虚实结合的末制导炮弹检测实践教学研究

范志锋徐敬青崔 平

（1.武昌工学院智能制造学院，湖北 武汉 430065；2.陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050003）

0 引言

末制导炮弹是将制导技术、光电技术等相关技术应用到常规炮弹上而产生的一种可制导弹药。在长期储存中，为确保其性能，需要利用专用检测仪器对其内部的光电器件进行检测。末制导炮弹检测操作过程较为烦琐，操作人员需要经过专门的培训才能胜任该项工作。为培养毕业学员的岗位任职能力，陆军工程大学石家庄校区弹药工程专业将末制导炮弹检测的内容纳入专业综合实践的课程教学中。

传统的末制导炮弹检测实践教学过程中，学员需要操作末制导炮弹检测仪和检测弹。单纯利用末制导炮弹检测仪和检测弹进行实践教学存在的主要问题是：一方面，实物数量少，难以满足一人一套；另一方面，学员在不熟悉末制导炮弹检测操作流程的情况下，即使有多套实物，教员难以对每套实物的操作学员进行监督指导，容易造成误操作而酿成事故。受上述因素的影响，该教学内容在实施过程中，教员只能在演示实践教学的基础上，抽取部分学员进行实践操作，其他学员只能对实践内容进行观摩，教学效果不太理想。

为解决当前末制导炮弹检测实践教学存在的突出问题，提高教学效果，本文在开发末制导炮弹检测虚拟训练系统的基础上，探索虚实结合的教学模式在末制导炮弹检测实践教学中的应用。

1 教学条件开发

开展末制导炮弹检测虚实结合的实践教学，除了需要使用传统的末制导炮弹检测仪和检测弹等教学条件外，核心是开发一套末制导炮弹检测虚拟训练系统。

1.1 系统功能与模块

末制导炮弹检测虚拟训练系统基于虚拟现实技术进行开发。目前，虚拟现实技术主要分为四类：桌面虚拟现实技术、沉浸式虚拟现实技术、增强虚拟现实技术和分布式虚拟现实技术。考虑费用和成本，末制导炮弹检测虚拟训练系统采用桌面虚拟现实技术进行开发。使用该系统时，只需要搭建一个局域网，将该系统安装在一台服务器上，学员就可以通过访问该系统的Web地址，用鼠标进行人机交互操作，从而实现多人在线同时训练。

为了确保训练效果，整个系统设计5大功能模块：训练帮助、静态展示、训练演示、虚拟训练、训练考核。

训练帮助模块，以文字和图片等形式，介绍了系统的功能、检测操作步骤、系统操作使用说明等内容。为方便学员下机后自学，该模块提供下载和打印功能。

训练考核模块，采用交互操作的形式，对学员实施考核，在考核结束后，能自动进行评分，并显示扣分步骤。

1.2 系统开发流程

末制导炮弹检测虚拟训练系统基于Unity 3D、3D MAX、Dreamweaver、Photoshop和Apowersoft等软件进行开发。开发流程如图1所示。

图1 系统开发流程

1.3 系统主要界面

开发完成的系统主要包括系统登录界面、检测选择界面、操作主界面等，如图2～图4所示。

图2 系统登录界面

图4 操作主界面

其中检测选择界面上有两个选择按钮，一个是电阻检测，另一个是性能检测。点击相应的按钮即可进入对应的操作主界面。电阻检测和性能检测的操作主界面基本相同，只是操作内容不同。

2 教学环节设计

依托开发完成虚拟训练系统以及已有的末制导炮弹检测仪和检测弹等教学条件，结合教学进度，对末制导炮弹检测实践教学的主要环节进行设计。开展虚实结合教学，一般按照先虚后实的步骤进行。

2.1 虚拟训练环节

在开展末制导炮弹检测实践教学时，首先利用虚拟训练系统开展教学。

将开发的虚拟训练系统安装在一台服务器上，每名学员通过连接服务器的计算机终端，在浏览器上输入虚拟训练系统的Web地址，即可进入系统登录界面。

按照教员的要求，每名学员按照图5所示的流程进行虚拟训练。

图5 虚拟训练流程

学员进入系统登录界面（见图2）后，输入登录密码，进入检测选择界面（见图3），首先进行电阻检测训练，电阻检测训练完成后，再进行性能检测训练。电阻检测和性能检测两个项目均按照训练帮助、静态展示、训练演示、虚拟训练和训练考核的步骤进行，其中训练演示、虚拟训练和训练考核3个模块的操作均按照检测、撤收两个阶段进行。

图3 检测选择界面

电阻检测和性能检测的每个阶段训练考核总分数为100分。在训练考核过程中，若学员没有得到100分，首先要查看打分板，熟悉自己的扣分步骤，然后重新进行考核。为使学员正确掌握末制导炮弹检测的所有操作流程，要求每名学员每个项目每个阶段的考核分数为100分，虚拟训练才正式结束。

2.2 实物训练环节

在虚拟训练结束后，利用末制导炮弹检测仪和检测弹进行实物训练。受条件限制，实际上可用的实物只有一套。

在虚拟训练过程中，所有学员已经掌握了末制导炮弹检测的全部操作流程，结合已有的实物条件，实物训练时，只进行演示实践教学。

演示实践教学时，由教员进行讲解，随机抽取8名学员配合进行操作。8名学员的分组见表1所示。

表1 学员分组表

在教员讲解时，实时配合教员进行操作的学员有2名，其他所有学员在旁边进行观摩。教员每讲解一步，配合的学员操作一步，直至检测全过程结束。

3 教学体会

在2期毕业学员的综合实践课程中，运用虚实结合的教学模式开展了末制导炮弹检测实践教学，激发了学员的兴趣，提高了学员学习的主动性，达到了良好的教学效果，受到学员的一致好评。

总体感觉，虚实结合的教学模式在末制导炮弹检测实践教学中的应用具有如下特点。

（1）以虚扩实，拓展了教学资源。虚实结合教学模式的应用，降低了末制导炮弹检测实践教学的成本，建立了包括文字、图片、动画、视频、实物等多样化的教学资源，营造了安全可靠的教学环境。

（2）以虚助实，提高了教学效果。虚实结合教学模式的应用，使学员能够对末制导炮弹检测的全过程、全方位进行学习。在虚拟训练环节，学员除了学习操作流程之外，还可以学习检测设备工具的内部结构，对检测设备工具有更加直观的认识，从而加深对实践操作的理解；在实物训练环节，学员受到了真实操作环节环境的熏陶，克服了单纯虚拟实践教学产生的不踏实虚拟感，达到了巩固检测操作知识的目的。

4 结语

将虚拟仿真技术引入末制导炮弹检测实践教学中，解决了传统实践教学存在的教学资源不足、教学效果不佳等问题。虚实结合的教学模式，使学员有更好的操作体验，提高了学习的主动性，增加了实践教学的交互性，全面培养了学员末制导炮弹检测的实践能力。下一步，应加大类似弹药虚拟训练系统的开发力度，扩展虚拟结合教学模式的应用范围。