引入实战任务的沉浸式教学

丁丹 杨柳

摘  要：当前航天类专业实践教学存在的重要问题包括：实践内容设置偏局部，不能反映航天领域系统级工作原理和天地一体任务流程;训练条件构设偏理想，不能体现实际航天任务面临的复杂环境和突发情况。这些问题造成学生的学习投入程度不高、学习效率低下，与航天任务岗位能力需求不适应。因此，通过设计组织宇航与测运控技术实践公开课，研究引入实战任务的沉浸式教学，将实际航天任务引入航天人才培养课堂，按照真实航天任务流程和岗位设置，引导学生沉浸于实战任务中开展实践训练，显著提高学习效率，促进知识到能力的转化，缩短课堂到岗位的距离。

关键词：卫星测控;综合训练;实战化训练;岗位任职

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：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

开展高质量实践教学是航天类专业技术人才培养体系中的重要环节[1]。航天类专业具有技术尖端、多领域综合、天地一体、实践操作性强等特点。以航天发射和航天测运控专业为例，航天发射专业涉及包括火箭和卫星在内的航天器，包括火箭发动机和卫星推进器在内的航天动力装置，航天器测试发射及航天发射任务指挥与管理等多方面;航天测运控则包括在轨航天器遥测遥控，航天器载荷运行控制与数据传输，测控站网资源管理调度等多方面[2-5]。因此，在做好专业课教学基础上，需通过实践教学的创新设计和合理组织，着重培养学生综合运用专业知识解决实际复杂问题的能力，为将来胜任航天任务岗位奠定良好基础[6]。然而，当前航天类专业实践教学存在如下亟需改进的问题：

一是實践教学内容的设置偏局部，局限于部分设备单元的具体操作，如测控信道参数注入、遥测数据解调解析、火箭测试信息判读等，不能反映航天系统级工作原理和天地一体的任务流程[7]。学生缺少实际任务牵引和系统支撑，出现兴趣不浓厚、注意力不集中等现象，且在离开学校走上工作岗位之前，未能形成对航天系统整体的深刻认识。

二是实践教学条件的构设偏理想，相关信号、环境、条件等往往是根据数学模型依靠计算机产生，不能如实体现航天任务面临的复杂环境，不能逼真模拟航天任务中可能出现的突发情况[8]。学生无法针对未来任务中的高度复杂性、不确定性开展实战化训练。

通过航天工程大学宇航与测运控技术实践公开课的设计与组织，本文研究引入实战任务的沉浸式教学，将实际航天任务引入航天人才培养课堂，按照真实航天任务流程和岗位设置，引导学生沉浸于实战任务中开展实践训练，显著提高训练效率，促进知识到能力的转化，缩短课堂到岗位的距离。

一、引入实战任务的沉浸式课堂构建

通过实际航天任务、典型任务岗位、真实航天系统、团队密切合作、任务情境创设等多种途径，引导学生全身心投入实战任务中，最大限度挖掘学生的学习兴趣和动力。

（一）结合实际航天任务促进学生沉浸

结合某次商业卫星“一箭多星”发射任务，实时同步开展宇航与测运控技术实践公开课。学生全程参与火箭发射、星箭分离等实时监视任务，并且完成卫星入轨后的测运控任务;将课堂与实际航天任务无缝对接，为学生创造宝贵鲜活的技能训练案例，培养学生对航天事业的自豪感和自信心。

（二）依托真实航天系统促进学生沉浸

航天系统是重要国家资产，航天工程大学并无对在轨卫星和测控站网的使用权限。相比之下，商业卫星和测控站网发展迅猛、资源丰富，不受国有资产的严苛管理和约束，允许操控的空间较大;而其技术体制、任务流程、任务岗位等则与国有航天系统相统一。因此，通过引入商业航天资源，依托真实航天系统开展实践教学。学生获得亲手操控真实在轨卫星的机会，有效激发学习动力。

（三）按照典型岗位设置促进学生沉浸

在实际航天测控任务牵引下，按照典型航天任务流程和岗位设置，学生独立自主进行测控方案制定、站网资源调度、测站控制管理、卫星状态监视、火箭状态监视等训练内容，覆盖航天发射测控主要岗位职能、技术方向和任务环节，根据未来工作任务要求全方位提升学生岗位能力。

