(shù)在民航職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

鄒璐

一、虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用概況

（一）虛擬仿真技術(shù)在國內(nèi)職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)國務(wù)院《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》（國發(fā)〔2019〕4號）、教育部《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020-2023年）》的要求，《職業(yè)教育示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)指南》進(jìn)一步指出要將示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地打造成虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源校企協(xié)同開發(fā)平臺，并解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中高投入、高損耗、高風(fēng)險及難實(shí)施、難觀摩、難再現(xiàn)的“三高三難”痛點(diǎn)和難點(diǎn)。虛擬仿真技術(shù)在民航職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域發(fā)揮的作用也日益顯著。在民航領(lǐng)域，我國最早采用虛擬仿真技術(shù)是用于人員的培訓(xùn)，主要應(yīng)用在機(jī)場的環(huán)境模擬、機(jī)場的物品管理、機(jī)場安全應(yīng)急演練、飛行人員的仿真操作等領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)對于虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用研究主要集中在飛機(jī)維修、管制模擬、模擬飛行訓(xùn)練與客艙內(nèi)的安全管理模擬等方面，在實(shí)踐中也取得了較好的應(yīng)用效果。在職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域，邵荃、周語（2018）提出在實(shí)驗教學(xué)中可以采用虛實(shí)結(jié)合的方式綜合運(yùn)用虛擬和實(shí)物等手段，鄭菲菲（2019）以民航服務(wù)心理學(xué)為例闡述了高職虛擬仿真和混合形態(tài)教學(xué)的循證教學(xué)實(shí)施路徑，張慶峰、王慶洲、向淑蘭（2022）介紹了基于虛擬仿真技術(shù)的A320飛機(jī)繞機(jī)檢查的方法。可見，虛擬仿真技術(shù)在國內(nèi)民航職業(yè)教育和培訓(xùn)方面產(chǎn)生了范式轉(zhuǎn)換，目前國內(nèi)研究熱點(diǎn)多集中于與學(xué)科相結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗室建設(shè)和教學(xué)應(yīng)用研究。

（二）虛擬仿真技術(shù)在國外職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用

國外在教學(xué)和評估方法的新趨勢包括計算機(jī)輔助教學(xué)、虛擬個人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、實(shí)驗實(shí)訓(xùn)對象模擬和虛擬仿真對學(xué)生能力的評估，集中于計算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)外科培訓(xùn)和遠(yuǎn)程教育研究。例如韓國在醫(yī)學(xué)和牙科教育中引入的數(shù)字技術(shù)對病人和治療過程進(jìn)行虛擬（Park JungChul， et al，2021），法國在心理治療領(lǐng)域針對飛行恐懼設(shè)計了認(rèn)知與虛擬仿真治療方案（Ferrand Margot，et al，2015），英國利物浦大學(xué)通過對個人進(jìn)行模擬飛行培訓(xùn)試驗，研究了虛擬仿真技術(shù)對飛行員訓(xùn)練的適用性（Philip Perfect， et al，2017），波蘭洛茲理工大學(xué)基于混合學(xué)習(xí)方法，以理論課堂和虛擬仿真為工具創(chuàng)建虛擬機(jī)電一體化實(shí)驗室（Cvetkovski G.，et al，2019）并設(shè)計了不同的虛擬生產(chǎn)線。關(guān)于虛擬仿真技術(shù)對于教學(xué)產(chǎn)生的價值研究方面，加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校曾對大學(xué)生進(jìn)行交叉面板實(shí)驗，學(xué)生通過桌面顯示器（PC）或頭戴式顯示器（VR）模擬中學(xué)習(xí)。該研究基于對學(xué)習(xí)者的腦電圖（EEG）的測量數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)課程模式相比較，并總結(jié)了VR 模擬課程時的負(fù)面影響，如學(xué)生在學(xué)習(xí)后期會更加超負(fù)荷，使用虛擬技術(shù)后學(xué)習(xí)水平較低的原因之一是虛擬環(huán)境可能產(chǎn)生過度的刺激（Guido Makransky， et al，2019）。

