嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)及其應(yīng)用★

余學(xué)敏，宋巍，黎新

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610；

2.空軍駐廣州地區(qū)軍事代表室，廣東　廣州　510410）

嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)及其應(yīng)用★

余學(xué)敏1，宋巍2，黎新1

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610；

2.空軍駐廣州地區(qū)軍事代表室，廣東廣州510410）

訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)是嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，它為嵌入式訓(xùn)練提供訓(xùn)練前的理論學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，同時也能在嵌入式訓(xùn)練后根據(jù)評估結(jié)果提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案。首先，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)在嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中的作用；其次，詳細介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的業(yè)務(wù)流程、訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，以及訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的功能模塊；最后，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的效果。實踐表明，訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)能夠提高訓(xùn)練效率，提升訓(xùn)練效果。

嵌入式訓(xùn)練；訓(xùn)練保障技術(shù)；交互式課件；課件制作；學(xué)習(xí)管理

0　引言

嵌入式訓(xùn)練 （ET:Embedded Training）［1］是由美國陸軍于1987年提出來的概念，它將訓(xùn)練系統(tǒng)嵌入到實際裝備中，在近似實戰(zhàn)的逼真環(huán)境下實施訓(xùn)練，可使受訓(xùn)者獲得與實戰(zhàn)相符的心理與生理適應(yīng)性，能夠有效地提高部隊的戰(zhàn)備能力和應(yīng)付突發(fā)事件的反應(yīng)能力［2］。嵌入式訓(xùn)練是當(dāng)前各軍事強國重點研究的技術(shù)，作為訓(xùn)練系統(tǒng)的最新趨勢，已裝備到美軍的宙斯盾級軍艦［3］和F-35“閃電”戰(zhàn)斗機［4］上。我軍也在逐步地開展對嵌入式訓(xùn)練技術(shù)的研究，如裝甲兵工程學(xué)院實現(xiàn)了裝甲裝備的實車嵌入式訓(xùn)練［5］。

嵌入式訓(xùn)練技術(shù)是訓(xùn)練技術(shù)與裝備運用技術(shù)的有機結(jié)合，是以電子技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的、涉及多種技術(shù)的綜合技術(shù)［2］，其總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。首先，利用態(tài)勢生成技術(shù)構(gòu)造一個真實裝備運行下的虛擬訓(xùn)練態(tài)勢。其次，在訓(xùn)練開始前，通過訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)為嵌入式訓(xùn)練進行訓(xùn)練前的理論學(xué)習(xí)、培訓(xùn)和考核；在訓(xùn)練開始后，利用信息交互技術(shù)，捕捉訓(xùn)練過程中的人員操作、裝備運行等信息，傳輸至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，為訓(xùn)練評估提供數(shù)據(jù)支持。最后，通過訓(xùn)練評估技術(shù)，將評估結(jié)果反饋給訓(xùn)練教學(xué)保障模塊，訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)根據(jù)訓(xùn)練評估的結(jié)果給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案，形成閉環(huán)訓(xùn)練。

圖1　　ET系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)

目前，在嵌入式訓(xùn)練中，大多數(shù)專業(yè)技能教學(xué)培訓(xùn)都存在內(nèi)容枯燥、情景抽象、交互性差和 “大鍋式”教學(xué)的問題，對于不同技術(shù)等級和學(xué)習(xí)能力不同的學(xué)員，不能進行個性化的有針對性的培訓(xùn)，不能充分地調(diào)動學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，對學(xué)員進行客觀、有效的評估，更重要的是這種教學(xué)方式所帶來的安全隱患和經(jīng)濟損失不容小覷。

訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)是使用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、基于電子化學(xué)習(xí) （E-Learning）理念實現(xiàn)對訓(xùn)練教學(xué)保障工作的全過程進行標準化、規(guī)范化、高效化的管理技術(shù)。它通過多媒體交互式教學(xué)課件可以將不同層次、不同級別學(xué)員的培訓(xùn)內(nèi)容分別配以文字、動畫和聲音等進行展示，場景可以從不同的角度演示，場面逼真，最大程度地展現(xiàn)了武器操作和維修的場景，直觀、生動地向?qū)W員展示操作、維修等相關(guān)技能，并展示因操作不當(dāng)而引起的危險和后果。學(xué)員可以直接與教學(xué)內(nèi)容進行交互，如身臨其境，既提高了學(xué)習(xí)的興趣，又有效地鍛煉和提高了操作及反應(yīng)能力，與嵌入式訓(xùn)練相結(jié)合更是相得益彰，極大地提高部隊的保障能力。它符合SCORM國際標準并融合S 1000D標準，其課件制作、素材管理、培訓(xùn)大綱、培訓(xùn)計劃制定、學(xué)員自主在線學(xué)習(xí)、教員在線教學(xué)和題庫試卷建立、學(xué)員在線考試、自動閱卷、師生互動，以及考核評估等功能，比傳統(tǒng)的教學(xué)式培訓(xùn)方式更方便、高效，能滿足用戶以最低的教學(xué)資源成本，高效、科學(xué)地實現(xiàn)不同的崗位人員對相關(guān)技能、知識的掌握、提升和考核評估。

1　嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)研究

1.1嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)業(yè)務(wù)

流程

根據(jù)嵌入式訓(xùn)練功能需求，嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的主要業(yè)務(wù)流程如圖2所示。在正式上崗之前，對學(xué)員制定嵌入式訓(xùn)練上崗培訓(xùn)計劃；計劃實施階段，對學(xué)員上崗需要掌握的技能進行培訓(xùn)；學(xué)員資格認證通過則獲得進行嵌入式訓(xùn)練的資質(zhì)。

獲取相應(yīng)的資質(zhì)后進入武器裝備的嵌入式訓(xùn)練。在計劃制定階段，管理員根據(jù)年度或者月度嵌入式訓(xùn)練計劃要求，制定嵌入式訓(xùn)練計劃，編寫計劃內(nèi)容、制定課程內(nèi)容、課程安排；教員利用ITEM或者課件制作系統(tǒng)制作符合SCORM標準的課件，利用3D工具編制交互式試題，制作完成后將素材導(dǎo)入到系統(tǒng)的訓(xùn)練資源和考核資源管理模塊，同時關(guān)聯(lián)到相關(guān)的訓(xùn)練課程中。在計劃實施階段，教員根據(jù)課程安排，利用電子教室講解訓(xùn)練內(nèi)容，進行理論知識和實際操作的學(xué)習(xí)，通過分布式考試系統(tǒng)對學(xué)員進行考核，檢驗學(xué)員的學(xué)習(xí)效果；學(xué)員可隨時隨地地進行自我學(xué)習(xí)，包括課程學(xué)習(xí)、訓(xùn)練資源學(xué)習(xí)和在線自我測評；完成某次武器裝備的嵌入式訓(xùn)練后，管理員更新計劃進度，將嵌入式訓(xùn)練評估結(jié)果導(dǎo)入到成績統(tǒng)計分析模塊，根據(jù)評估結(jié)果使用能力模型分析學(xué)員在訓(xùn)練的過程中技能掌握的熟練程度，據(jù)此為學(xué)員提供特定的學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案，教員再根據(jù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)方案為學(xué)員制定個性化的培訓(xùn)計劃，從而形成閉環(huán)訓(xùn)練。嵌入式訓(xùn)練計劃整體結(jié)束后對計劃進行統(tǒng)計分析。結(jié)合年度或者月度訓(xùn)練評估結(jié)果和學(xué)員平時培訓(xùn)情況的成績可以為學(xué)員的技能等級評定或職稱評定提供參考依據(jù)，如果通過認證則頒發(fā)證書，否則繼續(xù)學(xué)習(xí)。通過訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)可實現(xiàn)學(xué)員職業(yè)規(guī)劃的統(tǒng)一化、信息化、科學(xué)化管理，為嵌入式訓(xùn)練作輔助支撐作用。

1.2訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)，是基于Java Web技術(shù)對訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的實現(xiàn)，它的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

圖3　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2　　嵌入式訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)業(yè)務(wù)流程圖

平臺技術(shù)架構(gòu)采用目前業(yè)界主流成熟的spring mvc+Spring+Hibernate 3層架構(gòu)框架，將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為界面展示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，實現(xiàn) “高內(nèi)聚，低耦合”的思想，確保系統(tǒng)功能模塊能靈活地封裝和調(diào)整。

