无人系统工程专业综合训练实践类课程教学改革探索

武萌 王钦钊 郭傲兵

摘要无人系统工程专业是多学科融合的新兴专业，对标教育部自动化类机器人工程本科专业，聚焦无人作战系统所涉及的理论、方法、技术、运用，使学员初步形成无人系统运用、指挥和管理的能力。“无人系统工程专业综合训练”是本专业连接专业背景课程和首次任职课程重要枢纽的专业必修课程，学员通过实践环节深入理解无人平台关键技术，为操作运用新装备奠定技术基础。“无人系统工程专业综合训练”课程实践过程跟踪专业前沿发展趋势，基于课程教学目标探讨挖掘课程特色，形成层次性课程教学内容，为多学科融合新兴专业实践类课程教学提供思路。

关键词 无人作战装备；综合实践类；新装备操作运用

中图分类号：E284文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.024

无人系统工程专业是多学科融合的新兴专业，以教育部机器人工程为专业背景，专业以陆上无人作战系统为研究对象，聚焦无人系统所涉及的理论、方法、技术运用，使学员初步形成无人系统运用、指挥和管理的能力。当前陆军无人装备将陆续装备部队，“无人系统工程专业综合训练”作为本专业背景课程的终结性综合实践课程，培养本专业学员本科阶段基本的专业素养，关注无人平台关键技术，通过科目实践进一步理解新装备及其操作运用。课程建设需要跟进新型装备特点，基于课程教学目标探讨实践科目内容，更新课程教学方法和手段，探讨课程考核方式，不断提升课程实践科目训练质量。

作为新兴、多学科融合专业的综合实践类课程，加强课程设计需要解决以下主要教学问题：①基于课程地位作用，跟进新型装备特点，更新课程教学目标和教学内容，以期贴近新装备实际运用，从技术层面提升任职能力；②为完成综合性实践科目，挖掘学员自身潜力，强化学员能力，更新课程教学方法和手段，通过教员引导最大限度地调动学员积极性，提升其专业素养和自身能力；③更新传统考核方式，查找新型考核方法，改进被动考核局面，以考促学。基于这些问题，本文提出以下课程改革方案：

1面向新装备的使用，扎实课程教学目标，提升新装备适应能力

当前无人装备正在研制和列装中，“无人系统工程专业综合训练”课程是无人系统工程专业生长军官高等教育主体培训层次的必修课程，是前期机、电、信、人工智能等一系列专业背景课程之上的终结性专业必修课程，第6学期开课，是大三学年的最后一门课程，课程总学时60学时。课程教学需要基于前期专业背景课程理论内容，结合无人新型平台的特点，对无人平台相关关键技术和综合功能多次实践，从而进一步分析新型无人平台运用方法，进而理解由于部分技术难题、传感器安装位置以及自身缺陷，在实际应用中所需关注的事项。

课程的教学目标为通过连贯递进的系列过程“设计基础→模块设计→功能综合”，完成一项具有部队特色的设定战术情景条件下的挑战性任务，以巩固和强化专业背景课程基础知识，提高实践动手能力，培养本专业学员本科阶段基本的专业素养，促进其综合性、实践性专业应用能力生成，培养创新应用和团队协作能力，也为首次任职阶段理解、适应和胜任岗位奠定技术基础。本课程结合人才培养方案扎实课程教学目标，通过课程学习提升新装备适应能力，提升科学素养。

2依托教学目标，完善知识点模块分解的层次性实践科目内容设计

依托教学目标，完善知识点模块分解的层次性课程教学内容设计，贴近新装备运用实际，构建完整的知识体系，同时解决课程设计知识点繁多的问题，层次性内容设计思路如图1所示。

为提升学员对新装备的使用和操控能力，实践环节选取的机器人综合实验平台具有典型无人平台的功能模块，可实现典型无人平台的关键技术，综合性强。基于机器人综合实验平台不断进行技术实践的同时，基于机器人综合实验平台模拟新型无人装备遥控操作、自主、跟随和打击功能，探究单平台组训和多平台协同组训方式，使学员快速理解新装备的使用和操控方法，提升新装备的适应能力。

层次性课程教学内容设计分为三个阶段“设计基础→模块设计→功能综合”，设置10个模块化实验，各個阶段逐层递进并与专业背景课程衔接，10个模块化实验巩固和强化了学生的专业背景课程基础知识，构建了完整的知识体系框架，具体如下：

①设计基础部分，综合前期科学文化课程的“大学计算机基础”“电路原理与电子技术基础”等部分课程内容，完成硬件系统搭建、软件开发环境和ROS操作系统设计，对前期专业基础课程进行回顾和能力提升。

