韓中建

(武警海警學(xué)院 機(jī)電管理系，浙江 寧波 315801)

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程，船舶向大型化、專業(yè)化、高速化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛與深入，對輪機(jī)人員培訓(xùn)要求越來越高[1]。當(dāng)前國內(nèi)海事院校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)已廣泛將輪機(jī)模擬器應(yīng)用于教育培訓(xùn)之中，以提高輪機(jī)人員設(shè)備操作能力，并取得顯著的教學(xué)效果。但輪機(jī)人員在崗位任職后的理論和訓(xùn)練資源還比較缺乏，進(jìn)一步學(xué)習(xí)的途徑還有待進(jìn)一步拓寬。

隨著我國職業(yè)教育改革的不斷深入推進(jìn)，“網(wǎng)絡(luò)+學(xué)習(xí)+訓(xùn)練”等現(xiàn)代學(xué)習(xí)訓(xùn)練方式成為現(xiàn)代職業(yè)教育的重要手段，基于互聯(lián)網(wǎng)背景下虛擬訓(xùn)練課程逐漸受到教育工作者的青睞[2]。在線虛擬訓(xùn)練課程是以虛擬沉浸式、互動式、游戲化等方式實施專業(yè)崗位的原理示教、設(shè)備操作、工作運用、應(yīng)用創(chuàng)新等網(wǎng)絡(luò)化訓(xùn)練課程，能夠使輪機(jī)人員不受時間和地點限制完成輪機(jī)設(shè)備訓(xùn)練和考核，也可應(yīng)用于院校教學(xué)、短期培訓(xùn)、文化宣傳等不同層面的人才培養(yǎng)需求[3]。因此，在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)將拓寬船舶輪機(jī)人員崗位任職后進(jìn)一步學(xué)習(xí)的途徑，對加速輪機(jī)人員設(shè)備操作技能生成有著重要的補充和助推作用。

二、課程建設(shè)目標(biāo)

船舶輪機(jī)設(shè)備在線虛擬訓(xùn)練課程主要面向崗位任職輪機(jī)人員、海事類院校及相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)培訓(xùn)學(xué)員及相關(guān)專業(yè)人員線上學(xué)習(xí)使用。課程建設(shè)目標(biāo)是根據(jù)輪機(jī)設(shè)備教學(xué)特點，結(jié)合輪機(jī)工程專業(yè)崗位實際應(yīng)用，以典型船舶輪機(jī)設(shè)備訓(xùn)練為模擬對象，制作一套貼近工作實際應(yīng)用的虛擬訓(xùn)練軟件和與之配套的教學(xué)視頻。課程具有理論講解、機(jī)艙漫游、虛擬訓(xùn)練、工作應(yīng)用、考核評估等功能，能將輪機(jī)設(shè)備工作原理、操作使用、管理維護(hù)等知識以直觀、形象、生動、可交互方式供學(xué)生在線學(xué)習(xí)訓(xùn)練，從而有效提高船舶輪機(jī)設(shè)備教學(xué)效果。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能夠熟悉船舶輪機(jī)設(shè)備各系統(tǒng)的組成及工作原理，掌握典型船舶主要輪機(jī)設(shè)備操作使用方法和各類環(huán)境下的工作應(yīng)用，從而為輪機(jī)工程專業(yè)相關(guān)崗位任職打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。

三、課程建設(shè)原則

在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)是一項系統(tǒng)且復(fù)雜的工程，特別是虛擬訓(xùn)練軟件開發(fā)工作。在制定課程建設(shè)方案時，應(yīng)該從不同方面考慮并制定課程建設(shè)原則，做好全局謀劃。以下從課程建設(shè)的實用性、沉浸感、交互性、構(gòu)想性、整體性、可靠性、可擴(kuò)展性、開放性和標(biāo)準(zhǔn)化八個方面進(jìn)行闡述。

1.實用性

課程側(cè)重于典型船舶輪機(jī)設(shè)備的操作使用訓(xùn)練及各類環(huán)境下的工作應(yīng)用訓(xùn)練，輔以系統(tǒng)組成和工作原理的理論講解。訓(xùn)練科目及教學(xué)內(nèi)容必須根據(jù)實際工作情況設(shè)置，盡可能做到理論聯(lián)系實際，層次分明、突出重點。