（四）多人团队密切协作促进学生沉浸

考虑航天系统及航天任务的广域覆盖、团队合作特性，充分利用异地分布、多场联动的民商测控站网资源，开展全流程、全要素、多人异地同步联动训练，促使学生沉浸到团队密切协作中，通过学生之间的相互配合与交互增强沉浸效果。

（五）创设逼真任务情境促进学生沉浸

参考实际航天任务现场布局，对教学场所进行布设，从而创设逼真任务情境促进学生深度沉浸，如图1所示。根据典型航天任务大屏幕显示内容，本次课的大屏幕分为左、中、右三屏。左屏显示测控站网实时监视和控制界面，学生的操作主要体现在左屏，供老师指导点评和场下人员学习观摩。中屏显示测运控中心软件界面，作为整个航天任务总体态势展示;并适时切换老师授课用的课件，显示相关知识点。右屏则实时连通承担此次一箭多星发射任务的航天发射场，接入发射现场实况视频;当火箭飞出可视范围之后，则显示此次航天发射任务的仿真界面。6名参与岗位任务的学生分别位于老师两边，部署相关岗位软硬件系统的任务工位对称倾斜部署，这样既有利于岗位任务学生之间密切配合，又便于授课过程中师生互动，同时考虑了台下参与现场观摩师生的感受。图1所示的教学现场的布设兼顾了课堂教学特点和实际任务需求。

二、引入实战任务的沉浸式课堂设计

（一）教学总体设计

教学总体设计如图2所示。教学设计以实际航天任务为主线，突出实战性、交互性、前沿性、趣味性;学员按照实际航天任务典型岗位编组，亲手完成火箭发射测控任务;课堂上学生认真投入，老师讲解深入浅出。

主要教学过程如下：

1. 课前预习阶段，老师对学生进行分岗位技能培训和多岗位合练，并引导学生完成多目标测控、多站接力跟踪测控计划。

2. 授课中任务准备阶段，老师讲解本次航天任务背景以及火箭发射、测控任务等情况。学生汇报各自岗位任务准备情况。此外，为第一时间获知航天任务现场情况，大学提前向航天发射场派驻了前方联络员。在任务准备阶段，教学现场实时连线前方任务一线，由前方联络员汇报航天发射场任务准备情况，并及时传递T0信息，为教学现场顺利完成航天任务提供必要支持。

3. 火箭发射、星箭分离阶段，在T0的触发下，前方航天发射场正常执行一箭多星发射任务，教学现场学生现场操控商业测控站网，多岗位协同配合、国内外多站接力，完成火箭飞行过程中的火箭遥测信号接收、火箭飞行状态监视、星箭分离过程中火箭遥测和卫星遥测信号接收、火箭和卫星状态监视，综合运用所学专业知识实时准确研判本次航天任务状态。教学现场的学生只接收信号、监视状态;不发射信号、不控制火箭或卫星。采用这样一种方式，既不影响前方航天发射场正常执行重要任务，又能充分利用宝贵的航天发射任务机会开展教学，将重要航天任务引入航天人才培养课堂。学生执行任务过程中，老师结合任务情况和发展前沿穿插讲解一箭多星发射、星箭分离、多目标测控、多站接力测控等相关前沿热点知识，并对学生执行任务情况进行实时指导、点评、纠错。

4. 星箭分离后卫星在轨运行阶段，师生围绕航天发射场、火箭发射测控等问题开展交流互动，教师进行课堂总结，并紧扣我国航天事业发展开展课堂思政。

（二）训练编组设计

本次宇航与测运控技术实践公开课以完整的航天发射测控任务流程为主线，设计中心调度、测站控制（3个）、火箭监视、卫星监视等6个训练岗位，覆盖航天发射测控主要岗位职能、技術方向和任务环节，使受训学生对航天发射测控任务流程和岗位设置形成全局、清晰的认识。

1. 中心调度岗位

中心调度岗位负责本次一箭多星发射测控任务的方案制定、全系统现场指挥调度、全任务流程状态汇总监视等工作。

2. 火箭监视岗位

火箭监视岗位负责监视火箭遥测数据的接收与处理情况，根据遥测数据解析结果实时监测火箭飞行状态，报告火箭发射过程中的发动机开关机、一二级分离、星箭分离等关键事件。

3. 卫星监视岗位

卫星监视岗位负责监视卫星遥测数据的接收处理情况，根据遥测数据解析结果实时监测卫星状态，汇报星箭分离过程中的关键事件。因本次任务中，多颗卫星中的主星在星箭分离前就已开机，需要该岗位负责监视星箭分离前主星的遥测处理情况和主星状态。

