嵌入式训练教学保障技术及其应用★

余学敏，宋巍，黎新

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东　广州　510610；

2.空军驻广州地区军事代表室，广东　广州　510410）

嵌入式训练教学保障技术及其应用★

余学敏1，宋巍2，黎新1

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610；

2.空军驻广州地区军事代表室，广东广州510410）

训练教学保障技术是嵌入式训练系统的核心技术之一，它为嵌入式训练提供训练前的理论学习和培训，同时也能在嵌入式训练后根据评估结果提供学习指导方案。首先，介绍了训练教学保障技术在嵌入式训练系统中的作用；其次，详细介绍了训练教学保障技术的业务流程、训练教学保障系统的技术架构，以及训练教学保障系统的功能模块；最后，介绍了训练教学保障系统的效果。实践表明，训练教学保障技术能够提高训练效率，提升训练效果。

嵌入式训练；训练保障技术；交互式课件；课件制作；学习管理

0　引言

嵌入式训练 （ET:Embedded Training）［1］是由美国陆军于1987年提出来的概念，它将训练系统嵌入到实际装备中，在近似实战的逼真环境下实施训练，可使受训者获得与实战相符的心理与生理适应性，能够有效地提高部队的战备能力和应付突发事件的反应能力［2］。嵌入式训练是当前各军事强国重点研究的技术，作为训练系统的最新趋势，已装备到美军的宙斯盾级军舰［3］和F-35“闪电”战斗机［4］上。我军也在逐步地开展对嵌入式训练技术的研究，如装甲兵工程学院实现了装甲装备的实车嵌入式训练［5］。

嵌入式训练技术是训练技术与装备运用技术的有机结合，是以电子技术和信息技术为基础的、涉及多种技术的综合技术［2］，其总体技术架构如图1所示。首先，利用态势生成技术构造一个真实装备运行下的虚拟训练态势。其次，在训练开始前，通过训练教学保障技术为嵌入式训练进行训练前的理论学习、培训和考核；在训练开始后，利用信息交互技术，捕捉训练过程中的人员操作、装备运行等信息，传输至服务器的数据库中，为训练评估提供数据支持。最后，通过训练评估技术，将评估结果反馈给训练教学保障模块，训练教学保障技术根据训练评估的结果给出相应的学习指导方案，形成闭环训练。

图1　　ET系统的总体技术架构

目前，在嵌入式训练中，大多数专业技能教学培训都存在内容枯燥、情景抽象、交互性差和 “大锅式”教学的问题，对于不同技术等级和学习能力不同的学员，不能进行个性化的有针对性的培训，不能充分地调动学员学习积极性，对学员进行客观、有效的评估，更重要的是这种教学方式所带来的安全隐患和经济损失不容小觑。

训练教学保障技术是使用现代计算机网络技术、基于电子化学习 （E-Learning）理念实现对训练教学保障工作的全过程进行标准化、规范化、高效化的管理技术。它通过多媒体交互式教学课件可以将不同层次、不同级别学员的培训内容分别配以文字、动画和声音等进行展示，场景可以从不同的角度演示，场面逼真，最大程度地展现了武器操作和维修的场景，直观、生动地向学员展示操作、维修等相关技能，并展示因操作不当而引起的危险和后果。学员可以直接与教学内容进行交互，如身临其境，既提高了学习的兴趣，又有效地锻炼和提高了操作及反应能力，与嵌入式训练相结合更是相得益彰，极大地提高部队的保障能力。它符合SCORM国际标准并融合S 1000D标准，其课件制作、素材管理、培训大纲、培训计划制定、学员自主在线学习、教员在线教学和题库试卷建立、学员在线考试、自动阅卷、师生互动，以及考核评估等功能，比传统的教学式培训方式更方便、高效，能满足用户以最低的教学资源成本，高效、科学地实现不同的岗位人员对相关技能、知识的掌握、提升和考核评估。

1　嵌入式训练教学保障技术研究

1.1嵌入式训练教学保障技术业务

流程

根据嵌入式训练功能需求，嵌入式训练教学保障技术的主要业务流程如图2所示。在正式上岗之前，对学员制定嵌入式训练上岗培训计划；计划实施阶段，对学员上岗需要掌握的技能进行培训；学员资格认证通过则获得进行嵌入式训练的资质。

