引入實戰(zhàn)任務(wù)的沉浸式教學(xué)

丁丹 楊柳

摘? 要：當(dāng)前航天類專業(yè)實踐教學(xué)存在的重要問題包括：實踐內(nèi)容設(shè)置偏局部，不能反映航天領(lǐng)域系統(tǒng)級工作原理和天地一體任務(wù)流程;訓(xùn)練條件構(gòu)設(shè)偏理想，不能體現(xiàn)實際航天任務(wù)面臨的復(fù)雜環(huán)境和突發(fā)情況。這些問題造成學(xué)生的學(xué)習(xí)投入程度不高、學(xué)習(xí)效率低下，與航天任務(wù)崗位能力需求不適應(yīng)。因此，通過設(shè)計組織宇航與測運控技術(shù)實踐公開課，研究引入實戰(zhàn)任務(wù)的沉浸式教學(xué)，將實際航天任務(wù)引入航天人才培養(yǎng)課堂，按照真實航天任務(wù)流程和崗位設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生沉浸于實戰(zhàn)任務(wù)中開展實踐訓(xùn)練，顯著提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)知識到能力的轉(zhuǎn)化，縮短課堂到崗位的距離。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星測控;綜合訓(xùn)練;實戰(zhàn)化訓(xùn)練;崗位任職

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）35-0070-04

Abstract： The main problems in the practical teaching of aerospace majors include： the setting of practice contents is unilateral， which cannot reflect the system-level working principle and the mission process of integrating heaven and earth in the aerospace field; The construction of training conditions is too ideal to reflect the complex environment and emergencies faced by practical space missions. These problems result in students' low degree of learning involvement and learning efficiency， which do not adapt to the requirements of space mission positions. Therefore， by organizing the "Aerospace， TT&C and operational technology practical open class"， we research on the immersion teaching by bringing in combat-oriented task， therefore the actual mission can be brought in the class， and the students can indulge in practical tasks according to the actual mission process and post setting. As a result， the learning efficiency can be improved and the transformation from knowledge to ability can be promoted， furthermore， the distance between class and post becomes shorter.

Keywords： Satellite TT&C; comprehensive training; combat-oriented training; post holding

開展高質(zhì)量實踐教學(xué)是航天類專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)體系中的重要環(huán)節(jié)[1]。航天類專業(yè)具有技術(shù)尖端、多領(lǐng)域綜合、天地一體、實踐操作性強等特點。以航天發(fā)射和航天測運控專業(yè)為例，航天發(fā)射專業(yè)涉及包括火箭和衛(wèi)星在內(nèi)的航天器，包括火箭發(fā)動機和衛(wèi)星推進(jìn)器在內(nèi)的航天動力裝置，航天器測試發(fā)射及航天發(fā)射任務(wù)指揮與管理等多方面;航天測運控則包括在軌航天器遙測遙控，航天器載荷運行控制與數(shù)據(jù)傳輸，測控站網(wǎng)資源管理調(diào)度等多方面[2-5]。因此，在做好專業(yè)課教學(xué)基礎(chǔ)上，需通過實踐教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計和合理組織，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用專業(yè)知識解決實際復(fù)雜問題的能力，為將來勝任航天任務(wù)崗位奠定良好基礎(chǔ)[6]。然而，當(dāng)前航天類專業(yè)實踐教學(xué)存在如下亟需改進(jìn)的問題：

一是實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置偏局部，局限于部分設(shè)備單元的具體操作，如測控信道參數(shù)注入、遙測數(shù)據(jù)解調(diào)解析、火箭測試信息判讀等，不能反映航天系統(tǒng)級工作原理和天地一體的任務(wù)流程[7]。學(xué)生缺少實際任務(wù)牽引和系統(tǒng)支撐，出現(xiàn)興趣不濃厚、注意力不集中等現(xiàn)象，且在離開學(xué)校走上工作崗位之前，未能形成對航天系統(tǒng)整體的深刻認(rèn)識。

二是實踐教學(xué)條件的構(gòu)設(shè)偏理想，相關(guān)信號、環(huán)境、條件等往往是根據(jù)數(shù)學(xué)模型依靠計算機產(chǎn)生，不能如實體現(xiàn)航天任務(wù)面臨的復(fù)雜環(huán)境，不能逼真模擬航天任務(wù)中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況[8]。學(xué)生無法針對未來任務(wù)中的高度復(fù)雜性、不確定性開展實戰(zhàn)化訓(xùn)練。

