超短波通信電臺在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)實(shí)踐

李利　鄭劍云　張永　紀(jì)凱

摘? 要：在軍隊院校崗位任職教育中，為了實(shí)現(xiàn)“軟硬互補(bǔ)、虛實(shí)結(jié)合”的任職教育實(shí)作教學(xué)訓(xùn)練、提高承訓(xùn)能力，且能隨時隨地開展訓(xùn)練，開展艦載綜合通信系統(tǒng)在線虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)。分析了超短波通信電臺模擬訓(xùn)練在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)需求，給出了系統(tǒng)總體設(shè)計和詳細(xì)功能設(shè)計，總結(jié)了項目特色和運(yùn)行效益。課程構(gòu)建了完善的通信裝備在線訓(xùn)練體系，探索了基于軍綜網(wǎng)的裝備類課程線上線下混合式實(shí)作教學(xué)新模式。

關(guān)鍵詞：超短波通信電臺；任職教育；通信裝備；在線虛擬訓(xùn)練；混合式實(shí)作

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）26-0055-04

Abstract： In order to realize the practical teaching and training of "complementing software and hardware， combining virtual world and reality" in the post education of military academies， and improve the ability of training and carry out training anytime and anywhere， the construction of online virtual training system of ship integrated communication system is carried out. It analyzed the construction requirements of the online virtual training course of "VHF Communication Radio Simulation Training"， gave the overall design and detailed function design of the system， and summarized the course characteristics and operation benefits. The course constructed a complete online training system for communication equipment and explored a new mode of online and offline mixed practice teaching for equipment courses based on military integrated information network.

Keywords： Ultrashort wave communication station; vocational education; communication equipment; online virtual training; mixing practice

在學(xué)院通信指揮專業(yè)任職教育實(shí)作訓(xùn)練中，現(xiàn)有的實(shí)裝及模擬器[1-2]實(shí)驗(yàn)室承訓(xùn)能力有限且教學(xué)成本高，不能滿足多批次多班次集中訓(xùn)練的需求，無法隨時隨地開展訓(xùn)練，而虛擬仿真技術(shù)在為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建仿真的學(xué)習(xí)情景方面有著不可替代的積極作用，虛擬仿真訓(xùn)練[3-4]可與實(shí)裝或模擬器訓(xùn)練共同構(gòu)建“軟硬互補(bǔ)、虛實(shí)結(jié)合”的任職教育實(shí)作教學(xué)訓(xùn)練模式，因此，積極開展艦載綜合通信系統(tǒng)在線虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)，依托軍事綜合信息網(wǎng)，針對現(xiàn)役主用通信裝備及系統(tǒng)，開發(fā)在線虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)，以虛擬沉浸式、互動式等方式實(shí)現(xiàn)裝備的原理示教、裝備操作、作戰(zhàn)運(yùn)用及考核評估等網(wǎng)絡(luò)化訓(xùn)練功能。利用圖片、視頻、解說介紹裝備理論，利用3D模型及三維視景演示裝備結(jié)構(gòu)、利用仿真模擬實(shí)現(xiàn)裝備操作交互[5-6]、利用考核題庫檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。對用戶的訓(xùn)練過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，全面掌握用戶的學(xué)習(xí)訓(xùn)練效果。實(shí)現(xiàn)不限時間、不限人數(shù)的開放式在線訓(xùn)練。建設(shè)的超短波通信電臺模擬訓(xùn)練在線虛擬訓(xùn)練課程正式上線軍綜網(wǎng)“夢課”平臺，以該訓(xùn)練課程為例對其建設(shè)和實(shí)踐進(jìn)行探索和總結(jié)[7-8]。

一? 建設(shè)需求分析

（一）? 整體任務(wù)分析

超短波通信電臺模擬訓(xùn)練在線虛擬訓(xùn)練課程包含海上對海、對空、勤務(wù)超短波通信設(shè)備，涵蓋原理示教、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、故障排除、作戰(zhàn)運(yùn)用和考核評估等訓(xùn)練內(nèi)容。根據(jù)訓(xùn)練難度的不同，又劃分為初級訓(xùn)練、中級訓(xùn)練、進(jìn)階訓(xùn)練三個層次。學(xué)員可以自由選擇想學(xué)習(xí)的裝備進(jìn)行在線虛擬訓(xùn)練，可參加不同難度的課程訓(xùn)練，系統(tǒng)可記錄詳細(xì)的學(xué)習(xí)和考核過程，教員可以方便地了解重難點(diǎn)掌握情況，評估學(xué)習(xí)效果。