二、虛擬仿真技術(shù)在民航職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的價值

（一）有利于更快速地引入行業(yè)新技術(shù)、新工藝

當(dāng)前高職院校創(chuàng)新教育模式無論是課程建設(shè)還是師資隊伍、教育活動設(shè)計等方面都存在著發(fā)展瓶頸，迫切需要深度融合產(chǎn)學(xué)資源。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將產(chǎn)業(yè)的最新技術(shù)、資源融入高校的課程體系、教學(xué)活動設(shè)計、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)以及“雙師型”師資建設(shè)中，能夠促進(jìn)社會資源與教育資源有效對接，能夠在教學(xué)培訓(xùn)領(lǐng)域更快速地引入行業(yè)新技術(shù)、新工藝的內(nèi)容。以民航安全技術(shù)管理專業(yè)（以下簡稱“安檢專業(yè)”）為例，根據(jù)民航產(chǎn)業(yè)發(fā)展及需求，結(jié)合人工智能的虛擬仿真技術(shù)可以在培訓(xùn)中模擬出不同場景和流程，通過數(shù)字孿生技術(shù)模擬機(jī)場運(yùn)行場景，以便于使用者探索更高效的機(jī)制滿足航空物流需求。

（二）有利于推動產(chǎn)教融合平臺培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的建設(shè)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)是產(chǎn)教融合、科教融匯的新途徑。建設(shè)粵港澳大灣區(qū)世界級機(jī)場群是《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出的一項重要任務(wù)，但粵港澳三地的機(jī)場法律、安檢標(biāo)準(zhǔn)均存在區(qū)別。傳統(tǒng)培訓(xùn)模式下，培訓(xùn)內(nèi)容與實(shí)際工作存在脫節(jié)現(xiàn)象，具體包括在校學(xué)生培訓(xùn)和工作實(shí)際使用的設(shè)備不一致、校內(nèi)培訓(xùn)內(nèi)容跟不上行業(yè)企業(yè)技術(shù)迭代速度；培訓(xùn)內(nèi)容單一，無法涵蓋粵港澳大灣區(qū)復(fù)雜的機(jī)場環(huán)境情況；設(shè)備老化導(dǎo)致學(xué)生實(shí)操經(jīng)驗少，理論知識單薄。傳統(tǒng)培訓(xùn)模式下，學(xué)生在完成校內(nèi)課程后到機(jī)場還需要相當(dāng)長時間的二次培訓(xùn)方可上崗。

針對上述問題，基于虛擬仿真技術(shù)的產(chǎn)教融合培訓(xùn)中心在原有標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)方案下，將理論課程教學(xué)與粵港澳大灣區(qū)企業(yè)實(shí)際工作場所和設(shè)施設(shè)備相結(jié)合，以虛擬仿真技術(shù)營造沉浸式教學(xué)培訓(xùn)體驗，將實(shí)際操作中難以完成的工作流程和業(yè)務(wù)知識融入虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)中，每個學(xué)員均可以借助虛擬仿真系統(tǒng)完善建立完整的理論和實(shí)操知識體系。另一方面，企業(yè)專家深度參與培訓(xùn)全過程，以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更新培訓(xùn)方案，縮減無效培訓(xùn)時間，打破學(xué)員從培訓(xùn)到考核再到上崗路上的層層阻礙，進(jìn)而壓縮企業(yè)培訓(xùn)成本、提升整體培訓(xùn)效率。

