基于虚拟仿真技术的地面领航教学研究

刘超慧 刘太辉 刘骏洲

［摘 要］地面领航教学注重学员基本技能的掌握与运用，要求学员能够从理论与实践层面完成课程教学。本文基于地面领航课程教学的特征，研究虚拟仿真技术在地面领航教学中的设计与运用，通过虚拟仿真技术对领航操作进行仿真演示，促进学员对领航应用技能的掌握，增强学员学习的信心，进一步提升领航课程教学质量，培养学员的综合领航能力，教学效果显著。

［关键词］虚拟仿真技术；地面领航；教学设计；领航工具

［中图分类号］TP35文献标志码：A

数字仿真技术的运用可以为地面领航课程教学提供信息技术支持与保障，为学员构建仿真教学实验室，并开发领航模拟训练系统，使学员能够对领航仪表进行模拟，从而使教学活动具有较高的仿真度与扩充度，使教学活动较为便捷。在具体仿真过程中，学员能够更好地领会地面领航知识，掌握领航工作程序、基本方法、设备使用方法等，能够促进学员领航基本技能的提升，且应用效果良好。

1 地面领航教学

地面领航课程知识体系较为复杂，包括多项知识内容，例如“作战领航筹划”“指挥引导基本技能”等课程，要求学员掌握本领航要素、仪表着陆时领航方法、地标罗盘领航与无线电领航的偏航判断及修正、地面准备及空中实施等相关工作内容。在地面领航学习过程中，要求准备必要的领航设备与领航工具。基本领航设备主要有磁罗盘、高度表、空速表、自动定向机ADF、甚高频全向信标VOR、测距机DME、时钟等，要求学员对此能够识别与认知，掌握主要设备原理、性能、构造，保证操作正确，并能对设备常见的使用故障能够形成一定的认知[1]。

飞行员个人的领航工具主要有计算尺、向量尺等，要求准备齐全、完好，检测常用机场的仪表飞行进、离场方法和仪表进近程序，检查无线电领航设备的有关资料，保证符合实际飞行要求。在飞行前，做好必要的领航准备。飞行前领航准备从受领飞行任务开始做好必要的准备工作，基于平时的领航准备工作，结合本次具体飞行任务开展必要的准备工作，顺利完成飞行任务。这些都对学员的理论知识与实践操作能力提出了较高的要求。在地面领航课程教学中，要求学员从理论到实践操作等层面，对课程知识内容形成一定的理解，在理论知识掌握之后，还要具备一定的实践动手操作能力，由此促进学员完成知识内容的转化，使其具备关于地面领航的应用技能[2]。

2 基于虛拟仿真技术的地面领航教学研究

2.1 利用虚拟仿真技术完成教学目标

运用虚拟仿真技术实现课程教学目标，对课程教学内容进行分解，设置每堂课的课程教学目标，能更好地突破课程教学重点与难点，并针对不同的课程教学内容选择相应的教学方法，由此更好地完成课程教学设计。

地面领航教学目标要求学员掌握地面领航必要的准备工作，主要包括地面领航准备、平时领航准备、飞行前领航准备等。平时领航准备中，要求收集并研究领航相关航行资料，准备航行地图，熟悉并掌握领航设备，准备必备的领航工具。与具体的项目相结合，搜集并研究无线电领航资料，全面考察领航工作中需要准备的各项资料与内容。研究所飞机型的性能数据，分析此次飞行过程中的固定航路、空中走廊、空中禁区和危险区、国境线的资料，研究中、低空航线图。明晰常用机场的基本数据、离场和进场着陆的规定与方法。准备起降机场、备降机场的仪表离场、进场图。研究各种进近图、走廊图、通信设备的有关资料。研究飞行区域的气象特点、地形特征、高大障碍物、地磁异常区及对飞行的影响[3]。

