王沫涵，郭 明

（1.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430050 2.海軍工程大學(xué) 湖北 武漢 430033）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代武器裝備結(jié)構(gòu)越來(lái)越精密、原理越來(lái)越復(fù)雜，院校在復(fù)雜裝備教學(xué)中存在諸多難題。一方面，裝備原理難懂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作煩瑣，學(xué)員本身理解與操作存在一定難度；另一方面，由于裝備價(jià)格昂貴，可用于教學(xué)的實(shí)裝或訓(xùn)練實(shí)裝較少，學(xué)員真正接觸實(shí)裝的機(jī)會(huì)十分有限。在有限的實(shí)踐教學(xué)課時(shí)內(nèi)，在原理構(gòu)造、操作流程等知識(shí)掌握不牢的情況下，進(jìn)行裝備實(shí)操，教學(xué)效果不理想。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，由于其仿真性高、價(jià)格低廉、安全性好在教育[1]、軍事[2]、文旅[3]、醫(yī)療[4]等方面取得了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為為新裝備實(shí)踐教學(xué)的重要技術(shù)手段[5]?；谔摂M仿真的裝備教學(xué)訓(xùn)練對(duì)于快速了解新裝備原理構(gòu)造和掌握新裝備操作使用流程具有非常好的效果，而且對(duì)裝備無(wú)任何損害，也無(wú)安全事故隱患[6]。但是，基于虛擬仿真的裝備教學(xué)訓(xùn)練僅僅是裝備實(shí)踐教學(xué)的一種形式，無(wú)法從實(shí)際操作層面替代實(shí)裝操作。對(duì)于新裝備的教學(xué)訓(xùn)練必須要做到虛實(shí)兼顧，針對(duì)不同環(huán)節(jié)采用不同的教學(xué)訓(xùn)練方式，形成有效的虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)訓(xùn)練體系。

本文針對(duì)新裝備教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)虛實(shí)結(jié)合進(jìn)行新裝備教學(xué)的方式進(jìn)行了分析與探索，構(gòu)建了包含虛擬面板式訓(xùn)練、沉浸式虛擬訓(xùn)練、實(shí)物（半實(shí)物）仿真式訓(xùn)練、實(shí)裝訓(xùn)練裝備施訓(xùn)和實(shí)裝演練等訓(xùn)練模式的實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練體系，并對(duì)其組織實(shí)施進(jìn)行了研究，對(duì)于院校新裝備教學(xué)具有一定借鑒意義。

1 基于虛實(shí)結(jié)合多維訓(xùn)練方法的裝備實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練體系構(gòu)建

虛擬訓(xùn)練是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，以計(jì)算機(jī)、各種功能板卡和輔助設(shè)備為硬件平臺(tái)模擬武器裝備的操作訓(xùn)練，其所需訓(xùn)練費(fèi)用低廉，在無(wú)實(shí)裝或?qū)嵮b數(shù)量少的情況，適合培養(yǎng)學(xué)員對(duì)裝備的原理及操作流程教學(xué)。但是，僅僅依靠虛擬仿真訓(xùn)練裝備培訓(xùn)的號(hào)手，其操作新裝備的能力不足以保證新裝備快速形成戰(zhàn)斗力。因此，在實(shí)裝訓(xùn)練條件不足的情況下，需要結(jié)合實(shí)訓(xùn)條件，開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方法，依托虛擬裝備強(qiáng)化裝備原理、結(jié)構(gòu)等理論知識(shí)，熟悉裝備的基本操作使用流程，依托實(shí)裝教學(xué)資源解決“軟能力”的問(wèn)題，采用實(shí)戰(zhàn)化場(chǎng)景仿真的方法，提高學(xué)員在承受一定心理壓力下操作使用新裝備的“硬能力”?？蓸?gòu)建虛實(shí)結(jié)合的多維裝備實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練體系構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 基于虛實(shí)結(jié)合多維訓(xùn)練方法的裝備實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練體系構(gòu)成