（三）有利于教師數(shù)字素養(yǎng)的提升

教師數(shù)字素養(yǎng)，即教師適當(dāng)利用數(shù)字技術(shù)獲取、加工、使用、管理和評價數(shù)字信息和資源，發(fā)現(xiàn)、分析和解決教育教學(xué)問題，優(yōu)化、創(chuàng)新和變革教育教學(xué)活動而具有的意識、能力和責(zé)任。教育部在2022年發(fā)布的《教師數(shù)字素養(yǎng)》標(biāo)準(zhǔn)包括五個維度，即數(shù)字化意識、數(shù)字技術(shù)知識與技能、數(shù)字化應(yīng)用、數(shù)字社會責(zé)任、專業(yè)發(fā)展。每個一級維度下，又包含若干二級維度、三級維度和具體描述。《教師數(shù)字素養(yǎng)》提出“測—評—培”機(jī)制：通過以評促學(xué)、以評促用、以評促優(yōu)，提升全體教師數(shù)字素養(yǎng)。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)需要教師具備一定的數(shù)字化能力，如教學(xué)素材的設(shè)計、VR系統(tǒng)的操作、手柄設(shè)備的使用等。數(shù)字化能力也是評價教師能力的重要指標(biāo)，通過虛擬仿真技術(shù)在教師教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，才能更好地了解教師在數(shù)字素養(yǎng)方面的短板，從而對癥下藥，促使教師努力提升自身的數(shù)字素養(yǎng)。

三、虛擬仿真技術(shù)在民航職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例

（一）立足產(chǎn)教融合，構(gòu)建智慧機(jī)場實(shí)訓(xùn)場景

科技部等六部門關(guān)于印發(fā)《關(guān)于加快場景創(chuàng)新以人工智能高水平應(yīng)用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出要在教育領(lǐng)域積極探索在線課堂、虛擬課堂、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、虛擬教研室、新型教材、教學(xué)資源建設(shè)、智慧校園等場景。目前民航安檢崗位需要民航安全檢查員職業(yè)資格證書和危險品培訓(xùn)證書，每年都有大量員工需要復(fù)訓(xùn)，業(yè)內(nèi)大部分企業(yè)培訓(xùn)尤其是危險品和爆炸物培訓(xùn)都停留在理論層面，即使購入培訓(xùn)設(shè)備也存在管理困難、損耗高、危險性高、無法多人同時使用等現(xiàn)實(shí)問題。針對安檢專業(yè)人才培養(yǎng)方案中難以開展傳統(tǒng)教學(xué)的三大模塊（爆炸物識別與探測、危險品識別與運(yùn)輸、安檢開機(jī)訓(xùn)練檢查），通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的航站樓控制區(qū)、航空貨運(yùn)區(qū)、智慧化安檢通道等實(shí)際場景，對炸藥探測儀、液體檢測儀、X射線機(jī)、安檢信息管理系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備展開操作模擬，對爆炸物、起爆裝置、九大品類危險品、民航旅客違禁品目錄、相關(guān)等級包裝件等開展識別、操作、處置等綜合訓(xùn)練的場景進(jìn)行VR重現(xiàn)，如圖1所示。

為了順應(yīng)未來機(jī)場智慧化發(fā)展的趨勢，產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)素材和師資等方面進(jìn)行了廣泛的校企合作。具體包括校企合作開發(fā)虛擬仿真VR素材與實(shí)物素材，校企合作編寫教學(xué)和培訓(xùn)教材、聯(lián)合進(jìn)行比賽培訓(xùn)，行業(yè)專家與教師“雙師同堂”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行緊貼實(shí)務(wù)的探索式學(xué)習(xí)，為加快大灣區(qū)交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供人才支撐。通過虛擬仿真技術(shù)建立起來的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以及校企合作網(wǎng)絡(luò)整合課程模塊和社會優(yōu)質(zhì)資源，推動校企深度融合；從人才培養(yǎng)中植入崗課賽證、現(xiàn)代學(xué)徒、民航精神等元素，促進(jìn)學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃與未來就業(yè)有效銜接，提高學(xué)生的安全意識、服務(wù)意識與崗位能力，為學(xué)生職業(yè)生涯的發(fā)展開通新路徑。依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案和本課程課標(biāo)，對標(biāo)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與民航行業(yè)規(guī)則，對接民航崗位技能需求，對應(yīng)設(shè)計“崗課賽證”融通的培養(yǎng)模式。

