摘要:航空维修专业强调理论与实践并重,但多数院校迫于经费及场地限制,实践环节效果难以保证。针对当前航空维修教学存在诸多问题,提出了引入虚拟维修技术实施教学改革,分析了虚拟维修训练特征与优势,从加强教学内容和方法改革、开发虚拟维修教学中心以及考核方式改革三方面详细阐述了教学改革思路,并搭建了虚拟维修系统总体框架。在航空维修教学中应用虚拟维修技术,对于缓解经费紧张、激发学生学习积极性、培养动手实践能力有着非常积极的作用。
关键词:航空维修；虚拟维修技术；教学改革；考核方式
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)10(b)-0192-03
航空维修专业强调理论与实践并重的培养理念,要求学生具备较强的动手能力,因此,维修训练是专业课程体系中非常重要的组成部分。但由于飞机及其辅助设备结构复杂、价格昂贵、体积大等特点,一般院校很难及时更新实践教学设备。多数院校在维修训练环节倡导校企合作,就该校而言,目前有洪都航空工业集团、中国人民解放军第五七一九工厂等多个合作企业,但校外实习基本以参观为主,动手机会少,学生在短暂的实习期间内无法掌握应具备的职业技能。航空训练环境的欠缺已经严重影响了教学效果,制约了人才培养质量的提高。虚拟现实技术的发展为维修训练问题提供了新的解决途径。利用虚拟现实技术进行维修训练不受设备和场地不足的限制,可以以较低的经费实现较好的训练效果。
1航空维修教学中存在问题
1.1教学手段和教学方法单一
传统航空维修教学包括课堂教学和实训教学。课堂教学主要依靠教师口头讲授和多媒体技术,如：幻灯片、相关维修视频播放等,这种讲授式学习,偏重教学设计,却忽视了学生的主观能动性,学生被动的接受知识灌输,而不是主动的探索学习。实训教学则主要依赖教师现场操作演示,该方式教师占据了大部分时间及空间,效果却不甚理想。一是飞机由于其体积的庞大性,所占实训场地较大,教师现场演示授课覆盖面小,只设备附近少数同学能够看清楚;二是现场涉及设备结构及运作原理时,因无法拆开机壳而很难讲解清楚。
1.2实训设备更新滞后
飞机及其辅助设备价格昂贵,且型号千差万别,更新一次投入较大,且航空技术发展日新月异,更新换代快。多数院校由于经费原因,无力及时购入新设备,无法与技术更新速度同步,导致一些前沿课程无法开展,学生的知识储备相对陈旧。而航空维修公司及其一些维修厂更新换代较快,学生毕业后无法在很短的时间内适应岗位需要。教育部提出的“基地设备保持同期企业生产使用设备水平,并具有一定的超前性”也落为空文。
1.3训练时间及效果较难保证
设备不足和场地限制,导致难以开展任意级别、任意层次的维修训练。目前大班教学环境下,人均拥有设备数量较少,难以满足教学和练习的需要。
2虚拟维修技术特征及优势
虚拟维修技术利用计算机技术提供具有良好沉浸感、交互性和启发性的虚拟维修环境,维修人员沉浸其中,通过引导式训练,掌握部件的结构特点、故障排除步骤、拆装工序、工具使用方法等维修技能。将虚拟维修技术引入教学有着如下优势。(1)虚拟维修技术采用计算机生成的三维虚拟样机,可以实时更新虚拟样机和实训课程内容,实现与企业生产环境的同步。(2)具备更强的交互性,激发学习主动性,增强学生探索欲。(3)不受装备不足和场地限制,可供多人同时进行维修训练,缓解经费紧张问题。(4)可以灵活开展各个级别,不同层次的故障检测及维修训练。(5)具备更高的安全性,能够避免实操训练中带来的各种危险。
3基于虚拟维修技术的教学改革思路
3.1加强教学内容和方法的改革
为了提高教学效果,将虚拟现实技术引入航空维修课程时,要考虑重新制定新的课程体系,以免造成课程冗余。虚拟维修专业教材的编写修订要结合理论课程和实训内容编写,并开发相应的训练项目。例如：在虚拟环境中可安排实训时无法实现的高危教学环境。对于教材和实训项目的开发,学校可与企业合作,由专业教师和工程经验丰富的企业工程师共同构建专业建设团队,从而实现学校教学内容与企业生产环境的对接。教学过程中要勇于打破传统框架,多种手段并举,结合一线维修案例设计和组织每一节课内容,如：以电影、游戏等方式设计教学案例。这需要教师的精心构思,并借助一些虚拟仿真平台来搭建虚拟环境,以学生为主体,激发学习兴趣。
3.2开发虚拟维修教学中心
组织师生团队开发虚拟维修教学中心,根据培养方案,结合新的课程体系,开发虚拟维修环境、实验实训教学软件以及典型的维修案例。根据虚拟维修训练目的,拟开发的虚拟维修训练系统应包括设备结构展示、维修案例演示、排故训练、拆装步骤训练以及训练考核等功能。其总体架构如图1所示,输入部分包括三维数字样机、维修工具模型、虚拟人体模型以及故障信息,受训人员通过鼠标、数据手套等交互设备与虚拟环境进行交互,实现维修技能训练。系统对受训人员操作情况进行评价,输出相关操作信息和评估信息。
3.3改革课程考核方式
在虚拟环境下进行维修训练,教师可根据教学内容灵活设置故障,学生利用专业知识分析解决问题。虚拟维修系统实时记录学生操作情况,对其学习效果进行考核评判,便于教师及时对学生进行指导和校正。对虚拟维修训练进行考核可以从知识水平和能力水平两方面进行衡量。其中,知识水平包括学生对基础知识、专业知识和机型知识的掌握程度;能力水平因素包括学生在虚拟维修训练环境下的排故时间、错误操作数以及求助次数,具体(见图2)。每个子因素的重要程度各不相同,教师可选取层次分析法进行综合分析,也可选取其他综合评价法对学生的训练情况进行考核。
4结语
在航空维修教学中应用虚拟维修技术,对于缓解经费紧张、激发学生学习积极性、培养动手实践能力有着非常积极的作用。但是虚拟现实技术也有其弊端,一是操作模式固定,不能很好地培养学生临场应变能力;二是缺乏实际场地亲身感知,不利于学生安全意识的养成。所以在实际教学中,虚拟训练不能完全替代实物教学,而应有机结合,共同促进“。虚”为手段“,实”为目的,在虚拟训练中重复操作,不断巩固技能,在实物操作中检验技能真实应用情况,实现虚拟维修和实物操作的优势互补。
参考文献
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作者：许贝 单位：南昌航空大学 飞行器工程学院