無人系統(tǒng)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)研究

王欽釗　武萌　唐偉　張雷

摘? 要：該文以連接專業(yè)背景課程和首次任職課程重要樞紐的終結(jié)性專業(yè)必修課程無人系統(tǒng)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練為基礎(chǔ)，通過參與無人裝備試驗(yàn)和代職為契機(jī)進(jìn)行需求分析，找準(zhǔn)實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)改革的方向。在此基礎(chǔ)上，基于新型無人平臺(tái)構(gòu)成、關(guān)鍵技術(shù)融合、無人平臺(tái)運(yùn)用、作戰(zhàn)樣式實(shí)現(xiàn)和適應(yīng)新裝備等問題，確定課程教學(xué)目標(biāo)，梳理課程教學(xué)內(nèi)容，挖掘課程實(shí)施策略，為課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)提供有效的思路。通過建立實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)平臺(tái)，打造復(fù)合型教學(xué)隊(duì)伍，以期使課程教學(xué)更加貼近裝備，貼近部隊(duì)實(shí)際。

關(guān)鍵詞：終結(jié)性專業(yè)必修課程；無人裝備試用；關(guān)鍵技術(shù)融合；新型無人平臺(tái)；復(fù)合型教學(xué)隊(duì)伍

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）16-0104-04

Abstract： Based on the final professional compulsory course "Integrated Training of Unmanned System Engineering"， which connects the professional background course and the first professional course， this paper analyzes the needs of the course by participating in the trial of unmanned equipment， and finds the direction of practical teaching reform. Based on the composition of the new unmanned platform， the integration of key technologies， the application of unmanned platform， the realization of combat style， and the adaptation to new equipment， the teaching objectives of the course have been determined， the teaching contents of the course have been sorted out， and the implementation strategies of the course have been explored to provide effective ideas for the practical teaching of the course. By establishing a practical teaching platform and building a compound teaching team， the course teaching is more close to the equipment and the actual situation of the army.

Keywords： the final professional compulsory course; the trial of unmanned equipment; the integration of key technologies; the new unmanned platform; the compound teaching team

實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)，是指以部隊(duì)需要、現(xiàn)實(shí)問題需要為背景，將部隊(duì)關(guān)注的問題融入課堂，以作戰(zhàn)訓(xùn)練中的難點(diǎn)、熱點(diǎn)問題為重點(diǎn)，建立緊貼實(shí)戰(zhàn)的課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)方法手段和教學(xué)條件等，以提高學(xué)員勝任崗位任職能力的一種教學(xué)形式?？v觀近幾場局部戰(zhàn)爭，智能無人力量逐漸成為對(duì)壘廝殺的利刃、主宰戰(zhàn)場的利劍、打贏制勝的利器。各國無論實(shí)力強(qiáng)弱都在競相發(fā)展智能無人技術(shù)。要加大軍事智能化發(fā)展力度，加快無人作戰(zhàn)力量建設(shè)。

無人系統(tǒng)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練是無人系統(tǒng)工程本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中一系列專業(yè)背景課程之上的最后一門終結(jié)性專業(yè)必修課程，課程綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)，是連接專業(yè)背景課程和首次任職課程的重要樞紐，是無人系統(tǒng)工程專業(yè)實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)改革的重點(diǎn)課程。課程團(tuán)隊(duì)成員以參與無人裝備試驗(yàn)和部隊(duì)代職為契機(jī)，全過程深入部隊(duì)一線，理解無人裝備的運(yùn)用方法，理解無人裝備的使命任務(wù)，探討部隊(duì)對(duì)人才培養(yǎng)需求，并因此查找課程實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)改革方向。

一? 基于部隊(duì)需求側(cè)分析確定課程教學(xué)目標(biāo)

參與無人車部分車型的全過程裝備試驗(yàn)，開展相關(guān)車型的綜合戰(zhàn)術(shù)演練，發(fā)現(xiàn)新裝備的運(yùn)用需要理解關(guān)鍵部件、部分關(guān)鍵技術(shù)、部件自身特點(diǎn)造成的裝備運(yùn)用過程中可能存在的問題及戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用方法。另外，以代職鍛煉和裝備試驗(yàn)為契機(jī)，與一線部隊(duì)不同層級(jí)軍官溝通交流，感受到一線部隊(duì)軍官對(duì)院校教育的需求和期待，如對(duì)當(dāng)前任職的作用，對(duì)新裝備、新技術(shù)、新領(lǐng)域的預(yù)先探索以及對(duì)后續(xù)個(gè)人發(fā)展的持續(xù)推動(dòng)作用等。通過部隊(duì)試用和代職，使教員更好地理解實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)方向。