（二）立足民航安全，優(yōu)化“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)手段

根據(jù)《民航行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，2022年全國民航安檢部門共檢查旅客2.48億人次，檢查旅客托運(yùn)行李1.22億件次，檢查航空貨物（含郵件、快件）4.91億件次，檢查郵件、快件7.7億件次，查處各類安保事件7638起，其中，危險品（含爆炸物）是對公眾、國家安全的巨大威脅。由于危險品特別是爆炸物本身的危險性，傳統(tǒng)教學(xué)模式無法進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，不能滿足行業(yè)需求，需要通過VR虛擬仿真技術(shù)以及仿真爆炸物裝置進(jìn)行教學(xué)以闡明處置邏輯，并通過案例分析加強(qiáng)學(xué)生的民航安全檢查崗位安全意識和責(zé)任意識，提升職業(yè)榮譽(yù)感。

“虛”的教學(xué)手段方面包括3D數(shù)字化智慧機(jī)場系統(tǒng)和虛擬仿真VR教學(xué)系統(tǒng)訓(xùn)練。3D數(shù)字化智慧機(jī)場系統(tǒng)基于虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對民航機(jī)場內(nèi)塔臺、機(jī)庫、候機(jī)樓、跑道、圍界道口等所有設(shè)施設(shè)備的3D全景模擬，構(gòu)建了真實(shí)工作場景；虛擬仿真VR教學(xué)系統(tǒng)含爆炸物識別與探測模塊、危險品識別與運(yùn)輸模塊、安檢開機(jī)訓(xùn)練檢查模塊，VR技術(shù)構(gòu)建的航站樓控制區(qū)、航空貨運(yùn)區(qū)、智慧化安檢通道等實(shí)際場景，對爆炸物、危險品、民航旅客違禁品目錄、相關(guān)等級包裝件等開展識別、操作、處置等的綜合訓(xùn)練。通過崗位情景模擬、爆炸物VR實(shí)訓(xùn)的感官沖擊力和挑戰(zhàn)性、趣味性互動，讓學(xué)生身臨其境，沉浸式學(xué)習(xí)，并以此提升學(xué)生的多項能力，突破教學(xué)重難點(diǎn)；同時，建立專業(yè)教學(xué)資源庫為學(xué)員提供開放的在線預(yù)習(xí)、自學(xué)、復(fù)習(xí)內(nèi)容。“實(shí)”的教學(xué)手段包括仿真爆炸物實(shí)訓(xùn)箱、機(jī)場實(shí)景實(shí)訓(xùn)室的實(shí)操訓(xùn)練，用于對爆炸物的機(jī)理研究和機(jī)場崗位實(shí)操訓(xùn)練，使學(xué)生對職業(yè)技能要求的核心內(nèi)容有全面直觀的了解。以多種教學(xué)手段保證所有學(xué)生都能夠完成航空貨物處置的訓(xùn)練，解決危險品特別是爆炸物無法實(shí)操的傳統(tǒng)困難，切實(shí)提升學(xué)生的職業(yè)技能。

四、虛擬仿真技術(shù)在民航職業(yè)技能培訓(xùn)領(lǐng)域的實(shí)施效果

（一）教學(xué)改革

產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺建設(shè)著眼于產(chǎn)教融合，建設(shè)融合課程體系、安檢技術(shù)與效率提升研究、航空貨運(yùn)物流相關(guān)產(chǎn)業(yè)培訓(xùn)、“雙師型”師資隊伍建設(shè)于一體的集成化大平臺，以平臺建設(shè)帶動高職院校在科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、社會服務(wù)方面的系統(tǒng)創(chuàng)新。通過產(chǎn)教融合平臺的建設(shè)，加強(qiáng)校企合作，可以擴(kuò)大專業(yè)教師的知識面，打造專業(yè)特色“雙師型”教師團(tuán)隊。教師可以依托民航安檢校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中心和民航安全技術(shù)管理專業(yè)教學(xué)資源庫的建設(shè)，形成了“課證一體”的安全檢查教學(xué)及培訓(xùn)服務(wù)體系。同時，專業(yè)積極承擔(dān)技能競賽實(shí)訓(xùn)和比賽基地職能，提供大賽集訓(xùn)、競賽交流、師資研修等服務(wù)；協(xié)助區(qū)域職業(yè)技能第三方評價機(jī)構(gòu)考核站點(diǎn)，服務(wù)職業(yè)技能等級證書、職業(yè)資格證書、專業(yè)證書培訓(xùn)等工作。在以賽促教的理念下，改進(jìn)課堂教學(xué)模式，采用混合式教學(xué)方式，綜合使用“線上+線下”教學(xué)、“虛擬+實(shí)物”實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練的模式，收到了良好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了青年教師教學(xué)競賽、教師教學(xué)比賽等在內(nèi)的教學(xué)比武競賽的全覆蓋，近5年安檢專業(yè)獲得省部級以上教師教學(xué)競賽等各種獎項12項，教師教學(xué)能力也相應(yīng)地得到提升。

