余學(xué)敏，宋巍，黎新

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610；

2.空軍駐廣州地區(qū)軍事代表室，廣東　廣州　510410）

嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)及其應(yīng)用★

余學(xué)敏1，宋巍2，黎新1

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610；

2.空軍駐廣州地區(qū)軍事代表室，廣東廣州510410）

訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)是嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，它為嵌入式訓(xùn)練提供訓(xùn)練前的理論學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，同時(shí)也能在嵌入式訓(xùn)練后根據(jù)評(píng)估結(jié)果提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案。首先，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)在嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中的作用；其次，詳細(xì)介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的業(yè)務(wù)流程、訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，以及訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的功能模塊；最后，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的效果。實(shí)踐表明，訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)能夠提高訓(xùn)練效率，提升訓(xùn)練效果。

嵌入式訓(xùn)練；訓(xùn)練保障技術(shù)；交互式課件；課件制作；學(xué)習(xí)管理

0　引言

嵌入式訓(xùn)練 （ET:Embedded Training）［1］是由美國(guó)陸軍于1987年提出來的概念，它將訓(xùn)練系統(tǒng)嵌入到實(shí)際裝備中，在近似實(shí)戰(zhàn)的逼真環(huán)境下實(shí)施訓(xùn)練，可使受訓(xùn)者獲得與實(shí)戰(zhàn)相符的心理與生理適應(yīng)性，能夠有效地提高部隊(duì)的戰(zhàn)備能力和應(yīng)付突發(fā)事件的反應(yīng)能力［2］。嵌入式訓(xùn)練是當(dāng)前各軍事強(qiáng)國(guó)重點(diǎn)研究的技術(shù)，作為訓(xùn)練系統(tǒng)的最新趨勢(shì)，已裝備到美軍的宙斯盾級(jí)軍艦［3］和F-35“閃電”戰(zhàn)斗機(jī)［4］上。我軍也在逐步地開展對(duì)嵌入式訓(xùn)練技術(shù)的研究，如裝甲兵工程學(xué)院實(shí)現(xiàn)了裝甲裝備的實(shí)車嵌入式訓(xùn)練［5］。

嵌入式訓(xùn)練技術(shù)是訓(xùn)練技術(shù)與裝備運(yùn)用技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是以電子技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的、涉及多種技術(shù)的綜合技術(shù)［2］，其總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。首先，利用態(tài)勢(shì)生成技術(shù)構(gòu)造一個(gè)真實(shí)裝備運(yùn)行下的虛擬訓(xùn)練態(tài)勢(shì)。其次，在訓(xùn)練開始前，通過訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)為嵌入式訓(xùn)練進(jìn)行訓(xùn)練前的理論學(xué)習(xí)、培訓(xùn)和考核；在訓(xùn)練開始后，利用信息交互技術(shù)，捕捉訓(xùn)練過程中的人員操作、裝備運(yùn)行等信息，傳輸至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，為訓(xùn)練評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。最后，通過訓(xùn)練評(píng)估技術(shù)，將評(píng)估結(jié)果反饋給訓(xùn)練教學(xué)保障模塊，訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)根據(jù)訓(xùn)練評(píng)估的結(jié)果給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案，形成閉環(huán)訓(xùn)練。

圖1　　ET系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)

目前，在嵌入式訓(xùn)練中，大多數(shù)專業(yè)技能教學(xué)培訓(xùn)都存在內(nèi)容枯燥、情景抽象、交互性差和 “大鍋式”教學(xué)的問題，對(duì)于不同技術(shù)等級(jí)和學(xué)習(xí)能力不同的學(xué)員，不能進(jìn)行個(gè)性化的有針對(duì)性的培訓(xùn)，不能充分地調(diào)動(dòng)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，對(duì)學(xué)員進(jìn)行客觀、有效的評(píng)估，更重要的是這種教學(xué)方式所帶來的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失不容小覷。

訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)是使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基于電子化學(xué)習(xí) （E-Learning）理念實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練教學(xué)保障工作的全過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、高效化的管理技術(shù)。它通過多媒體交互式教學(xué)課件可以將不同層次、不同級(jí)別學(xué)員的培訓(xùn)內(nèi)容分別配以文字、動(dòng)畫和聲音等進(jìn)行展示，場(chǎng)景可以從不同的角度演示，場(chǎng)面逼真，最大程度地展現(xiàn)了武器操作和維修的場(chǎng)景，直觀、生動(dòng)地向?qū)W員展示操作、維修等相關(guān)技能，并展示因操作不當(dāng)而引起的危險(xiǎn)和后果。學(xué)員可以直接與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行交互，如身臨其境，既提高了學(xué)習(xí)的興趣，又有效地鍛煉和提高了操作及反應(yīng)能力，與嵌入式訓(xùn)練相結(jié)合更是相得益彰，極大地提高部隊(duì)的保障能力。它符合SCORM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并融合S 1000D標(biāo)準(zhǔn)，其課件制作、素材管理、培訓(xùn)大綱、培訓(xùn)計(jì)劃制定、學(xué)員自主在線學(xué)習(xí)、教員在線教學(xué)和題庫試卷建立、學(xué)員在線考試、自動(dòng)閱卷、師生互動(dòng)，以及考核評(píng)估等功能，比傳統(tǒng)的教學(xué)式培訓(xùn)方式更方便、高效，能滿足用戶以最低的教學(xué)資源成本，高效、科學(xué)地實(shí)現(xiàn)不同的崗位人員對(duì)相關(guān)技能、知識(shí)的掌握、提升和考核評(píng)估。

1　嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)研究

1.1嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)業(yè)務(wù)

流程

根據(jù)嵌入式訓(xùn)練功能需求，嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的主要業(yè)務(wù)流程如圖2所示。在正式上崗之前，對(duì)學(xué)員制定嵌入式訓(xùn)練上崗培訓(xùn)計(jì)劃；計(jì)劃實(shí)施階段，對(duì)學(xué)員上崗需要掌握的技能進(jìn)行培訓(xùn)；學(xué)員資格認(rèn)證通過則獲得進(jìn)行嵌入式訓(xùn)練的資質(zhì)。

獲取相應(yīng)的資質(zhì)后進(jìn)入武器裝備的嵌入式訓(xùn)練。在計(jì)劃制定階段，管理員根據(jù)年度或者月度嵌入式訓(xùn)練計(jì)劃要求，制定嵌入式訓(xùn)練計(jì)劃，編寫計(jì)劃內(nèi)容、制定課程內(nèi)容、課程安排；教員利用ITEM或者課件制作系統(tǒng)制作符合SCORM標(biāo)準(zhǔn)的課件，利用3D工具編制交互式試題，制作完成后將素材導(dǎo)入到系統(tǒng)的訓(xùn)練資源和考核資源管理模塊，同時(shí)關(guān)聯(lián)到相關(guān)的訓(xùn)練課程中。在計(jì)劃實(shí)施階段，教員根據(jù)課程安排，利用電子教室講解訓(xùn)練內(nèi)容，進(jìn)行理論知識(shí)和實(shí)際操作的學(xué)習(xí)，通過分布式考試系統(tǒng)對(duì)學(xué)員進(jìn)行考核，檢驗(yàn)學(xué)員的學(xué)習(xí)效果；學(xué)員可隨時(shí)隨地地進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，包括課程學(xué)習(xí)、訓(xùn)練資源學(xué)習(xí)和在線自我測(cè)評(píng)；完成某次武器裝備的嵌入式訓(xùn)練后，管理員更新計(jì)劃進(jìn)度，將嵌入式訓(xùn)練評(píng)估結(jié)果導(dǎo)入到成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析模塊，根據(jù)評(píng)估結(jié)果使用能力模型分析學(xué)員在訓(xùn)練的過程中技能掌握的熟練程度，據(jù)此為學(xué)員提供特定的學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案，教員再根據(jù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案為學(xué)員制定個(gè)性化的培訓(xùn)計(jì)劃，從而形成閉環(huán)訓(xùn)練。嵌入式訓(xùn)練計(jì)劃整體結(jié)束后對(duì)計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)合年度或者月度訓(xùn)練評(píng)估結(jié)果和學(xué)員平時(shí)培訓(xùn)情況的成績(jī)可以為學(xué)員的技能等級(jí)評(píng)定或職稱評(píng)定提供參考依據(jù)，如果通過認(rèn)證則頒發(fā)證書，否則繼續(xù)學(xué)習(xí)。通過訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)可實(shí)現(xiàn)學(xué)員職業(yè)規(guī)劃的統(tǒng)一化、信息化、科學(xué)化管理，為嵌入式訓(xùn)練作輔助支撐作用。

