無人系統工程專業素養提升探索與實踐

武萌 郭傲兵 韓斌

摘要 無人作戰是信息化戰場的戰略前沿和發展熱點，是推動戰爭形態從信息化向智能化發展的重要動力。作為科技前沿專業，無人系統工程的課程體系優化，需要以專業知識、專業理論、專業技能、綜合實踐能力等方面為切入點，基于先進的教學科研條件建設，拓寬專業理論；通過搭建一體化實驗平臺、構建系列化實踐環節打牢實踐基礎；基于任務牽引設置綜合實踐訓練科目，提升實踐操作等能力；通過戰術綜合演習，豐富戰斗經驗，促使學員素養全面提升，為新型裝備列裝使用、新質戰斗力生成奠定基礎。

關鍵詞 無人系統工程；綜合實踐能力；專業背景課程；戰術綜合演習

中圖分類號：E251文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.7.023

專業素養是指具有專業知識、專業理論、專業技能、必要的組織管理等方面的能力。專業素養的高低直接決定相關專業教育質量的高低，在教育教學過程中，提升學員專業素養不是一蹴而就的，而是一個不斷發展、與時俱進、不斷內化提升的動態過程，是教員和學員群體共同追求、奮斗的前進歷程。

無人作戰是新型的作戰力量，是全新的作戰方式，無人系統工程專業對標教育部自動化類機器人工程本科專業，聚焦無人作戰系統所涉及的理論、方法、技術、運用，為新型裝備的使用、維護、訓練等奠定基礎。本文旨在面向無人系統工程專業學員專業素養提升進行系統研究，以期通過研究形成具有實踐指導意義的理論觀點和實踐方案，提升無人系統工程專業學員專業素養，提升本專業教學水平，以提高無人系統工程相關專業人才培養質量。

1基于培養方案，依托OODA環梳理課程體系，構建知識體系框架

1.1依托OODA作戰環梳理課程體系，構建知識體系框架

由于OODA環可以對無人作戰行動的整個過程進行高度抽象、全維感知，基于OODA環進行課程梳理分析，構建以智能與控制為基礎的無人作戰要素齊全（OODA作戰環）的知識體系框架，即“觀察與檢測→行為與判斷→規劃與決策→行動與打擊”，梳理課程內容、知識體系結構，提升教學水平，提升學員專業素養，如圖1所示。

基于OODA作戰環構建課程知識體系框架，對課程內容進行梳理如下：

“O”，觀察與檢測，基于“計算機控制技術”和“環境感知技術”兩門課程，通過計算機接口控制、傳感器數據獲取、環境數據分析等內容分析戰場環境信息，完成無人作戰要素中的觀察與檢測。

“O”，行為與判斷，基于“運動控制技術”課程對無人機/車自主運動行為進行結構分析和設計，通過慣導/衛星組合導航、SLAM導航進行行為判斷并確定運動方向，完成無人作戰要素中的行為與判斷。

“D”，規劃與決策，基于“任務規劃技術”課程，通過路徑規劃、數據鏈路規劃、威脅模型評估、任務分配、載荷運用等內容，完成無人作戰要素中的規劃與決策。

“A”，行動與打擊，基于“火力打擊技術”課程實現無人作戰環終極行為：火控系統信息獲取、穩定與跟蹤、目標威脅評估、火力打擊等內容，完成無人車/機中的行動與打擊。

通過課程知識體系進一步對教學內容進行梳理，構建結構完整的知識體系框架。

1.2細化分析課程設置

基于課程體系框架對課程設計進一步細化分析，其中“自動控制原理”“人工智能原理及其應用”和“計算機控制技術”是無人系統工程專業的專業基礎，在此之上基于“環境感知技術”搭建“運動控制技術”“任務規劃技術”“火力打擊技術”等課程，其中“自主運動控制”在自主導航的基礎上學習地面無人平臺和無人機運動控制方法，“任務規劃技術”學習威脅模型評估、任務分配、路徑規劃、載荷運用和數據鏈路規劃等，“火力打擊技術”學習無人系統火控系統信息獲取、穩定與跟蹤、導彈與制導、人機交互、網絡火控、火力打擊等內容。最終通過“無人系統工程專業綜合訓練”課程實踐科目從理論到實踐進行綜合，基于綜合實驗平臺進行實驗驗證。

課程設置如圖2所示。

課程設置聚焦無人作戰重要要素環節：智能、感知、任務規劃、運動控制、火力打擊等內容，注重體系化設置。

2一體化實驗室建設，以科研促教學，拓寬專業理論

一體化建立基礎實驗室和專業實驗室。其中人工智能技術實驗室為基礎實驗室，支撐“人工智能及其應用”和“計算機控制技術”專業基礎課程實驗；自主運動控制技術、地面無人平臺行走機構、無人系統人機交互、任務載荷技術、無人系統協同作戰等專業實驗室，支撐“環境感知技術”“運動控制技術”“任務規劃技術”“火力打擊技術”和“無人系統工程專業綜合訓練”等專業課程實驗。

