軍隊精品虛擬仿真課程建設思考

郭文普 楊百龍 徐東輝

火箭軍工程大學作戰(zhàn)保障學院 陜西西安 710025

虛擬仿真實驗教學是依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象。學生在虛擬環(huán)境中開展實驗，達到教學大綱要求的教學目的的教學活動。虛擬仿真實驗教學在國內(nèi)外發(fā)展快速，目前成為國內(nèi)高等教育改革的熱點之一，虛擬仿真課程也是教育部“金課”計劃中一流課程的重要組成部分。2018年4月教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》，指出：“加強職業(yè)院校、高等學校虛擬仿真實訓教學環(huán)境建設，服務信息化教學需要?！苯逃?021年4月在《教育部辦公廳關于開展第二批國家級一流本科課程認定工作的通知》中明確：“擬認定360門國家級虛擬仿真實驗教學一流課程(不包括軍隊院校申報課程)?！痹趪医逃郀恳拢谲婈犜盒＞氛n程建設方案中也明確提出，到2025年，區(qū)分線上、線下、線上線下混合、虛擬仿真實驗、綜合實踐五類，各類精品課程建設覆蓋率達20%以上。在上述背景下，軍隊如何開展虛擬仿真課程建設，從而“建一流、創(chuàng)精品”是當前需要研究的問題。

一、軍隊虛擬仿真課程建設現(xiàn)狀

十八屆三中全會明確提出“深化軍隊院校改革，健全軍隊院校教育、部隊訓練實踐、軍事職業(yè)教育三位一體的新型軍事人才培養(yǎng)體系”。三位一體培養(yǎng)體系，是按照軍事人才職業(yè)發(fā)展路徑和能力素質(zhì)生成規(guī)律，綜合發(fā)揮軍隊院校教育、部隊訓練實踐、軍事職業(yè)教育的育人功能，形成有機銜接、互為補充、整體聯(lián)動的軍事人才培養(yǎng)新格局。當前互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術為建設“人人皆學、處處能學、時時可學”的學習化軍營創(chuàng)造了條件，軍隊院校與部隊在虛擬仿真、虛擬訓練、模擬訓練上不斷加大投入，虛擬仿真課程建設上取得了長足發(fā)展。

(一)院校教育中的虛擬仿真實驗課程

軍隊院校教育是軍事人才培養(yǎng)主渠道，具有完備的學科專業(yè)體系，及時跟蹤教育技術發(fā)展，為提高實驗教學效果，建成了一批虛擬仿真實驗項目，部分成功申報了省級示范性虛擬仿真實驗和國家虛擬仿真課程。如解放軍理工大學針對“信號與系統(tǒng)”課程建成“信號與系統(tǒng)頻域分析虛擬仿真實驗系統(tǒng)”，并積極探索虛擬仿真實驗中心的建設；海軍工程大學圍繞“船舶電力系統(tǒng)”及“精確制導原理”開展虛擬仿真實驗教學，申報的“雷彈制導天線陣列空間處理虛擬仿真實驗”被認定為國家虛擬仿真實驗項目；空軍工程大學針對裝備虛擬仿真實驗教學提出了基于“互聯(lián)網(wǎng)+3C”的教學模式等。

(二)軍隊職業(yè)教育中的在線虛擬訓練課程

軍事職業(yè)教育是人才培養(yǎng)大平臺，主要指面向全軍官兵在崗有組織的、自主的現(xiàn)代繼續(xù)教育，主要滿足官兵增強崗位本領、立足崗位成才的個性化學習需求。在軍網(wǎng)上搭建的軍事職業(yè)教育平臺為全軍官兵提供了在線學習功能，匯聚了視頻公開課、微課、在線開放課程、在線虛擬訓練課程等海量的優(yōu)秀教學資源。截至2022年1月，軍事職業(yè)教育平臺上的在線虛擬訓練課程共計114門，其中正式開課的有18門，試學課程有85門，在建課程有29門。

(三)部隊的模擬訓練系統(tǒng)

部隊訓練實踐是人才培養(yǎng)大課堂，主要指部隊組織的軍事理論學習、作戰(zhàn)技能訓練和軍事演練等活動。模擬訓練是部隊訓練的一種重要手段，可以提高訓練效率和減少訓練成本。早期的模擬訓練主要是通過半實物仿真構建模訓器材，隨著虛擬現(xiàn)實VR、增強現(xiàn)實AR技術的不斷成熟，虛擬仿真訓練系統(tǒng)得到了長足發(fā)展。當前各軍兵種部隊訓練的發(fā)展熱點即圍繞裝備操作、演習演練構建基于VR、AR技術的虛擬仿真系統(tǒng)。