虛擬訓(xùn)練是實(shí)裝訓(xùn)練的基礎(chǔ)，其解決的主要是原理、操作流程、規(guī)范的問(wèn)題，為學(xué)員進(jìn)行實(shí)裝訓(xùn)練前打下必要的理論基礎(chǔ)；實(shí)裝訓(xùn)練是裝備形成戰(zhàn)斗力的必要條件，通過(guò)虛擬訓(xùn)練獲得的關(guān)于裝備的理論知識(shí)與冷操作技能經(jīng)過(guò)實(shí)裝訓(xùn)練的遷移轉(zhuǎn)化為學(xué)員的裝備實(shí)操能力。反過(guò)來(lái)，實(shí)裝訓(xùn)練能夠檢驗(yàn)與固化學(xué)員對(duì)裝備結(jié)構(gòu)原理、操作使用流程的掌握程度，如果未能熟練掌握，可通過(guò)虛擬訓(xùn)練反復(fù)探究，進(jìn)一步固化裝備基礎(chǔ)知識(shí)。

虛擬訓(xùn)練包括虛擬面板式訓(xùn)練、沉浸式虛擬訓(xùn)練、實(shí)物（半實(shí)物）仿真式訓(xùn)練等三種模式。虛擬面板式訓(xùn)練是指利用計(jì)算機(jī)建模工具建立新裝備及其測(cè)試設(shè)備的操作面板模型，再通過(guò)代碼編輯器來(lái)完成儀表內(nèi)部邏輯仿真，創(chuàng)建實(shí)時(shí)的、三維的、照片級(jí)的互動(dòng)圖形界面，實(shí)現(xiàn)新裝備的虛擬操作訓(xùn)練。沉浸式虛擬訓(xùn)練是指依托頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、光學(xué)定位裝置等沉浸式交互硬件設(shè)備，使學(xué)員沉浸到由計(jì)算機(jī)生成的與實(shí)際場(chǎng)景高度一致的虛擬場(chǎng)景中與裝備進(jìn)行可交互式的訓(xùn)練方式。實(shí)物（半實(shí)物）仿真訓(xùn)練是指按照實(shí)裝1：1 的外形設(shè)計(jì)制造出新裝備的殼體框架和各種接插件，通過(guò)軟硬件開(kāi)發(fā)模擬出新裝備操作過(guò)程中的信號(hào)流，實(shí)現(xiàn)和新裝備幾乎一樣的操作使用流程。

實(shí)裝訓(xùn)練包括實(shí)裝訓(xùn)練裝備訓(xùn)練和實(shí)裝演練兩種訓(xùn)練模式組成。實(shí)裝訓(xùn)練裝備施訓(xùn)是指利用隨新裝備列裝的訓(xùn)練裝備實(shí)施訓(xùn)練。一般復(fù)雜、精密或殺傷力較大的裝備會(huì)隨裝配有訓(xùn)練裝備，其訓(xùn)練流程與操作感覺(jué)上與實(shí)裝完全一致。實(shí)裝演練則是完全使用真實(shí)列裝裝備進(jìn)行綜合演練，其與實(shí)裝訓(xùn)練裝備施訓(xùn)的最大差別在于實(shí)裝包含了戰(zhàn)斗部等殺傷單元，訓(xùn)練人員的心態(tài)與操作實(shí)裝訓(xùn)練裝備時(shí)心態(tài)有明顯差別。實(shí)裝演練更謹(jǐn)慎、更緊張也更容易產(chǎn)生差錯(cuò)。因此，實(shí)裝演練是裝備教學(xué)的最終形態(tài)，復(fù)雜裝備的實(shí)裝演練必然是建立在一系列的虛擬訓(xùn)練和訓(xùn)練裝備施訓(xùn)基礎(chǔ)上完成的。

