張亞楠++張宇輝

【摘要】針對《機(jī)場規(guī)劃》教學(xué)內(nèi)容和課程特點(diǎn)以及教學(xué)中遇到的問題，引入三維虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，開展三維環(huán)境體驗(yàn)式教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生互動(dòng)性參與性，同時(shí)結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)方法改進(jìn)措施，提出基于理論基礎(chǔ)、虛擬仿真、工程實(shí)踐三層次遞進(jìn)式的教學(xué)模式設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生從被動(dòng)方式向主動(dòng)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生工程能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】三維虛擬仿真 教學(xué)改革 機(jī)場規(guī)劃

【中圖分類號(hào)】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）30-0026-03

一、引言

《機(jī)場規(guī)劃》課程主要使學(xué)生系統(tǒng)掌握民用機(jī)場總體規(guī)劃的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)場總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的能力和技能，這門課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生的空間認(rèn)知能力、總體規(guī)劃能力和三維想象力都有很高的要求，只有充分的理解、完全的吸收和應(yīng)用的融會(huì)貫通，才能為后續(xù)的專業(yè)課程以及今后從事有關(guān)設(shè)計(jì)和管理工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

但是，在實(shí)際的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的課程中通常只講述新建、低等級(jí)機(jī)場的簡單規(guī)劃問題，對于高容量繁忙機(jī)場以及改擴(kuò)建機(jī)場規(guī)劃方面的內(nèi)容涉及較少；在教學(xué)方式上主要以課堂講述為主，即使采用現(xiàn)代教學(xué)演示方法，效果也并不顯著；課程體系缺乏現(xiàn)場實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)以及案例分析等實(shí)踐工作支撐，這些都導(dǎo)致了學(xué)生通常只停留在概念階段，無法深入的認(rèn)知和判斷實(shí)體工程中機(jī)場規(guī)劃的重要性、復(fù)雜性與科學(xué)性。

因此，本文探索將虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用于《機(jī)場規(guī)劃》課程的教學(xué)模式改革，通過傳感、通信、仿真、三維等技術(shù)構(gòu)建機(jī)場三維立體場景，為學(xué)生全面展示機(jī)場各部分分區(qū)及職能，直觀的將規(guī)范參數(shù)與具體設(shè)計(jì)相結(jié)合；通過人機(jī)交互終端實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生參與到課堂互動(dòng)與總體設(shè)計(jì)中來；由此，進(jìn)一步構(gòu)建理論基礎(chǔ)、虛擬仿真、工程實(shí)踐三層次的教學(xué)模式，豐富教學(xué)內(nèi)容與手段，提高學(xué)生的認(rèn)知水平，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

二、虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)在《機(jī)場規(guī)劃》課程中的應(yīng)用

《機(jī)場規(guī)劃》課程的學(xué)習(xí)，主要包括使學(xué)生掌握民用機(jī)場航空業(yè)務(wù)量預(yù)測基本方法，機(jī)場飛行區(qū)和航站區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)劃的原則、步驟和方法；機(jī)場總體規(guī)劃設(shè)計(jì)流程及整體平面布局；了解飛行程序設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)。因此，虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：

1.三維可視化場景構(gòu)建

首先將機(jī)場內(nèi)的各個(gè)功能區(qū)進(jìn)行模塊化分區(qū)，以三維可視化的方式將各部分進(jìn)行三維模塊化設(shè)計(jì)，在教學(xué)中可直接將這些三維模塊像搭積木一樣將機(jī)場總體構(gòu)型搭建出來，展示機(jī)場三維地理信息、總體規(guī)劃布局、車輛人員設(shè)施、航班運(yùn)行信息等，還包括機(jī)場滑行路徑標(biāo)志、燈光標(biāo)識(shí)、機(jī)場凈空障礙物限制面等信息。

以某機(jī)場整體規(guī)劃為例，將三維立體虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中：

（1）首先給出傳統(tǒng)教學(xué)中機(jī)場總體規(guī)劃平面圖，將平面圖中各個(gè)功能區(qū)進(jìn)行模塊化劃分，如航站樓區(qū)、飛行區(qū)、保障區(qū)等，按照分區(qū)進(jìn)行三維模塊化設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行總體三維模型拼接。

（2）對各個(gè)分區(qū)進(jìn)行詳細(xì)三維模型展示，通過與多媒體播放器關(guān)聯(lián)播放相關(guān)教學(xué)內(nèi)容及信息參數(shù)。

