超短波通信電臺在線虛擬訓練課程建設實踐

李利　鄭劍云　張永　紀凱

摘? 要：在軍隊院校崗位任職教育中，為了實現“軟硬互補、虛實結合”的任職教育實作教學訓練、提高承訓能力，且能隨時隨地開展訓練，開展艦載綜合通信系統在線虛擬訓練系統建設。分析了超短波通信電臺模擬訓練在線虛擬訓練課程建設需求，給出了系統總體設計和詳細功能設計，總結了項目特色和運行效益。課程構建了完善的通信裝備在線訓練體系，探索了基于軍綜網的裝備類課程線上線下混合式實作教學新模式。

關鍵詞：超短波通信電臺；任職教育；通信裝備；在線虛擬訓練；混合式實作

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

在學院通信指揮專業任職教育實作訓練中，現有的實裝及模擬器[1-2]實驗室承訓能力有限且教學成本高，不能滿足多批次多班次集中訓練的需求，無法隨時隨地開展訓練，而虛擬仿真技術在為學習者創建仿真的學習情景方面有著不可替代的積極作用，虛擬仿真訓練[3-4]可與實裝或模擬器訓練共同構建“軟硬互補、虛實結合”的任職教育實作教學訓練模式，因此，積極開展艦載綜合通信系統在線虛擬訓練系統建設，依托軍事綜合信息網，針對現役主用通信裝備及系統，開發在線虛擬訓練系統，以虛擬沉浸式、互動式等方式實現裝備的原理示教、裝備操作、作戰運用及考核評估等網絡化訓練功能。利用圖片、視頻、解說介紹裝備理論，利用3D模型及三維視景演示裝備結構、利用仿真模擬實現裝備操作交互[5-6]、利用考核題庫檢驗學習效果。對用戶的訓練過程進行數據采集和分析，全面掌握用戶的學習訓練效果。實現不限時間、不限人數的開放式在線訓練。建設的超短波通信電臺模擬訓練在線虛擬訓練課程正式上線軍綜網“夢課”平臺，以該訓練課程為例對其建設和實踐進行探索和總結[7-8]。

一? 建設需求分析

（一）? 整體任務分析

超短波通信電臺模擬訓練在線虛擬訓練課程包含海上對海、對空、勤務超短波通信設備，涵蓋原理示教、操作使用、維護保養、故障排除、作戰運用和考核評估等訓練內容。根據訓練難度的不同，又劃分為初級訓練、中級訓練、進階訓練三個層次。學員可以自由選擇想學習的裝備進行在線虛擬訓練，可參加不同難度的課程訓練，系統可記錄詳細的學習和考核過程，教員可以方便地了解重難點掌握情況，評估學習效果。

（二）? 系統功能需求

該訓練課程系統功能劃分為：裝備認知及原理示教、裝備操作使用示教、裝備作戰運用示教及考核評估等。

1? 裝備認知及原理示教

通過該功能學員可對裝備工作原理、整體構造等充分了解。和傳統課堂教學相比，在學習裝備結構功能、裝備模型演示等相關方面更加迅捷有效。

2? 裝備操作使用示教

該功能可以進一步向學員介紹裝備操作使用、維護保養及故障排除等方法和技能。即根據設計需要將每個裝備的實際操作方法和流程制作成三維動畫，并配備相應的語音解說和文字說明，使受訓人員對裝備操作訓練內容的了解更加具備直觀性和觀賞性，提高了學員學習的效率。本部分的重點還在于提供了裝備模擬操作功能，其操作步驟和方法與實裝高度一致，可以取得與操作實裝訓練相同的效果。

3? 裝備作戰運用示教

此部分系統提供的交互程度較高，需要在系統的幫助下引導訓練人員完成裝備保障及運用任務的學習。通過該功能學員能夠獲得和實際裝備保障與運用相同的經驗。系統將裝備保障和運用分為多個步驟，使用該功能時，學員在進行操作時系統給出每一步的文字提示并對需要的裝備操作高亮顯示，在完成正確操作后，繼續進行下一步操作。這項功能可以使學員對裝備保障和運用過程形成清晰、全面的認知。