無人系統(tǒng)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練作為連接專業(yè)背景課程和首次任職課程的重要樞紐，綜合實(shí)踐課程，采用“模塊→綜合、機(jī)電→智能、平臺(tái)→集群”的層次性科目內(nèi)容設(shè)置方式，基于機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，理解新裝備無人平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)成，關(guān)鍵部件、部分關(guān)鍵技術(shù)，從而理解裝備基本運(yùn)用方法、運(yùn)用過程可能存在的問題，提升專業(yè)素養(yǎng)，提升新裝備適應(yīng)能力。作為終結(jié)性綜合實(shí)踐課程，該課程開設(shè)基于裝備特點(diǎn)，為首次任職奠定基礎(chǔ)，可以開展實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)，無人系統(tǒng)工程專業(yè)課程的實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)可以結(jié)合以下方面開展。

1）以新裝備無人平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)成和技術(shù)特點(diǎn)為依托，應(yīng)用機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過“模塊→綜合”分析無人平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成、典型技術(shù)參數(shù)、常用部件的功能和基本使用方法。

2）通過“機(jī)電→智能、平臺(tái)→集群”，理解相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和部件自身特點(diǎn)造成的裝備運(yùn)用過程中可能存在的問題，進(jìn)而理解基于無人裝備作戰(zhàn)運(yùn)用方法。

3）通過訓(xùn)練科目的多次探索、實(shí)踐、提升，對(duì)新裝備、新技術(shù)、新領(lǐng)域進(jìn)行預(yù)先探索，提升專業(yè)的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

基于以上分析，確定無人系統(tǒng)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練課程總體目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員了解無人平臺(tái)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的基本實(shí)現(xiàn)方法，理解無人平臺(tái)典型結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件的使用方法，理解系統(tǒng)構(gòu)成和綜合設(shè)計(jì)方法，通過多重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，最終理解新裝備多部件和相關(guān)多種關(guān)鍵技術(shù)融合，為新裝備無人車配發(fā)后裝備使用、作戰(zhàn)運(yùn)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)提升新裝備的適應(yīng)能力、專業(yè)的思維能力和基于知識(shí)遷移的再學(xué)習(xí)能力。

二? 貼近裝備實(shí)際，梳理教學(xué)內(nèi)容

課程依據(jù)機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)即模塊機(jī)器人、ROS機(jī)器人、足球機(jī)器人等多平臺(tái)協(xié)同，完成各個(gè)實(shí)驗(yàn)科目。制定了層次性課程教學(xué)內(nèi)容為模塊→綜合、機(jī)電→智能、平臺(tái)→集群，即從無人平臺(tái)的典型構(gòu)成進(jìn)行分析，從模塊功能到系統(tǒng)的基本功能實(shí)現(xiàn)，從機(jī)電環(huán)節(jié)綜合到智能算法關(guān)鍵技術(shù)的引入，從單平臺(tái)到集群控制。形成知識(shí)目標(biāo)為理解無人平臺(tái)典型機(jī)構(gòu)、相關(guān)部件使用方法，理解相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)、多部件和多種關(guān)鍵技術(shù)融合，掌握基本的無人平臺(tái)自主運(yùn)動(dòng)控制、協(xié)同控制和對(duì)抗方法。形成能力目標(biāo)為較強(qiáng)的新裝備適應(yīng)能力、專業(yè)的思維能力和基于知識(shí)遷移的再學(xué)習(xí)能力；形成素質(zhì)目標(biāo)：科學(xué)素養(yǎng)，以期形成終身學(xué)習(xí)的精神。具體知識(shí)體系對(duì)照關(guān)系如圖1所示。具體環(huán)節(jié)如下。

（一）? 從模塊到綜合，基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，理解構(gòu)成無人裝備的各模塊功能實(shí)現(xiàn)方法

通過學(xué)習(xí)機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的系統(tǒng)搭建方法，理解無人裝備的組成。基于機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，如面板控制、電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制、姿態(tài)獲取、激光雷達(dá)和視頻圖像獲取等設(shè)計(jì)實(shí)踐，理解無人裝備典型結(jié)構(gòu)和相關(guān)部件的使用方法，傳感器自身物理缺陷，裝備實(shí)際運(yùn)用過程的注意事項(xiàng)等，如激光雷達(dá)的噪點(diǎn)、傳輸干擾可能帶來的影響等，提高新裝備的適應(yīng)能力。

（二）? 從機(jī)電到智能，理解無人裝備多傳感器數(shù)據(jù)融合，形成重要性能指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)方法