1.3訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)功能模塊

訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)分為課件制作系統(tǒng)和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。

1.3.1課件制作系統(tǒng)

課件制作系統(tǒng)用于制作培訓(xùn)課件。用戶若已經(jīng)部署了滿足S 1000D4.0標準的IETM的編輯器和內(nèi)容管理器，則可利用IETM編輯器和內(nèi)容管理器進行培訓(xùn)課件內(nèi)容的編輯，并在編輯完成后導(dǎo)出SCP，再導(dǎo)入課件制作系統(tǒng)，出版為SCORM培訓(xùn)課件或非SCORM的HTML培訓(xùn)課件。如無滿足S 1000D4.0標準的IETM，也可直接使用課件制作系統(tǒng)編輯課件內(nèi)容。課件制作系統(tǒng)有獨立的RTE（課件運行環(huán)境），可在對課件進行樣式設(shè)置和編序規(guī)則設(shè)置時預(yù)覽課件效果。課件制作系統(tǒng)功能模塊包括:導(dǎo)入課件、新建課件、課件內(nèi)容編輯、樣式設(shè)置、編序規(guī)則設(shè)置、預(yù)覽課件和出版。還包括兩個資源庫:素材庫和模版庫。

其功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，課件制作流程圖如圖5所示。

1.3.2學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)

學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)用于對參訓(xùn)人員進行理論知識、使用操作程序及維護維修技能的培訓(xùn)教學(xué)過程的綜合管理。提供教學(xué)資源管理，以及培訓(xùn)管理、學(xué)習(xí)跟蹤和統(tǒng)計分析等功能。

圖4　　課件制作系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

圖5　 課件制作流程圖

其功能結(jié)構(gòu)圖如圖6所示:

圖6　　學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

a）系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能提供對組織結(jié)構(gòu)、人員的管理，以及系統(tǒng)配置、權(quán)限配置、日志管理和數(shù)據(jù)交換等功能。

b）教學(xué)資源

教學(xué)資源功能支持平臺對教學(xué)過程中需要使用的資源 （課件、題目、試卷）進行統(tǒng)一管理，并對教學(xué)資源進行系統(tǒng)化、科學(xué)化的分類，使教學(xué)資源實現(xiàn)可重用、易以檢索等優(yōu)點，支持多種格式教學(xué)資源的上傳下載。用戶可使用Photoshop、Flash、3dSMAX、After Effects、Cortona3D和3DVIAComposer等軟件制作3D效果的訓(xùn)練素材，通過Captivate將各種素材打包成交互式課件和試題。

通過能力模型對教學(xué)資源進行分層分類，能力模型將技術(shù)等級劃分為對應(yīng)需要掌握的能力點，通過學(xué)員掌握的能力點熟悉程度來判定學(xué)員是否掌握相關(guān)的技術(shù)，能力點也可通俗地理解為知識點，能夠?qū)嵤?“多層次多梯度”的培訓(xùn)，教員根據(jù)能力模型分析訓(xùn)練評估結(jié)果可以判定學(xué)員對能力點掌握的熟練程度，從而能對參訓(xùn)人員制定個性化的培訓(xùn)方案，以及進行資格認證，方便參訓(xùn)人員下一步的學(xué)習(xí)和能力提升。

c）培訓(xùn)管理

培訓(xùn)管理功能提供對知識結(jié)構(gòu)樹、知識點、培訓(xùn)大綱、培訓(xùn)計劃、計劃實施、課程、線下培訓(xùn)和考試的管理。

d）教學(xué)實施

教學(xué)實施功能包含在線控制教學(xué)和電子課室功能。教員通過在線控制教學(xué)，能夠更好地進行課室授課；教員和學(xué)員通過電子課室能夠進行遠程互動，提高教學(xué)質(zhì)量。分布式教學(xué)和學(xué)習(xí)模式可突破傳統(tǒng)培訓(xùn)模式存在的缺陷，可實現(xiàn)參訓(xùn)人員隨時隨地的學(xué)習(xí)和交流，不存在傳統(tǒng)教學(xué)模式的時間和空間的限制。