（二）? 系統(tǒng)功能需求

該訓(xùn)練課程系統(tǒng)功能劃分為：裝備認(rèn)知及原理示教、裝備操作使用示教、裝備作戰(zhàn)運(yùn)用示教及考核評估等。

1? 裝備認(rèn)知及原理示教

通過該功能學(xué)員可對裝備工作原理、整體構(gòu)造等充分了解。和傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，在學(xué)習(xí)裝備結(jié)構(gòu)功能、裝備模型演示等相關(guān)方面更加迅捷有效。

2? 裝備操作使用示教

該功能可以進(jìn)一步向?qū)W員介紹裝備操作使用、維護(hù)保養(yǎng)及故障排除等方法和技能。即根據(jù)設(shè)計需要將每個裝備的實(shí)際操作方法和流程制作成三維動畫，并配備相應(yīng)的語音解說和文字說明，使受訓(xùn)人員對裝備操作訓(xùn)練內(nèi)容的了解更加具備直觀性和觀賞性，提高了學(xué)員學(xué)習(xí)的效率。本部分的重點(diǎn)還在于提供了裝備模擬操作功能，其操作步驟和方法與實(shí)裝高度一致，可以取得與操作實(shí)裝訓(xùn)練相同的效果。

3? 裝備作戰(zhàn)運(yùn)用示教

此部分系統(tǒng)提供的交互程度較高，需要在系統(tǒng)的幫助下引導(dǎo)訓(xùn)練人員完成裝備保障及運(yùn)用任務(wù)的學(xué)習(xí)。通過該功能學(xué)員能夠獲得和實(shí)際裝備保障與運(yùn)用相同的經(jīng)驗(yàn)。系統(tǒng)將裝備保障和運(yùn)用分為多個步驟，使用該功能時，學(xué)員在進(jìn)行操作時系統(tǒng)給出每一步的文字提示并對需要的裝備操作高亮顯示，在完成正確操作后，繼續(xù)進(jìn)行下一步操作。這項功能可以使學(xué)員對裝備保障和運(yùn)用過程形成清晰、全面的認(rèn)知。

4? 考核評估功能

通過該功能學(xué)員可以對自己的知識掌握程度有一個明確的了解。選擇該功能后，學(xué)員選中一型裝備，考核開始，此處操作與交互式訓(xùn)練相同但沒有文字提示和高亮顯示，學(xué)員獨(dú)立完成裝備保障和運(yùn)用任務(wù)。系統(tǒng)將對學(xué)員的操作時間進(jìn)行限制并且記錄每一訓(xùn)練步驟，并與標(biāo)準(zhǔn)步驟進(jìn)行比較，考核完畢給出成績評定和錯誤操作解釋。

同時訓(xùn)練系統(tǒng)具有對用戶、訓(xùn)練任務(wù)、訓(xùn)練結(jié)果管理與分析等功能。

二? 系統(tǒng)總體設(shè)計

（一）? 體系結(jié)構(gòu)

采用模塊化、組件化、層次化的系統(tǒng)構(gòu)建思想，B/S架構(gòu)部署，系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)采用分層式結(jié)構(gòu)，充分考慮整個系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性。把業(yè)務(wù)流程和用戶界面抽象到業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層，可以方便修改用戶業(yè)務(wù)流程和用戶界面，而不必修改基礎(chǔ)層和數(shù)據(jù)層的功能。系統(tǒng)采用C#語言開發(fā)，部署內(nèi)部服務(wù)器和“夢課”平臺，提供在線訪問功能，通過瀏覽器，打開應(yīng)用地址即可方便地進(jìn)行科目的訓(xùn)練。

該軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層四個層次構(gòu)成，如圖1所示。

1）基礎(chǔ)設(shè)施層主要由網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、服務(wù)器和存儲等硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等軟件組成，作為系統(tǒng)的硬件與基礎(chǔ)服務(wù)支持。

2）數(shù)據(jù)層主要為虛擬仿真訓(xùn)練提供模型數(shù)據(jù)庫、參數(shù)數(shù)據(jù)庫。存儲和處理訓(xùn)練系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

