大型特種裝備實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)踐

葉 輝 馬長林 候 帥

（火箭軍工程大學(xué)201教研室，陜西 西安 710025）

0 引言

大型特種裝備涉及機(jī)械、液壓、力學(xué)、電子、自動控制等技術(shù)，該類裝備課程教學(xué)需綜合利用這些技術(shù)進(jìn)行機(jī)電元件及系統(tǒng)的分析和應(yīng)用，課程具有綜合性強(qiáng)，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，涉及學(xué)科多、概念原理較抽象等特點(diǎn)，且課堂教學(xué)存在學(xué)時(shí)有限、學(xué)員對所學(xué)內(nèi)容較難理解掌握的實(shí)際問題，這也制約了對特種裝備的深入理解與熟練使用。

裝備教學(xué)一般分為教室理論授課和裝備現(xiàn)場實(shí)踐授課等環(huán)節(jié)，由于專業(yè)培訓(xùn)人數(shù)多，裝備現(xiàn)場授課受設(shè)備操作點(diǎn)位相對集中、可視范圍較小限制，授課中一般需分組進(jìn)行，單次講解演示受眾人數(shù)少，這一定程度上降低了課堂效率，影響了授課效果。因此，針對當(dāng)前裝備現(xiàn)地實(shí)踐授課面臨的困難，尋求適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ侄屋o助裝備現(xiàn)地教學(xué)，對在較短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)員系統(tǒng)而全面地掌握大型特種裝備課程的知識，更進(jìn)一步貼近實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)需求，具有重要意義。

1 當(dāng)前實(shí)裝教學(xué)面臨的困難分析

1.1 操作演示可視域小

大型特種裝備設(shè)備艙操作空間有限，通常僅能容納2～3人，有些工位甚至只能容納一人，再加上面板、顯示屏可視域小，教員在授課示范操作時(shí)，僅有有限的幾個學(xué)員能夠看清實(shí)際的操作步驟及現(xiàn)象。雖然可以分組觀看，但實(shí)裝教學(xué)課時(shí)有限，一個班次的學(xué)員通常為四十人以上，單次講解、演示受眾人數(shù)少，導(dǎo)致課堂教學(xué)效率大大降低，也嚴(yán)重影響了授課效果。

1.2 操作現(xiàn)場噪音大

通常裝備實(shí)裝教學(xué)場所為庫房或室外空地上，存在著環(huán)境噪音，尤其在裝備操作時(shí)，機(jī)器工作的轟鳴聲在一定程度上掩蓋了教員的聲音，即使教員已經(jīng)用力提高聲調(diào)，但僅有靠近前排的有限人員能聽清，這也導(dǎo)致學(xué)員無法集中注意力，課堂教學(xué)效果也受到較大影響。

1.3 學(xué)員操作實(shí)踐機(jī)會少

大型特種裝備價(jià)格昂貴，為了安全起見，在授課階段通常都是由專門的教練員進(jìn)行演示示范，學(xué)員觀摩。這樣一來，裝備的安全性雖然得到了保障，但并不利于學(xué)員的理解和學(xué)習(xí)，將實(shí)踐課變成了觀摩示范課，學(xué)員全程聽和看，沒有操作實(shí)踐的機(jī)會。俗話說：“眼過千遍，不如手過一遍”，真正地讓學(xué)員操作體會，才能最大限度地激發(fā)學(xué)員的積極性和創(chuàng)造力，促進(jìn)學(xué)員深入的理解裝備，掌握操作規(guī)律。

1.4 裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理理解不直觀

教員現(xiàn)地實(shí)裝教學(xué)講解裝備結(jié)構(gòu)組成和工作原理時(shí)，受限于場地條件，無法像課堂教學(xué)那樣采用多媒體動畫等方法形象展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理；還受限于裝備，不能實(shí)踐拆裝裝備上的元件，導(dǎo)致裝備實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不夠深入。學(xué)員不能將課堂理論教學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與裝備實(shí)裝教學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容統(tǒng)一起來，存在理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐認(rèn)知“兩張皮”現(xiàn)象。

為了解決上述矛盾，提高教學(xué)效果，提出通過構(gòu)建實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)，采用虛實(shí)結(jié)合的課堂教學(xué)模式，提高學(xué)員理論和實(shí)踐的認(rèn)知統(tǒng)一性。

2 實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)構(gòu)建

實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)主要由：實(shí)物投影子系統(tǒng)、原理畫演示子系統(tǒng)、虛擬訓(xùn)練子系統(tǒng)三部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框架圖