（3）多視點(diǎn)、多角度、多場景轉(zhuǎn)換，以及細(xì)節(jié)展示。

2.交互式操作控制

根據(jù)教學(xué)應(yīng)用的特點(diǎn)，采用多點(diǎn)觸控交互進(jìn)行手勢識(shí)別轉(zhuǎn)化為對視點(diǎn)的交互操作和控制命令。通過這項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生真正的參與到教學(xué)互動(dòng)中來，在上一層次實(shí)現(xiàn)三維可視化場景的基礎(chǔ)上，還可以親身參與體驗(yàn)。

（1）通過多點(diǎn)觸控交互手勢識(shí)別，進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)、顯示、隱藏、細(xì)節(jié)呈現(xiàn)等操作，實(shí)現(xiàn)視景管理和視點(diǎn)控制，使學(xué)生多角度多視點(diǎn)的對機(jī)場整體三維模型進(jìn)行進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與觀察。

（2）通過數(shù)據(jù)引擎，進(jìn)行多模塊參數(shù)設(shè)置，使學(xué)生能自主操作機(jī)場整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。例如，教師給出機(jī)場預(yù)測航空業(yè)務(wù)量數(shù)據(jù)以及當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，學(xué)生計(jì)算選擇相應(yīng)的跑道、滑行道、航站樓等模塊模型進(jìn)行拼接，完成整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。

（3）通過數(shù)據(jù)接口，與相應(yīng)程序?qū)?，?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與計(jì)算功能。例如，給出趨勢外推法、計(jì)量經(jīng)濟(jì)法等航空業(yè)務(wù)量數(shù)據(jù)處理計(jì)算接口，使學(xué)生在給定參數(shù)下，選擇一定計(jì)算方法，直接進(jìn)行機(jī)場航空業(yè)務(wù)量預(yù)測，從而進(jìn)行機(jī)場整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。

3.機(jī)場動(dòng)態(tài)運(yùn)行功能實(shí)現(xiàn)

機(jī)場是一個(gè)包含人、飛機(jī)、車輛等多種因素融合的動(dòng)態(tài)綜合體，真實(shí)的展現(xiàn)機(jī)場的動(dòng)態(tài)運(yùn)行也是現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容以及市場軟件的重要缺失。因此，通過多媒體數(shù)據(jù)對接，實(shí)現(xiàn)各種機(jī)場信息數(shù)據(jù)的虛擬仿真，從而進(jìn)行機(jī)場整體規(guī)劃設(shè)計(jì)特別是高容量繁忙機(jī)場的系統(tǒng)評估。

（1）航班信息數(shù)據(jù)。采集機(jī)場的航班信息數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)場的航班動(dòng)態(tài)運(yùn)行，同時(shí)收集對航班、車輛、人員以及事件進(jìn)行詳細(xì)業(yè)務(wù)分析的各種多媒體數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對航班計(jì)劃進(jìn)行評估。

（2）機(jī)場跑滑系統(tǒng)數(shù)據(jù)。機(jī)場的跑道、滑行道設(shè)計(jì)是機(jī)場飛行區(qū)平面設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響了投入使用之后機(jī)場系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行。根據(jù)航班信息數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)模擬飛機(jī)推出、推進(jìn)、起飛和降落時(shí)在跑道、滑行道系統(tǒng)中的路徑和時(shí)間，以此為依據(jù)，進(jìn)行跑道和滑行道系統(tǒng)的合理性驗(yàn)證和進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。

三、理論基礎(chǔ)、虛擬仿真、工程實(shí)踐三層次教學(xué)模式構(gòu)建

教學(xué)模式單一化是現(xiàn)在高校課程普遍存在的問題之一，怎樣豐富教學(xué)手段，構(gòu)建多層次遞進(jìn)式的教學(xué)模式，是本文研究的主要課題，在傳統(tǒng)教學(xué)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，引入虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，加強(qiáng)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，形成理論基礎(chǔ)、虛擬仿真、工程實(shí)踐三層次遞進(jìn)式的教學(xué)模式。

1.打好堅(jiān)實(shí)的理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

無論哪種類型的課程，理論學(xué)習(xí)是最主要的教學(xué)內(nèi)容，針對目前本課程存在的問題，提出了教學(xué)內(nèi)容理論學(xué)習(xí)改革的兩方面措施。

（1）確保理論教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。近幾年來，新一代大型飛機(jī)逐漸投入使用、國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的陸續(xù)更新和出臺(tái)，使得機(jī)場規(guī)劃的戰(zhàn)略、手段發(fā)生深刻變化，課程內(nèi)容出現(xiàn)鮮明的時(shí)代性，對課程教學(xué)內(nèi)容的安排提出了更高要求。在理論學(xué)習(xí)過程中，教師應(yīng)該注重保持理論教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，及時(shí)補(bǔ)充更新最前沿的理論內(nèi)容，避免所講述課程與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。endprint

