超短波通信电台在线虚拟训练课程建设实践

2023-09-16李利郑剑云张永纪凯

高教学刊 2023年26期

李利　郑剑云　张永　纪凯

摘要：在军队院校岗位任职教育中，为了实现“软硬互补、虚实结合”的任职教育实作教学训练、提高承训能力，且能随时随地开展训练，开展舰载综合通信系统在线虚拟训练系统建设。分析了超短波通信电台模拟训练在线虚拟训练课程建设需求，给出了系统总体设计和详细功能设计，总结了项目特色和运行效益。课程构建了完善的通信装备在线训练体系，探索了基于军综网的装备类课程线上线下混合式实作教学新模式。

关键词：超短波通信电台；任职教育；通信装备；在线虚拟训练；混合式实作

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2023）26-0055-04

Abstract： In order to realize the practical teaching and training of "complementing software and hardware， combining virtual world and reality" in the post education of military academies， and improve the ability of training and carry out training anytime and anywhere， the construction of online virtual training system of ship integrated communication system is carried out. It analyzed the construction requirements of the online virtual training course of "VHF Communication Radio Simulation Training"， gave the overall design and detailed function design of the system， and summarized the course characteristics and operation benefits. The course constructed a complete online training system for communication equipment and explored a new mode of online and offline mixed practice teaching for equipment courses based on military integrated information network.

Keywords： Ultrashort wave communication station; vocational education; communication equipment; online virtual training; mixing practice

在学院通信指挥专业任职教育实作训练中，现有的实装及模拟器[1-2]实验室承训能力有限且教学成本高，不能满足多批次多班次集中训练的需求，无法随时随地开展训练，而虚拟仿真技术在为学习者创建仿真的学习情景方面有着不可替代的积极作用，虚拟仿真训练[3-4]可与实装或模拟器训练共同构建“软硬互补、虚实结合”的任职教育实作教学训练模式，因此，积极开展舰载综合通信系统在线虚拟训练系统建设，依托军事综合信息网，针对现役主用通信装备及系统，开发在线虚拟训练系统，以虚拟沉浸式、互动式等方式实现装备的原理示教、装备操作、作战运用及考核评估等网络化训练功能。利用图片、视频、解说介绍装备理论，利用3D模型及三维视景演示装备结构、利用仿真模拟实现装备操作交互[5-6]、利用考核题库检验学习效果。对用户的训练过程进行数据采集和分析，全面掌握用户的学习训练效果。实现不限时间、不限人数的开放式在线训练。建设的超短波通信电台模拟训练在线虚拟训练课程正式上线军综网“梦课”平台，以该训练课程为例对其建设和实践进行探索和总结[7-8]。

一建设需求分析

（一）整体任务分析

超短波通信电台模拟训练在线虚拟训练课程包含海上对海、对空、勤务超短波通信设备，涵盖原理示教、操作使用、维护保养、故障排除、作战运用和考核评估等训练内容。根据训练难度的不同，又划分为初级训练、中级训练、进阶训练三个层次。學员可以自由选择想学习的装备进行在线虚拟训练，可参加不同难度的课程训练，系统可记录详细的学习和考核过程，教员可以方便地了解重难点掌握情况，评估学习效果。

（二）系统功能需求

该训练课程系统功能划分为：装备认知及原理示教、装备操作使用示教、装备作战运用示教及考核评估等。

1 装备认知及原理示教

通过该功能学员可对装备工作原理、整体构造等充分了解。和传统课堂教学相比，在学习装备结构功能、装备模型演示等相关方面更加迅捷有效。

2 装备操作使用示教

该功能可以进一步向学员介绍装备操作使用、维护保养及故障排除等方法和技能。即根据设计需要将每个装备的实际操作方法和流程制作成三维动画，并配备相应的语音解说和文字说明，使受训人员对装备操作训练内容的了解更加具备直观性和观赏性，提高了学员学习的效率。本部分的重点还在于提供了装备模拟操作功能，其操作步骤和方法与实装高度一致，可以取得与操作实装训练相同的效果。

