蔡艷平　　王濤　　馮國(guó)彥　　李艾華　　石林鎖

（火箭軍工程大學(xué) 五系，陜西 西安 710025）

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國(guó)防工程專業(yè)課程虛擬情景仿真教學(xué)運(yùn)用問(wèn)題探究

蔡艷平王濤馮國(guó)彥李艾華石林鎖

（火箭軍工程大學(xué) 五系，陜西 西安 710025）

摘要：國(guó)防工程管理專業(yè)的專業(yè)課程，具有課時(shí)較少，課程授課內(nèi)容多，知識(shí)覆蓋面寬，實(shí)踐操作性要求高的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的課堂灌輸式教學(xué)，學(xué)生缺乏興趣，且理論與實(shí)踐脫節(jié)，教學(xué)效果欠佳。傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能滿足實(shí)際需要，迫切需要一種現(xiàn)代化的教學(xué)方法來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)純理論講授模式。文章圍繞虛擬情景仿真教學(xué)法在國(guó)防工程教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以培養(yǎng)學(xué)員的綜合實(shí)踐能力為目標(biāo)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：國(guó)防工程；虛擬情景仿真；教學(xué)；模塊；設(shè)計(jì)

引言

國(guó)防工程管理專業(yè)的專業(yè)課程，由于其自身的特點(diǎn)，需要克服以下教學(xué)難題：一是課程授課內(nèi)容多，知識(shí)覆蓋面寬，前期課程學(xué)時(shí)較少，教學(xué)形式主要以課堂理論授課為主，手段比較單一，需要改革教學(xué)手段和教學(xué)模式；二是為解決課程無(wú)實(shí)驗(yàn)的不足，突出理論與實(shí)踐的結(jié)合，提出虛擬情景仿真教學(xué)模式和方法，以培養(yǎng)學(xué)員的真實(shí)感知能力、實(shí)際動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力；三是由于學(xué)員課內(nèi)學(xué)時(shí)少，而課程信息量大、無(wú)課外自學(xué)平臺(tái)，學(xué)員難以很好掌握課程內(nèi)容，教學(xué)效果不好，因此需要拓展教學(xué)空間，開(kāi)發(fā)虛擬情景仿真教學(xué)系統(tǒng)，以彌補(bǔ)課堂教學(xué)不足。因此，在國(guó)防工程管理專業(yè)的專業(yè)課程中運(yùn)用情景教學(xué)，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的具體場(chǎng)景或氛圍，引發(fā)學(xué)生的情感體驗(yàn)，使其快速且正確地理解教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率，無(wú)疑是一種有益的嘗試。

一、虛擬情景教學(xué)功能設(shè)計(jì)

為適應(yīng)國(guó)防工程人才培養(yǎng)需求，對(duì)國(guó)防工程課程的虛擬情景教學(xué)功能設(shè)計(jì)如下：（1）構(gòu)建國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)所有設(shè)備的三維模型，實(shí)現(xiàn)國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)及設(shè)備的虛擬管理和交互式訓(xùn)練功能；（2）開(kāi)發(fā)面向?qū)W員培養(yǎng)目標(biāo)的裝備虛擬情景教學(xué)功能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、訓(xùn)練、自測(cè)、考核等不同訓(xùn)練模式下的教學(xué)內(nèi)容和模式優(yōu)化，解決不同功能需求和教學(xué)目標(biāo)的國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)教學(xué)問(wèn)題；（3）突破空間、時(shí)間的限制，實(shí)現(xiàn)逼真的裝備虛擬分解與裝配、檢修流程、維修訓(xùn)練、操作、考核的全過(guò)程三維動(dòng)態(tài)模擬仿真，用虛擬訓(xùn)練的方法解決國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練難題；（4）按照熟悉、獲取、實(shí)踐、確認(rèn)的認(rèn)知模型，將國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練過(guò)程分為講解演示、自主學(xué)習(xí)、引導(dǎo)式訓(xùn)練、自主訓(xùn)練、自測(cè)、考核等過(guò)程，開(kāi)拓國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)“以軟代實(shí)、以虛代實(shí)、虛實(shí)結(jié)合”的新型訓(xùn)練模式。國(guó)防工程綜合信息管理設(shè)備及系統(tǒng)的虛擬情景教學(xué)功能如下：