通過航天工程大學(xué)宇航與測運控技術(shù)實踐公開課的設(shè)計與組織，本文研究引入實戰(zhàn)任務(wù)的沉浸式教學(xué)，將實際航天任務(wù)引入航天人才培養(yǎng)課堂，按照真實航天任務(wù)流程和崗位設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生沉浸于實戰(zhàn)任務(wù)中開展實踐訓(xùn)練，顯著提高訓(xùn)練效率，促進(jìn)知識到能力的轉(zhuǎn)化，縮短課堂到崗位的距離。

一、引入實戰(zhàn)任務(wù)的沉浸式課堂構(gòu)建

通過實際航天任務(wù)、典型任務(wù)崗位、真實航天系統(tǒng)、團(tuán)隊密切合作、任務(wù)情境創(chuàng)設(shè)等多種途徑，引導(dǎo)學(xué)生全身心投入實戰(zhàn)任務(wù)中，最大限度挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)興趣和動力。

（一）結(jié)合實際航天任務(wù)促進(jìn)學(xué)生沉浸

結(jié)合某次商業(yè)衛(wèi)星“一箭多星”發(fā)射任務(wù)，實時同步開展宇航與測運控技術(shù)實踐公開課。學(xué)生全程參與火箭發(fā)射、星箭分離等實時監(jiān)視任務(wù)，并且完成衛(wèi)星入軌后的測運控任務(wù);將課堂與實際航天任務(wù)無縫對接，為學(xué)生創(chuàng)造寶貴鮮活的技能訓(xùn)練案例，培養(yǎng)學(xué)生對航天事業(yè)的自豪感和自信心。

（二）依托真實航天系統(tǒng)促進(jìn)學(xué)生沉浸

航天系統(tǒng)是重要國家資產(chǎn)，航天工程大學(xué)并無對在軌衛(wèi)星和測控站網(wǎng)的使用權(quán)限。相比之下，商業(yè)衛(wèi)星和測控站網(wǎng)發(fā)展迅猛、資源豐富，不受國有資產(chǎn)的嚴(yán)苛管理和約束，允許操控的空間較大;而其技術(shù)體制、任務(wù)流程、任務(wù)崗位等則與國有航天系統(tǒng)相統(tǒng)一。因此，通過引入商業(yè)航天資源，依托真實航天系統(tǒng)開展實踐教學(xué)。學(xué)生獲得親手操控真實在軌衛(wèi)星的機會，有效激發(fā)學(xué)習(xí)動力。

（三）按照典型崗位設(shè)置促進(jìn)學(xué)生沉浸

在實際航天測控任務(wù)牽引下，按照典型航天任務(wù)流程和崗位設(shè)置，學(xué)生獨立自主進(jìn)行測控方案制定、站網(wǎng)資源調(diào)度、測站控制管理、衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)視、火箭狀態(tài)監(jiān)視等訓(xùn)練內(nèi)容，覆蓋航天發(fā)射測控主要崗位職能、技術(shù)方向和任務(wù)環(huán)節(jié)，根據(jù)未來工作任務(wù)要求全方位提升學(xué)生崗位能力。

（四）多人團(tuán)隊密切協(xié)作促進(jìn)學(xué)生沉浸

考慮航天系統(tǒng)及航天任務(wù)的廣域覆蓋、團(tuán)隊合作特性，充分利用異地分布、多場聯(lián)動的民商測控站網(wǎng)資源，開展全流程、全要素、多人異地同步聯(lián)動訓(xùn)練，促使學(xué)生沉浸到團(tuán)隊密切協(xié)作中，通過學(xué)生之間的相互配合與交互增強沉浸效果。

