多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用*

趙 喜，胡文華

（軍械工程學(xué)院 電子與光學(xué)工程系，河北 石家莊050003）

多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用*

趙 喜，胡文華

（軍械工程學(xué)院 電子與光學(xué)工程系，河北 石家莊050003）

針對(duì)裝備教學(xué)訓(xùn)練中的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了某型雷達(dá)多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)。本文首先介紹了多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的功能與組成，然后分析了基于多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練特點(diǎn)，最后給出了多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)在教學(xué)訓(xùn)練實(shí)踐中的應(yīng)用案例。實(shí)踐證明，將現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用于裝備教學(xué)訓(xùn)練可取得較好的教學(xué)訓(xùn)練效果。

多媒體；教學(xué)訓(xùn)練；裝備操作；維修訓(xùn)練

基于裝備的教學(xué)和訓(xùn)練在提高學(xué)員的工程實(shí)踐能力、裝備綜合素養(yǎng)以及崗位任職能力方面具有重要作用。長(zhǎng)期以來(lái)，裝備教學(xué)訓(xùn)練的開(kāi)展主要結(jié)合實(shí)裝進(jìn)行，受教學(xué)資源、教學(xué)手段的限制，教學(xué)訓(xùn)練實(shí)施過(guò)程中存在著教學(xué)方法手段單一、教學(xué)訓(xùn)練時(shí)間難以保證、教學(xué)訓(xùn)練成本高等突出問(wèn)題，在很大程度上制約著教學(xué)訓(xùn)練效果的提高。基于此，利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，就某型主訓(xùn)裝備開(kāi)發(fā)了多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，并在教學(xué)訓(xùn)練中進(jìn)行使用，較好地解決了上述教學(xué)訓(xùn)練中存在的問(wèn)題。

一、多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的功能與組成

某型雷達(dá)裝備是目前裝備教學(xué)訓(xùn)練中的主訓(xùn)裝備，該雷達(dá)集光、機(jī)、電于一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度高、價(jià)格昂貴。為滿足教學(xué)訓(xùn)練要求，針對(duì)該型雷達(dá)裝備，利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)開(kāi)發(fā)了多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，可滿足對(duì)裝備的構(gòu)造與原理、故障維修、技術(shù)保障和武器系統(tǒng)運(yùn)用等內(nèi)容的教學(xué)與訓(xùn)練需求。

1.多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的功能

（1）教學(xué)演示功能

某型雷達(dá)多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)由多種多媒體元素組成，在裝備的教學(xué)演示中，不同的多媒體元素可滿足不同的需求：通過(guò)系統(tǒng)中的文字、圖片等多媒體元素，可對(duì)裝備的功能特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)、結(jié)構(gòu)組成等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)；通過(guò)系統(tǒng)中的2D動(dòng)畫，可對(duì)裝備的整機(jī)及各分系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行演示；通過(guò)系統(tǒng)中的視頻，可對(duì)裝備的操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、技術(shù)檢查、裝備維修等內(nèi)容進(jìn)行示范；通過(guò)系統(tǒng)中的3D動(dòng)畫，可對(duì)雷達(dá)整機(jī)及各組成部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀形象的演示，了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

（2）操作訓(xùn)練功能

某型雷達(dá)多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，可提供一個(gè)虛擬的操作訓(xùn)練環(huán)境，呈現(xiàn)出三維立體的虛擬裝備，學(xué)員可以在虛擬環(huán)境中對(duì)裝備進(jìn)行戰(zhàn)勤操作、維護(hù)保養(yǎng)、技術(shù)檢查、故障維修等訓(xùn)練，參與到一些具體任務(wù)當(dāng)中，如裝備的架設(shè)撤收、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、系統(tǒng)開(kāi)關(guān)機(jī)、搜捕目標(biāo)、分解結(jié)合、故障排除等訓(xùn)練科目，實(shí)現(xiàn)在三維虛擬空間內(nèi)的“人-機(jī)”交互式訓(xùn)練。

（3）輔助維修功能

某型雷達(dá)多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)集成了該雷達(dá)各分系統(tǒng)常見(jiàn)的故障案例。每一個(gè)故障案例均按照“故障現(xiàn)象”、“可能原因”、“故障排除”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)思路與實(shí)際的故障排除流程一致，如圖1所示。