3 装备作战运用示教

此部分系统提供的交互程度较高，需要在系统的帮助下引导训练人员完成装备保障及运用任务的学习。通过该功能学员能够获得和实际装备保障与运用相同的经验。系统将装备保障和运用分为多个步骤，使用该功能时，学员在进行操作时系统给出每一步的文字提示并对需要的装备操作高亮显示，在完成正确操作后，继续进行下一步操作。这项功能可以使学员对装备保障和运用过程形成清晰、全面的认知。

4 考核评估功能

通过该功能学员可以对自己的知识掌握程度有一个明确的了解。选择该功能后，学员选中一型装备，考核开始，此处操作与交互式训练相同但没有文字提示和高亮显示，学员独立完成装备保障和运用任务。系统将对学员的操作时间进行限制并且记录每一训练步骤，并与标准步骤进行比较，考核完毕给出成绩评定和错误操作解释。

同时训练系统具有对用户、训练任务、训练结果管理与分析等功能。

二系统总体设计

（一）体系结构

采用模块化、组件化、层次化的系统构建思想，B/S架构部署，系统整体技术架构采用分层式结构，充分考虑整个系统的可靠性、可维护性。把业务流程和用户界面抽象到业务层和应用层，可以方便修改用户业务流程和用户界面，而不必修改基础层和数据层的功能。系统采用C#语言开发，部署内部服务器和“梦课”平台，提供在线访问功能，通过浏览器，打开应用地址即可方便地进行科目的训练。

该软件系统总体结构由基础设施层、数据层、应用层和表现层四个层次构成，如图1所示。

1）基础设施层主要由网络、主机、服务器和存储等硬件设备和操作系统、数据库等软件组成，作为系统的硬件与基础服务支持。

2）数据层主要为虚拟仿真训练提供模型数据库、参数数据库。存储和处理训练系统使用的标准化数据。

3）应用层使用各种工具调用数据层的内容，并通过逻辑运算后将结果呈现给表现层。

4）表现层在基础设施层、数据层、应用层的支持下，展现虚拟体验及虚拟交互内容，实现系统各项训练要求。

（二）流程设计

该在线虚拟训练课程由客户端和后台管理系统两部分组成，各部分的业务流程和数据流程如下。

1 客户端业务流程

客户端系统的用户为学员，用户首先通过浏览器打开系统网址，根据授权登陆系统；系统登陆成功后，选择设备类型，进入对应设备模块，根据任务级别，可做不同难度的科目训练；选择具体训练科目后即可进行详细的虚拟训练，可以進行基础知识学习，虚拟交互训练，可视化考核；训练考核完成，自动上传训练成绩。

2 后台管理系统业务流程

后台管理系统的用户为系统管理员或者教员，用户通过浏览器输入后台管理系统的地址进行访问，输入正确的用户名及密码后进入系统，选择需要进行管理的内容，根据系统操作流程完成管理操作，完成管理操作后点击注销，完成整个操作。

3 数据流程

在线虚拟训练课程内部间交换的信息包括以下内容。①人员数据，包括学员用户、授权数据信息。②仿真模型数据，包括装备模型、器材模型等，通过仿真引擎进行信息交换。③虚拟装备操作数据，在训练过程中，数据采集模块将虚拟装备操作数据进行转换，以仿真对象状态、交互形式进入仿真引擎内。④教学资源数据，包括理论介绍、原理动画等，存储于教学资源库中。

系统内部数据流程如图2所示。

三系统功能详细设计

（一）组成功能

本训练系统完成对海、对空、勤务三型超短波电台的在线虚拟训练，将系统功能划分为：原理示教、装备操作及维护保养、作战运用和考核评估四大模块，系统功能组成如图3所示。

（二）原理示教模块

内容包含装备概述、性能指标、结构组成和基本原理。采用虚拟交互大屏、虚拟教官讲解（图4）、动画及3D交互演示（图5）等表现形式，介绍设备使命任务、模式配置、组成功能、性能指标、结构简介、结构展示、自主漫游及工作原理等。