從機(jī)電到智能，在機(jī)電綜合的基礎(chǔ)上融入智能算法，如局部路徑規(guī)劃、全局路徑規(guī)劃等，進(jìn)而理解新裝備無人平臺(tái)形成重要性能指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)方法如自主避障、建圖與導(dǎo)航、目標(biāo)識(shí)別、智能跟隨、編隊(duì)和對(duì)抗等；理解部分關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)，應(yīng)用中所需關(guān)注的注意事項(xiàng)，如運(yùn)動(dòng)目標(biāo)經(jīng)常無法有效跟蹤問題、自主跟隨中的跟隨距離問題、路徑規(guī)劃后的自主避障問題等，使學(xué)員通過實(shí)踐，在裝備運(yùn)用過程中能夠從深層次思考，從專業(yè)的角度發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

（三）? 從平臺(tái)到集群，理解新型無人裝備的使命任務(wù)，理解新型裝備運(yùn)用實(shí)現(xiàn)方法

從平臺(tái)到集群，通過無人平臺(tái)自主打擊對(duì)抗賽，通過掌握無人平臺(tái)單平臺(tái)操控和多平臺(tái)協(xié)同的實(shí)現(xiàn)方法，如單平臺(tái)自主打擊、多平臺(tái)打擊、多平臺(tái)對(duì)抗等基本實(shí)現(xiàn)方法，思考多車間信息傳遞、協(xié)同目標(biāo)識(shí)別與定位、目標(biāo)回傳精確打擊等關(guān)鍵技術(shù)問題，在原專業(yè)背景課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上提高知識(shí)遷移的再學(xué)習(xí)能力。同時(shí)理解當(dāng)前新型無人平臺(tái)的使命任務(wù)以及新技術(shù)對(duì)當(dāng)前戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)展的推動(dòng)作用，并且將技術(shù)人員在裝備研發(fā)、性能試驗(yàn)等過程堅(jiān)持不懈、追求真理的戰(zhàn)斗精神融入課堂，在學(xué)習(xí)新技術(shù)的同時(shí)提升價(jià)值追求。

三? 面向裝備運(yùn)用，突出組訓(xùn)能力培養(yǎng)，挖掘課程實(shí)施策略

（一）? 案例引入，使實(shí)踐教學(xué)與新裝備運(yùn)用相結(jié)合

采用案例方式對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行引入，案例選擇與新裝備運(yùn)用相結(jié)合，課程設(shè)置有激光雷達(dá)探測障礙技術(shù)運(yùn)用案例、視覺傳感器自主跟隨技術(shù)案例、視覺傳感器目標(biāo)識(shí)別技術(shù)案例等技術(shù)應(yīng)用案例，有人無人編隊(duì)、協(xié)同奪控目標(biāo)等戰(zhàn)術(shù)案例。如在講解激光雷達(dá)的時(shí)候，通過激光雷達(dá)與探測障礙技術(shù)運(yùn)用案例相結(jié)合，并引入地面無人平臺(tái)在自主行駛過程中，通過車載激光雷達(dá)自主避障，躲避樹木、亂石堆等障礙物，結(jié)合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，使路線航跡與規(guī)劃一致，到達(dá)任務(wù)地域，最終執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù)的案例，通過技術(shù)案例講解，實(shí)踐環(huán)節(jié)模擬，使課程實(shí)踐內(nèi)容與新裝備運(yùn)用相結(jié)合。戰(zhàn)術(shù)案例，如在多平臺(tái)對(duì)抗環(huán)節(jié)，引入有人無人編隊(duì)開進(jìn)案例，使科目實(shí)踐含有戰(zhàn)術(shù)背景，為理解新裝備的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

（二）? 實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)比分析，提高新裝備適應(yīng)能力

當(dāng)前無人裝備正在研制和列裝中，本門課程實(shí)踐環(huán)節(jié)選取機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有典型無人平臺(tái)的功能模塊，可實(shí)現(xiàn)典型無人平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)，課程實(shí)踐過程注重對(duì)比分析新型無人裝備的重要性能指標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)，并基于機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)形成關(guān)鍵技術(shù)的模塊和綜合功能進(jìn)行多次實(shí)踐和重要參數(shù)判別，進(jìn)而理解由于部分技術(shù)難題，在實(shí)際裝備應(yīng)用中所需關(guān)注的注意事項(xiàng)，提升新裝備適應(yīng)能力，為后續(xù)新型裝備的配發(fā)后運(yùn)用打下基礎(chǔ)。

（三）? 課程考核注重組訓(xùn)能力培養(yǎng)