（五）創(chuàng)設(shè)逼真任務(wù)情境促進(jìn)學(xué)生沉浸

參考實際航天任務(wù)現(xiàn)場布局，對教學(xué)場所進(jìn)行布設(shè)，從而創(chuàng)設(shè)逼真任務(wù)情境促進(jìn)學(xué)生深度沉浸，如圖1所示。根據(jù)典型航天任務(wù)大屏幕顯示內(nèi)容，本次課的大屏幕分為左、中、右三屏。左屏顯示測控站網(wǎng)實時監(jiān)視和控制界面，學(xué)生的操作主要體現(xiàn)在左屏，供老師指導(dǎo)點評和場下人員學(xué)習(xí)觀摩。中屏顯示測運控中心軟件界面，作為整個航天任務(wù)總體態(tài)勢展示;并適時切換老師授課用的課件，顯示相關(guān)知識點。右屏則實時連通承擔(dān)此次一箭多星發(fā)射任務(wù)的航天發(fā)射場，接入發(fā)射現(xiàn)場實況視頻;當(dāng)火箭飛出可視范圍之后，則顯示此次航天發(fā)射任務(wù)的仿真界面。6名參與崗位任務(wù)的學(xué)生分別位于老師兩邊，部署相關(guān)崗位軟硬件系統(tǒng)的任務(wù)工位對稱傾斜部署，這樣既有利于崗位任務(wù)學(xué)生之間密切配合，又便于授課過程中師生互動，同時考慮了臺下參與現(xiàn)場觀摩師生的感受。圖1所示的教學(xué)現(xiàn)場的布設(shè)兼顧了課堂教學(xué)特點和實際任務(wù)需求。

二、引入實戰(zhàn)任務(wù)的沉浸式課堂設(shè)計

（一）教學(xué)總體設(shè)計

教學(xué)總體設(shè)計如圖2所示。教學(xué)設(shè)計以實際航天任務(wù)為主線，突出實戰(zhàn)性、交互性、前沿性、趣味性;學(xué)員按照實際航天任務(wù)典型崗位編組，親手完成火箭發(fā)射測控任務(wù);課堂上學(xué)生認(rèn)真投入，老師講解深入淺出。

主要教學(xué)過程如下：

1. 課前預(yù)習(xí)階段，老師對學(xué)生進(jìn)行分崗位技能培訓(xùn)和多崗位合練，并引導(dǎo)學(xué)生完成多目標(biāo)測控、多站接力跟蹤測控計劃。

2. 授課中任務(wù)準(zhǔn)備階段，老師講解本次航天任務(wù)背景以及火箭發(fā)射、測控任務(wù)等情況。學(xué)生匯報各自崗位任務(wù)準(zhǔn)備情況。此外，為第一時間獲知航天任務(wù)現(xiàn)場情況，大學(xué)提前向航天發(fā)射場派駐了前方聯(lián)絡(luò)員。在任務(wù)準(zhǔn)備階段，教學(xué)現(xiàn)場實時連線前方任務(wù)一線，由前方聯(lián)絡(luò)員匯報航天發(fā)射場任務(wù)準(zhǔn)備情況，并及時傳遞T0信息，為教學(xué)現(xiàn)場順利完成航天任務(wù)提供必要支持。

3. 火箭發(fā)射、星箭分離階段，在T0的觸發(fā)下，前方航天發(fā)射場正常執(zhí)行一箭多星發(fā)射任務(wù)，教學(xué)現(xiàn)場學(xué)生現(xiàn)場操控商業(yè)測控站網(wǎng)，多崗位協(xié)同配合、國內(nèi)外多站接力，完成火箭飛行過程中的火箭遙測信號接收、火箭飛行狀態(tài)監(jiān)視、星箭分離過程中火箭遙測和衛(wèi)星遙測信號接收、火箭和衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)視，綜合運用所學(xué)專業(yè)知識實時準(zhǔn)確研判本次航天任務(wù)狀態(tài)。教學(xué)現(xiàn)場的學(xué)生只接收信號、監(jiān)視狀態(tài);不發(fā)射信號、不控制火箭或衛(wèi)星。采用這樣一種方式，既不影響前方航天發(fā)射場正常執(zhí)行重要任務(wù)，又能充分利用寶貴的航天發(fā)射任務(wù)機會開展教學(xué)，將重要航天任務(wù)引入航天人才培養(yǎng)課堂。學(xué)生執(zhí)行任務(wù)過程中，老師結(jié)合任務(wù)情況和發(fā)展前沿穿插講解一箭多星發(fā)射、星箭分離、多目標(biāo)測控、多站接力測控等相關(guān)前沿?zé)狳c知識，并對學(xué)生執(zhí)行任務(wù)情況進(jìn)行實時指導(dǎo)、點評、糾錯。