圖1 裝備輔助維修

其中，“故障現(xiàn)象”環(huán)節(jié)主要用視頻的方式呈現(xiàn)故障現(xiàn)象；“可能原因”環(huán)節(jié)主要用文字列表和聲音的方式描述可能的故障原因；“故障排除”環(huán)節(jié)用故障樹(shù)的形式給出具體的故障排除思路，并且在每一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)都配備了交互式圖片、視頻或圖表等多媒體元素，以標(biāo)識(shí)故障點(diǎn)的位置、故障排除方法或故障點(diǎn)的性能指標(biāo)參數(shù)。利用多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)具備的該項(xiàng)功能，不但可以滿足教學(xué)需要，而且還可在裝備的實(shí)際修理中加以利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備的輔助維修。

2.多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的組成

針對(duì)裝備教學(xué)訓(xùn)練需求，設(shè)計(jì)的多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)原理、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、技術(shù)檢查、常見(jiàn)故障等5個(gè)模塊，如圖2所示。

圖2 XX雷達(dá)多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)功能組成

（1）結(jié)構(gòu)原理模塊

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊包括系統(tǒng)組成介紹、系統(tǒng)拆裝演示、系統(tǒng)拆裝練習(xí)和系統(tǒng)工作原理4個(gè)子功能模塊。其中，系統(tǒng)組成介紹模塊主要采用文字、圖片、聲音的方式，對(duì)裝備組成進(jìn)行介紹，滿足學(xué)員對(duì)裝備組成的認(rèn)知需求；系統(tǒng)拆裝演示模塊采用3D動(dòng)畫的形式，展示裝備的內(nèi)部組成及相應(yīng)組合的拆裝過(guò)程；系統(tǒng)拆裝練習(xí)模塊采用交互式虛擬仿真的形式，提供一個(gè)虛擬的裝備拆裝訓(xùn)練環(huán)境，學(xué)員可在該環(huán)境中進(jìn)行裝備組合的拆裝訓(xùn)練；系統(tǒng)工作原理模塊主要利用2D動(dòng)畫的形式，對(duì)裝備總體及各分系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行展示，滿足學(xué)員對(duì)裝備工作原理的認(rèn)知需求。

（2）操作使用模塊

操作使用模塊包括操作使用演示和操作使用訓(xùn)練兩個(gè)子功能模塊。其中，操作使用演示模塊主要采用視頻和3D動(dòng)畫的形式，就裝備的架設(shè)、撤收、系統(tǒng)標(biāo)定、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、搜捕目標(biāo)等裝備戰(zhàn)勤操作訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行演示，方便學(xué)員對(duì)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；操作使用訓(xùn)練模塊采用交互式虛擬仿真的形式，提供一個(gè)虛擬的裝備操作使用環(huán)境，學(xué)員可在該環(huán)境中進(jìn)行裝備戰(zhàn)勤操作的交互式訓(xùn)練。

（3）維護(hù)保養(yǎng)模塊

維護(hù)保養(yǎng)模塊包括維護(hù)保養(yǎng)演示和維護(hù)保養(yǎng)訓(xùn)練兩個(gè)子功能模塊。其中，維護(hù)保養(yǎng)演示模塊主要采用文字、列表、圖片、聲音、視頻和3D動(dòng)畫的形式，就裝備的維護(hù)制度、維護(hù)要求、日常維護(hù)和特定維護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行介紹，方便學(xué)員對(duì)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；維護(hù)保養(yǎng)訓(xùn)練模塊采用交互式虛擬仿真的形式，提供一個(gè)虛擬的裝備維護(hù)保養(yǎng)操作環(huán)境，學(xué)員可在該環(huán)境中進(jìn)行基本的裝備維護(hù)保養(yǎng)訓(xùn)練。

（4）技術(shù)檢查模塊

技術(shù)檢查模塊包括技術(shù)檢查演示和技術(shù)檢查訓(xùn)練兩個(gè)子功能模塊。其中，技術(shù)檢查演示模塊主要利用視頻和3D動(dòng)畫的形式，就裝備各分系統(tǒng)的技術(shù)檢查內(nèi)容進(jìn)行介紹，方便學(xué)員對(duì)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；技術(shù)檢查訓(xùn)練模塊采用交互式虛擬仿真的形式，提供一個(gè)虛擬的裝備技術(shù)檢查操作環(huán)境，學(xué)員可在該環(huán)境中進(jìn)行裝備的技術(shù)檢查訓(xùn)練。