在地面领航过程中，要求结合根据飞行特征，准备飞行区域航行地图，准备百万分之一、五十万分之一地图与大比例尺地图。在地图上标出有关的航线资料，并对地图进行校正，校正重点在于高大障碍物与显著地标标高、地理坐标以及铁路、公路、河流、桥梁、水库、湖泊等地标变化情况，对周边环境进行精准检测与分析。预先领航准备是飞行前围绕本次飞行任务所进行的准备。考虑空中领航实施可能遇到的问题，并在地面予以解决，通过必要的准备工作，缩短直接准备的时间、减轻飞行员空中工作负荷、优化领航工作程序。在飞行前一天完成预先领航准备工作。从个人角度，需要准备的工作包括选择航线、准备航行资料和领航工具、飞行情报资料的获取、地图作业、研究航线、制订领航计划等[4]。

例如，在高度表课程教学中，教师运用虚拟仿真技术，通过Flash动画展示气压高度表、无线电高度表工作原理，采用仿真程序与方式演示飞机在起降过程中气压高度表的拨正过程。在无线电方位仪表课程教学中，进行相应的知识内容设计，为学员演示飞机航路飞行片段，包括示向台飞行、背台飞行和进入预定方位线不同情况之下无线电方位仪表RBI、RMI、CDI与HSI的变化情况，由此将抽象的理论知识内容进行具体化展示，促进学员更好地掌握飞行时高度表的操作流程。

教师还可以为学员构建知识学习网站，将地面领航相关知识教学内容上传至教学网站之中，同时为学员提供线下学习方式，突破教学时间的限制，给学员学习活动以一定的灵活性，促使学员能够有效调整自身的学习方案与计划，通过互联网与虚拟仿真技术，丰富学员与教员之间的互动，使得教员能够更好地指导学员的学习活动，让学员更为全面具体地展示课程知识内容，达成地面领航课程教学目标[5]。

2.2 注重理论知识与实践教学的结合

通过虚拟仿真分析，在地面领航教学中促进理论知识与实践教学之间的结合，配置多款模拟机，利用仿真分析技术为学员构建实验课堂，在课堂中运用模拟机模拟飞行过程以及飞行动作，为地面领航做好必要的准备工作。在此练习过程中，能够促进学员更好地了解操作重点与难点，并分析自身在学习过程中容易出现的错误，及时突破并改进。通过不断训练，能够丰富学员实践操作技能，使其少走弯路，增强地面领航课程教学的直观形象性。基于教学大纲的要求，教师可为学员设置相应的课程教学内容，例如在基本仪表模块教学中，运用虚拟仿真技术形象化展示基本仪表的相关知识内容。能够熟练判读与运用基本仪表，这是学员需要掌握的基本技能。基本仪表主要包括航向仪表、高度表、姿态仪表、无线电方位仪表、CDI指示器、ADF指示器、HSI指示器等，在熟练掌握仪表使用方法的基础之上，保证飞行活动准时、准确、安全。领航仪表使用过程中，要求能够准确读取航向表、高度表、空速表，准确使用方位仪表，包括无线电磁指示器、水平状态指示器、相对方位指示器等[6]。

利用仿真技术为学员演示基本仪表在不同情况之下的度数，明晰领航仪表的工作原理，促進学员更好地掌握罗盘领航与无线电领航相关操作技能。比如在无线电领航过程中，要求做好必要的地面准备工作，将空中需要完成的操作内容在地面预先准备，以此简化空中操作工作量，保证空中飞行顺利、安全。在模拟飞行实验中，引导学员通过确定机场跑道号，选择导航台频率，选择偏离杆位置，能够完成“追杆”等一系列模拟飞行操纵，对领航仪表的运用能够形成更为深入的理解。为学员模拟演示飞行过程中可能会遇到的问题，例如领航仪表出现偏离杆偏离，此时应当采取的处理方式为确定飞机偏离方向，利用“追杆”完成偏离杆“居中”操作，之后再将飞机航向调整为径向线一致的方向。通过此种操作方式，保证飞机在确定的径向线上飞行[7]。