二、軍隊虛擬仿真課程建設中存在的問題

在三位一體培養(yǎng)體系中，院校、部隊、職業(yè)繼續(xù)教育在虛擬仿真課程建設上都具有了一定的基礎，但對標“精品課程”還存在著一定差距，當前軍隊虛擬仿真課程建設中存在的問題主要有：

(一)模擬訓練系統(tǒng)建設多，以課程形式建設的少

作為三位一體人才培養(yǎng)體系的重要組成部分，各個基層部隊雖然建設了一定數(shù)量的模擬訓練系統(tǒng)，但還未以課程形式建設，前文統(tǒng)計的114門在線虛擬訓練課程均為院校建設，沒有一門是部隊建設的。而模擬訓練系統(tǒng)與虛擬仿真課程的區(qū)別在于，模擬訓練系統(tǒng)僅具備了訓練內(nèi)容和訓練功能，但其擴散傳播困難、受眾范圍窄；而課程除了具備訓練內(nèi)容和訓練功能外，還需要有教師隊伍、教學方法、教學管理等，易于擴散傳播、受眾范圍廣。

(二)突擊建設，課程質(zhì)量未達預期

由于虛擬仿真課程在國內(nèi)尚屬新鮮事物，軍隊對其認識不夠廣泛和深入，對“如何建”和“建設質(zhì)量”把握不準，虛擬仿真課程明顯遲滯于在線課程和混合式教學課程。以我校軍事職業(yè)教育為例，目前已建并上線在線課程60余門，上線的虛擬訓練課程僅3門，而且部分在線虛擬訓練課程是按任務建設，存在重形式輕內(nèi)容等問題，造成部分在線虛擬訓練課程質(zhì)量不高，使用效果不好。

(三)缺乏評價機制，重建輕用

雖然國家級虛擬仿真實驗教學一流課程具有相應的評審標準，但軍隊由于三位一體人才培養(yǎng)體系的特殊性、職業(yè)與專業(yè)的特殊性，虛擬仿真課程的評審標準不能完全照搬借用。當前軍隊由于缺乏對虛擬仿真課程相應的評審標準與評價機制，一定程度上造成盲目建設、重建輕用等問題，不利于建設水平的提高。

三、軍隊精品虛擬仿真課程建設原則

結(jié)合對虛擬仿真實驗課程的認識，借鑒國家級虛擬仿真實驗教學一流課程建設原則與建設規(guī)范，我們認為軍隊精品虛擬仿真課程的建設應遵循以下原則。

(一)能實不虛、虛實結(jié)合

“虛擬”是虛擬仿真課程區(qū)別于其他課程最關鍵的一點，但課程建設時必須遵循“能實不虛、虛實結(jié)合”這一基本原則。

“能實不虛”明確“建什么”，即要判斷課程是否用真實實驗就很方便開展，或是可以采用更經(jīng)濟的、非虛擬仿真手段達到教學目標，比如視頻、動畫、課件等。只有對于真實情況不具備或難以達成，或涉及高危、極端環(huán)境、高成本、高消耗的教學內(nèi)容，可考慮建設虛擬仿真實驗教學。具體來說，以下四種情況滿足“能實不虛”原則。一是真實場景難以在實驗室呈現(xiàn)，例如大型機械操作，危險實驗，或園林設計、工程施工、航海、航空等需要陸海空訓練場景時；二是實驗結(jié)果適合仿真觀察，例如天線設計時的方向圖，通信、雷達等需要觀測信號波形等；三是單個實驗需要設備較多，如網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡攻防等實驗；四是采用真實設備效費比低，如設備昂貴但支持實驗項目單一的情形。

“虛實結(jié)合”明確“怎么建”，應將虛擬仿真實驗項目(訓練科目)建設和真實實驗項目(訓練科目)建設有機結(jié)合起來，使二者真正融合，相互補充。既要充分發(fā)揮“虛擬”和“仿真”帶來的優(yōu)勢，也不能因完全“虛擬”而弱化學生對設備(裝備)的真實感受。不論“虛擬”和“真實”間實際操作時長比例如何，虛擬仿真都應該處于補充和輔助教學的地位。

(二)以戰(zhàn)領學、以生為本

“以戰(zhàn)領學”就是要凸顯軍隊特色，突出備戰(zhàn)打仗急需課程，突出新裝備新力量新領域課程，突出不同軍兵種特色優(yōu)勢專業(yè)課程，打造具有示范引領作用的精品課程。始終把培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)、專業(yè)化新型軍事人才作為課程建設的出發(fā)點和落腳點。

“以生為本”就是要以學習者為中心設計課程。虛擬仿真課程應在現(xiàn)代教育理論指導下，以學習者為中心，提供項目式個性化學習路徑，配合學習者能力、興趣做引導式調(diào)整，注重形成性評價，啟發(fā)、誘導學生在真實或虛擬的實驗環(huán)境下主動探索、自主實驗實踐，從而自我建構知識體系、自我發(fā)展。在虛擬仿真實驗項目(訓練科目)設計上可以包含基礎通用模塊與核心模塊的功能模塊群。模塊化的好處是可重用、可組裝、易維護。學習者可以根據(jù)自己的學習需要，自由選擇模塊來進行組合，完成不同的學習任務。