2.1 實(shí)物投影子系統(tǒng)

實(shí)物投影子系統(tǒng)主要包括了高清攝像機(jī)、耳麥、顯示屏、音視頻傳輸線等。主要為了解決因場地環(huán)境條件制約不適用于多人同時(shí)在場觀摩和聽課時(shí)，如何讓所有學(xué)員都能清楚的看清、聽清教員授課演示的問題。采取用高清攝像機(jī)將教員對裝備的操作演示過程，裝備的現(xiàn)象實(shí)時(shí)錄制并通過視頻傳輸線清晰的投影在顯示屏上顯示，用耳麥設(shè)備將教員的聲音通過音頻傳輸線傳到音響設(shè)備上放大。這樣學(xué)員在投影屏上即可實(shí)時(shí)、清楚地看到教員的動作演示，通過音響設(shè)備聽清教員的講解示范。

2.2 原理動畫演示子系統(tǒng)

原理動畫演示子系統(tǒng)主要包括多媒體動畫（多媒體動畫包括了裝備主要元器件的三位結(jié)構(gòu)原理動畫，裝備系統(tǒng)的二維電氣、液路原理動畫）、動畫顯示屏、電腦、視頻傳輸線等。主要為了解決實(shí)裝教學(xué)過程中學(xué)員難以理解理解元件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理的問題。在教員現(xiàn)地教學(xué)時(shí)，配合教員的講解，適時(shí)通過電腦將教員所講的內(nèi)容通過動畫的形式播放在顯示屏上，給學(xué)員直觀、形象的展示，增加學(xué)員對基本原理的理解。防止理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)、內(nèi)容銜接不緊密、學(xué)用脫節(jié)的現(xiàn)象。

2.3 虛擬訓(xùn)練子系統(tǒng)

虛擬訓(xùn)練子系統(tǒng)主要包括若干臺電腦和虛擬訓(xùn)練軟件等。虛擬訓(xùn)練軟件又包含了虛擬訓(xùn)練模塊和考核評估模塊。主要為了解決裝備數(shù)量有限，學(xué)員操作實(shí)踐的機(jī)會少的問題。在進(jìn)行實(shí)裝操作前，先通過虛擬訓(xùn)練平臺進(jìn)行虛擬操作，掌握實(shí)裝操作的基本流程和規(guī)范要求，為實(shí)裝操作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。使用虛擬訓(xùn)練平臺可有效減少實(shí)裝的動用次數(shù)，對增加學(xué)員操作的熟練度和準(zhǔn)確率有很大幫助。虛擬訓(xùn)練平臺中的考核評估考評模塊可開展虛擬訓(xùn)練的考評工作，通過對學(xué)員虛擬操作的評分，來判定學(xué)員是否達(dá)到實(shí)裝操作的基本要求。

3 實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用探索

實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)在實(shí)際的教學(xué)過程中，可將其部署在三個區(qū)域，分別是實(shí)物投影區(qū)、虛擬訓(xùn)練區(qū)、實(shí)裝操作區(qū)，如圖2所示，通常裝備實(shí)裝教學(xué)工作由兩名教員協(xié)同完成，一名為主講教員，一名為輔講教員，主講教員主要在實(shí)裝操作區(qū)進(jìn)行實(shí)裝教學(xué)，輔講教員則在虛擬訓(xùn)練區(qū)進(jìn)行虛擬訓(xùn)練考核工作。

圖2 實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)使用流程示意圖

實(shí)物投影區(qū)主要布置有音響設(shè)備和兩臺顯示屏，一臺為動畫顯示屏，另一臺為實(shí)物投影屏，實(shí)物投影屏通過視頻傳輸線與實(shí)裝操作區(qū)的高清攝像機(jī)連接，用來顯示實(shí)裝操作的投影畫面，確保每個學(xué)員都能清晰地看見教員的操作流程；動畫顯示屏與電腦通過數(shù)據(jù)線連接，用來在實(shí)裝教學(xué)過程配合教員演示操作，當(dāng)教員進(jìn)行裝備元件介紹時(shí)，適時(shí)通過電腦將裝備元件的三維模型動畫投影在動畫顯示屏上，以便學(xué)員更好的理解；當(dāng)教員進(jìn)行實(shí)裝操作演示時(shí)，可將控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的信號傳輸、控制原理、傳動原理等二維原理動畫投影在高清顯示屏上，使學(xué)員在掌握基本操作的同時(shí)，能明白操作背后的系統(tǒng)工作原理，使實(shí)裝操作與理論聯(lián)系起來；音響設(shè)備與主講教員的耳麥設(shè)備連接，用于擴(kuò)放教員的聲音，確保每個學(xué)員都能夠聽清。通過實(shí)物投影、動畫演示、聲音放大等手段解決了在傳統(tǒng)實(shí)踐授課中大部分學(xué)員看不見、聽不清、不明白原理的問題。在學(xué)員實(shí)踐操作裝備時(shí)，其他學(xué)員觀看實(shí)時(shí)操作投影的過程也是一個向別人學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題、互動解決問題的過程。