（5）常見(jiàn)故障模塊

常見(jiàn)故障模塊包括輔助維修和維修訓(xùn)練兩個(gè)子功能模塊。其中，輔助維修模塊集成了每一個(gè)分系統(tǒng)的常見(jiàn)故障案例集，共計(jì)60余個(gè)，且每一個(gè)故障案例均按照“故障現(xiàn)象”、“可能原因”、“故障排除”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際的故障排除當(dāng)中，可通過(guò)故障樹(shù)的指示排除相應(yīng)故障，達(dá)到輔助維修的目的。維修訓(xùn)練模塊采用交互式虛擬仿真的形式，提供一個(gè)虛擬的裝備維修訓(xùn)練操作環(huán)境，學(xué)員可在該環(huán)境中進(jìn)行裝備的維修訓(xùn)練。

二、基于多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練特點(diǎn)

某型雷達(dá)多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)代多媒體技術(shù)，將多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用于裝備教學(xué)訓(xùn)練中，具有如下特點(diǎn)：

1.表現(xiàn)形式靈活多樣

多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)將現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用于裝備教學(xué)當(dāng)中，使裝備教學(xué)不再是枯燥、抽象的結(jié)構(gòu)原理講解。多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)通過(guò)文字、音頻、視頻、2D動(dòng)畫、3D動(dòng)畫、交互式仿真等多種表現(xiàn)形式，使裝備復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和抽象的工作原理等內(nèi)容能夠以直觀、形象的方式呈現(xiàn)，學(xué)員更易理解，印象更加深刻。

2.增加裝備訓(xùn)練時(shí)間

運(yùn)用現(xiàn)代多媒體手段，利用視頻、三維動(dòng)畫和友好的互動(dòng)操作界面建立虛擬教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境，能夠以較低的成本達(dá)到與實(shí)裝訓(xùn)練近似的訓(xùn)練效果：利用多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)可進(jìn)行相關(guān)訓(xùn)練內(nèi)容的演示，可實(shí)現(xiàn)“一人一機(jī)”交互式虛擬訓(xùn)練，保障學(xué)員訓(xùn)練時(shí)間。[1]采用先演示后訓(xùn)練的辦法，不但能讓學(xué)員較快地掌握操作步驟，同時(shí)也能保證操作訓(xùn)練的真實(shí)感，可有效提高教學(xué)訓(xùn)練效果。

3.減少裝備設(shè)備損耗

在裝備教學(xué)訓(xùn)練當(dāng)中，實(shí)裝操作具有真實(shí)、直觀的優(yōu)點(diǎn)，但武器裝備都具有一定的壽命期限，在裝備操作使用、組合拆裝和故障排除等教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，裝備使用如果過(guò)于頻繁，不可避免地會(huì)出現(xiàn)裝備磨損、部件損耗等問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)減少裝備的使用壽命，造成訓(xùn)練成本增大。而多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)采用以虛代實(shí)的形式，可進(jìn)行部分內(nèi)容的訓(xùn)練，在很大程度上克服了實(shí)裝操作帶來(lái)的裝備設(shè)備損耗問(wèn)題，提高了訓(xùn)練的軍事經(jīng)濟(jì)效益。

4.有助于促進(jìn)自主學(xué)習(xí)

基于多媒體技術(shù)開(kāi)發(fā)的教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，具有可移植性，并且與多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)兼容，可將多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)布于校園網(wǎng)或局域網(wǎng)，學(xué)員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育和訓(xùn)練。同時(shí)，也可方便學(xué)員利用課下時(shí)間進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，助力學(xué)員的自主學(xué)習(xí)，從而有效提高教學(xué)訓(xùn)練的效果。

三、多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)在裝備教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用案例

裝備教學(xué)訓(xùn)練主要包括裝備構(gòu)造原理知識(shí)的學(xué)習(xí)以及結(jié)合裝備的操作訓(xùn)練兩大類。其中，裝備構(gòu)造原理知識(shí)的學(xué)習(xí)是裝備操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)，裝備操作訓(xùn)練是裝備構(gòu)造原理知識(shí)學(xué)習(xí)的落腳點(diǎn)。在這兩類教學(xué)訓(xùn)練實(shí)踐中，都充分利用了多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，取得了較好的教學(xué)訓(xùn)練效果。

1.在構(gòu)造原理教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用案例

以往的裝備構(gòu)造原理教學(xué)環(huán)節(jié)主要采用“教材+PPT課件+教員講解”的方式，教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)形式不夠直觀、形象，學(xué)員不能詳細(xì)認(rèn)知裝備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不能有效理解裝備的工作原理。針對(duì)這些問(wèn)題，在裝備的結(jié)構(gòu)組成和工作原理教學(xué)中，充分利用了多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的教學(xué)演示功能。