（2）以對象引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容。針對本科階段學(xué)生的學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，講述機(jī)場規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論以及基本規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，通過理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，為本科畢業(yè)走上工作崗位奠定一定的基礎(chǔ)。同時(shí)，針對不同專業(yè)學(xué)生方向，講述內(nèi)容應(yīng)有所偏重。例如，面對交通工程專業(yè)學(xué)生，后續(xù)課程中安排有《機(jī)場凈空管理》等更多民航專業(yè)化課程，將本課程涉及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)，而面對土木工程專業(yè)學(xué)生，此類后續(xù)課程安排較少，因此，在教學(xué)中應(yīng)更注重基本知識(shí)的講述和基本概念的理解，使學(xué)生在宏觀上對機(jī)場各職能分區(qū)以及總體設(shè)計(jì)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

2.引入虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)豐富教學(xué)手段

教學(xué)方法必須適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容，由于本門課程內(nèi)容的抽象性、空間性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，使得現(xiàn)代化教學(xué)手段的使用成為一種必然趨勢。本文采用的虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)主要有以下幾方面特點(diǎn)。

（1）將以往的圖片、文字類平面教學(xué)展示提升為三維立體全景展示，多視點(diǎn)多角度的為學(xué)生展現(xiàn)機(jī)場整體布局以及細(xì)節(jié)構(gòu)造。

（2）注重教學(xué)互動(dòng)模式，使學(xué)生由被動(dòng)接收變?yōu)橹鲃?dòng)體驗(yàn)，提高學(xué)生自主參與程度和學(xué)習(xí)興趣。

（3）在虛擬教學(xué)平臺(tái)中，教學(xué)內(nèi)容可以持續(xù)更新，避免課程學(xué)習(xí)與技術(shù)應(yīng)用的脫節(jié)，同時(shí)有利于激發(fā)學(xué)生的求新以及創(chuàng)新意識(shí)。

（4）通過多媒體數(shù)據(jù)對接，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合實(shí)現(xiàn)機(jī)場動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制，使學(xué)生從之前的單一完成規(guī)劃設(shè)計(jì)到完成整體規(guī)劃設(shè)計(jì)、自我評估及進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.加強(qiáng)工程實(shí)踐注重能力培養(yǎng)

實(shí)踐教學(xué)在現(xiàn)在的本科教學(xué)中，特別是在民航領(lǐng)域內(nèi)，是培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)。在本課程的教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)，注重學(xué)生分析能力以及動(dòng)手操作技能和創(chuàng)新思維力的培養(yǎng)。

（1）形成完善的課程設(shè)計(jì)體系。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，課程設(shè)計(jì)主要是根據(jù)各自的課程的內(nèi)容而展開的。課程之間聯(lián)系性不強(qiáng)。對此，我們可以提高課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容的系統(tǒng)性，在進(jìn)行相關(guān)的課程設(shè)計(jì)時(shí)，使用統(tǒng)一設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)而開展課程設(shè)計(jì)，形成較為完善的課程設(shè)計(jì)體系。

（2）與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，提高實(shí)踐能力。教師可以針對本門課程所講述內(nèi)容，制定出一套指導(dǎo)學(xué)生參加社會(huì)實(shí)踐的計(jì)劃書，將課堂所學(xué)知識(shí)具體運(yùn)用到實(shí)踐中去，讓學(xué)生在假期能夠獨(dú)自完成實(shí)踐工作，填補(bǔ)校內(nèi)課堂實(shí)踐學(xué)習(xí)時(shí)間少的情況，從而提高學(xué)生的機(jī)場工程基礎(chǔ)專業(yè)的實(shí)踐能力，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。

四、結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)具有在教學(xué)中的應(yīng)用得到不斷的推廣，其立體型、互動(dòng)性、先進(jìn)性以及多樣性都符合現(xiàn)代化教學(xué)的課程要求，同時(shí)給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)空間，能更好的掌握機(jī)場整體知識(shí)和總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。本文提出的基于理論基礎(chǔ)、虛擬仿真、工程實(shí)踐三層次遞進(jìn)式的教學(xué)模式設(shè)計(jì)方案，豐富了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生向自主學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，以及將理論知識(shí)理解消化、融會(huì)貫通，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高工程能力，為今后走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為學(xué)生的素質(zhì)教育開啟了嶄新的平臺(tái)。

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