虛擬訓(xùn)練區(qū)主要布置若干虛擬訓(xùn)練臺，由輔講教員負(fù)責(zé)教會學(xué)員虛擬訓(xùn)練平臺的使用方法，學(xué)員通過虛擬訓(xùn)練平臺能快速掌握實(shí)裝操作的流程、操作步驟、注意要點(diǎn)等。在虛擬訓(xùn)練區(qū)還要利用虛擬訓(xùn)練軟件中的考核評估模塊來完成對學(xué)員裝備基本操作流程、操作步驟的考核評估，通過考核評估結(jié)果，輔講教員決定學(xué)員是繼續(xù)進(jìn)行虛擬操作還是通過虛擬操作考核去進(jìn)行下一步實(shí)裝操作。通過虛擬訓(xùn)練，可極大縮短學(xué)員在實(shí)裝操作上的時(shí)間，確保在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，每名學(xué)員都有機(jī)會操作實(shí)裝。在整個的教學(xué)過程中，虛擬操作都占據(jù)著非常重要的地位，是學(xué)員走向?qū)嵮b操作的橋梁。

實(shí)裝操作區(qū)是主講教員的陣地，主講教員的主要工作是對實(shí)裝的講解、操作示范以及對學(xué)員操作的把關(guān)等。因授課場所環(huán)境影響，需在合適位置布置攝像機(jī)錄制授課內(nèi)容，以供其他無法在授課現(xiàn)場的學(xué)員實(shí)時(shí)觀看授課內(nèi)容。通常，當(dāng)教學(xué)場所在大型特種裝備方艙、駕駛室等狹小空間時(shí)，可將攝像機(jī)吸附在方艙或駕駛室的內(nèi)壁上；當(dāng)教學(xué)場所在裝備外部的較大空間時(shí)，可將攝像機(jī)架設(shè)在支架上。實(shí)裝操作區(qū)是學(xué)員的主戰(zhàn)場，上述的一系列教學(xué)活動都是為了讓學(xué)員能夠在實(shí)裝操作中取得令人滿意的成績。當(dāng)學(xué)員通過虛擬考核進(jìn)行實(shí)裝操作時(shí)，其心里是比較緊張的，往往還是會出現(xiàn)失誤，教員的把關(guān)非常重要。而且實(shí)裝操作現(xiàn)場的聲音圖像都會傳送到實(shí)裝投影區(qū)的顯示屏上，其他學(xué)員可實(shí)時(shí)觀看，他山之石可以攻玉，這對于提高其他學(xué)員的操作水平也是有極大幫助的。

4 結(jié)語

本文構(gòu)建的實(shí)裝教學(xué)輔助系統(tǒng)用于2017級、2018級發(fā)射專業(yè)裝備教學(xué)中，發(fā)揮作用明顯，有效促進(jìn)學(xué)員認(rèn)知能力、理論素養(yǎng)和實(shí)裝操作水平的提高。2015級、2016級發(fā)射專業(yè)學(xué)員實(shí)裝操作達(dá)標(biāo)率分別是87.5%、91.2%，而2017級、2018級發(fā)射專業(yè)學(xué)員實(shí)裝操作達(dá)標(biāo)率都達(dá)到100%。

總之，在裝備專業(yè)課程教學(xué)中，只有多途徑的探索適合課程特色，有利于提高學(xué)員綜合素質(zhì)的教學(xué)模式，合理地將現(xiàn)代化教學(xué)手段應(yīng)用于裝備教學(xué)，使用功能完善，針對性強(qiáng)的考評體系評價(jià)教學(xué)，才能在教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)型的大背景下全面提高教學(xué)效果和質(zhì)量，培養(yǎng)出不僅精技術(shù)，而且會管理、能指揮的復(fù)合型裝備保障人才。