對(duì)課程考核組訓(xùn)方式進(jìn)行改革，科目過程考核和終結(jié)考核采用開放的以賽代考的考核模式，不再采用僅僅教員組訓(xùn)、學(xué)員參訓(xùn)方式開展，而是以教員引導(dǎo)、學(xué)員組訓(xùn)方式展開?？己诉^程在教員引導(dǎo)下，由學(xué)員靈活設(shè)置相應(yīng)科目背景，制定組訓(xùn)計(jì)劃，講解考核規(guī)則，并組織訓(xùn)練，實(shí)踐科目考核成績由教員和學(xué)員共同評(píng)判得出，考核過后賽后復(fù)盤，由各組學(xué)員講解考核完成過程，邏輯結(jié)構(gòu)、參數(shù)選擇和調(diào)試方法，共同討論查找存在的問題和可以提升的方向，教員在學(xué)員復(fù)盤基礎(chǔ)上，再次引導(dǎo)提升。“教員引導(dǎo)、學(xué)員組訓(xùn)、以賽代考和賽后復(fù)盤”的教學(xué)評(píng)價(jià)方法，更新傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)員自身積極性，提高了組訓(xùn)能力。

四? 不斷更新，建立實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)平臺(tái)

合理規(guī)劃“十四五”教研條件建設(shè)，加大集群對(duì)抗性教學(xué)條件建設(shè)，初步構(gòu)想仿真與實(shí)物相結(jié)合，構(gòu)建真實(shí)的仿真環(huán)境，在仿真環(huán)境下進(jìn)行集群對(duì)抗模擬訓(xùn)練，仿真環(huán)境不受時(shí)間、空間限制，給學(xué)員近似實(shí)裝的體驗(yàn)，學(xué)員基于模擬訓(xùn)練環(huán)境對(duì)無人平臺(tái)進(jìn)行操控，進(jìn)一步理解無人平臺(tái)的典型結(jié)構(gòu)、相關(guān)部件使用方法，多種關(guān)鍵技術(shù)融合，單平臺(tái)自主運(yùn)動(dòng)控制、集群戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗方法。

在仿真基礎(chǔ)上建設(shè)室外環(huán)境下的多車對(duì)抗教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件，理解單平臺(tái)核心部件和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行無人平臺(tái)偵查、多無人平臺(tái)編隊(duì)開進(jìn)、協(xié)同戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗等科目訓(xùn)練，使教學(xué)訓(xùn)練科目更加貼近實(shí)戰(zhàn)。

五? 打造復(fù)合型教學(xué)隊(duì)伍

教員是實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)的組織者和執(zhí)行者，建設(shè)一支熟悉裝備使用、組訓(xùn)與管理、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的技能復(fù)合型教員隊(duì)伍是確保教學(xué)效果的重要保證。為理解新型裝備的運(yùn)用方式、戰(zhàn)法訓(xùn)法，熟悉裝備發(fā)展，團(tuán)隊(duì)成員通過到軍地高校進(jìn)行學(xué)術(shù)調(diào)研交流，探討相關(guān)新技術(shù)、新領(lǐng)域的發(fā)展方向，探討相關(guān)課程教學(xué)理念和教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量；積極參與無人裝備的研制、試驗(yàn)、訓(xùn)練和跨越險(xiǎn)阻陸上無人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽等工作，提升教員隊(duì)伍能力，熟悉無人裝備運(yùn)用，理解無人裝備作戰(zhàn)訓(xùn)練方式；定期通過部隊(duì)調(diào)研、部隊(duì)代職等工作，深入一線部隊(duì)，了解作戰(zhàn)指揮，進(jìn)一步擴(kuò)充軍事應(yīng)用背景案例庫和實(shí)驗(yàn)科目，把實(shí)際裝備與作戰(zhàn)案例融入到課堂教學(xué)一線。

六? 結(jié)束語

無人系統(tǒng)工程專業(yè)綜合訓(xùn)練實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)改革以無人作戰(zhàn)使命任務(wù)、首型無人裝備的運(yùn)用為引領(lǐng)，基于部隊(duì)對(duì)人才培養(yǎng)需求，扎實(shí)課程教學(xué)目標(biāo)，基于無人裝備的運(yùn)用梳理課程教學(xué)內(nèi)容，面向提升新裝備適應(yīng)能力，挖掘探索教學(xué)策略，建立實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)平臺(tái)，打造復(fù)合型教學(xué)隊(duì)伍，通過對(duì)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、策略、教學(xué)條件和教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)進(jìn)行梳理，確保實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)效果。下一步將不斷積累經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)不足，促使實(shí)踐教學(xué)貼近部隊(duì)實(shí)際，貼近裝備運(yùn)用實(shí)際，推進(jìn)課程實(shí)踐教學(xué)向?qū)崙?zhàn)化發(fā)展聚焦。

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第一作者簡介：王欽釗（1973-），男，漢族，山東威海人，博士，教授。研究方向?yàn)闊o人系統(tǒng)工程。

*通信作者：武萌（1981-），女，漢族，山東泰安人，博士，講師。研究方向?yàn)闊o人系統(tǒng)工程。