2 虛實(shí)結(jié)合多維訓(xùn)練方法的實(shí)踐教學(xué)實(shí)施

2.1 虛擬面板式訓(xùn)練模式

對(duì)于虛擬面板式訓(xùn)練，這種模式能夠快速解決新裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作面板多，各種儀器儀表之間邏輯關(guān)系復(fù)雜等難題。但是，虛擬面板式訓(xùn)練也有其致命的缺點(diǎn)：其僅僅仿真了裝備的操作面板，而對(duì)裝備使用中所處的地理環(huán)境、氣候環(huán)境，及外在干擾因素并沒(méi)有進(jìn)行仿真，虛擬面板式訓(xùn)練只是一種裝備功能性訓(xùn)練。由于其開(kāi)發(fā)效率高，成本低，其可以作為學(xué)員初步了解、熟悉新裝備的訓(xùn)練模式。在新裝備列裝初期，院?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出虛擬面板式訓(xùn)練系統(tǒng)供學(xué)員操作使用，培養(yǎng)學(xué)員對(duì)裝備的感性認(rèn)識(shí)。

2.2 沉浸式虛擬訓(xùn)練模式

沉浸式虛擬訓(xùn)練是指首先采用三維實(shí)景建模技術(shù)，構(gòu)建逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和可進(jìn)行交互的裝備三維模型，然后通過(guò)虛擬頭盔、數(shù)據(jù)手套、虛擬定位裝置等沉浸式交互設(shè)備，讓學(xué)員沉浸到逼真的三維虛擬實(shí)戰(zhàn)化場(chǎng)景中，在虛擬場(chǎng)景內(nèi)完成裝備的操作使用與訓(xùn)練。與虛擬面板式訓(xùn)練不同的是，沉浸式虛擬訓(xùn)練是沉浸至場(chǎng)景中，通過(guò)虛擬角色完成裝備虛擬操作，而虛擬面板式訓(xùn)練則是學(xué)員通過(guò)鼠標(biāo)鍵盤等常規(guī)輸入設(shè)備在顯示器外完成裝備的操作。因此，沉浸式虛擬訓(xùn)練感覺(jué)更真，訓(xùn)練效果更好。

為了更深入地開(kāi)展新裝備的實(shí)踐教學(xué)，院校在時(shí)間和經(jīng)費(fèi)允許的前提下，可以開(kāi)發(fā)沉浸式虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)培訓(xùn)學(xué)員。沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由于其“深”沉浸與“真”交互的特點(diǎn)，能夠使操作人員在與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互時(shí)獲得具有高度的自由度，其訓(xùn)練效果要優(yōu)于虛擬面板式訓(xùn)練系統(tǒng)。相比虛擬面板式訓(xùn)練系統(tǒng)，沉浸式虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度和對(duì)硬件的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高于虛擬面板式訓(xùn)練系統(tǒng)，且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本高，但其研制完成后的訓(xùn)練維護(hù)費(fèi)用低廉，適合于院校使用，以培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下熟練操作新裝備的號(hào)手。

2.3 實(shí)物（半實(shí)物）仿真訓(xùn)練模式

實(shí)物（半實(shí)物）仿真訓(xùn)練是指按照實(shí)裝1：1 的外形設(shè)計(jì)制造出新裝備的殼體框架和各種接插件，通過(guò)軟硬件開(kāi)發(fā)模擬出新裝備操作過(guò)程中的信號(hào)流，實(shí)現(xiàn)和新裝備幾乎一樣的操作使用流程。與純虛擬式訓(xùn)練模式相比，由于在外觀上和部隊(duì)的實(shí)裝一模一樣，實(shí)物（半實(shí)物）仿真訓(xùn)練模式能提供給學(xué)員更直觀的認(rèn)識(shí)。在操作使用過(guò)程中，能切實(shí)連接裝備間的接插件，能切實(shí)觀看到各步操作后的結(jié)果現(xiàn)象，在培養(yǎng)效果上要優(yōu)于純虛擬式訓(xùn)練模式。

在院校新裝備任職教育實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)物（半實(shí)物）仿真訓(xùn)練模式是一種過(guò)渡性訓(xùn)練模式。如果在培養(yǎng)學(xué)員期間，實(shí)裝還沒(méi)用裝備部隊(duì)使用，或者由于新裝備安全性、經(jīng)濟(jì)性等因素的限制，學(xué)員不可能接觸到新裝備，可以用實(shí)物（半實(shí)物）仿真訓(xùn)練系統(tǒng)替代訓(xùn)練操作號(hào)手，為學(xué)員到部隊(duì)后熟練使用新裝備打下良好的基礎(chǔ)。