e）學(xué)員考試

學(xué)員考試功能支持學(xué)員進行自測、接收下發(fā)的考試進行在線答題，還可以查看自己的在線考試記錄和自測記錄。

f）教學(xué)評定

教學(xué)評定功能提供教員批改試卷、跟蹤學(xué)員學(xué)習(xí)情況和評定學(xué)員等功能，支持學(xué)員對教員和課件進行評定，支持教員和學(xué)員對培訓(xùn)計劃進行總體評定。

g）統(tǒng)計分析

從多維度 （部門、人員、時間、知識分類、培訓(xùn)計劃、課程、課件和成績等）對培訓(xùn)情況進行查找和統(tǒng)計分析。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)表、柱狀圖、餅狀圖和曲線圖等多種二維/三維方式來展現(xiàn)統(tǒng)計分析結(jié)果。

h）互動交流

互動交流功能提供管理員對郵件、在線論壇和公告欄的管理和維護。提供教員、學(xué)員對郵件、在線論壇和公告欄的操作和使用，方便在線交流。

2　訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的實現(xiàn)效果

訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)基于B/S結(jié)構(gòu)，使用Java Web技術(shù)開發(fā)，用戶通過網(wǎng)絡(luò)登錄服務(wù)器，使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可應(yīng)用系統(tǒng)提供的服務(wù)，無需安裝客戶端，Java語言的跨平臺性也方便系統(tǒng)的部署。系統(tǒng)的主要功能包括課件管理、題庫管理、教學(xué)計劃、試卷管理和電子教室等。其界面如圖7所示。

通過訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)，用戶可以實現(xiàn) “訓(xùn)保結(jié)合”以及 “多層次多梯度”的訓(xùn)練，能夠滿足平時訓(xùn)練教學(xué)的需要，通過信息化的手段，提高訓(xùn)練效率，提升訓(xùn)練效果，訓(xùn)練保障能力得到了很大的提升。

圖7　　訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)

3　結(jié)束語

訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)是嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。首先，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)在嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中的作用；其次，詳細介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障技術(shù)的業(yè)務(wù)流程和訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，以及訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)功能模塊；最后，介紹了訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)的實現(xiàn)效果。訓(xùn)練教學(xué)保障系統(tǒng)利用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)組織培訓(xùn)工作全過程的標準化、規(guī)范化的高效管理，比傳統(tǒng)教學(xué)式培訓(xùn)更方便、高效，能滿足用戶以最低的教學(xué)資源成本，高效、科學(xué)地實現(xiàn)不同崗位人員對相關(guān)技能、知識的掌握、提升和考核評估。

［1］Department of Army.Army embedded training policy［Z］. Washington.DC，US:Departmentof Army，1987.

［2］常天慶，張波，趙鵬，等.嵌入式訓(xùn)練技術(shù)研究綜述［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2010，22（11）:2694-2697.

［3］ZACHARY W，CANNON-BOWERS J，BURNS J，et al. The Advanced Embedded Training System（AETS）:An intelligent embedded tutoring system for tactical team training［J］.International Journal of Artificial Intelligence in Education，1999（10）:257-277.

［4］魏鋼.F-35“閃電”X戰(zhàn)斗機 ［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2008:152-173.

［5］常天慶，張波，王欽釗.嵌入式訓(xùn)練技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報，2008，22（6）:1-6.

Embedded Training Teaching Support Technology and Its App lication

YU Xue-min1，SONGWei2，LIXin1
（1.CEPREI，Guangzhou 510610，China；2.Air Force Military Representative Office in Guangzhou，Guangzhou 510410，China）

Teaching support technology is one of the core technologies of Embedded Training（ET）System.And it provides theoretical study and training before ET and guidance program based on evaluation results after ET.Firstly，the role of teaching support technology in ET is introduced in this paper.Secondly，the work flow，functionalmodules and technical architecture of the technology are discussed in detail.Finally，the effect of teaching support system is demonstrated.The results prove that teaching support technology can improve training efficiency and enhance training effect.

ET；training support technology；interactive courseware；courseware making；learningmanagement

TP 391.92

A

1672-5468（2015）02-0067-06 doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2015.02.015

工業(yè)和信息化部電子第五研究所發(fā)展基金C類項目 （13C15）資助

2014-10-31

余學(xué)敏 （1988-），男，湖北黃岡人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所賽寶裝備綜合保障研究中心助理工程師，碩士，主要從事裝備綜合保障研究和軟件開發(fā)工作。