虛擬仿真技術在民航職業技能培訓領域的應用研究

鄒璐

一、虛擬仿真技術在職業技能培訓領域的應用概況

（一）虛擬仿真技術在國內職業技能培訓領域的應用

根據國務院《國家職業教育改革實施方案》（國發〔2019〕4號）、教育部《職業教育提質培優行動計劃（2020-2023年）》的要求，《職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設指南》進一步指出要將示范性虛擬仿真實訓基地打造成虛擬仿真實訓教學資源校企協同開發平臺，并解決實訓教學過程中高投入、高損耗、高風險及難實施、難觀摩、難再現的“三高三難”痛點和難點。虛擬仿真技術在民航職業技能培訓領域發揮的作用也日益顯著。在民航領域，我國最早采用虛擬仿真技術是用于人員的培訓，主要應用在機場的環境模擬、機場的物品管理、機場安全應急演練、飛行人員的仿真操作等領域。業內對于虛擬仿真技術的運用研究主要集中在飛機維修、管制模擬、模擬飛行訓練與客艙內的安全管理模擬等方面，在實踐中也取得了較好的應用效果。在職業技能培訓領域，邵荃、周語（2018）提出在實驗教學中可以采用虛實結合的方式綜合運用虛擬和實物等手段，鄭菲菲（2019）以民航服務心理學為例闡述了高職虛擬仿真和混合形態教學的循證教學實施路徑，張慶峰、王慶洲、向淑蘭（2022）介紹了基于虛擬仿真技術的A320飛機繞機檢查的方法?？梢?，虛擬仿真技術在國內民航職業教育和培訓方面產生了范式轉換，目前國內研究熱點多集中于與學科相結合的虛擬仿真實驗室建設和教學應用研究。

（二）虛擬仿真技術在國外職業技能培訓領域的應用

國外在教學和評估方法的新趨勢包括計算機輔助教學、虛擬個人、增強現實、實驗實訓對象模擬和虛擬仿真對學生能力的評估，集中于計算機技術、醫學外科培訓和遠程教育研究。例如韓國在醫學和牙科教育中引入的數字技術對病人和治療過程進行虛擬（Park JungChul， et al，2021），法國在心理治療領域針對飛行恐懼設計了認知與虛擬仿真治療方案（Ferrand Margot，et al，2015），英國利物浦大學通過對個人進行模擬飛行培訓試驗，研究了虛擬仿真技術對飛行員訓練的適用性（Philip Perfect， et al，2017），波蘭洛茲理工大學基于混合學習方法，以理論課堂和虛擬仿真為工具創建虛擬機電一體化實驗室（Cvetkovski G.，et al，2019）并設計了不同的虛擬生產線。關于虛擬仿真技術對于教學產生的價值研究方面，加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校曾對大學生進行交叉面板實驗，學生通過桌面顯示器（PC）或頭戴式顯示器（VR）模擬中學習。該研究基于對學習者的腦電圖（EEG）的測量數據與傳統課程模式相比較，并總結了VR 模擬課程時的負面影響，如學生在學習后期會更加超負荷，使用虛擬技術后學習水平較低的原因之一是虛擬環境可能產生過度的刺激（Guido Makransky， et al，2019）。

二、虛擬仿真技術在民航職業技能培訓領域的價值

（一）有利于更快速地引入行業新技術、新工藝

當前高職院校創新教育模式無論是課程建設還是師資隊伍、教育活動設計等方面都存在著發展瓶頸，迫切需要深度融合產學資源。通過虛擬現實技術將產業的最新技術、資源融入高校的課程體系、教學活動設計、實習實訓以及“雙師型”師資建設中，能夠促進社會資源與教育資源有效對接，能夠在教學培訓領域更快速地引入行業新技術、新工藝的內容。以民航安全技術管理專業（以下簡稱“安檢專業”）為例，根據民航產業發展及需求，結合人工智能的虛擬仿真技術可以在培訓中模擬出不同場景和流程，通過數字孿生技術模擬機場運行場景，以便于使用者探索更高效的機制滿足航空物流需求。

（二）有利于推動產教融合平臺培訓機構的建設

虛擬仿真實訓是產教融合、科教融匯的新途徑。建設粵港澳大灣區世界級機場群是《粵港澳大灣區發展規劃綱要》提出的一項重要任務，但粵港澳三地的機場法律、安檢標準均存在區別。傳統培訓模式下，培訓內容與實際工作存在脫節現象，具體包括在校學生培訓和工作實際使用的設備不一致、校內培訓內容跟不上行業企業技術迭代速度；培訓內容單一，無法涵蓋粵港澳大灣區復雜的機場環境情況；設備老化導致學生實操經驗少，理論知識單薄。傳統培訓模式下，學生在完成校內課程后到機場還需要相當長時間的二次培訓方可上崗。