(三)院校為主、部隊參與

如果將虛擬仿真課程建設僅著眼在院校人才培養(yǎng)方案內(nèi)課程上，建設內(nèi)容和受益面有限，且不能充分發(fā)揮部隊官兵在專業(yè)知識和專業(yè)技能上的優(yōu)勢?！霸盒橹?、部隊參與”就是建設內(nèi)容上不僅打造院校人才培養(yǎng)方案中精品課程，還要打造部隊所需所用的課程，建設力量上應該以院校教學主體，并引入部隊優(yōu)秀專業(yè)團隊，形成合力。

四、軍隊精品虛擬仿真課程功能要求

精品課程建設評價體系包括功能與共享、創(chuàng)新與特色、教學團隊與服務建設、保障條件等多個方面，本文重點對虛擬仿真課程所應具備的功能進行探討。虛擬仿真課程的開發(fā)方式和展現(xiàn)方式不一而足，開發(fā)方式可以是虛擬動畫、仿真軟件、軟硬件交互程序等，展現(xiàn)方式可以是平面展示(2D)、立體展示(3D)和多維展示等。但具體到虛擬仿真實驗項目(訓練科目)上，應達到以下基本的功能性要求。

(一)真實一致

一是虛擬系統(tǒng)所展示的科學現(xiàn)象與規(guī)律應與真實系統(tǒng)具有一致性，這是虛擬仿真最核心的功能；二是虛擬系統(tǒng)的交互操作操控中給使用者的感受應盡量接近于真實系統(tǒng)，即具有高度逼真性。如果虛擬系統(tǒng)與真實系統(tǒng)不一致，輕則影響掌握科學規(guī)律，重則對實際應用帶來不利影響；如果虛擬系統(tǒng)逼真度不夠，不僅僅影響教學效果，還會帶來重復建設風險。

(二)自由交互

人與虛擬系統(tǒng)的交互，不能僅限于規(guī)范的流程操作性的交互，所設計的實驗項目(訓練科目)其涉及的參數(shù)或操作必須具有與實際相一致的交互性，即實驗條件可以人為調(diào)整，實驗允許出現(xiàn)錯誤結(jié)果，學生可以通過分析錯誤結(jié)果和錯誤操作，從而主動探尋正確的結(jié)論。如果交互缺乏互動任意性、隨機性及拓展性，不利于學生綜合設計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過自由設計性的交互，能讓學生掌握更多理論和技術，培養(yǎng)學生綜合設計能力和創(chuàng)新思維。

(三)功能拓展

虛擬仿真實驗項目(訓練科目)應該較真實系統(tǒng)提供更為豐富的實驗功能、更加良好的用戶體驗，解決真實系統(tǒng)做不了、做不好的問題。華中科技大學李震彪教授將虛擬仿真實驗的功能拓展總結(jié)為可實現(xiàn)“觀宏”(觀察普通真實實驗觀察不到的宏觀現(xiàn)象)、“探微”(微觀世界)、“克難”(開展真實系統(tǒng)不允許或極難進行的實驗，如極限壓力等)、“顯隱”(人眼看不到或一般儀器不易測量的實驗過程中伴隨的科學現(xiàn)象，如溫度場、流速場、電磁場等)。

(四)共享廣用

精品課程建設的目的是要達到示范和輻射推廣作用，虛擬仿真課程作為運用信息技術的信息化產(chǎn)品必須能夠廣泛共享、廣泛應用。為此，課程的建設必須配套完善，除虛擬實驗系統(tǒng)外，還應有電子化的實驗指導書、系統(tǒng)使用手冊等；系統(tǒng)采用模塊化設計，能夠依據(jù)不同用戶需要靈活呈現(xiàn)；系統(tǒng)支持網(wǎng)絡化、多用戶化的操作，具備學習管理和考核等功能。

結(jié)語

得益于信息技術的不斷發(fā)展和國家與軍隊相關政策，當前軍隊虛擬仿真課程建設處于機遇期。為避免盲目建設、重復建設、低水平建設、建而不用等問題，在充分調(diào)研論證軍隊相關課程建設現(xiàn)狀的基礎上，通過對建設原則的把握和建設功能的研究，真正建成一批需求明確、對接戰(zhàn)場、特色鮮明，具有示范引領作用的精品虛擬仿真課程，實現(xiàn)大規(guī)模在線開放虛擬仿真實驗，促進虛擬仿真實驗教學在全軍乃至全國范圍內(nèi)共建共享，為新型軍事人才培養(yǎng)提供支撐。