4? 考核評估功能

通過該功能學員可以對自己的知識掌握程度有一個明確的了解。選擇該功能后，學員選中一型裝備，考核開始，此處操作與交互式訓練相同但沒有文字提示和高亮顯示，學員獨立完成裝備保障和運用任務。系統將對學員的操作時間進行限制并且記錄每一訓練步驟，并與標準步驟進行比較，考核完畢給出成績評定和錯誤操作解釋。

同時訓練系統具有對用戶、訓練任務、訓練結果管理與分析等功能。

二? 系統總體設計

（一）? 體系結構

采用模塊化、組件化、層次化的系統構建思想，B/S架構部署，系統整體技術架構采用分層式結構，充分考慮整個系統的可靠性、可維護性。把業務流程和用戶界面抽象到業務層和應用層，可以方便修改用戶業務流程和用戶界面，而不必修改基礎層和數據層的功能。系統采用C#語言開發，部署內部服務器和“夢課”平臺，提供在線訪問功能，通過瀏覽器，打開應用地址即可方便地進行科目的訓練。

該軟件系統總體結構由基礎設施層、數據層、應用層和表現層四個層次構成，如圖1所示。

1）基礎設施層主要由網絡、主機、服務器和存儲等硬件設備和操作系統、數據庫等軟件組成，作為系統的硬件與基礎服務支持。

2）數據層主要為虛擬仿真訓練提供模型數據庫、參數數據庫。存儲和處理訓練系統使用的標準化數據。

3）應用層使用各種工具調用數據層的內容，并通過邏輯運算后將結果呈現給表現層。

4）表現層在基礎設施層、數據層、應用層的支持下，展現虛擬體驗及虛擬交互內容，實現系統各項訓練要求。

（二）? 流程設計

該在線虛擬訓練課程由客戶端和后臺管理系統兩部分組成，各部分的業務流程和數據流程如下。

1? 客戶端業務流程

客戶端系統的用戶為學員，用戶首先通過瀏覽器打開系統網址，根據授權登陸系統；系統登陸成功后，選擇設備類型，進入對應設備模塊，根據任務級別，可做不同難度的科目訓練；選擇具體訓練科目后即可進行詳細的虛擬訓練，可以進行基礎知識學習，虛擬交互訓練，可視化考核；訓練考核完成，自動上傳訓練成績。

2? 后臺管理系統業務流程

后臺管理系統的用戶為系統管理員或者教員，用戶通過瀏覽器輸入后臺管理系統的地址進行訪問，輸入正確的用戶名及密碼后進入系統，選擇需要進行管理的內容，根據系統操作流程完成管理操作，完成管理操作后點擊注銷，完成整個操作。

3? 數據流程

在線虛擬訓練課程內部間交換的信息包括以下內容。①人員數據，包括學員用戶、授權數據信息。②仿真模型數據，包括裝備模型、器材模型等，通過仿真引擎進行信息交換。③虛擬裝備操作數據，在訓練過程中，數據采集模塊將虛擬裝備操作數據進行轉換，以仿真對象狀態、交互形式進入仿真引擎內。④教學資源數據，包括理論介紹、原理動畫等，存儲于教學資源庫中。

系統內部數據流程如圖2所示。

三? 系統功能詳細設計

（一）? 組成功能

本訓練系統完成對海、對空、勤務三型超短波電臺的在線虛擬訓練，將系統功能劃分為：原理示教、裝備操作及維護保養、作戰運用和考核評估四大模塊，系統功能組成如圖3所示。

（二）? 原理示教模塊

內容包含裝備概述、性能指標、結構組成和基本原理。采用虛擬交互大屏、虛擬教官講解（圖4）、動畫及3D交互演示（圖5）等表現形式，介紹設備使命任務、模式配置、組成功能、性能指標、結構簡介、結構展示、自主漫游及工作原理等。

（三）? 裝備操作及維護保養模塊

該模塊劃分為操作使用和維護保養兩個子模塊。操作導航采用導航圖（圖6）指引及視頻講解的方式引導操作者學習操作流程；模擬操作采用虛擬交互形式，構建虛擬訓練場景，支持用鼠標和觸控形式進行交互操作，操作內容與實裝完全一致。

維護保養模塊以3D模型展示前后面板接口，以視頻講解裝備維護與檢拭，以故障排查流程圖配合裝備三維模型方式展示故障處理過程（圖7）。

（四）? 作戰運用模塊

作戰運用模塊以掃海警戒、綜合聯演等典型任務為背景，以作戰想定為故事線展開，以組織方案為操作依據，按照作戰想定任務（圖8）進行響應，訓練端收到作戰指令后，根據指令要求，依據訓練任務，擬定訓練計劃，按照計劃進行相關虛擬操作，直至任務完成，將作戰報告提交給管理端。