（二）人才培養(yǎng)

安檢專業(yè)以一線企業(yè)需求為導(dǎo)向，將國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)融入課程教學(xué)體系中，開發(fā)了與崗位要求相一致的專業(yè)教學(xué)資源庫，開展校內(nèi)（安檢學(xué)生）校外（民航安全類企業(yè)從業(yè)者）培訓(xùn)。培養(yǎng)的學(xué)生受到國內(nèi)各大機(jī)場、航空貨站的歡迎。借助VR技術(shù)呈現(xiàn)爆炸物和危險品特性并模擬安檢崗位場景，通過實(shí)驗操作及處置訓(xùn)練提升學(xué)生的職業(yè)技能，安檢專業(yè)學(xué)生在最近三年的國家職業(yè)技能資格鑒定（五級民航安全檢查員）通過率均超過91%，在民航運(yùn)輸受疫情影響最重的最近三年平均就業(yè)率仍超過90%，專業(yè)對口率也逐年增高，在2022年達(dá)到88.91%。

（三）社會服務(wù)

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用以來，安檢專業(yè)教師團(tuán)隊通過產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺為社會開辦各類民航安全類培訓(xùn)班，校外企業(yè)參與學(xué)習(xí)人數(shù)累積超2000人次；協(xié)助地方機(jī)場公安完成機(jī)場空防安全聯(lián)合監(jiān)管能力研究工作；每年進(jìn)行安檢培訓(xùn)及等級鑒定近700人次；依托資源庫在一線大型機(jī)場為員工講解安檢心理、法律、安全生產(chǎn)等課程；爆炸物模擬實(shí)訓(xùn)成果也被地方機(jī)場集團(tuán)采納應(yīng)用，為民航安檢領(lǐng)域和社會企業(yè)安檢領(lǐng)域（快遞、地鐵等）的在職員工提供職業(yè)能力提升培訓(xùn)服務(wù)，發(fā)揮了良好的輻射示范作用。

五、結(jié)論

基于產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺的民航職業(yè)技能培訓(xùn)模式以虛擬仿真技術(shù)為特色，采用理論點(diǎn)撥、虛擬仿真、實(shí)訓(xùn)操作銜接融合，以模擬完整情景、改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模式為突破口，解決了現(xiàn)有職業(yè)技能培訓(xùn)中損耗高、利用率低的問題，可以滿足民航業(yè)大規(guī)模復(fù)訓(xùn)需求，不僅可以用于在讀民航學(xué)生培養(yǎng)和在職民航員工培訓(xùn)，還可以輻射到軌道交通、政府安防等其他領(lǐng)域，為探索綠色低碳教學(xué)模式在交通運(yùn)輸行業(yè)復(fù)訓(xùn)考核中的應(yīng)用和推廣提供借鑒作用。虛擬仿真技術(shù)的有效應(yīng)用也可以促進(jìn)產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地、職業(yè)技能培訓(xùn)評價中心、人才培養(yǎng)基地和課程資源共享平臺建設(shè)，最終形成“政行企校”多方聯(lián)動、“產(chǎn)學(xué)研用”立體推進(jìn)的辦學(xué)新生態(tài)。

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[本文為廣東省普通高校重點(diǎn)科研平臺項目“粵港澳大灣區(qū)下航空貨運(yùn)安檢人才產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺”（編號：2022CJPT002）、廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級教育教學(xué)類項目研究成果之一。]

責(zé)任編輯 朱守鋰