結(jié)合多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)施環(huán)節(jié)如下：①裝備展示。利用系統(tǒng)提供的裝備3D動(dòng)畫，進(jìn)行裝備主要組成部分的演示。指明裝備的組成及各組成在裝備中的位置，形成學(xué)員對(duì)裝備的整體概念。②結(jié)構(gòu)分析。利用系統(tǒng)組成介紹模塊，詳細(xì)介紹各組合的作用及組成。③拆裝演示。在虛擬環(huán)境下，拆裝裝備各組合，讓學(xué)員更直觀地學(xué)習(xí)各組成部件的結(jié)構(gòu)功能等知識(shí)。④原理演示。將靜態(tài)的裝備工作原理動(dòng)態(tài)化，以2D動(dòng)畫的形式展示，表現(xiàn)手段形象直觀，學(xué)員易于理解。

利用多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，教學(xué)手段更加生動(dòng)形象，大大提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，并且學(xué)員還可利用該系統(tǒng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，有效提高了教學(xué)效果。

2.在裝備實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用案例

在裝備實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，一個(gè)突出問(wèn)題是裝備少、人員多。在近幾年的裝備教學(xué)中，人員、裝備的比例基本上都保持在10：1，每名學(xué)員進(jìn)行裝備訓(xùn)練的時(shí)間很短，訓(xùn)練效果難以保障。而裝備一旦出現(xiàn)故障，上述問(wèn)題就變得更加突出。因此，在此實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)充分利用了系統(tǒng)的演示功能和操作訓(xùn)練功能。

在裝備實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，采取如下訓(xùn)練步驟:①操作演示。利用多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的教學(xué)演示功能，通過(guò)視頻、動(dòng)畫的方式讓學(xué)員了解裝備的技術(shù)檢查、維護(hù)保養(yǎng)、戰(zhàn)勤操作等基本內(nèi)容，起到“教學(xué)引導(dǎo)”的作用。②虛擬操作。學(xué)員在熟悉操作步驟的基礎(chǔ)上可在系統(tǒng)上進(jìn)行虛擬操作，一人一機(jī)，獨(dú)立完成操作。學(xué)員通過(guò)多次虛擬操作練習(xí)，熟悉操作流程，驗(yàn)證操作的正確性，為實(shí)裝訓(xùn)練做好準(zhǔn)備。此外，這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練也可以在業(yè)余時(shí)間進(jìn)行，使學(xué)員在實(shí)訓(xùn)中獲得更多的主動(dòng)權(quán)。③實(shí)裝訓(xùn)練。完成虛擬訓(xùn)練后，可安排學(xué)員在實(shí)裝上進(jìn)行實(shí)際操作，鍛煉學(xué)員的實(shí)際操作能力，解決實(shí)際遇到的問(wèn)題。④訓(xùn)練升華。結(jié)合實(shí)際情況，充分運(yùn)用多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)研究探索式學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)員主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)員探索精神與能力。

多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用于裝備實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，體現(xiàn)出了“開(kāi)放式、情境式、交互式”的特征，在一定程度上克服了裝備實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，促進(jìn)了裝備訓(xùn)練工作的開(kāi)展。[2]

四、結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的裝備教學(xué)訓(xùn)練相比，將現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用到裝備教學(xué)訓(xùn)練當(dāng)中，可有效增強(qiáng)教學(xué)效果、減少裝備損耗、降低教學(xué)成本、提高學(xué)員積極性、減輕教員工作強(qiáng)度。此外，多媒體教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)還能很好地幫助學(xué)員利用課下時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，助力學(xué)員的自主學(xué)習(xí)。目前，將現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用于裝備教學(xué)訓(xùn)練還處于探索和發(fā)展階段，隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)其認(rèn)識(shí)的不斷深化，多媒體技術(shù)將在教學(xué)訓(xùn)練中起到更加重要的作用。

[1]李翠超,凌芳.虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真技術(shù)在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2015(2):128－131.

[2]宋福林,黃登紅.《數(shù)控機(jī)床機(jī)械裝配與調(diào)試實(shí)訓(xùn)》虛實(shí)結(jié)合教學(xué)改革的探索[J].科技信息,2013(17):40－41.

（編輯：王天鵬）

G434

：A

：1673-8454（2017）07-0079-03

軍械工程學(xué)院2016年教學(xué)研究課題項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：Jxlx1623）。