获取相应的资质后进入武器装备的嵌入式训练。在计划制定阶段，管理员根据年度或者月度嵌入式训练计划要求，制定嵌入式训练计划，编写计划内容、制定课程内容、课程安排；教员利用ITEM或者课件制作系统制作符合SCORM标准的课件，利用3D工具编制交互式试题，制作完成后将素材导入到系统的训练资源和考核资源管理模块，同时关联到相关的训练课程中。在计划实施阶段，教员根据课程安排，利用电子教室讲解训练内容，进行理论知识和实际操作的学习，通过分布式考试系统对学员进行考核，检验学员的学习效果；学员可随时随地地进行自我学习，包括课程学习、训练资源学习和在线自我测评；完成某次武器装备的嵌入式训练后，管理员更新计划进度，将嵌入式训练评估结果导入到成绩统计分析模块，根据评估结果使用能力模型分析学员在训练的过程中技能掌握的熟练程度，据此为学员提供特定的学习指导方案，教员再根据学习指导方案为学员制定个性化的培训计划，从而形成闭环训练。嵌入式训练计划整体结束后对计划进行统计分析。结合年度或者月度训练评估结果和学员平时培训情况的成绩可以为学员的技能等级评定或职称评定提供参考依据，如果通过认证则颁发证书，否则继续学习。通过训练教学保障技术可实现学员职业规划的统一化、信息化、科学化管理，为嵌入式训练作辅助支撑作用。

1.2训练教学保障系统技术架构

训练教学保障系统，是基于Java Web技术对训练教学保障技术的实现，它的总体结构设计如图3所示。

图3　总体结构设计

图2　　嵌入式训练教学保障技术业务流程图

平台技术架构采用目前业界主流成熟的spring mvc+Spring+Hibernate 3层架构框架，将整个业务应用划分为界面展示层、业务逻辑层和数据访问层，实现 “高内聚，低耦合”的思想，确保系统功能模块能灵活地封装和调整。

1.3训练教学保障系统功能模块

训练教学保障系统分为课件制作系统和学习管理系统两个子系统。

1.3.1课件制作系统

课件制作系统用于制作培训课件。用户若已经部署了满足S 1000D4.0标准的IETM的编辑器和内容管理器，则可利用IETM编辑器和内容管理器进行培训课件内容的编辑，并在编辑完成后导出SCP，再导入课件制作系统，出版为SCORM培训课件或非SCORM的HTML培训课件。如无满足S 1000D4.0标准的IETM，也可直接使用课件制作系统编辑课件内容。课件制作系统有独立的RTE（课件运行环境），可在对课件进行样式设置和编序规则设置时预览课件效果。课件制作系统功能模块包括:导入课件、新建课件、课件内容编辑、样式设置、编序规则设置、预览课件和出版。还包括两个资源库:素材库和模版库。

其功能结构图如图4所示，课件制作流程图如图5所示。

1.3.2学习管理系统

学习管理系统用于对参训人员进行理论知识、使用操作程序及维护维修技能的培训教学过程的综合管理。提供教学资源管理，以及培训管理、学习跟踪和统计分析等功能。

图4　　课件制作系统的功能结构图

图5　 课件制作流程图

其功能结构图如图6所示:

图6　　学习管理系统功能结构图

a）系统管理

系统管理功能提供对组织结构、人员的管理，以及系统配置、权限配置、日志管理和数据交换等功能。

b）教学资源

教学资源功能支持平台对教学过程中需要使用的资源 （课件、题目、试卷）进行统一管理，并对教学资源进行系统化、科学化的分类，使教学资源实现可重用、易以检索等优点，支持多种格式教学资源的上传下载。用户可使用Photoshop、Flash、3dSMAX、After Effects、Cortona3D和3DVIAComposer等软件制作3D效果的训练素材，通过Captivate将各种素材打包成交互式课件和试题。