（三）装备操作及维护保养模块

该模块划分为操作使用和维护保养两个子模块。操作导航采用导航图（图6）指引及视频讲解的方式引导操作者学习操作流程；模拟操作采用虚拟交互形式，构建虚拟训练场景，支持用鼠标和触控形式进行交互操作，操作内容与实装完全一致。

维护保养模块以3D模型展示前后面板接口，以视频讲解装备维护与检拭，以故障排查流程图配合装备三维模型方式展示故障处理过程（图7）。

（四）作战运用模块

作战运用模块以扫海警戒、综合联演等典型任务为背景，以作战想定为故事线展开，以组织方案为操作依据，按照作战想定任务（图8）进行响应，训练端收到作战指令后，根据指令要求，依据训练任务，拟定训练计划，按照计划进行相关虚拟操作，直至任务完成，将作战报告提交给管理端。

（五）考核评估模块

该模块可以构建考核题库，具有自动组卷、手动组卷功能，考核内容包括理论考核和实操考核。

考核后台采用B/S架构，由系统管理员使用，具有系统管理、用户管理、试题库管理、试卷管理、学习过程和成绩统计分析等功能，如图9所示。

四特色效益

该在线虚拟训练课程的建设，实现了线上+线下混合式装备教学和训练，可以实现不限时间、不限人数的开放式在线训练，解决了实验室场地受限和实装数量不足的难题，彻底扭转了实验室单装操作为主、实战化运用难以开展的局面[9]。主要特色如下。

学操结合。将理论学习与模拟实操相结合，注重实操训练，学操体系完整。

多教并行。构建四大模块，采用模拟操作、想定教学、案例教学和混合式教学等多种教学方法，打造实战化沉浸式训练模式。

作战运用。构建了从作战认知→运用案例→综合运用→运用实操的完善的通信装备作战运用体系，填补了现有教材的空缺。

混合实作。实现了线上+线下混合式装备教学和训练，构建了装备类课程教学和训练新模式。

目前该课程已完成实验室部署并正式上线军综网“梦课”平台。线上训练平台运行后，装备实作训练完成度及成效明显提高，学员任务及时完成率达到90%以上，因课程冲突导致的缺课调课补课现象明显减少，学员实作训练积极性明显提高，学员学习深度加深，训练时长扩展[10]。教员精力投入方向明显转变，教员实验室管理维护时间明显减少，线上训练指导时间明显提升，综合训练效益大大提高。

五结束语

超短波通信电台模拟训练在线虚拟训练与线下实装或模拟器训练相结合，实现了“软硬互补、虚实结合”的军队院校任职教育实作教学信息化训练，训练课程构建了基于军综网的装备类课程线上线下混合实作教学新模式，为学院装备实作信息化教学训练改革做出有益探索，为开展军事职业教育教学方法手段研究开拓新的方向。

参考文献：

[1] 李利，郭谊，纪凯，等.新型驱护舰综合通信系统训练模拟器建设实践[J].舰船电子工程，2020，40（10）：76-80.

[2] 张磊，卢华平，王方超.基于STM32的超短波电台模拟训练系統设计[J].微型机与应用，2017，36（10）：99-101.

[3] 关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知（教高司函〔2013〕94号）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201308/t20130821_156121.html.

[4] 李翠林.虚拟仿真实验在化学教学中的设计与应用研究[D].南宁：广西民族大学，2018.

[5] 谢铁城，达新宇，刘芸江，等．某电台网络模拟训练系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2010，18（5）：1151-1153．

[6] 高振斌，王仁智，卢飞，等.基于无线通信技术的超短波电台训练模拟器[J].河北工业大学学报，2012，41（4）：19-22.

[7] 马莹，张恒，宋其圣，等.虚拟仿真实验项目助力实验课在线教学[J].大学化学，2020，35（5）：223-228.

[8] 刘艳，于效宇.电子信息模块化实景实验建设与研究[J].电气电子教学学报，2019，41（2）：139-143.

[9] 李利，谢树升，纪凯，等.立足指技融合的电子信息创新实验室建设实践[J].科技创新与应用，2019，274（18）：31-33.