“以前只在新闻里见过的‘月球车’，现在居然能亲眼看到它动起来!”“这次学习不仅拓宽了我们的视野，也极大地激发了我们探索未知的渴望……”海淀区北航实验学校中学部初一的学生们在参观体验国内首个月球科研基地“数实混合泛在教学平台”后有感而发。

近日，从北京航空航天大学了解到，今年春季学期，国内首个月球科研基地“数实混合泛在教学平台”在北京航空航天大学投用。该平台模拟了月球科研环境，基于数字孪生、增强现实与智能交互技术构建数字化教学及科研空间。

数字孪生打造“地月课堂”

“我们引入数字孪生主要用在月球车的自主感知和控制中，通过数字孪生技术打通教学的虚实边界，实现虚拟对象和实体实物的数字和物理相互映射，帮助学生更好地对实体对象(如星球车)的控制效果、感知能力等进行理解。”北京航空航天大学自动化学院院长助理、副教授崔勇介绍道，北航团队以提升学习者学习能力为核心，以新一代信息技术为依托，有机融合数字孪生、增强现实与智能交互技术，建成了国内首个面向月球科研基地的数实混合泛在教学平台。这一教学平台覆盖了“星球车虚拟设计-仿真测试-星球车实体设计-星球实景”全链条学习过程，构建了全尺度数实融合教学空间，创新了虚实协同数字教材新模式，实现了“虚拟现实VR平台、混合现实MR平台、虚拟仿真平台、实体平台”四类平台的有机融合，推进了数字化全链条融入教学平台，解决了真实场景不可达的痛点问题。教学平台已申请发明专利4项、软件著作权5项。

崔勇介绍，平台建设中，关键点就是如何在保证一定月球还原度的情况下更好地服务教学。“我们调研了国外的月球、火星实验室，他们主要都是服务科研，基本上没有服务教学的，所以我们刚开始很困惑，不知道如何下手。”谈及一开始的不知所措，崔勇表示，后来团队认为应该确定好主体，在月球科研平台中，星球车是主体，而在月球教学平台中，学生是主体，一切设计应该是以学生的学习为中心，如何让他们在这个平台中更愿意学、更好地学，这个才是关键点。

“我们打造这个数实混合的教学平台，线上有数字教材和虚拟实验教学系统，学生可运用机械、控制、感知等知识，开展星球车虚拟设计和仿真测试等;线下有实验室中搭建的实体月球环境，协助师生验证实验，开展沉浸式教学。”崔勇介绍，团队还配套建设了《星球车混合虚拟仿真技术》数字教材，探索集数字教实学习、线上虚拟仿真、线下实体实验于一体的教学新模式。

此外，崔勇表示，团队正在平台中开展多类型星球车设计研究，下学期，平台将面向高校及中小学共享开放。

从“仰望星空”到“触摸月球”

“最震撼的要数看月球车越障表演了!银白色的六轮小车突然‘噌’地抬起前轮，像只机灵的小猫跳上沙发那样，轻轻松松就翻过了30厘米高的仿真月球坑。”在月球科研基地，北航实验学校中学部一位同学看到月球车翻越障碍时说，月球表面到处都是环形山和碎石，这种本领能让它在月球上如履平地。它身上的碳纤维外壳，又轻又结实，材料学的智慧被用在了太空车上。

北航实验学校中学部另一位学生则写下了这样的感受：“这次参观让我们亲眼见到了许多从未见过的先进技术。令我印象最为深刻的是“月球车实验室”。这次参观，我看到了国家在航天技术上的成就和发展速度，也让我看到了科技工作者的艰辛与不易。”

关于平台对青少年科学素养培养的意义，崔勇认为，应该从小给孩子埋下一颗热爱航天、投身航天的种子。现在距离2035年建成月球科研站基本型还有10年的时间，距离月球科研基地完全建成还有20年左右的时间，这都需要大量的航天人才，期待通过平台能够吸引更多的同学从小就加入航天事业中。“中小学生比较看重趣味性，如何让他们在短时间建立兴趣非常关键，所以下一步，我们会考虑加入一些3D打印星球车等趣味环节。”