信息化弹药检测虚拟实践教学的研究与实践

范志锋，崔 平，徐敬青，崔 亮

(军械工程学院 弹药工程系，石家庄 050003)

信息化弹药检测虚拟实践教学的研究与实践

范志锋，崔 平，徐敬青，崔 亮

(军械工程学院 弹药工程系，石家庄 050003)

为解决信息化弹药检测教学缺乏方法和手段的问题，提出了信息化弹药检测虚拟实践的概念，介绍了信息化弹药检测虚拟实践系统的开发流程和总体结构。应用表明，弹药检测虚拟实践教学效果良好，具有传统的实物弹药检测实践无法比拟的优点，对信息化弹药检测人才培养具有重要促进作用。

信息化弹药；虚拟实践；检测；教学

信息化弹药泛指以弹体作为运载平台，能够实现态势感知、电子对抗、精确打击、高效毁伤和毁伤评估等功能的武器弹药[1]。信息化弹药与传统弹药相比，结构上的主要区别是其内部含有各类信息部件，如各类控制舱、制导舱等[2]。该类弹药中的信息部件是集电、光、机、化于一体的复杂系统。在长储过程中，为确保信息部件的性能，需要对其开展电(光)性能检测。对实弹的信息部件进行检测存在内部火工元件意外发火的可能性。为培养信息化弹药检测技术骨干，军械工程学院开设了相关的培训班。该类培训班教学中存在的突出问题是缺乏实践操作用检测训练弹和检测仪器设备。为解决检测操作缺乏方法和手段的问题，本文探讨虚拟实践在信息化弹药检测教学中的应用。

1 虚拟实验室和虚拟实践的概念

虚拟实验室(virtual laboratory)最早于1989年由美国University of Virginia的William Wulf教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。虚拟实验室系统包括两类：(1)需要借助真实仪器才能实现的远程控制实验；(2)由纯软件实现的软件仿真实验[3]。本文探讨的信息化弹药检测虚拟实践属于软件仿真实验的范畴。

虚拟实践(软件仿真实验)是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术，在计算机上营造虚拟的实践环境，模拟真实的实践操作过程，实践操作者可以像在真实实践环境中一样完成实践项目[4]。在检测虚拟实践中，实际的检测环境、检测仪器设备和检测对象被真实地再现，学员通过计算机来操作，对被测对象进行测试、分析、判断、显示、检测数据储存等，整个实践操作直观、形象。

2 弹药检测虚拟实践系统开发

信息化弹药检测虚拟实践系统主要基于3DS MAX和Unity 3D软件进行开发，开发流程如图1所示。

系统开发主要分为四个步骤：(1)广泛收集信息化弹药实弹检测操作的各种素材，包括图片、文字、声音、视频等，这些原始素材不一定符合设计

图1 信息化弹药检测虚拟实践系统开发流程

要求，需要用软件对素材做进一步处理；(2)对检测操作需要的信息化弹药、检测仪器设备等对象进行特征提取，使用3DS MAX 建立三维模型，导出FBX 格式文件；(3)按照检测操作的真实流程使用Unity 3D软件制作动画，编写C# 脚本实现智能控制；(4)对系统进行优化并发布，调试完善并提交[5]。该虚拟检测实践系统是网页格式文件，能单机运行，也可以在学院训练网上发布，实现多人同时在线进行实践操作。

信息化弹药检测虚拟实践系统的总体结构如图2所示。

图2 信息化弹药检测虚拟实践系统总体结构

整个虚拟实践系统包括六大功能模块：通知公告、系统介绍、实践指导书、帮助中心、实践中心和资源中心。

通知公告模块用于授课教员在训练网发布实践开始时间、实践考核时间等各种信息。

系统介绍模块主要以文字形式介绍检测虚拟实践系统所开设实践的目的、基本原理等信息。

实践指导书模块主要以文字形式介绍检测实践的具体操作步骤、注意事项与要求以及讨论思考题等信息。

实践中心模块是整个系统的核心，包括训练和考核两个子模块。学员可以在训练子模块进行正确检测操作的训练，当操作出现错误时，系统能够自动提醒，直至正确为止；考核子模块用于对学员检测操作技能的考核，学员自主完成全部操作，系统根据操作步骤的正确与否，自动给出操作成绩。

帮助中心模块具有在线求助、系统搜索、自动答疑三大功能。

资源中心模块可提供下载功能，包括演示视频、被测弹药库、检测仪器设备库、检测知识库等内容。

3 系统的教学实践

下面简要介绍信息化弹药检测虚拟实践系统在某火箭弹检测与维护技术保障骨干培训班某火箭弹质量监测课程的教学实践。

3.1 用于教员的操作示范

教员在课堂授课过程中，在某火箭弹检测目的、原理、实践操作要求和步骤等理论知识讲授完毕后，即可利用虚拟实践系统中“资源中心”的演示视频，完整地展示某火箭弹检测操作的全过程，使学员基本掌握该火箭弹的检测操作步骤。

3.2 用于学员的检测训练

教员可以根据实际授课进度，将检测训练灵活安排在课堂上或课后。学员进入虚拟实践系统中“实践中心”的训练子模块，按照操作提示自行进行检测训练。通过虚拟检测训练，学员可以熟练掌握某火箭弹的检测操作步骤。

