基于目标导向的采油射孔培训考试系统研究

尚福华 冀晓玲 曹茂俊

摘 要： 为了提高采油射孔培训效率，增强工人培训兴趣，解决现有射孔工序操作培训目标不清晰、培训方式单一等弊端问题。根据目标导向的层次目标特点，开发了基于目标导向的射孔培训考试系统。根据不同阶段的不同目标，制定不同的实现方法。系统经现场试用，效果显著，实现了目标设定合理、考试结果反馈及时以及培训效果突出等优点，极大地提高了工人的培训效率。

关键词： 目标导向; 仿真培训; 射孔工序

中图分类号： TP 37

文献标志码： A

Research on Target-oriented Oil Production Perforation Training System

SHANG Fuhua， JI Xiaoling， CAO Maojun

（School of Computer & Information Technology， Northeast Petroleum University， Daqing， Heilongjiang 163318， China）

Abstract：

In order to improve the efficiency of oil production perforation training and enhance the training interest of workers， the problems of unclear training objectives and single training methods in existing perforation process operation are solved. According to the characteristics of goal-oriented hierarchical goals， this paper develops a goal-oriented perforation training examination system. According to the different goals of different stages， different realization methods are formulated. The system has been tested on the spot and achieved remarkable results. It has realized the advantages of reasonable goal setting， timely feedback of examination results， and outstanding training effect. It has greatly improved the training efficiency of workers.

Key words：

target orientation; simulation training; perforation process

0 引言

采油射孔作為石油工程中最为关键的工序之一，射孔培训非常重要。然而，当前的射孔工序培训无法达到预期员工培训效果，员工培训有效性差，培训职能发挥并不明显[1]。 为了提高培训的有效性，增加培训效率，在射孔施工的工序中应积极采取相应措施，进一步提高员工培训有效性，强化员工培训效果。

传统培训方式一般是师生面对面交流，但随着时代的发展和科技的进步，结合射孔操作的特点，传统的培训存在很多不适应 ：一是传统的“灌溉”培训方式难以激发员工参与的积极性，不符合成人的学习方式[2];二是受训工人的知识水平参差不齐，传统的培训方式难以兼顾每个人的培训进度;三是培训中没有清晰的目标设定，缺乏完整的培训评价体系;四是不能根据学习者的需要优化学习内容。通过一段时间调研和分析，培训出现这些问题有教师的原因，也有学习者的原因，传统的培训中工人对自己的学习目标认识不清晰，对于工序整体没有明确的认识，导致对于工序整体的目标感不强，对于知识结构的整体理解力不足，导致培训效率不高。

目标导向理论是激励理论的一种，这一概念由教育心理学家Eison首先提出[3] ，是研究为达到目标所表现行为的一种管理理论。到了20世纪末，目标导向开始引起工业与组织心理学专家的注意，并把研究方向转向工业组织，实验研究对象也是组织中工作的员工。近年来，对于目标导向的研究非常广泛，张冠男等进一步将目标导向的思想细化，把目标作为产品和用户间的主要桥梁，提出了基于目标导向学习的使用背景模型，进一步强调了目标的重要性。钟艺认为目标导向学习就是通过目标引导学生完成教学目标的学习活动。目标导向理论强调动机、情感和习惯的价值，具有较强的行为预测能力和解释力，能够更加系统深入地分析特定行为的生成机理，这也是目标导向学习广泛应用的原因。但是，目标导向在石油行业特别是在射孔培训行业还尚未应用。

针对射孔工人在培训过程中目标模糊，效率低下的问题。研究基于目标导向设计的射孔虚拟仿真培训考试系统，为学习者设定明确目标，提供不同阶段的实现方法。增强了培训效果，提高了培训效率。

1 目标导向与目标层次分析

1.1 目标导向设计

目标导向旨在处理并满足用户的目标和动机，这种为满足用户目标的设计（Goal-Orientation  Design），我们称之为目标导向设计[4]。目标导向设计集合了人种学、市场调研、用户模型、用户场景设计的技术，是一个明确而系统的设计过程。这种面向目标的设计方法是 Alan Cooper提出的一套产品开发的方法[5]。该方法即可以满足用户的需要和目标，又可以满足业务和技术需求的支持。

1.2 目标层次分析

理解目标导向设计的前提是对用户目标的充分理解，以及如何以这些目标为指导进行交互行为设计。目标导向设计的最终结果是为了满足用户目标，但是用户在系统使用的过程中，阶段不同对使用的目标也不同，目标不同则实现用户目标的方法也不相同，所以不同层次的用户目标可直接映射出不同层次系统的功能，Don Norman指出人类的认知情感可分为3个层次：本能层、行为层、反思层[6]， Alan Cooper将本能层、行为层、反思层应用到交互设计研究的过程中，描述出3种对应的用户目标，即体验性目标、目的性目标和生活性目标[7]。它们之间的关系和具体特点，如表1所示。