（五）? 考核評估模塊

該模塊可以構建考核題庫，具有自動組卷、手動組卷功能，考核內容包括理論考核和實操考核。

考核后臺采用B/S架構，由系統管理員使用，具有系統管理、用戶管理、試題庫管理、試卷管理、學習過程和成績統計分析等功能，如圖9所示。

四? 特色效益

該在線虛擬訓練課程的建設，實現了線上+線下混合式裝備教學和訓練，可以實現不限時間、不限人數的開放式在線訓練，解決了實驗室場地受限和實裝數量不足的難題，徹底扭轉了實驗室單裝操作為主、實戰化運用難以開展的局面[9]。主要特色如下。

學操結合。將理論學習與模擬實操相結合，注重實操訓練，學操體系完整。

多教并行。構建四大模塊，采用模擬操作、想定教學、案例教學和混合式教學等多種教學方法，打造實戰化沉浸式訓練模式。

作戰運用。構建了從作戰認知→運用案例→綜合運用→運用實操的完善的通信裝備作戰運用體系，填補了現有教材的空缺。

混合實作。實現了線上+線下混合式裝備教學和訓練，構建了裝備類課程教學和訓練新模式。

目前該課程已完成實驗室部署并正式上線軍綜網“夢課”平臺。線上訓練平臺運行后，裝備實作訓練完成度及成效明顯提高，學員任務及時完成率達到90%以上，因課程沖突導致的缺課調課補課現象明顯減少，學員實作訓練積極性明顯提高，學員學習深度加深，訓練時長擴展[10]。教員精力投入方向明顯轉變，教員實驗室管理維護時間明顯減少，線上訓練指導時間明顯提升，綜合訓練效益大大提高。

五? 結束語

超短波通信電臺模擬訓練在線虛擬訓練與線下實裝或模擬器訓練相結合，實現了“軟硬互補、虛實結合”的軍隊院校任職教育實作教學信息化訓練，訓練課程構建了基于軍綜網的裝備類課程線上線下混合實作教學新模式，為學院裝備實作信息化教學訓練改革做出有益探索，為開展軍事職業教育教學方法手段研究開拓新的方向。

參考文獻：

[1] 李利，郭誼，紀凱，等.新型驅護艦綜合通信系統訓練模擬器建設實踐[J].艦船電子工程，2020，40（10）：76-80.

[2] 張磊，盧華平，王方超.基于STM32的超短波電臺模擬訓練系統設計[J].微型機與應用，2017，36（10）：99-101.

[3] 關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知（教高司函〔2013〕94號）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201308/t20130821_156121.html.

[4] 李翠林.虛擬仿真實驗在化學教學中的設計與應用研究[D].南寧：廣西民族大學，2018.

[5] 謝鐵城，達新宇，劉蕓江，等．某電臺網絡模擬訓練系統的設計與實現[J].計算機測量與控制，2010，18（5）：1151-1153．

[6] 高振斌，王仁智，盧飛，等.基于無線通信技術的超短波電臺訓練模擬器[J].河北工業大學學報，2012，41（4）：19-22.

[7] 馬瑩，張恒，宋其圣，等.虛擬仿真實驗項目助力實驗課在線教學[J].大學化學，2020，35（5）：223-228.

[8] 劉艷，于效宇.電子信息模塊化實景實驗建設與研究[J].電氣電子教學學報，2019，41（2）：139-143.

[9] 李利，謝樹升，紀凱，等.立足指技融合的電子信息創新實驗室建設實踐[J].科技創新與應用，2019，274（18）：31-33.

[10] 高等教育出版社實驗空間運營工作組.2020年春季學期虛擬仿真實驗教學項目使用情況與分析思考[J].中國大學教學，2020（11）：81-84.

基金項目：“十三五”軍隊重點院校和重點學科專業（信息通信）建設資助項目（海艦教2020-39號）；2020年海軍軍事職業教育課程資源建設資助項目“艦艇超短波通信裝備模擬訓練”（2020HHX002）

第一作者簡介：李利（1982-），男，漢族，山東泰安人，博士，講師。研究方向為艦艇通信。