3.3 进行检测考核

根据教员的统一安排，学员在规定的时间内，进入虚拟实践系统中“实践中心”的考核子模块，根据自身对某火箭弹检测操作知识的掌握情况，自行进行考核操作，系统最终给出每个学员的检测操作成绩。教员将成绩按比例计入某火箭弹质量监测课程总成绩。通过检测考核，教员全面掌握学员对某火箭弹检测操作技能的掌握情况。

4 系统应用效果和优点

在学院近几年开设的远程多管火箭弹、炮射导弹等信息化弹药检测与维护技术保障骨干培训班的教学中，笔者开发的各种典型信息化弹药检测虚拟实践系统得到了广泛的应用，提高了教学效果，受到学员的一致好评。通过实际应用，发现与传统的实物弹药检测实践相比，该系统的优点主要体现在以下三个方面：

4.1 降低了实践成本

由于信息化弹药中的信息部件除了电子(光学)部件外，还含有火工元件，用实弹进行检测存在意外发火的隐患。因此，在弹药检测实践中，禁止使用实弹进行操作训练。目前，最安全的弹药检测教学是采用检测训练弹配合检测仪器设备进行检测操作训练。而检测训练弹需要专门进行研制，摘除里面的火工元件。一发检测训练弹的研制成本和生产成本均不低于实弹。所以,采用传统的实物检测实践成本较高。而虚拟实践只需要利用计算机开发相关软件，开发软件的成本与研制检测训练弹的成本相当，但软件可反复使用，对检测仪器设备不会造成损害。因此，开设信息化弹药检测虚拟实践可使实践成本大大降低，缓解院校实践经费不足的压力。

4.2 提高了实践效率

传统的弹药实物检测实践，由于受场地、时间和人数等因素的限制，学员在授课过程中，一方面需要观察教员的实践演示，另一方面需要花大量时间熟悉实践仪器设备，致使实践效率低下。采用检测虚拟实践，学员可以在计算机上熟悉检测仪器设备的操作使用方法，同时，对检测过程中缓慢变换的检测量，可以加快变化进程，从而大大节约实践时间。另外，基于网络平台的检测虚拟实践，不受时间、地点的限制，可以多人在线同时进行实践操作，学员可以根据自己的实际情况，确定实践时间和内容，提高实践效率。

4.3 激发了学员兴趣

弹药检测虚拟实践是一种全新的实践教学方法，学员置身于计算机软件开发的三维空间环境中，通过在这个三维空间环境中“环游”，创造出一种身临其境的感觉，激发了学习兴趣，提高了学习效果。同时，虚拟实践可详细展示检测仪器设备内部构造原理，使学员对仪器设备有更加直观的认识。与传统检测实践相比，虚拟实践重复性更好，在虚拟实践训练的过程中，学员可以根据自身的学习需要放慢或加快进程，重复进行检测训练，加深对实践内容的理解。

5 结束语

信息化弹药检测虚拟实践系统的开发与应用，对学员掌握信息化弹药检测操作技能起到了良好的促进作用。但在应用过程中，也发现了一些问题,比如，信息化弹药在部队检测时，可能会出现各种类型的故障现象，这些故障事先无法得知。学员在使用弹药检测虚拟实践系统时，无法针对弹药实际检测过程中的故障进行训练，这与实际现象有一定差距，造成学员在实弹检测时，可能会产生麻痹思想。因此，应多方面收集部队实际检测出现的各类故障，将这些故障融入信息化弹药检测虚拟实践系统中，进一步完善系统的功能。

[1] 王冬梅,代文让,张永涛.信息化弹药的研究现状及发展趋势[J].兵工学报， 2010, 31(S2):144-148.

[2] 范志锋,刘秋生,崔平,等.信息化弹药技术保障人才教学内容体系研究[J].高等教育研究学报， 2013, 36(2):111-112.

[3] 蒋耕晨.虚拟实验室技术[M].北京：北京理工大学出版社，2011.

[4] 朱敏,刘鹏飞.虚拟实验在化学实验教学中的应用策略研究[J]. 软件导刊， 2013, 12(6):166-167.

[5] 陈晓青,王少伟. 基于Unity的虚拟现实技术在教育中的应用[J]. 软件导刊:教育技术，2011(12):76-78.

Study and Practice of Virtual Practical Teaching of Information Ammunition Testing

FAN Zhifeng, CUI Ping, XU Jingqing, CUI Liang

(Department of Ammunition Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

To solve the problem in information ammunition testing teaching lacking of methods and measures, virtual practice of information ammunition testing is put forward. The development procedure and general structure of the virtual practical system of information ammunition testing are introduced. The practical application shows that the virtual practice of information ammunition testing achieves a good teaching result. It has the advantages that traditional material ammunition testing practice does not have, which plays an important role in personnel training of information ammunition testing.

information ammunition; virtual practice; testing; teaching

2013-11-15；修改日期: 2013-12-12

2012年军械工程学院教学研究基金重点资助项目(jxlx12z8)。

范志锋(1978-)，男，博士，讲师，主要从事信息化弹药保障技术的研究和教学工作。

G712

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.028