2.沉浸感

虛擬訓(xùn)練軟件中輪機(jī)設(shè)備的實際外觀、系統(tǒng)組成、安裝位置和運行環(huán)境要求與典型船舶輪機(jī)設(shè)備實際情況保持一致。

3.交互性

為簡化學(xué)生在線虛擬訓(xùn)練條件，虛擬訓(xùn)練軟件應(yīng)對客戶端交互設(shè)備性能要求較低，一般市場主流電腦配置就能滿足軟件的運行，只需要通過鼠標(biāo)、鍵盤、耳麥等簡單設(shè)備即可完成人機(jī)交互。

4.構(gòu)想性

虛擬訓(xùn)練軟件中各輪機(jī)設(shè)備運行數(shù)學(xué)模型要求基于實時動態(tài)模式進(jìn)行編程，能真實反映典型輪機(jī)設(shè)備的動態(tài)運行過程以及各系統(tǒng)之間的相互作用。

5.整體性

虛擬訓(xùn)練軟件的研制本著統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施原則，要求做到統(tǒng)一界面、統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一交換、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一管理，以應(yīng)用為導(dǎo)向、以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以數(shù)據(jù)資源共享為核心，達(dá)到遠(yuǎn)程化訓(xùn)練與考核功能[4]。

6.可靠性

考慮到系統(tǒng)之間的交互主要通過數(shù)據(jù)交換來完成，為了確保數(shù)據(jù)能夠安全、完整、快速地到達(dá)，系統(tǒng)要求采用安全傳輸層協(xié)議來保證數(shù)據(jù)傳輸管道的安全。[5]

7.可擴(kuò)展性

根據(jù)項目建設(shè)的目標(biāo)和面向未來的原則，為了保證系統(tǒng)具有較好的可擴(kuò)展性，整個系統(tǒng)的構(gòu)建過程整體上要求采用基于構(gòu)件的技術(shù)和配置化的技術(shù)實現(xiàn)，以便于系統(tǒng)后續(xù)進(jìn)一步升級擴(kuò)展。

8.開放性和標(biāo)準(zhǔn)化

要求選擇當(dāng)前業(yè)界主流的成熟的已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，以保證系統(tǒng)建設(shè)的穩(wěn)定性。采用標(biāo)準(zhǔn)化的XML技術(shù)、Socket協(xié)議、J2EE體系等技術(shù)與規(guī)范，確保系統(tǒng)建設(shè)的開放性[6]。

四、課程虛擬訓(xùn)練軟件系統(tǒng)架構(gòu)

船舶輪機(jī)設(shè)備在線虛擬訓(xùn)練軟件部署在互聯(lián)網(wǎng)教育平臺上運行使用，能夠滿足200人以上同時在線訓(xùn)練。整個軟件系統(tǒng)架構(gòu)采用高效分布式模式，主要由管理系統(tǒng)、登錄系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)、集成管理平臺、虛擬訓(xùn)練模塊、工作應(yīng)用模塊、考核評估模塊、三維客戶端、二維客戶端、擴(kuò)展功能接口等部分構(gòu)成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 課程虛擬訓(xùn)練軟件系統(tǒng)架構(gòu)

管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)服務(wù)器端管理工作，包括系統(tǒng)更新、權(quán)限設(shè)置、賬戶管理等；登錄端口主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生、考官等角色的登錄系統(tǒng)，主要功能有用戶登錄、狀態(tài)監(jiān)控、考試管理、變量故障設(shè)置、數(shù)據(jù)下載等；在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)負(fù)責(zé)課程的視頻教學(xué)工作，包括視頻講解、在線答疑、視頻更新等功能；服務(wù)器端負(fù)責(zé)提供統(tǒng)一平臺的基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)、加載狀態(tài)文件、同步客戶端、存儲系統(tǒng)文件等功能；集成管理平臺負(fù)責(zé)交互、協(xié)調(diào)、接收、轉(zhuǎn)發(fā)各功能模塊的數(shù)據(jù)，以達(dá)到數(shù)據(jù)參數(shù)同步的目的，同時與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；二維客戶端是學(xué)生主要模擬訓(xùn)練平臺，包括船舶輪機(jī)設(shè)備運行系統(tǒng)圖、控制箱操作面板、機(jī)艙監(jiān)控報警參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容，受訓(xùn)人員可以在二維客戶端上對船舶各輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行模擬操作；三維客戶端主要通過3D建模技術(shù)將機(jī)艙環(huán)境以漫游的形式展現(xiàn)給學(xué)生，用于了解輪機(jī)設(shè)備實際外觀、組成、安裝位置和運行環(huán)境，另外還要求三維客戶端機(jī)艙環(huán)境與二維客戶端狀態(tài)參數(shù)保持一致；模擬訓(xùn)練、操作應(yīng)用、考核評估三個模塊負(fù)責(zé)受訓(xùn)人員操作訓(xùn)練和考核評估，通過集成管理平臺數(shù)據(jù)傳輸使二維和三維客戶端加載相應(yīng)的運行狀態(tài)。[5]