（1）能將綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)的三維立體模型按照實(shí)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)設(shè)備總成所有零部件的全景顯示，并能從任意角度和以任意比例進(jìn)行瀏覽，實(shí)現(xiàn)設(shè)備零部件認(rèn)知。

（2）能實(shí)現(xiàn)綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)工作過(guò)程仿真功能，能展示綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)外部無(wú)法觀察的電氣關(guān)系、控制關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系以及信息流傳遞關(guān)系。

（3）能實(shí)現(xiàn)綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)虛擬接線功能，能實(shí)現(xiàn)按照接線工藝流程所規(guī)定的順序設(shè)置接線步驟和關(guān)卡，引導(dǎo)學(xué)員對(duì)綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行接線操作。

（4）能實(shí)現(xiàn)綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)檢查測(cè)量調(diào)整功能，能自動(dòng)演示各檢查調(diào)整項(xiàng)目的步驟和操作過(guò)程，使學(xué)員盡快了解受訓(xùn)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)員嚴(yán)格按照綜合信息設(shè)備及系統(tǒng)維護(hù)的技術(shù)要求，進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。

圖1本項(xiàng)目虛擬情景仿真教學(xué)模塊組成

二、虛擬情景仿真教學(xué)模塊開(kāi)發(fā)

“國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)”虛擬情景仿真教學(xué)模塊在傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算機(jī)中的虛擬場(chǎng)景和運(yùn)動(dòng)仿真，可實(shí)現(xiàn)以逼真自然的方式與虛擬環(huán)境中的國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行交互操作，突破了傳統(tǒng)教學(xué)中理論知識(shí)難以理解，工作流程難以掌握，教學(xué)無(wú)法深入實(shí)裝現(xiàn)場(chǎng)的限制。虛擬情景仿真教學(xué)模塊的教學(xué)功能主要分為環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、音視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、門禁控制子系統(tǒng)、周邊警戒子系統(tǒng)、智能廣播子系統(tǒng)、綜合管理平臺(tái)和相關(guān)資源8大模塊。圖1為虛擬情景仿真教學(xué)模塊組成。

三、虛擬情景教學(xué)模式設(shè)計(jì)

按照熟悉、獲取、實(shí)踐、確認(rèn)的認(rèn)知模型，可以將國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程分為熟悉和掌握知識(shí)和技能、實(shí)踐練習(xí)和操作能力確認(rèn)，即可以用學(xué)習(xí)——練習(xí)——考核來(lái)簡(jiǎn)單描述課程學(xué)習(xí)過(guò)程，進(jìn)一步可分解為講解演示——自主學(xué)習(xí)——引導(dǎo)式訓(xùn)練——自主訓(xùn)練——自測(cè)——考核。圖2給出了學(xué)員對(duì)國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)的認(rèn)知流程。

圖2學(xué)員對(duì)國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)的認(rèn)知流程

（一）講解演示模式設(shè)計(jì)

國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中的講解演示過(guò)程不僅是裝備操作、使用、維護(hù)過(guò)程在虛擬環(huán)境中的表現(xiàn)過(guò)程，同時(shí)也是體現(xiàn)教員教學(xué)意愿、學(xué)員訓(xùn)練意愿，表達(dá)訓(xùn)練內(nèi)容中知識(shí)信息形成、穩(wěn)定、鞏固的教學(xué)過(guò)程。講解演示訓(xùn)練模式下學(xué)員學(xué)習(xí)活動(dòng)示意圖如圖3所示，講解演示模式下的教學(xué)界面如圖4所示。

圖3講解演示訓(xùn)練模式下學(xué)員學(xué)習(xí)活動(dòng)示意圖

圖4講解演示模式下的教學(xué)界面

講解演示內(nèi)容一般不會(huì)嚴(yán)格按照拆裝過(guò)程組織，而是抽取拆裝過(guò)程中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明和強(qiáng)調(diào)。以虛擬分解結(jié)合為例，講解的重點(diǎn)在于分解結(jié)合的程序、重要的操作步驟、重要的操作流程、特殊的拆裝操作等。

（二）引導(dǎo)教學(xué)模式設(shè)計(jì)

引導(dǎo)式教學(xué)訓(xùn)練是指學(xué)員在教員或系統(tǒng)的提示和引導(dǎo)下完成實(shí)踐活動(dòng)的訓(xùn)練方式，其過(guò)程與實(shí)際裝備操作過(guò)程基本一致，不同點(diǎn)在于存在引導(dǎo)和提示信息。該模式下裝備虛擬操作訓(xùn)練過(guò)程的關(guān)系示意如圖5所示，引導(dǎo)訓(xùn)練模式下的教學(xué)界面如圖6所示。