針對上述問題，基于虛擬仿真技術的產教融合培訓中心在原有標準培訓方案下，將理論課程教學與粵港澳大灣區企業實際工作場所和設施設備相結合，以虛擬仿真技術營造沉浸式教學培訓體驗，將實際操作中難以完成的工作流程和業務知識融入虛擬現實培訓系統中，每個學員均可以借助虛擬仿真系統完善建立完整的理論和實操知識體系。另一方面，企業專家深度參與培訓全過程，以企業標準更新培訓方案，縮減無效培訓時間，打破學員從培訓到考核再到上崗路上的層層阻礙，進而壓縮企業培訓成本、提升整體培訓效率。

（三）有利于教師數字素養的提升

教師數字素養，即教師適當利用數字技術獲取、加工、使用、管理和評價數字信息和資源，發現、分析和解決教育教學問題，優化、創新和變革教育教學活動而具有的意識、能力和責任。教育部在2022年發布的《教師數字素養》標準包括五個維度，即數字化意識、數字技術知識與技能、數字化應用、數字社會責任、專業發展。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?！督處煍底炙仞B》提出“測—評—培”機制：通過以評促學、以評促用、以評促優，提升全體教師數字素養。應用虛擬仿真技術需要教師具備一定的數字化能力，如教學素材的設計、VR系統的操作、手柄設備的使用等。數字化能力也是評價教師能力的重要指標，通過虛擬仿真技術在教師教學中的應用實踐，才能更好地了解教師在數字素養方面的短板，從而對癥下藥，促使教師努力提升自身的數字素養。

三、虛擬仿真技術在民航職業技能培訓領域的應用實例

（一）立足產教融合，構建智慧機場實訓場景

科技部等六部門關于印發《關于加快場景創新以人工智能高水平應用促進經濟高質量發展的指導意見》指出要在教育領域積極探索在線課堂、虛擬課堂、虛擬仿真實訓、虛擬教研室、新型教材、教學資源建設、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資格證書和危險品培訓證書，每年都有大量員工需要復訓，業內大部分企業培訓尤其是危險品和爆炸物培訓都停留在理論層面，即使購入培訓設備也存在管理困難、損耗高、危險性高、無法多人同時使用等現實問題。針對安檢專業人才培養方案中難以開展傳統教學的三大模塊（爆炸物識別與探測、危險品識別與運輸、安檢開機訓練檢查），通過虛擬現實技術構建的航站樓控制區、航空貨運區、智慧化安檢通道等實際場景，對炸藥探測儀、液體檢測儀、X射線機、安檢信息管理系統等設施設備展開操作模擬，對爆炸物、起爆裝置、九大品類危險品、民航旅客違禁品目錄、相關等級包裝件等開展識別、操作、處置等綜合訓練的場景進行VR重現，如圖1所示。

為了順應未來機場智慧化發展的趨勢，產教融合創新平臺在教學內容、教學素材和師資等方面進行了廣泛的校企合作。具體包括校企合作開發虛擬仿真VR素材與實物素材，校企合作編寫教學和培訓教材、聯合進行比賽培訓，行業專家與教師“雙師同堂”引導學生進行緊貼實務的探索式學習，為加快大灣區交通運輸產業發展提供人才支撐。通過虛擬仿真技術建立起來的實訓系統以及校企合作網絡整合課程模塊和社會優質資源，推動校企深度融合；從人才培養中植入崗課賽證、現代學徒、民航精神等元素，促進學生職業生涯規劃與未來就業有效銜接，提高學生的安全意識、服務意識與崗位能力，為學生職業生涯的發展開通新路徑。依據專業人才培養方案和本課程課標，對標國家職業標準與民航行業規則，對接民航崗位技能需求，對應設計“崗課賽證”融通的培養模式。

（二）立足民航安全，優化“虛實結合”的教學手段

根據《民航行業發展統計公報》，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，傳統教學模式無法進行實訓操作，不能滿足行業需求，需要通過VR虛擬仿真技術以及仿真爆炸物裝置進行教學以闡明處置邏輯，并通過案例分析加強學生的民航安全檢查崗位安全意識和責任意識，提升職業榮譽感。