1.2訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)，是基于Java Web技術(shù)對(duì)訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，它的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2　　嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)業(yè)務(wù)流程圖

平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)采用目前業(yè)界主流成熟的spring mvc+Spring+Hibernate 3層架構(gòu)框架，將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為界面展示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，實(shí)現(xiàn) “高內(nèi)聚，低耦合”的思想，確保系統(tǒng)功能模塊能靈活地封裝和調(diào)整。

1.3訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)功能模塊

訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)分為課件制作系統(tǒng)和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)。

1.3.1課件制作系統(tǒng)

課件制作系統(tǒng)用于制作培訓(xùn)課件。用戶若已經(jīng)部署了滿足S 1000D4.0標(biāo)準(zhǔn)的IETM的編輯器和內(nèi)容管理器，則可利用IETM編輯器和內(nèi)容管理器進(jìn)行培訓(xùn)課件內(nèi)容的編輯，并在編輯完成后導(dǎo)出SCP，再導(dǎo)入課件制作系統(tǒng)，出版為SCORM培訓(xùn)課件或非SCORM的HTML培訓(xùn)課件。如無滿足S 1000D4.0標(biāo)準(zhǔn)的IETM，也可直接使用課件制作系統(tǒng)編輯課件內(nèi)容。課件制作系統(tǒng)有獨(dú)立的RTE（課件運(yùn)行環(huán)境），可在對(duì)課件進(jìn)行樣式設(shè)置和編序規(guī)則設(shè)置時(shí)預(yù)覽課件效果。課件制作系統(tǒng)功能模塊包括:導(dǎo)入課件、新建課件、課件內(nèi)容編輯、樣式設(shè)置、編序規(guī)則設(shè)置、預(yù)覽課件和出版。還包括兩個(gè)資源庫:素材庫和模版庫。

其功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，課件制作流程圖如圖5所示。

1.3.2學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)

學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)用于對(duì)參訓(xùn)人員進(jìn)行理論知識(shí)、使用操作程序及維護(hù)維修技能的培訓(xùn)教學(xué)過程的綜合管理。提供教學(xué)資源管理，以及培訓(xùn)管理、學(xué)習(xí)跟蹤和統(tǒng)計(jì)分析等功能。

圖4　　課件制作系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

圖5　 課件制作流程圖

其功能結(jié)構(gòu)圖如圖6所示:

圖6　　學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

a）系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能提供對(duì)組織結(jié)構(gòu)、人員的管理，以及系統(tǒng)配置、權(quán)限配置、日志管理和數(shù)據(jù)交換等功能。

b）教學(xué)資源

教學(xué)資源功能支持平臺(tái)對(duì)教學(xué)過程中需要使用的資源 （課件、題目、試卷）進(jìn)行統(tǒng)一管理，并對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行系統(tǒng)化、科學(xué)化的分類，使教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)可重用、易以檢索等優(yōu)點(diǎn)，支持多種格式教學(xué)資源的上傳下載。用戶可使用Photoshop、Flash、3dSMAX、After Effects、Cortona3D和3DVIAComposer等軟件制作3D效果的訓(xùn)練素材，通過Captivate將各種素材打包成交互式課件和試題。

通過能力模型對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行分層分類，能力模型將技術(shù)等級(jí)劃分為對(duì)應(yīng)需要掌握的能力點(diǎn)，通過學(xué)員掌握的能力點(diǎn)熟悉程度來判定學(xué)員是否掌握相關(guān)的技術(shù)，能力點(diǎn)也可通俗地理解為知識(shí)點(diǎn)，能夠?qū)嵤?“多層次多梯度”的培訓(xùn)，教員根據(jù)能力模型分析訓(xùn)練評(píng)估結(jié)果可以判定學(xué)員對(duì)能力點(diǎn)掌握的熟練程度，從而能對(duì)參訓(xùn)人員制定個(gè)性化的培訓(xùn)方案，以及進(jìn)行資格認(rèn)證，方便參訓(xùn)人員下一步的學(xué)習(xí)和能力提升。