②模块设计部分，综合前期专业基础课程的“人工智能原理及其应用”“计算机控制技术”“环境感知技术”“运动控制技术”等部分课程内容，完成面板控制、电机与运动控制、红外与激光雷达、姿态测量、图像感知等功能模块设计，完成专业背景课程理论到实践的综合。实践方法采用虚拟仿真与实物相结合，基于机器人综合实验平台进行模块化设计，如：运动控制、组合导航、激光雷达、视觉摄像头等设计实践，理解无人装备的重要功能实现方法，理解形成关键技术指标的模块搭建方法。

③功能综合部分，基于前期学过的复杂理论“任务规划技术”“火力打击技术”等相关内容，把模块设计部分相关模块综合起来，进行功能综合，完成蓝牙遥控与自主避障、目标识别与跟随等设计，即基于功能的综合设计，实现对复杂理论的实验验证，提升学员的系统分析能力，通过综合调试，进而理解新装备无人平台形成重要性能指标的关键技术设计方法和实际应用中所需关注的注意事项。

④终极挑战环节，通过无人平台自主打击对抗赛，通过掌握无人平台多种作战样式的实现方法，理解多部件和相关多种关键技术融合，理解单无人平台侦察、多无人平台协同等体系构建方法。

层次性设计思路对前期专业背景课程进行了回顾和提升，构建了完整的知识体系框架，与新型装备相结合，为首次任职奠定技术基础。

3更新教学方法和手段，扎实训练环节，仿真与实操相结合，设置挑战性任务

教学过程主动加强以学生为中心，从“教”为中心向“学”为中心转变，充分调动学员的积极性，学员依据已有知识自主解决问题，主动学习新知识，批判性地发现问题、解决问题。具体方式为：

①教为主导，学为主体。教员理论讲解发布项目任务后，学员完成文档撰写、程序设计和功能调试，要求不同任务由组员轮换担任不同角色，并且每2～3组配备一名指导教员，随堂指导，因材施教，为扎实完成实验，每项实验都要经历“需求分析→方案设计→理论计算→过程实现→实验调试”五个环节的训练，十多个实验下来，最终扎实基础，提高实践动手能力；

②目标牵引的研究性学习。项目设计过程面向应用聚焦，采用目标牵引的研究性学习，设置了达标性任务和挑战性任务，完成达标性任务可以得到及格成绩，自行设计完成挑战性任务可以加分，通过这种方式逐渐提升学习难度和强度，促使学员能力在不断强化的学习中得以逐步提高；

③仿真与实物相结合，提高实验效率。对于复杂任务，采用仿真与实物相结合的方法，仿真实验不受时间、空间限制，可以多次实验，选取最优解加载到实物运行，大大提高实验效率，并且通过多次实验，不同的实验现象比较判别，提升了学员基于现象找本质的能力，激发了他们的批判性思维和敢于质疑的精神，进一步挖掘学员潜力。

4“教员引导、学员组训、以赛代考和赛后复盘”的实践科目考核方式，更新传统的评价方式，以考促学

对课程考核组训方式进行改革，科目过程考核和终结考核均采用“教员引导、学员组训、以赛代考和赛后复盘”的方式开展，在教员引导下，学员组织训练，提升自身组训能力。

科目过程考核和终结考核采取以赛代考的方式完成，依据军事案例设置必选项目和自选项目，完成必选项目给出基本成绩，依据自选项目完成情况可进行加分。考核过后，主课教员和学员共同进行赛后复盘，发现疑点，查找解决方案，再次共同思考提升。

“教员引导、学员组训、以赛代考和赛后复盘”的教学评价方法，更新了传统的评价方式，调动了学员自身的积极性，以考促学。

5结语

本门课程教学改革基于专业特点，依托机器人综合实验平台模拟新型无人装备操控和组训方法，找准课程教学目标，提升学员对新装备的适应能力；贴近新装备实际运用，完善“知识点模块分解的层次性课程内容设计”，构建完整知识体系；扎实训练环节，仿真与实操相结合，设置挑战性任务，更新教学方法和手段；“教员引导、学员组训、以赛代考和赛后复盘”更新课程考核方式，充分调动学员的主动性和创造性，提升学员组训能力。该课程教学改革方案将通过课程建设探索与不断实践，为后续首次任职奠定基础，为多学科融合新兴专业实践类课程的教学提供参考。

基金项目：陆军精品课程基金支持（2022陆军精品课程）。

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