2.3 仿真技术提升课堂教学效率模拟演示

地面领航教学知识体系较为复杂，理论知识教学内容更为复杂，地面领航原理与基本理论较为抽象，理论教学中形象感与真实感不足，对学员知识的理解与掌握带来了一定的困难。因此，运用虚拟仿真技术对相关内容进行模拟演示，能够让学员更好地理解课堂知识，通过虚拟仿真模拟与分析，更好地展示地面领航方法与设备，在地面领航学习过程中让学员更好地理解并掌握气象学、电子学、海洋学、测量学、物理学等相关知识与原理。飞机在空中飞行过程中，时刻需要领航，通过领航有利于促进飞机完成飞行任务，避免在空中迷失方向，实现飞机安全着陆。在地面领航教学中，为让学员更好地掌握领航设备的研制与领航方法等，可以运用虚拟仿真技术促进学员掌握不同航行条件下，不同设备与方法的选取，促进地面领航公共基础课、专业课、实践课的学习，避免理论知识与实践教学脱节。在教学设计中若采用实物展示方式，要求教员提前设计演练内容，并将相关教育设备带至教室，此种教学方式较为复杂，增加了教员的工作量。虚拟仿真技术的运用克服了这一局限性，采用了仿真模拟软件，实现对抽象内容的虚拟化演示，增强了课程教学内容的真实性、形象性，对实物展示教学方式进行了补充，课堂教学更为方便，显著提升了课堂教学效果[8]。

2.4 利用虚拟仿真技术促进实践教学

在地面领航教学中，具有大量的实践教学内容，运用虚拟仿真技术，有利于促进实践教学，对传统实践教学方式进行改良。在传统实践教学设计中，实验器具、设备的具体运用存在一定的差异性，使得实验结果的得出可能不同，增加了实验数据的不确定性。运用基于虚拟仿真技术的地面领航模拟训练系统，在实践教学层面的应用优势较为明显，克服了干扰因素的不良影响，避免由于不确定因素导致实验误差。同时在具体运用过程中，能够结合具体项目的实际需求，调整虚拟领航设备与实验条件，引导学员分析不同实验条件下的数据结果，以此促进学员得出精准的结论。利用仿真实验教学，构建地面领航仿真实验室，对理论知识内容进行验证，引导学员设置从理论到实践的教学方式。让学员更好地体会常用的领航方法实施程序，运用形象具体的仿真演示方式促进学员领会地面领航操作的基本程序。采用仿真操作技术，构建了一种新颖的实验教学方式，克服了传统实验教学检出率较低的局限性，更好地促进学员对课程知识内容的理解与技能的掌握，显著提升了学员参与实践教学的积极性[9]。

2.5 利用虚拟仿真技术进行案例教学

在地面领航教学设计中，利用虚拟仿真技术实现对学员的案例教学，能够更为形象展示领航教学中的相关课程知识内容。例如在航线选择时，引导学员运用虚拟仿真技术学习掌握如何正确选择航线。使得学员掌握在执行飞行任务时，一般情况下要求按照规定的航线飞行。执行临时飞行任务或开辟新航线等，选择航线是首要的工作内容。选择航线的目的在于服从飞行任务，保证飞行安全，选择最为有利的航行条件。选择航线时应考虑的影响要素有地形及气象条件、备降机场、检查点、航线起点和终点、航线段、禁区及空中走廊、飞行的有关特殊规定等。

通过仿真技术的运用，使得学员能够更好地体会航线选择的复杂性，更好地学习领航工作。在地面领航教学中，不同学员认知能力存在一定差异性，在领航技术的运用层面往往也有所不同。运用虚拟仿真技术，能够根据不同学员的实际学习情况与实践操作情况，制订个性化的教学方案与教学计划，更好地践行因材施教、因人而异的教学原则。因此，虚拟仿真技术的运用，丰富了教学手段与教学方案，促使课程知识讲授更加规范、标准；能够更好地培养学员地面领航知识技能的掌握，更好地达成课程教学目标，与不同的课程教学内容相结合，提升地面领航教学方案制定的科学性与合理性[10]。

3 结束语

将仿真技术运用于地面领航教学之中，有利于丰富教学手段，能够在课堂中更为形象真实地展现复杂的、难以理解的内容，以加深学员对地面领航知识的理解，激发学员的创新意识与能力。运用仿真虚拟技术替代地面领航教具与设备，

能够优化对学员的实践教学，提升课堂教学效率，增强学员综合领航技能，更好地实现课程教学目标。

参考文献

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［10］杨杨.基于MATLAB和JAVA混合编程的物流无人机航迹规划教学演示平台[J].物流工程与管理，2022，44（01）：60-63+40.