4. 星箭分離后衛(wèi)星在軌運行階段，師生圍繞航天發(fā)射場、火箭發(fā)射測控等問題開展交流互動，教師進(jìn)行課堂總結(jié)，并緊扣我國航天事業(yè)發(fā)展開展課堂思政。

（二）訓(xùn)練編組設(shè)計

本次宇航與測運控技術(shù)實踐公開課以完整的航天發(fā)射測控任務(wù)流程為主線，設(shè)計中心調(diào)度、測站控制（3個）、火箭監(jiān)視、衛(wèi)星監(jiān)視等6個訓(xùn)練崗位，覆蓋航天發(fā)射測控主要崗位職能、技術(shù)方向和任務(wù)環(huán)節(jié)，使受訓(xùn)學(xué)生對航天發(fā)射測控任務(wù)流程和崗位設(shè)置形成全局、清晰的認(rèn)識。

1. 中心調(diào)度崗位

中心調(diào)度崗位負(fù)責(zé)本次一箭多星發(fā)射測控任務(wù)的方案制定、全系統(tǒng)現(xiàn)場指揮調(diào)度、全任務(wù)流程狀態(tài)匯總監(jiān)視等工作。

2. 火箭監(jiān)視崗位

火箭監(jiān)視崗位負(fù)責(zé)監(jiān)視火箭遙測數(shù)據(jù)的接收與處理情況，根據(jù)遙測數(shù)據(jù)解析結(jié)果實時監(jiān)測火箭飛行狀態(tài)，報告火箭發(fā)射過程中的發(fā)動機開關(guān)機、一二級分離、星箭分離等關(guān)鍵事件。

3. 衛(wèi)星監(jiān)視崗位

衛(wèi)星監(jiān)視崗位負(fù)責(zé)監(jiān)視衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的接收處理情況，根據(jù)遙測數(shù)據(jù)解析結(jié)果實時監(jiān)測衛(wèi)星狀態(tài)，匯報星箭分離過程中的關(guān)鍵事件。因本次任務(wù)中，多顆衛(wèi)星中的主星在星箭分離前就已開機，需要該崗位負(fù)責(zé)監(jiān)視星箭分離前主星的遙測處理情況和主星狀態(tài)。

4. 測站控制崗位

測站控制崗位，崗位數(shù)量為3個，分別負(fù)責(zé)國內(nèi)懷來站、寧波站，國外老撾站、海龍站、天雁站的多站接力測控調(diào)度與控制，并監(jiān)視各測控站的工作狀態(tài)，實時匯報測控站的天線跟蹤、信號接收、數(shù)據(jù)接收等情況。

三、引入實戰(zhàn)任務(wù)的沉浸式教學(xué)效果

（一）培養(yǎng)體系運用與全局統(tǒng)籌能力

運用多個測控站，對火箭及多顆衛(wèi)星，圍繞火箭發(fā)射、星箭分離、在軌運行多個階段進(jìn)行測控任務(wù)，不僅訓(xùn)練了單裝操作技能，而且訓(xùn)練了多裝體系綜合運用、資源統(tǒng)籌調(diào)度、任務(wù)環(huán)節(jié)全局把控的能力。

（二）鍛煉多崗位協(xié)同配合能力

多名學(xué)員組成行動分組，多崗位共同完成實際航天發(fā)射測控任務(wù)，有效鍛煉其崗位任職所必須的多崗位協(xié)同配合、航天任務(wù)組織實施、分組行動指揮能力。

（三）實際任務(wù)牽引訓(xùn)練效率提升

以崗位任務(wù)、實際問題為牽引，使學(xué)生帶著目的、揣著問題、懷著熱情訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)動力，提高訓(xùn)練效率，一改以往“強記操作流程”的現(xiàn)象，獲得良好的教學(xué)效果。

（四）提高應(yīng)急處置能力和心理素質(zhì)

