虚拟训练系统在军事职业教育中的应用研究

□胡晓琴 张朝伟 焦晓丽

军事职业教育是新型军事人才培养的大平台，是军队院校教育和部队训练实践的补充、延伸、拓展和支撑。军事职业教育是围绕提升军事人才职业特质、专业品质、创新素质，有计划开展的全员学习、开放学习、终身学习活动。为了使军事职业教育实现自主学习、终身学习、针对学习、全员学习、更新学习，必须利用网络技术、人工智能、大数据等建成职业岗位的教育资源体系[1]。士官是军事人才“五支队伍”之一，是雷达装备使用和技术保障的一线人才[2～3]。随着雷达装备的快速发展和作战方式的不断变化，对士官的能力素质，特别是岗位任职能力提出了更高的要求。通过了解发现，士官文化基础相对薄弱，学习的积极性和主动性普遍不高，缺乏学习和理解纯文字性和纯语言性知识的能力。所以在建设学习资源时，必须针对士官的认知特点，利用现代信息技术等建设士官愿意学、能够学及效果好的学习资源，其中虚拟训练系统是很好的一种方式。

一、雷达士官军事职业教育存在的突出问题

军事职业教育强调自觉参与、自主学习和自我提升，所以雷达士官的军事职业教育基本上是在工作岗位上采取“见缝插针”的形式，具有很大的自由度，但也存在着一些突出问题，主要表现在以下几个方面。

(一)装备训练难度大。雷达装备结构复杂、成本高，且装备主要用于担负战备值班任务，对装备的稳定性和安全性要求高，所以士官要想在实装上开展装备训练不现实、难度大。而雷达装备的使用、操作、维护、维修等技能对士官的综合能力要求高，唯有进行反复训练操作才能形成这些技能，达到岗位任职能力的需求。另外，在雷达装备的保障中非常重要的一个技能是雷达的维修技能，一般要通过大量的实践训练才能形成。仅靠一部装备出现的故障很难得到相应的训练，而通过在装备上模拟和设置实际故障又会影响值班任务。所以，仅依靠实际装备来提高士官的维修技能非常不现实。总之，由于战备任务的重要性和装备的昂贵性，导致雷达士官的训练严重不足，造成大部分雷达士官不敢摸装备、不会测参数、不能修装备。

(二)学习系统性不强。目前，在雷达站基本上采用“师傅带徒弟”的培养模式，这种方式易于实现，在短期内可以初见成效，但从长远来看也存在一些问题。雷达装备是由几个分系统配合工作形成的一个大系统，分系统之间的逻辑性很强。比如，一个雷达回波小的故障，可能涉及到发射分系统、接收分系统、信号处理分系统和终端分系统，要排除故障，需要雷达士官具备梳理信号流程、分析故障原因、测量关键参数、定位故障点等能力，这些能力的建立必须要进行系统学习。但大部分“师傅”教“徒弟”时基本上只教“怎么做”，很少涉及到“为什么这么做”，造成雷达士官“知其然而不知其所以然”，在遇到新的故障时很难形成分析能力，很难独立保障装备。

(三)学习效率不高。军事职业教育具有自主灵活性，需要自主选择学习内容、学习方法和学习时间，而士官学习的自主意识相对较差，所以学习资源对雷达士官学习兴趣的激发和保持异常重要。目前，他们接触的学习资源大部分是纸质文字资料，比如技术说明书、使用说明书、图册等，上面是大量的文字和符号，很容易让士官产生畏难情绪。且识图能力靠单打独斗很难提高，需要专业人士的指导。所以，在实际情况下，这些纸质资料的作用发挥不充分，导致士官的学习效率低。

二、虚拟训练系统

为了提高雷达士官军事职业教育的效率和效果，可以利用雷达的虚拟训练系统。即以软、硬件设备与网络环境为依托，基于数据库建设，以典型雷达训练所需的功能为开发核心，利用Unity 3D、3DMax、Directx、VC++、数据库管理系统软件等建立人物模型、场景模型、工器具模型和动作模型等，从而实现在虚拟环境对典型雷达装备的主要操作、结构查看、流程梳理、参数测量、故障检修及考核评价等。

(一)设计原则。

1.简便性原则。系统的应用和维护应方便、灵活、易用。例如，提供友好的、可视化的操作界面；复杂功能尽可能地通过向导方式引导用户使用，查询分析结果尽可能通过图表的形式直观反映给用户。

2.真实性原则。强调与雷达实装的一致性，基于真实雷达开发数字化虚拟训练平台，按照实装的整体布局设计雷达系统外观，遵守实装的操作规程，在整体视景和操作细节上完全逼真于实装。