通過一體化實驗室，加強教學科研條件建設，對無人作戰理論、試驗、平臺技術、協同作戰等關鍵技術領域進行相關教學科研研究；自主無人車團隊參加“跨越險阻陸上無人系統挑戰賽”，這些深入的研究為課程教學提供了強有力的技術支撐；科研案例入課堂，引入CDIO工程教育模式，如基于無人平臺設計運用相應案例，講解“自主運動控制”課程中的地面機動平臺運動控制和無人機自主飛行控制等相關內容。

3系列化實踐環節提升專業技能，任務牽引的綜合訓練科目，提升綜合實踐能力

3.1系列化實踐環節打牢實踐基礎，提升專業技能

無人系統工程專業背景課程基于一體化實驗室，設置系列化、高品質實驗平臺。以stm32系列CPU為基礎搭建通用機器人實驗平臺，基于機器人操作系統搭建系列ROS機器人實驗平臺（含AI機器人），搭建機器人協同運動平臺（含足球機器人、無人車等）。

通用機器人實驗平臺，可支撐“計算機控制技術”“自主運動控制”等課程基礎實驗。

ROS機器人實驗平臺（含AI機器人），可支撐“人工智能原理及其應用”“環境感知技術”“運動控制技術”等課程實驗。

機器人協同運動平臺，含足球機器人教學平臺和多款無人車，可支撐“運動控制技術”“任務規劃技術”“火力打擊技術”“無人系統工程專業綜合訓練”等課程實驗。

這種專業背景課程實踐環節系列化的設計思路，遵循循序漸進、連貫設計的設計原則，學員只用花較少的時間精力即可熟悉不同平臺，而更多地關注面向應用的設計思路。這種一體化的連貫設計打牢了實踐基礎，加快了實驗教學進度，可快速提升專業技能。

3.2任務牽引完成綜合訓練科目，提升綜合實踐能力

針對前期課程學習主線，根據基礎理論、關鍵技術、實際裝備運用、結合后期任職特點為牽引，在完成基礎實驗科目基礎上，增加綜合訓練科目，如：無人運動平臺自主運動行軍、目標識別與導航、多平臺協同控制等。綜合訓練科目基于“教為主導，學為主體”的教學思想，采取任務牽引、研究性學習方式開展，設計達標性任務和挑戰性任務。完成達標性任務可以得到及格成績，挑戰性任務則是基于教員設置的任務，逐步增加訓練難度，由學員自主規劃設計方法，自主完成整體設計方案，教員僅幫助解決問題，挑戰性任務根據實現效果進行不同程度的加分，這種方式不僅可以提高學員興趣，并且能激發其學習的主動性和創造性，促進提升綜合實踐能力。

4學員俱樂部、學科競賽多維度拓展視野，綜合提升

實驗室在一體化建設的同時，多維度共享，依托教學科研平臺搭建學員俱樂部，創造良好的學術氛圍，使部分學有余力的學員能夠參與到科研中去，開拓視野，進一步補充課內知識；組織學員參加學科競賽與更多科技工作者溝通交流，獲得更多專業知識，提高自身專業技能和組訓管理水平。

當前學校已依托人工智能技術實驗室和無人機訓練教室，基于戰場偵查俱樂部，組織學員參加無人機、無人車、足球機器人比賽，并擬于秋季參加RoboCup機器人世界杯中國賽。

5綜合戰術演習，提升靈活處置戰術情況的能力，提升戰斗素養

在專業背景課程和任職課程學習基礎上，通過綜合戰術課題演練，使參演學員進一步理解無人裝備在作戰中的運用，提升了靈活處置戰術情況的能力，全方位提升戰斗素養，豐富戰斗經驗，查找戰斗短板，固化能力，為即將開始的畢業任職奠定了堅實基礎。

6結語

本文針對無人系統工程專業素養提升開展預先研究，從專業知識、專業理論、專業技能、綜合實踐能力等方面查找提升學員專業素養的方式方法，即基于OODA作戰環梳理課程體系模型，構建完整的知識體系，提升課程理論深度和廣度；基于條件建設，引入CDIO工程教育模式，以無人作戰項目案例為導向，以最新科研成果促教學，應用系列化實踐環節提升專業技能；通過學員俱樂部、參加學科競賽等活動加強學術交流，開拓視野，提升綜合實踐能力；戰術綜合演練使學員對無人裝備作戰運用有了新的認識，提升戰斗素養。后期將在此基礎上進行優化梳理，并不斷優化驗證，為切實提升無人系統工程專業人才培養質量奠定基礎。

參考文獻

[1]王恩久，邱霞.基于崗位能力培養的專業課教學改革的探討[J].大學教育，2012.7（7）：116-117.

[2]鄧元龍，孫秀泉.基于能力培養的工科專業課教學模式改革與探索[J].理工高教研究，2005.8（4）：48-49.

[3]陳閨中，蒙爭爭.應用型高校畢業實踐環節CDIO能力的培養[J].科技情報開發與經濟，2010（20）：53-55.

[4]任洪春等.部隊比武對裝備維修教學的啟示[J].防化學報，2008.8（4）：45-47.

[5]劉全勝.論裝備實踐課教學中發揮學員主體作用的途徑[J].裝甲兵，2006.3（3）：37.

[6]馮小安.實踐教學評價指標體系的構建與實施[J].中國電力教育，2010（13）：32-34.

[7]鄭曉亮，祝龍記.利用實踐教學提升大學生就業競爭力[J].中國科技信息，2011（9）：27-29.