圖5引導(dǎo)式訓(xùn)練模式下裝備虛擬操作訓(xùn)練過(guò)程示意圖

圖6引導(dǎo)訓(xùn)練模式下的教學(xué)界面

（三）自主教學(xué)模式設(shè)計(jì)

自主教學(xué)訓(xùn)練模式下，不對(duì)學(xué)員的操作過(guò)程進(jìn)行控制，完全根據(jù)虛擬裝備的約束狀態(tài)和交互特性自主地做出響應(yīng)。該模式下，學(xué)員的交互任務(wù)與裝備實(shí)際操作中的交互基本一致，不同的是此時(shí)學(xué)員可以尋求幫助，獲取操作提示或演示。該模式下的教學(xué)訓(xùn)練過(guò)程示意如圖7所示，自主訓(xùn)練模式下的教學(xué)界面如圖8所示。

圖7自主訓(xùn)練模式下教學(xué)訓(xùn)練過(guò)程示意圖

在本項(xiàng)目中，國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)虛擬情景仿真模塊對(duì)裝備操作過(guò)程的虛擬仿真，輔助以位置、音頻、視頻、三維模型等素材，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)具體訓(xùn)練模式。訓(xùn)練實(shí)施時(shí)，學(xué)員利用系統(tǒng)提供的具體裝備不同拆裝訓(xùn)練模式開(kāi)展訓(xùn)練，獲取拆裝知識(shí)，達(dá)到訓(xùn)練目的。

四、虛擬情景仿真教學(xué)中應(yīng)把握的問(wèn)題

虛擬情景仿真教學(xué)在實(shí)施過(guò)程中，要把握重點(diǎn)，要根據(jù)學(xué)員的任職要求、認(rèn)知水平、自身特點(diǎn)等相關(guān)因素，綜合考慮教學(xué)內(nèi)容的難易、詳細(xì)程度，不斷地在實(shí)踐中了解情況，認(rèn)真總結(jié)分析，明確情景式教學(xué)實(shí)施時(shí)的教學(xué)環(huán)節(jié)，切忌虛擬情景泛濫化。同時(shí)，要注重教學(xué)督導(dǎo)反饋，并及時(shí)征求學(xué)員的意見(jiàn)建議，不斷改進(jìn)方法，這就要求教員必須全身心地投入到教學(xué)工作中，認(rèn)真擬定教學(xué)計(jì)劃、編寫教案、設(shè)計(jì)課程、開(kāi)發(fā)情景仿真教學(xué)模塊，通過(guò)這些工作，一方面把教員主導(dǎo)作用充分地發(fā)揮出來(lái)，促進(jìn)教員不斷更新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)水平。另一方面發(fā)揮學(xué)員主體作用，學(xué)員利用情景仿真教學(xué)模塊集體學(xué)習(xí)、討論、操作比賽，提高學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)了求知欲望。主導(dǎo)和主體作用在教學(xué)活動(dòng)中互相作用，教學(xué)相長(zhǎng)，既推進(jìn)了教，又深化了學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)了傳授知識(shí)的目的。圖9為國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)虛擬情景仿真教學(xué)應(yīng)用。

圖8自主訓(xùn)練模式下的教學(xué)界面

圖9國(guó)防工程綜合信息管理系統(tǒng)虛擬情景仿真教學(xué)應(yīng)用

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A`

文章編號(hào)：2096-000X（2016）14-0105-03

作者簡(jiǎn)介：蔡艷平（1982-），男，湖北孝感人，博士生，從事機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)及故障診斷、智能控制及自動(dòng)化儀器儀表方面的研究工作。

Abstract:Defense engineering management major professional courses，have less class hour，more curriculum teaching content，wide breadth of knowledge.，higher practical operational requirements.Traditional classroom force-feeding teaching methods lead students lack of interest，and the theory and practice out of touch，teaching effect is poor.The traditional teaching mode can not meet the actual needs，it is urgent to need a modern teaching method to replace the traditional pure theory teaching mode.In this paper，the application of virtual scene simulation teaching method in the teaching practice of national defense engineering is studied，in order to cultivate students'comprehensive practical ability as the goal，which has a very important practical significance.

Keywords:defense engineering；virtual scene simulation；teaching；module；design