上述三種虛擬、仿真訓(xùn)練模式有其自身難以克服的固有缺陷。虛擬、仿真訓(xùn)練中“使用”的裝備，都是通過(guò)建模或仿制的方式在一定程度上對(duì)現(xiàn)有裝備的再現(xiàn)，而這些再現(xiàn)無(wú)法保持與真實(shí)裝備的100%相同。因此，虛擬、仿真訓(xùn)練模式并不能完全保證訓(xùn)練的真實(shí)性與實(shí)戰(zhàn)性，如果僅僅只依靠它，容易讓訓(xùn)練陷入片面性。

2.4 實(shí)裝訓(xùn)練裝備施訓(xùn)

實(shí)裝訓(xùn)練裝備和實(shí)裝的主要區(qū)別在于訓(xùn)練裝備沒(méi)有戰(zhàn)斗部，其他系統(tǒng)和實(shí)裝均一模一樣，所以利用訓(xùn)練裝備施訓(xùn)和操作實(shí)裝沒(méi)有任何區(qū)別。

但實(shí)裝訓(xùn)練裝備施訓(xùn)的缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)：費(fèi)用高，這也是制約實(shí)裝訓(xùn)練裝備廣泛應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。在進(jìn)行實(shí)裝訓(xùn)練裝備教學(xué)前，應(yīng)立足于使用虛擬、仿真訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)操作號(hào)手進(jìn)行充分培訓(xùn)，確保號(hào)手掌握一定新裝備操作使用技能后，再利用實(shí)裝訓(xùn)練裝備進(jìn)一步提高。

2.5 實(shí)裝演練

實(shí)裝演練是指帶有戰(zhàn)術(shù)背景的實(shí)戰(zhàn)化綜合訓(xùn)練。學(xué)員在承受一定心理壓力的情況下，按實(shí)戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)操作新裝備，是對(duì)院校培養(yǎng)新裝備操作號(hào)手的一種最有效的檢驗(yàn)考核方式。

實(shí)裝演練中，對(duì)操作號(hào)手在身體上和心理上產(chǎn)生的影響要比日常操作訓(xùn)練嚴(yán)峻得多。在身體上，實(shí)裝演練滿負(fù)載、強(qiáng)對(duì)抗、快節(jié)奏，以及武器的具體操作、戰(zhàn)法的直接演練等因素都將直接影響人員身體；在心理上，實(shí)裝演練中操作人員心理會(huì)產(chǎn)生緊張、焦慮、不安等情緒，影響技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)的發(fā)揮。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，新裝備的訓(xùn)練模式正由機(jī)械化向信息化轉(zhuǎn)變。虛擬、仿真訓(xùn)練模式可以方便地模擬多變的實(shí)戰(zhàn)化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，訓(xùn)練不會(huì)造成實(shí)際的物理傷害，對(duì)自然環(huán)境也不會(huì)產(chǎn)生破壞，而且訓(xùn)練過(guò)程具有很好的可控性，在實(shí)裝裝備缺乏的情況下，迅速得到了各大院校的青睞，并得到了迅速發(fā)展。但是，同時(shí)我們也應(yīng)該看到，在當(dāng)前階段，對(duì)于裝備教學(xué)來(lái)說(shuō)，虛擬、仿真訓(xùn)練也只是整個(gè)裝備教學(xué)體系中的一部分，并不能完全代替實(shí)裝訓(xùn)練。因此，在學(xué)員經(jīng)過(guò)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)培訓(xùn)后，應(yīng)利用實(shí)裝訓(xùn)練裝備再培訓(xùn)，以培養(yǎng)出合格的新裝備使用維護(hù)人才。總之，新裝備任職教育實(shí)踐教學(xué)中要綜合應(yīng)用五種“虛實(shí)”結(jié)合的多層次訓(xùn)練模式，既要依托技術(shù)發(fā)展推動(dòng)虛擬、仿真訓(xùn)練模式，同時(shí)也要強(qiáng)調(diào)實(shí)裝訓(xùn)練，不同的實(shí)踐教學(xué)階段應(yīng)有所側(cè)重，采用多維的方式提升新裝備實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練效益。