通过能力模型对教学资源进行分层分类，能力模型将技术等级划分为对应需要掌握的能力点，通过学员掌握的能力点熟悉程度来判定学员是否掌握相关的技术，能力点也可通俗地理解为知识点，能够实施 “多层次多梯度”的培训，教员根据能力模型分析训练评估结果可以判定学员对能力点掌握的熟练程度，从而能对参训人员制定个性化的培训方案，以及进行资格认证，方便参训人员下一步的学习和能力提升。

c）培训管理

培训管理功能提供对知识结构树、知识点、培训大纲、培训计划、计划实施、课程、线下培训和考试的管理。

d）教学实施

教学实施功能包含在线控制教学和电子课室功能。教员通过在线控制教学，能够更好地进行课室授课；教员和学员通过电子课室能够进行远程互动，提高教学质量。分布式教学和学习模式可突破传统培训模式存在的缺陷，可实现参训人员随时随地的学习和交流，不存在传统教学模式的时间和空间的限制。

e）学员考试

学员考试功能支持学员进行自测、接收下发的考试进行在线答题，还可以查看自己的在线考试记录和自测记录。

f）教学评定

教学评定功能提供教员批改试卷、跟踪学员学习情况和评定学员等功能，支持学员对教员和课件进行评定，支持教员和学员对培训计划进行总体评定。

g）统计分析

从多维度 （部门、人员、时间、知识分类、培训计划、课程、课件和成绩等）对培训情况进行查找和统计分析。系统提供数据表、柱状图、饼状图和曲线图等多种二维/三维方式来展现统计分析结果。

h）互动交流

互动交流功能提供管理员对邮件、在线论坛和公告栏的管理和维护。提供教员、学员对邮件、在线论坛和公告栏的操作和使用，方便在线交流。

2　训练教学保障系统的实现效果

训练教学保障系统基于B/S结构，使用Java Web技术开发，用户通过网络登录服务器，使用网络浏览器即可应用系统提供的服务，无需安装客户端，Java语言的跨平台性也方便系统的部署。系统的主要功能包括课件管理、题库管理、教学计划、试卷管理和电子教室等。其界面如图7所示。

通过训练教学保障系统，用户可以实现 “训保结合”以及 “多层次多梯度”的训练，能够满足平时训练教学的需要，通过信息化的手段，提高训练效率，提升训练效果，训练保障能力得到了很大的提升。

图7　　训练教学保障系统

3　结束语

训练教学保障技术是嵌入式训练系统的核心技术之一。首先，介绍了训练教学保障技术在嵌入式训练系统中的作用；其次，详细介绍了训练教学保障技术的业务流程和训练教学保障系统的技术架构，以及训练教学保障系统功能模块；最后，介绍了训练教学保障系统的实现效果。训练教学保障系统利用现代计算机网络技术实现组织培训工作全过程的标准化、规范化的高效管理，比传统教学式培训更方便、高效，能满足用户以最低的教学资源成本，高效、科学地实现不同岗位人员对相关技能、知识的掌握、提升和考核评估。

［1］Department of Army.Army embedded training policy［Z］. Washington.DC，US:Departmentof Army，1987.

［2］常天庆，张波，赵鹏，等.嵌入式训练技术研究综述［J］.系统仿真学报，2010，22（11）:2694-2697.

［3］ZACHARY W，CANNON-BOWERS J，BURNS J，et al. The Advanced Embedded Training System（AETS）:An intelligent embedded tutoring system for tactical team training［J］.International Journal of Artificial Intelligence in Education，1999（10）:257-277.

［4］魏钢.F-35“闪电”X战斗机 ［M］.北京:航空工业出版社，2008:152-173.

［5］常天庆，张波，王钦钊.嵌入式训练技术的应用与发展［J］.装甲兵工程学院学报，2008，22（6）:1-6.

Embedded Training Teaching Support Technology and Its App lication

YU Xue-min1，SONGWei2，LIXin1
（1.CEPREI，Guangzhou 510610，China；2.Air Force Military Representative Office in Guangzhou，Guangzhou 510410，China）

Teaching support technology is one of the core technologies of Embedded Training（ET）System.And it provides theoretical study and training before ET and guidance program based on evaluation results after ET.Firstly，the role of teaching support technology in ET is introduced in this paper.Secondly，the work flow，functionalmodules and technical architecture of the technology are discussed in detail.Finally，the effect of teaching support system is demonstrated.The results prove that teaching support technology can improve training efficiency and enhance training effect.

ET；training support technology；interactive courseware；courseware making；learningmanagement

TP 391.92

A

1672-5468（2015）02-0067-06 doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2015.02.015

工业和信息化部电子第五研究所发展基金C类项目 （13C15）资助

2014-10-31

余学敏 （1988-），男，湖北黄冈人，工业和信息化部电子第五研究所赛宝装备综合保障研究中心助理工程师，硕士，主要从事装备综合保障研究和软件开发工作。