3）應(yīng)用層使用各種工具調(diào)用數(shù)據(jù)層的內(nèi)容，并通過邏輯運(yùn)算后將結(jié)果呈現(xiàn)給表現(xiàn)層。

4）表現(xiàn)層在基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層的支持下，展現(xiàn)虛擬體驗(yàn)及虛擬交互內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項訓(xùn)練要求。

（二）? 流程設(shè)計

該在線虛擬訓(xùn)練課程由客戶端和后臺管理系統(tǒng)兩部分組成，各部分的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流程如下。

1? 客戶端業(yè)務(wù)流程

客戶端系統(tǒng)的用戶為學(xué)員，用戶首先通過瀏覽器打開系統(tǒng)網(wǎng)址，根據(jù)授權(quán)登陸系統(tǒng)；系統(tǒng)登陸成功后，選擇設(shè)備類型，進(jìn)入對應(yīng)設(shè)備模塊，根據(jù)任務(wù)級別，可做不同難度的科目訓(xùn)練；選擇具體訓(xùn)練科目后即可進(jìn)行詳細(xì)的虛擬訓(xùn)練，可以進(jìn)行基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，虛擬交互訓(xùn)練，可視化考核；訓(xùn)練考核完成，自動上傳訓(xùn)練成績。

2? 后臺管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

后臺管理系統(tǒng)的用戶為系統(tǒng)管理員或者教員，用戶通過瀏覽器輸入后臺管理系統(tǒng)的地址進(jìn)行訪問，輸入正確的用戶名及密碼后進(jìn)入系統(tǒng)，選擇需要進(jìn)行管理的內(nèi)容，根據(jù)系統(tǒng)操作流程完成管理操作，完成管理操作后點(diǎn)擊注銷，完成整個操作。

3? 數(shù)據(jù)流程

在線虛擬訓(xùn)練課程內(nèi)部間交換的信息包括以下內(nèi)容。①人員數(shù)據(jù)，包括學(xué)員用戶、授權(quán)數(shù)據(jù)信息。②仿真模型數(shù)據(jù)，包括裝備模型、器材模型等，通過仿真引擎進(jìn)行信息交換。③虛擬裝備操作數(shù)據(jù)，在訓(xùn)練過程中，數(shù)據(jù)采集模塊將虛擬裝備操作數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以仿真對象狀態(tài)、交互形式進(jìn)入仿真引擎內(nèi)。④教學(xué)資源數(shù)據(jù)，包括理論介紹、原理動畫等，存儲于教學(xué)資源庫中。

系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

三? 系統(tǒng)功能詳細(xì)設(shè)計

（一）? 組成功能

本訓(xùn)練系統(tǒng)完成對海、對空、勤務(wù)三型超短波電臺的在線虛擬訓(xùn)練，將系統(tǒng)功能劃分為：原理示教、裝備操作及維護(hù)保養(yǎng)、作戰(zhàn)運(yùn)用和考核評估四大模塊，系統(tǒng)功能組成如圖3所示。

（二）? 原理示教模塊

內(nèi)容包含裝備概述、性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)組成和基本原理。采用虛擬交互大屏、虛擬教官講解（圖4）、動畫及3D交互演示（圖5）等表現(xiàn)形式，介紹設(shè)備使命任務(wù)、模式配置、組成功能、性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)簡介、結(jié)構(gòu)展示、自主漫游及工作原理等。

（三）? 裝備操作及維護(hù)保養(yǎng)模塊

該模塊劃分為操作使用和維護(hù)保養(yǎng)兩個子模塊。操作導(dǎo)航采用導(dǎo)航圖（圖6）指引及視頻講解的方式引導(dǎo)操作者學(xué)習(xí)操作流程；模擬操作采用虛擬交互形式，構(gòu)建虛擬訓(xùn)練場景，支持用鼠標(biāo)和觸控形式進(jìn)行交互操作，操作內(nèi)容與實(shí)裝完全一致。

維護(hù)保養(yǎng)模塊以3D模型展示前后面板接口，以視頻講解裝備維護(hù)與檢拭，以故障排查流程圖配合裝備三維模型方式展示故障處理過程（圖7）。

（四）? 作戰(zhàn)運(yùn)用模塊

作戰(zhàn)運(yùn)用模塊以掃海警戒、綜合聯(lián)演等典型任務(wù)為背景，以作戰(zhàn)想定為故事線展開，以組織方案為操作依據(jù)，按照作戰(zhàn)想定任務(wù)（圖8）進(jìn)行響應(yīng)，訓(xùn)練端收到作戰(zhàn)指令后，根據(jù)指令要求，依據(jù)訓(xùn)練任務(wù)，擬定訓(xùn)練計劃，按照計劃進(jìn)行相關(guān)虛擬操作，直至任務(wù)完成，將作戰(zhàn)報告提交給管理端。