c）培訓(xùn)管理

培訓(xùn)管理功能提供對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)樹、知識(shí)點(diǎn)、培訓(xùn)大綱、培訓(xùn)計(jì)劃、計(jì)劃實(shí)施、課程、線下培訓(xùn)和考試的管理。

d）教學(xué)實(shí)施

教學(xué)實(shí)施功能包含在線控制教學(xué)和電子課室功能。教員通過在線控制教學(xué)，能夠更好地進(jìn)行課室授課；教員和學(xué)員通過電子課室能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量。分布式教學(xué)和學(xué)習(xí)模式可突破傳統(tǒng)培訓(xùn)模式存在的缺陷，可實(shí)現(xiàn)參訓(xùn)人員隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)和交流，不存在傳統(tǒng)教學(xué)模式的時(shí)間和空間的限制。

e）學(xué)員考試

學(xué)員考試功能支持學(xué)員進(jìn)行自測(cè)、接收下發(fā)的考試進(jìn)行在線答題，還可以查看自己的在線考試記錄和自測(cè)記錄。

f）教學(xué)評(píng)定

教學(xué)評(píng)定功能提供教員批改試卷、跟蹤學(xué)員學(xué)習(xí)情況和評(píng)定學(xué)員等功能，支持學(xué)員對(duì)教員和課件進(jìn)行評(píng)定，支持教員和學(xué)員對(duì)培訓(xùn)計(jì)劃進(jìn)行總體評(píng)定。

g）統(tǒng)計(jì)分析

從多維度 （部門、人員、時(shí)間、知識(shí)分類、培訓(xùn)計(jì)劃、課程、課件和成績(jī)等）對(duì)培訓(xùn)情況進(jìn)行查找和統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)表、柱狀圖、餅狀圖和曲線圖等多種二維/三維方式來展現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

h）互動(dòng)交流

互動(dòng)交流功能提供管理員對(duì)郵件、在線論壇和公告欄的管理和維護(hù)。提供教員、學(xué)員對(duì)郵件、在線論壇和公告欄的操作和使用，方便在線交流。

2　訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果

訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)基于B/S結(jié)構(gòu)，使用Java Web技術(shù)開發(fā)，用戶通過網(wǎng)絡(luò)登錄服務(wù)器，使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可應(yīng)用系統(tǒng)提供的服務(wù)，無需安裝客戶端，Java語言的跨平臺(tái)性也方便系統(tǒng)的部署。系統(tǒng)的主要功能包括課件管理、題庫管理、教學(xué)計(jì)劃、試卷管理和電子教室等。其界面如圖7所示。

通過訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)，用戶可以實(shí)現(xiàn) “訓(xùn)保結(jié)合”以及 “多層次多梯度”的訓(xùn)練，能夠滿足平時(shí)訓(xùn)練教學(xué)的需要，通過信息化的手段，提高訓(xùn)練效率，提升訓(xùn)練效果，訓(xùn)練保障能力得到了很大的提升。

圖7　　訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)

3　結(jié)束語

訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)是嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。首先，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)在嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中的作用；其次，詳細(xì)介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的業(yè)務(wù)流程和訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，以及訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)功能模塊；最后，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果。訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)組織培訓(xùn)工作全過程的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的高效管理，比傳統(tǒng)教學(xué)式培訓(xùn)更方便、高效，能滿足用戶以最低的教學(xué)資源成本，高效、科學(xué)地實(shí)現(xiàn)不同崗位人員對(duì)相關(guān)技能、知識(shí)的掌握、提升和考核評(píng)估。

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

［2］常天慶，張波，趙鵬，等.嵌入式訓(xùn)練技術(shù)研究綜述［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，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］魏鋼.F-35“閃電”X戰(zhàn)斗機(jī) ［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2008:152-173.

［5］常天慶，張波，王欽釗.嵌入式訓(xùn)練技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，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

工業(yè)和信息化部電子第五研究所發(fā)展基金C類項(xiàng)目 （13C15）資助

2014-10-31

余學(xué)敏 （1988-），男，湖北黃岡人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所賽寶裝備綜合保障研究中心助理工程師，碩士，主要從事裝備綜合保障研究和軟件開發(fā)工作。