以目标为导向的设计通过提供不同层面的服务满足用户目标，用户目标是用户期望实现的结果，并且驱动用户达成目标的内在动力则是“动机”，用户的需求产生动机，动机触发用户的某种行为实现特定的目标。用户在不同层次的目标下有着不同的特点，体验性目标，对应本能层，是一个立即的直接反应，反应最初对系统的需求;目的性目标，对应中间的行为层，反应工人使用系统的行为活动。生活性目标，对应反思层，即用户要实现的结果。

2 仿真培训考试系统设计

2.1 培训考试系统框架

目标导向设计有独特的交互设计过程，目的是将研究者和设计者相融合，打破传统研究者和设计者之间的隔阂。目标导向设计将用户需求作为沟通桥梁，避免设计者太过于关注设计过程中的问题。目标导向设计独有的设计过程综合了多种方法，其中最为著名的就是 “六阶段”法[8]。依据目标导向设计的研究、建模、需求定义、定义框架、细化和支持“六阶段”法构建仿真培训考试系统框架。

如图1所示。

1）研究阶段主要分为两个阶段，第一深入了解用户的需求和分析用户目标，探讨如何满足用户需求和实现用户目标。根据这些研究，在系统设计过程中做出有针对性的功能设计。第二是进行设计开发过程相关资料的调查和研究。

2）建模阶段主要是抽象用戶的目标模型，并对用户目标和要求进行更直观的描述。根据相关资料的研究对所用场景进行设计以及工具模型进行制作。

3）需求定义阶段是进行学习者特征分析，明确所需研究主要受众的目标和需求，并对实现用户目标进行任务设计上的思考。

4）定义框架和细化主要是根据目标设计系统功能框架和功能模块，对表现形式和学习内容进行分类研究。

5）支持阶段主要是对系统的功能进行测试使用，对操作进行说明和最后使用结果进行反馈。

2.2 培训考试系统构建

采油射孔工序作为石油工序最为关键的工序之一，射孔工序的培训非常重要，下面以射孔培训为例，进行仿真培训考试系统的构建。

2.2.1 研究和建模

基于目标导向设计的研究，首先对射孔工人进行相应的调查，了解他们的目标和动机，分析他们的培训需求，了解要达到的培训效果，通过分析抽象出工人的整体目标，根据这些研究进行相应目标的设定。其次要进行系统的整体规划，确定需要开发的工序。对制作流程资料进行调研和收集，进行相关模型的制作和交互场景的设计。

2.2.2 需求定义

通过工人学习者进行特征分析，了解到参加油田企业培训的员工大部分都是在职工人或是刚开始工作的大学生，他们之前接受过的教育程度不相同，个人经历经验也不同。

射孔工人培训是针对射孔工序需求而进行的有侧重性和有针对性地培训教育。考虑到学习者的认知差异，基于目标导向的培训系统在设计上遵循着：不要让使用者思考，减少他们在操作和体验产品时的思考过程，提高产品的使用效率;为核心人群设计，在系统设计开发的过程中，找到各个用户群体之间合适的平衡点;用户参与到设计中，目标导向设计是为用户目标设计的过程，设计过程中用户需要作为设计的引导者和评判者;功能层级结构的扁平，减少用户在功能操作时不必要步骤等设计原则，减少用户的使用差异。

2.2.3 定义框架和细化

系统的整个框架和功能模块的设计上是在Alan Cooper提出的认知层次以及所对应目标的基础上，结合成人自导学习的达成目标、形成计划、付诸行动学习过程，提出符合射孔工人的功能框架：目标设定、本能层、行为层、反思层和目标完成，如图2所示。

在课程的内容安排上也遵循制定目标、体验性目标、目的性目标、生活性目标和目标实现循序渐进的培训模式和图文并茂的学习方式。充分遵循学习过程从简单形象到复杂抽象、从视觉呈现到反思反馈的规律来设计开发培训系统和安排培训内容。

1）目标的设定：工人在最初选择相应工序培训的时候，会有一个分数的设定，即大于等于x分，工人根据自身的情况设定相应的分数，如果最后考核的分数超过设定的分数会有相应的荣誉称号，分数越高，相应的荣誉等级越高。

2）本能层：本能层目标即用户最初的体验目标，学习者在使用培训系统时的第一反应，起主导作用的是注视、感受和声音等生理特征。在培训系统来说，即系统界面的视觉呈现、动效、声音、内容等方面，借助理论学习模块用视觉呈现学习资料和演示模块用视频形象直观的模拟仿真动作，工人能够在观摩示范中，对最初的目标进行实现。