4. 测站控制岗位

测站控制岗位，岗位数量为3个，分别负责国内怀来站、宁波站，国外老挝站、海龙站、天雁站的多站接力测控调度与控制，并监视各测控站的工作状态，实时汇报测控站的天线跟踪、信号接收、数据接收等情况。

三、引入实战任务的沉浸式教学效果

（一）培养体系运用与全局统筹能力

运用多个测控站，对火箭及多颗卫星，围绕火箭发射、星箭分离、在轨运行多个阶段进行测控任务，不仅训练了单装操作技能，而且训练了多装体系综合运用、资源统筹调度、任务环节全局把控的能力。

（二）锻炼多岗位协同配合能力

多名学员组成行动分组，多岗位共同完成实际航天发射测控任务，有效锻炼其岗位任职所必须的多岗位协同配合、航天任务组织实施、分组行动指挥能力。

（三）实际任务牵引训练效率提升

以岗位任务、实际问题为牵引，使学生带着目的、揣着问题、怀着热情训练，激发学员的学习动力，提高训练效率，一改以往“强记操作流程”的现象，获得良好的教学效果。

（四）提高应急处置能力和心理素质

学生面临着传统仿真训练系统难以模拟的、实际任务过程中突发的异常情况，如测控站信号丢失、火箭遥测数据网络传输不畅等，学生沉着冷静，运用所学专业知识和技能，通过现场启用备份设备、应急重置网络采用等方式成功处置了异常情况，有效提升了学生专业知识和实践技能综合运用能力、思考分析解决实际问题能力、复杂条件下异常问题应急处置能力，锻炼了执行实际岗位任务必备的心理素质和意志品质。

（五）培塑情感铸魂育人

为学生创造亲手“触碰”真实火箭、卫星的宝贵机会，运用所学专业知识和操作技能亲身参与实际航天任务，消除学生对航天器和航天任务的神秘感，增强完成航天任务的自信心，培塑航天精神，培养投身航天事业的自豪感。公开课将“两弹一星”精神、载人航天精神等贯穿授课全程，有效发挥了课程思政立德树人的功能。

四、下一步工作

（一）形成航天专业实践教学案例库

此次公开课是航天工程大学对航天专业人才培养模式的一次创新探索，下一步将针对此次教学任务进行复盘研究，总结教学经验及存在的问题，不断梳理和改进，形成教学科目、教学内容、教学计划等教学案例库，为改进优化实战化教学训练体系奠定基础。

（二）探索航天领域开放办学机制

基于此次公开课的成功经验，进一步探索航天领域院校与航天发射场、民商航天企业联教联训、开放办学机制，将更多的航天任务以及火箭、卫星、测控站网等商业资源纳入到教学资源体系中，充分利用各方资源，探索出一条集航天任务科普展示及实战化教学的规范、机制、流程，逐步实现航天专业理论教学与实战任务结合的普及化、常态化。

（三）拓展引入航天任务的沉浸式教学模式

基于本次公开课成果进一步升华拓展，后续可安排学生全程参与航天任务，更加深度地参与实际航天任务的方案设计、任务组织、任务实施、任务复盘总结等全过程各个环节;并由学生完成现场教学的讲解与总结，寓教于战，不断提升学生的综合能力素质。

五、结束语

通过引入航天发射测控实战任务，引导学生全身心沉浸到课堂教学之中，提升了训练效率，培养了航天专业能力，同时培塑了航天精神和爱国情感。此次公开课，恰逢中国航天日和“天和”核心舱发射之际，结合实际航天发射任务开展实战化教学，是响应航天强国建设、创新航天人才培养的实际举措。坚持立德树人、为战育人，着力培养德才兼备的高素质专业化新型航天人才。授课过程中，充分挖掘思想政治资源，将两弹一星精神、载人航天精神等贯穿授课全过程，有效发挥课程育人功能，使生动的实战化训练课与精彩的思政示范课同频共振、相得益彰，在专业学术实践和课程思政方面做出了示范，对推进航天领域教研一体、创新航天人才培养模式具有重要意义。

参考文献：

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