（五）? 考核評估模塊

該模塊可以構(gòu)建考核題庫，具有自動組卷、手動組卷功能，考核內(nèi)容包括理論考核和實(shí)操考核。

考核后臺采用B/S架構(gòu)，由系統(tǒng)管理員使用，具有系統(tǒng)管理、用戶管理、試題庫管理、試卷管理、學(xué)習(xí)過程和成績統(tǒng)計分析等功能，如圖9所示。

四? 特色效益

該在線虛擬訓(xùn)練課程的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了線上+線下混合式裝備教學(xué)和訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn)不限時間、不限人數(shù)的開放式在線訓(xùn)練，解決了實(shí)驗(yàn)室場地受限和實(shí)裝數(shù)量不足的難題，徹底扭轉(zhuǎn)了實(shí)驗(yàn)室單裝操作為主、實(shí)戰(zhàn)化運(yùn)用難以開展的局面[9]。主要特色如下。

學(xué)操結(jié)合。將理論學(xué)習(xí)與模擬實(shí)操相結(jié)合，注重實(shí)操訓(xùn)練，學(xué)操體系完整。

多教并行。構(gòu)建四大模塊，采用模擬操作、想定教學(xué)、案例教學(xué)和混合式教學(xué)等多種教學(xué)方法，打造實(shí)戰(zhàn)化沉浸式訓(xùn)練模式。

作戰(zhàn)運(yùn)用。構(gòu)建了從作戰(zhàn)認(rèn)知→運(yùn)用案例→綜合運(yùn)用→運(yùn)用實(shí)操的完善的通信裝備作戰(zhàn)運(yùn)用體系，填補(bǔ)了現(xiàn)有教材的空缺。

混合實(shí)作。實(shí)現(xiàn)了線上+線下混合式裝備教學(xué)和訓(xùn)練，構(gòu)建了裝備類課程教學(xué)和訓(xùn)練新模式。

目前該課程已完成實(shí)驗(yàn)室部署并正式上線軍綜網(wǎng)“夢課”平臺。線上訓(xùn)練平臺運(yùn)行后，裝備實(shí)作訓(xùn)練完成度及成效明顯提高，學(xué)員任務(wù)及時完成率達(dá)到90%以上，因課程沖突導(dǎo)致的缺課調(diào)課補(bǔ)課現(xiàn)象明顯減少，學(xué)員實(shí)作訓(xùn)練積極性明顯提高，學(xué)員學(xué)習(xí)深度加深，訓(xùn)練時長擴(kuò)展[10]。教員精力投入方向明顯轉(zhuǎn)變，教員實(shí)驗(yàn)室管理維護(hù)時間明顯減少，線上訓(xùn)練指導(dǎo)時間明顯提升，綜合訓(xùn)練效益大大提高。

五? 結(jié)束語

超短波通信電臺模擬訓(xùn)練在線虛擬訓(xùn)練與線下實(shí)裝或模擬器訓(xùn)練相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了“軟硬互補(bǔ)、虛實(shí)結(jié)合”的軍隊院校任職教育實(shí)作教學(xué)信息化訓(xùn)練，訓(xùn)練課程構(gòu)建了基于軍綜網(wǎng)的裝備類課程線上線下混合實(shí)作教學(xué)新模式，為學(xué)院裝備實(shí)作信息化教學(xué)訓(xùn)練改革做出有益探索，為開展軍事職業(yè)教育教學(xué)方法手段研究開拓新的方向。

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基金項目：“十三五”軍隊重點(diǎn)院校和重點(diǎn)學(xué)科專業(yè)（信息通信）建設(shè)資助項目（海艦教2020-39號）；2020年海軍軍事職業(yè)教育課程資源建設(shè)資助項目“艦艇超短波通信裝備模擬訓(xùn)練”（2020HHX002）

第一作者簡介：李利（1982-），男，漢族，山東泰安人，博士，講師。研究方向?yàn)榕炌ㄐ拧?/p>