3）行为层：行为层即用户的目的性目标，主要是培训内容的构建、交互设计培训等方面来表现，借助交互式学习模块，受训者能够深入虚拟场景，利用Unity的UGUI交互技术实现工人在虚拟井场中进行相关的射孔操作演练，这种交互式学习通过虚拟现实技术将真实世界与虚拟场景融合在一起，构建一个虚拟仿真的射孔工序施工环境，通过鼠标点击操作来实现与虚拟井场中的工具设备进行交互操作，从而获得实现“目的”的练习。

4）反思层：反思层即用户的生活性目标，反思层目标的实现就是工人可进行上井操作。借助用户考评模块和效果反馈模块，受训者能够在学习结束后，展开自我评测，并从中获得正确的反馈，以服务于未来学习计划的制定;在学习过程中，受训者可结合学习所需，不受时间限制地利用用户考评系统，对学习效果加以检查，实现对培训操作的练习，达到良好的学习效果，进行上井施工作业。通过效果反馈，对学习需求进行重新审视，并对未来的学习进行规划。

5）目标的实现就是实现工人当初定下的目标即完成工序的培训，即完成所有的工序的培训和考核，系统会根据操作给出相应的信息反馈，颁发相应的荣誉称号，完成培训的目标，即可以进行上井作业。

2.2.4 支持

支持阶段就是将系统投入到射孔培训工作中，进行使用 测试效果。

通过对射孔工人虚拟学习系统需求的分析，设计并开发了系统各功能，经过一年的努力，射孔工人虚拟仿真培训考试系统已取得初步的成效，系统的基本功能己经开发完成，并迅速投入到射孔分公司进行测试、试用，如图3所示。

通过对射孔分公司工人进行为期两个月的调查分析系统的使用效果，调查结果显示，基于目标导向的仿真培训考试系统符合工人的认知方式，通过系统的使用，工人明确了培训目标，制定了适合自己的培训计划，提高了培训效率，满足了使用需求。

通过发放50份问卷对工人的使用效果进调查，76%工人能明确自己学习的目标;76%工人认为该培训系统符合使用的需求;96%的工人认为这种培训方式优于传统的培训方式;86%工人认为培训系统开发的模式符合自己的学习方式;80%工人通过该培训系统提高了学习技能。结果如表2所示。

综合以上数据可以得出，使用基于目标导向的培训系统工人能明确学习目标，快速上手，并熟练的通过培训测评，快速的上井工作;工人参与的设计模式使培训系统更加符合工人的使用需求，结构安排更加合理;培训系统模块符合成人的学习方式，反思层模块能更好指出工人考核练习中错误的步骤，并给出相应的意见和学习建议;系统培训层次的设置提高了工人的学习效率 ，增加了培训的兴趣。

3 总结

结合工人的意愿和目标，提出了基于目标导向的系统设计开发方式，并利用Unity交互开发工具建立了基于目标导向的射孔仿真培训系统。系统目标设定合理、虚拟场景逼真、交互操作便捷、结果反馈及时和培训效果突出。经现场使用证明，本系统可极大提高工人的培训效率。将目标导向理论应用于仿真培训系统尚属首次，因此，基于目标导向的设计思路可为仿真系统培训提供一种有益的借鉴。

参考文献

[1]刘洪涛.新常态下石油生产企业实施精准教育培训创新[J]. 中国成人教育， 2018（18）： 124-128.

[2] 陈翠玲.国有企业职工培训供给侧改革思考——以中国石油化工集团有限公司茂名石化公司为例[J].中国成人教育，2017（18）：132-134.

[3] Edmondson A. Psychological safety and learning behavior in work teams[J]. Administrative Science Quarterly， 1999，44

（2）： 350-383.

[4] Kerr S J， Tan O， Chua J C. Cooking personas： Goal-directed design requirements in the kitchen[J]. International Journal of Human-Computer Studies， 2014， 72（2）：255-274.

[5] Alan Cooper， Robert Reimann， David Cronin， et al. About Face：交互設计精髓[M].（第四版）.倪卫国，刘松涛，薛菲，等，译.北京：电子工业出版社，2015.

[6] Alan Cooper， Robert Reimann， David Cronin. About Face 3： The Essentials of Interaction Design[M]. John Wiley & Sons Inc，  2012：33-36.

[7] 唐纳德 A 诺曼.情感化设计[M].北京：电子工业出版社，2005：5-10.

[8] Cooper A， Reimann R， Cronin D. About Face 3： The Essentials of Interaction Design[M]. John Wiley & Sons Inc， 2007.

（收稿日期： 2019.06.07）