五、課程角色架構(gòu)

為實現(xiàn)教考分離、教學(xué)互動等功能，船舶輪機(jī)設(shè)備在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)根據(jù)任務(wù)分工，將直接或間接參與教學(xué)過程的人員分為系統(tǒng)管理員、教員、考官、學(xué)生四類角色，從而更便于課程的管理。

1.系統(tǒng)管理員

系統(tǒng)管理員登錄平臺，能夠完成系統(tǒng)更新、人員管理、文件操作、故障排除、應(yīng)急狀況處理等操作，并可對其他角色進(jìn)行分組或獨立的監(jiān)控，擁有系統(tǒng)中最高的執(zhí)行權(quán)限。

2.教師

教員具有僅次于系統(tǒng)管理員的權(quán)限，能夠進(jìn)行課程視頻更新、在線答疑、題庫管理、出題組卷等工作，從而全面掌控課程的整個過程。

3.考官

考官能夠進(jìn)行出題組卷、題庫管理、題庫編輯、考試組織、考分統(tǒng)計、成績分析、查詢匯總等工作，也可以按照任意學(xué)生的視角對該學(xué)生的訓(xùn)練操作進(jìn)行監(jiān)控，并對學(xué)生操作進(jìn)行評分。

4.學(xué)生

學(xué)生是整個系統(tǒng)使用的主體，學(xué)生登錄系統(tǒng)后，可以通過平臺的入口自主進(jìn)行視頻學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生完成不同場景的訓(xùn)練任務(wù)，解鎖下一級學(xué)習(xí)任務(wù)，從而達(dá)到循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)效果。在考試模式下，只能完成考官設(shè)置的考試任務(wù)。[6]

六、課程訓(xùn)練模式

為提高學(xué)生虛擬訓(xùn)練的自主性和靈活性，課程根據(jù)訓(xùn)練內(nèi)容和虛擬訓(xùn)練軟件操作特點，通過設(shè)置軟件參數(shù)，實現(xiàn)自主、預(yù)定目標(biāo)和應(yīng)急故障三個訓(xùn)練模式。

1.自由訓(xùn)練模式

在自由訓(xùn)練模式下輪機(jī)設(shè)備各參數(shù)默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，船舶處于癱船狀態(tài)，學(xué)生可以對各輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行任意操作。

2.預(yù)定目標(biāo)訓(xùn)練模式

在預(yù)定目標(biāo)訓(xùn)練模式下通過預(yù)先設(shè)置虛擬訓(xùn)練軟件參數(shù)，使輪機(jī)設(shè)備在某一固定狀態(tài)下運行，學(xué)生根據(jù)預(yù)定目標(biāo)完成相應(yīng)設(shè)備的模擬操作。

3.應(yīng)急故障模式

在應(yīng)急故障模式下，虛擬訓(xùn)練軟件通過參數(shù)設(shè)置一處或多處故障點，模擬某一輪機(jī)設(shè)備故障現(xiàn)象。學(xué)生根據(jù)故障現(xiàn)象，分析故障原因，排查出故障點，并做出相應(yīng)的應(yīng)急處置[7]。

七、課程內(nèi)容設(shè)置

船舶輪機(jī)設(shè)備在線虛擬訓(xùn)練課程主要內(nèi)容包括船舶主動力裝置系統(tǒng)、船舶電力系統(tǒng)和船舶輔助機(jī)械系統(tǒng)三章，每章通過虛擬訓(xùn)練軟件和教學(xué)視頻建立以在線學(xué)習(xí)、虛擬訓(xùn)練、工作應(yīng)用、考核評估四個模塊為核心的課程教學(xué)體系。