3.交互性原则。人机交互界面要求简洁、一致、友好，通过常规的鼠标键盘输入交互手段，方便用户完成虚拟训练平台的功能选择、操作训练等各种操作。

4.扩展性原则。建立雷达仿真类库的接口技术、仿真协议、体系结构及实现方法具有通用性，并留有标准的外部扩展接口，只要适当修改对象的参数，便可移植到其它型号雷达的数字化虚拟训练平台上。

(二)系统组成。典型雷达虚拟训练系统主要由一套管理系统和各项仿真软件组成，从而供学员学习、训练和考核，由工作原理平台、操作训练平台、参数测试平台、故障检修平台和考核评价平台这五个虚拟平台组成，其主要功能结构如图1所示。

1.工作原理虚拟平台。此虚拟平台主要包括三维结构和信号流程两部分。三维结构主要是采用3D仿真、交互式操作等方式对装备使用场景进行互动展示，通过建立整体装备及相关使用环境的数字化实体模型，对装备使用场景进行虚拟漫游，实现从场景到装备组成结构的逐级拆解查看，另外，重要器件配备有文字和音频介绍。让学员更方便查看结构、建立整机的概念，同时减少了拆卸实装的频率，起到保护装备的作用。另外，通过流程图的方式来展示一个信号传输的过程，中间经历了哪些装备部件，可以通过点击的方式来寻找对应的装备位置，将原来看不见、摸不着的信号传输流向更形象地展现出来。信号流程是学习的重点，也是难点，很容易让学员产生畏难情绪，虚拟训练系统实现了信号流程的可视化、清晰化，可以极大地提高学习效率。利用工作原理虚拟平台可以进行各分系统(天馈、发射、接收、伺服等)结构和信号流程的学习，结构的可视化，人机交互，以及主要器件的细节可见，可以极大地降低士官学员的畏难情绪，增加自主学习的积极性，更重要的是能实现感性认知到理性认知的初步转换。

图1 功能框架图

2.操作训练虚拟平台。在建立整体环境及装备数字化模型的基础上，建立装备操作规范的逻辑模型，通过软件虚拟机等方式实现流程化的装备模拟仿真操作，通过仿真装备运行实现操作状态和结果。具体操作包括开关机、拆卸、组装、架设、撤收等操作，分为学习模式和练习模式两种。在学习模式中，具体的操作在操作步骤提示下进行，操作之后对应的状态显示清晰，学习者可以根据装备模拟仿真操作熟悉装备操作流程、掌握操作步骤、了解正确的工作状态，避免在实装上过多操作和错误操作造成装备稳定性降低。练习模式相当于是装备常见操作的考核，学员模拟在实装上的操作，达到自我检验的目的，并巩固操作，操作的结果会同步反馈到考核评价模块。

3.参数测试虚拟平台。利用建立好的三维模型，通过人机交互进行重要参数的测试，具体包括仪器仪表的选择、关键测试点的查找、测试方法及波形显示。利用参数测试虚拟平台，可以将参数测试中的几个关键点进行分解，训练学员对重点参数的测量，达到熟悉测试步骤、明确测试点、掌握参数正确波形的目的。

4.故障检修虚拟平台。在开关机的基础上进行扩展，设置开机过程中出现的不同故障，导致开机会出现不同的结果。学员根据虚拟装备上表现出的故障现象以及提示，详细地分析故障原因，原因分析完后进行故障检修，中间可以参考排故流程，并根据提示的视频和虚拟操作掌握排故的关键步骤，并建立良好的维修思路。这部分是装备学习的核心内容，通过在虚拟平台上进行故障检修的训练，不仅能更好地帮助提高学员的分析能力以及解决问题的能力，还可以训练在实装上不便设置的故障检修，极大地保护了装备。

5.考核评价虚拟平台。该平台具体包括考核、资料管理模块和用户管理模块。集成装备保障技术知识库，可现场查询有关装备的各种资料(必须由管理员在后台上传后)，为装备保障活动提供信息化支持；并创建题库，自制答卷，实现知识和技能的考核，记录考核结果。通过理论试题库和故障试题库的形式，对训练人员的每一次练习进行训练效果评估，并通过专门的软件对模拟操作过程进行跟踪，实现训练效果检验和考核。考核评价虚拟平台可以根据每名考核者制定出易错题、薄弱内容，从而帮助学习者查缺补漏、开展有针对性的学习。

三、结语

随着信息技术的发展，虚拟训练系统发展迅速。虚拟训练系统具有时时训练、保护装备、提高效率、训练方便、降低成本、反复训练等优点，可以预见其在雷达士官的军事职业教育中将发挥更大的作用。在建设虚拟训练系统时，要充分利用现代的信息手段，比如虚拟现实、增加现实、混合现实等，从而进一步增强士官使用过程中的沉浸感和参与感。