“虛”的教學手段方面包括3D數字化智慧機場系統和虛擬仿真VR教學系統訓練。3D數字化智慧機場系統基于虛擬仿真技術實現對民航機場內塔臺、機庫、候機樓、跑道、圍界道口等所有設施設備的3D全景模擬，構建了真實工作場景；虛擬仿真VR教學系統含爆炸物識別與探測模塊、危險品識別與運輸模塊、安檢開機訓練檢查模塊，VR技術構建的航站樓控制區、航空貨運區、智慧化安檢通道等實際場景，對爆炸物、危險品、民航旅客違禁品目錄、相關等級包裝件等開展識別、操作、處置等的綜合訓練。通過崗位情景模擬、爆炸物VR實訓的感官沖擊力和挑戰性、趣味性互動，讓學生身臨其境，沉浸式學習，并以此提升學生的多項能力，突破教學重難點；同時，建立專業教學資源庫為學員提供開放的在線預習、自學、復習內容?！皩崱钡慕虒W手段包括仿真爆炸物實訓箱、機場實景實訓室的實操訓練，用于對爆炸物的機理研究和機場崗位實操訓練，使學生對職業技能要求的核心內容有全面直觀的了解。以多種教學手段保證所有學生都能夠完成航空貨物處置的訓練，解決危險品特別是爆炸物無法實操的傳統困難，切實提升學生的職業技能。

四、虛擬仿真技術在民航職業技能培訓領域的實施效果

（一）教學改革

產教融合創新平臺建設著眼于產教融合，建設融合課程體系、安檢技術與效率提升研究、航空貨運物流相關產業培訓、“雙師型”師資隊伍建設于一體的集成化大平臺，以平臺建設帶動高職院校在科學研究、人才培養、社會服務方面的系統創新。通過產教融合平臺的建設，加強校企合作，可以擴大專業教師的知識面，打造專業特色“雙師型”教師團隊。教師可以依托民航安檢校內實訓中心和民航安全技術管理專業教學資源庫的建設，形成了“課證一體”的安全檢查教學及培訓服務體系。同時，專業積極承擔技能競賽實訓和比賽基地職能，提供大賽集訓、競賽交流、師資研修等服務；協助區域職業技能第三方評價機構考核站點，服務職業技能等級證書、職業資格證書、專業證書培訓等工作。在以賽促教的理念下，改進課堂教學模式，采用混合式教學方式，綜合使用“線上+線下”教學、“虛擬+實物”實訓訓練的模式，收到了良好的教學效果，實現了青年教師教學競賽、教師教學比賽等在內的教學比武競賽的全覆蓋，近5年安檢專業獲得省部級以上教師教學競賽等各種獎項12項，教師教學能力也相應地得到提升。

（二）人才培養

安檢專業以一線企業需求為導向，將國家職業標準融入課程教學體系中，開發了與崗位要求相一致的專業教學資源庫，開展校內（安檢學生）校外（民航安全類企業從業者）培訓。培養的學生受到國內各大機場、航空貨站的歡迎。借助VR技術呈現爆炸物和危險品特性并模擬安檢崗位場景，通過實驗操作及處置訓練提升學生的職業技能，安檢專業學生在最近三年的國家職業技能資格鑒定（五級民航安全檢查員）通過率均超過91%，在民航運輸受疫情影響最重的最近三年平均就業率仍超過90%，專業對口率也逐年增高，在2022年達到88.91%。

（三）社會服務

虛擬仿真技術應用以來，安檢專業教師團隊通過產教融合創新平臺為社會開辦各類民航安全類培訓班，校外企業參與學習人數累積超2000人次；協助地方機場公安完成機場空防安全聯合監管能力研究工作；每年進行安檢培訓及等級鑒定近700人次；依托資源庫在一線大型機場為員工講解安檢心理、法律、安全生產等課程；爆炸物模擬實訓成果也被地方機場集團采納應用，為民航安檢領域和社會企業安檢領域（快遞、地鐵等）的在職員工提供職業能力提升培訓服務，發揮了良好的輻射示范作用。

五、結論

基于產教融合創新平臺的民航職業技能培訓模式以虛擬仿真技術為特色，采用理論點撥、虛擬仿真、實訓操作銜接融合，以模擬完整情景、改進傳統教學模式為突破口，解決了現有職業技能培訓中損耗高、利用率低的問題，可以滿足民航業大規模復訓需求，不僅可以用于在讀民航學生培養和在職民航員工培訓，還可以輻射到軌道交通、政府安防等其他領域，為探索綠色低碳教學模式在交通運輸行業復訓考核中的應用和推廣提供借鑒作用。虛擬仿真技術的有效應用也可以促進產教融合實訓基地、職業技能培訓評價中心、人才培養基地和課程資源共享平臺建設，最終形成“政行企?！倍喾铰搫?、“產學研用”立體推進的辦學新生態。

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[本文為廣東省普通高校重點科研平臺項目“粵港澳大灣區下航空貨運安檢人才產教融合創新平臺”（編號：2022CJPT002）、廣州民航職業技術學院校級教育教學類項目研究成果之一。]

責任編輯 朱守鋰