1.在線學(xué)習(xí)模塊

在線學(xué)習(xí)模塊的教學(xué)目標(biāo)是為了學(xué)生在使用軟件進(jìn)行虛擬訓(xùn)練前掌握必要的專業(yè)理論知識和軟件操作要點。該模塊以微視頻集的形式展現(xiàn)，并嵌入虛擬訓(xùn)練軟件之中與虛擬訓(xùn)練對應(yīng)科目實現(xiàn)鏈接。單個視頻內(nèi)容由專業(yè)知識點講解和操作演示兩部分組成，以理論講解為主，配合系統(tǒng)原理圖和動畫，就船舶輪機(jī)設(shè)備的工作原理、系統(tǒng)組成和操作方法進(jìn)行講解。本課程共設(shè)置18課次的學(xué)習(xí)視頻，每課次約10分鐘。另外，在線學(xué)習(xí)模塊還應(yīng)具有課程咨詢、輔導(dǎo)答疑、理論測試、研討互動等功能。以船舶電力系統(tǒng)章節(jié)部分知識點為例，具體內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和時間安排見表1。

表1 船舶電力系統(tǒng)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

2.虛擬訓(xùn)練模塊

虛擬訓(xùn)練模塊的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握單個設(shè)備或系統(tǒng)在一般情況下的操作使用方法。該模塊是整個課程的主體，也是進(jìn)行工作應(yīng)用模塊訓(xùn)練的基礎(chǔ)。虛擬訓(xùn)練模塊內(nèi)容設(shè)置按照船舶系統(tǒng)組成劃分為船舶主動力裝置系統(tǒng)、船舶電力系統(tǒng)和船舶輔助機(jī)械系統(tǒng)三個章節(jié)，各章節(jié)再根據(jù)裝備特點細(xì)分為27個訓(xùn)練科目。每個科目預(yù)設(shè)好運行條件，操作人員根據(jù)理論學(xué)習(xí)模塊的示范講解，利用鼠標(biāo)、鍵盤、耳麥等設(shè)備與虛擬軟件進(jìn)行交互操作，實現(xiàn)船舶輪機(jī)設(shè)備各科目的訓(xùn)練目標(biāo)。以船舶電力系統(tǒng)章節(jié)部分知識點為例，具體科目、內(nèi)容和訓(xùn)練目標(biāo)見表2。

表2 船舶電力系統(tǒng)章節(jié)部分訓(xùn)練科目設(shè)置

3.工作應(yīng)用模塊

工作應(yīng)用模塊的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握船舶在不同任務(wù)背景下輪機(jī)設(shè)備的操作使用方法。該模塊是虛擬訓(xùn)練模塊訓(xùn)練內(nèi)容結(jié)合船舶實際工作的具體應(yīng)用，是涉及多個設(shè)備或系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練，能夠培養(yǎng)學(xué)生對整個船舶輪機(jī)設(shè)備的綜合分析能力和應(yīng)急操作能力。工作應(yīng)用模塊根據(jù)任務(wù)類型劃分為航行準(zhǔn)備、正常航行、應(yīng)急處置、故障排除和維護(hù)保養(yǎng)等。部分工作應(yīng)用訓(xùn)練科目的具體任務(wù)背景和要求見表3。

表3 部分工作應(yīng)用科目任務(wù)和要求

4.考核評估模塊

考核評估模塊的教學(xué)目標(biāo)是實現(xiàn)對各知識點和科目訓(xùn)練效果的全面評估。該模塊根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置理論考核和操作考核兩個類型，并制定考核評價標(biāo)準(zhǔn)，建立不同層次的考核題庫?？己顺煽冇烧鹿?jié)練習(xí)和結(jié)業(yè)考核兩部分組成，總評成績按百分制計分，試題根據(jù)學(xué)生類別從課程題庫中隨機(jī)抽取。部分訓(xùn)練考核題庫設(shè)置見表4。

表4 部分操作考核題庫設(shè)置

八、結(jié)語

船舶輪機(jī)設(shè)備在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)是貫徹職業(yè)教育在線課程科學(xué)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的實踐探索，豐富了職業(yè)教育在線課程資源庫，為相關(guān)在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)提供參考依據(jù)。課程建成以后能使學(xué)生打破地域、時間和師資的限制進(jìn)行設(shè)備訓(xùn)練和考核，從而有效提升船舶輪機(jī)設(shè)備訓(xùn)練的主動性、經(jīng)常性和持續(xù)性。