學(xué)生面臨著傳統(tǒng)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)難以模擬的、實際任務(wù)過程中突發(fā)的異常情況，如測控站信號丟失、火箭遙測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸不暢等，學(xué)生沉著冷靜，運用所學(xué)專業(yè)知識和技能，通過現(xiàn)場啟用備份設(shè)備、應(yīng)急重置網(wǎng)絡(luò)采用等方式成功處置了異常情況，有效提升了學(xué)生專業(yè)知識和實踐技能綜合運用能力、思考分析解決實際問題能力、復(fù)雜條件下異常問題應(yīng)急處置能力，鍛煉了執(zhí)行實際崗位任務(wù)必備的心理素質(zhì)和意志品質(zhì)。

（五）培塑情感鑄魂育人

為學(xué)生創(chuàng)造親手“觸碰”真實火箭、衛(wèi)星的寶貴機會，運用所學(xué)專業(yè)知識和操作技能親身參與實際航天任務(wù)，消除學(xué)生對航天器和航天任務(wù)的神秘感，增強完成航天任務(wù)的自信心，培塑航天精神，培養(yǎng)投身航天事業(yè)的自豪感。公開課將“兩彈一星”精神、載人航天精神等貫穿授課全程，有效發(fā)揮了課程思政立德樹人的功能。

四、下一步工作

（一）形成航天專業(yè)實踐教學(xué)案例庫

此次公開課是航天工程大學(xué)對航天專業(yè)人才培養(yǎng)模式的一次創(chuàng)新探索，下一步將針對此次教學(xué)任務(wù)進(jìn)行復(fù)盤研究，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗及存在的問題，不斷梳理和改進(jìn)，形成教學(xué)科目、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)計劃等教學(xué)案例庫，為改進(jìn)優(yōu)化實戰(zhàn)化教學(xué)訓(xùn)練體系奠定基礎(chǔ)。

（二）探索航天領(lǐng)域開放辦學(xué)機制

基于此次公開課的成功經(jīng)驗，進(jìn)一步探索航天領(lǐng)域院校與航天發(fā)射場、民商航天企業(yè)聯(lián)教聯(lián)訓(xùn)、開放辦學(xué)機制，將更多的航天任務(wù)以及火箭、衛(wèi)星、測控站網(wǎng)等商業(yè)資源納入到教學(xué)資源體系中，充分利用各方資源，探索出一條集航天任務(wù)科普展示及實戰(zhàn)化教學(xué)的規(guī)范、機制、流程，逐步實現(xiàn)航天專業(yè)理論教學(xué)與實戰(zhàn)任務(wù)結(jié)合的普及化、常態(tài)化。

（三）拓展引入航天任務(wù)的沉浸式教學(xué)模式

基于本次公開課成果進(jìn)一步升華拓展，后續(xù)可安排學(xué)生全程參與航天任務(wù)，更加深度地參與實際航天任務(wù)的方案設(shè)計、任務(wù)組織、任務(wù)實施、任務(wù)復(fù)盤總結(jié)等全過程各個環(huán)節(jié);并由學(xué)生完成現(xiàn)場教學(xué)的講解與總結(jié)，寓教于戰(zhàn)，不斷提升學(xué)生的綜合能力素質(zhì)。

五、結(jié)束語

通過引入航天發(fā)射測控實戰(zhàn)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生全身心沉浸到課堂教學(xué)之中，提升了訓(xùn)練效率，培養(yǎng)了航天專業(yè)能力，同時培塑了航天精神和愛國情感。此次公開課，恰逢中國航天日和“天和”核心艙發(fā)射之際，結(jié)合實際航天發(fā)射任務(wù)開展實戰(zhàn)化教學(xué)，是響應(yīng)航天強國建設(shè)、創(chuàng)新航天人才培養(yǎng)的實際舉措。堅持立德樹人、為戰(zhàn)育人，著力培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)專業(yè)化新型航天人才。授課過程中，充分挖掘思想政治資源，將兩彈一星精神、載人航天精神等貫穿授課全過程，有效發(fā)揮課程育人功能，使生動的實戰(zhàn)化訓(xùn)練課與精彩的思政示范課同頻共振、相得益彰，在專業(yè)學(xué)術(shù)實踐和課程思政方面做出了示范，對推進(jìn)航天領(lǐng)域教研一體、創(chuàng)新航天人才培養(yǎng)模式具有重要意義。

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