虚实结合多维训练方法在新装备教学中的应用

王沫涵，郭 明

（1.武汉船舶职业技术学院 湖北 武汉 430050 2.海军工程大学 湖北 武汉 430033）

随着科学技术的发展，现代武器装备结构越来越精密、原理越来越复杂，院校在复杂装备教学中存在诸多难题。一方面，装备原理难懂、结构复杂、操作烦琐，学员本身理解与操作存在一定难度；另一方面，由于装备价格昂贵，可用于教学的实装或训练实装较少，学员真正接触实装的机会十分有限。在有限的实践教学课时内，在原理构造、操作流程等知识掌握不牢的情况下，进行装备实操，教学效果不理想。

随着虚拟现实技术的发展，由于其仿真性高、价格低廉、安全性好在教育[1]、军事[2]、文旅[3]、医疗[4]等方面取得了广泛应用。近年来，虚拟仿真技术已经成为为新装备实践教学的重要技术手段[5]。基于虚拟仿真的装备教学训练对于快速了解新装备原理构造和掌握新装备操作使用流程具有非常好的效果，而且对装备无任何损害，也无安全事故隐患[6]。但是，基于虚拟仿真的装备教学训练仅仅是装备实践教学的一种形式，无法从实际操作层面替代实装操作。对于新装备的教学训练必须要做到虚实兼顾，针对不同环节采用不同的教学训练方式，形成有效的虚实结合的教学训练体系。

本文针对新装备教学中存在的问题，对虚实结合进行新装备教学的方式进行了分析与探索，构建了包含虚拟面板式训练、沉浸式虚拟训练、实物（半实物）仿真式训练、实装训练装备施训和实装演练等训练模式的实践教学训练体系，并对其组织实施进行了研究，对于院校新装备教学具有一定借鉴意义。

1 基于虚实结合多维训练方法的装备实践教学训练体系构建

虚拟训练是运用虚拟现实技术和计算机仿真技术，以计算机、各种功能板卡和辅助设备为硬件平台模拟武器装备的操作训练，其所需训练费用低廉，在无实装或实装数量少的情况，适合培养学员对装备的原理及操作流程教学。但是，仅仅依靠虚拟仿真训练装备培训的号手，其操作新装备的能力不足以保证新装备快速形成战斗力。因此，在实装训练条件不足的情况下，需要结合实训条件，开展虚实结合的实践教学方法，依托虚拟装备强化装备原理、结构等理论知识，熟悉装备的基本操作使用流程，依托实装教学资源解决“软能力”的问题，采用实战化场景仿真的方法，提高学员在承受一定心理压力下操作使用新装备的“硬能力”。可构建虚实结合的多维装备实践教学训练体系构成如图1 所示。

图1 基于虚实结合多维训练方法的装备实践教学训练体系构成

虚拟训练是实装训练的基础，其解决的主要是原理、操作流程、规范的问题，为学员进行实装训练前打下必要的理论基础；实装训练是装备形成战斗力的必要条件，通过虚拟训练获得的关于装备的理论知识与冷操作技能经过实装训练的迁移转化为学员的装备实操能力。反过来，实装训练能够检验与固化学员对装备结构原理、操作使用流程的掌握程度，如果未能熟练掌握，可通过虚拟训练反复探究，进一步固化装备基础知识。

虚拟训练包括虚拟面板式训练、沉浸式虚拟训练、实物（半实物）仿真式训练等三种模式。虚拟面板式训练是指利用计算机建模工具建立新装备及其测试设备的操作面板模型，再通过代码编辑器来完成仪表内部逻辑仿真，创建实时的、三维的、照片级的互动图形界面，实现新装备的虚拟操作训练。沉浸式虚拟训练是指依托头盔显示器、数据手套、光学定位装置等沉浸式交互硬件设备，使学员沉浸到由计算机生成的与实际场景高度一致的虚拟场景中与装备进行可交互式的训练方式。实物（半实物）仿真训练是指按照实装1：1 的外形设计制造出新装备的壳体框架和各种接插件，通过软硬件开发模拟出新装备操作过程中的信号流，实现和新装备几乎一样的操作使用流程。

实装训练包括实装训练装备训练和实装演练两种训练模式组成。实装训练装备施训是指利用随新装备列装的训练装备实施训练。一般复杂、精密或杀伤力较大的装备会随装配有训练装备，其训练流程与操作感觉上与实装完全一致。实装演练则是完全使用真实列装装备进行综合演练，其与实装训练装备施训的最大差别在于实装包含了战斗部等杀伤单元，训练人员的心态与操作实装训练装备时心态有明显差别。实装演练更谨慎、更紧张也更容易产生差错。因此，实装演练是装备教学的最终形态，复杂装备的实装演练必然是建立在一系列的虚拟训练和训练装备施训基础上完成的。

2 虚实结合多维训练方法的实践教学实施

2.1 虚拟面板式训练模式

对于虚拟面板式训练，这种模式能够快速解决新装备系统结构复杂，操作面板多，各种仪器仪表之间逻辑关系复杂等难题。但是，虚拟面板式训练也有其致命的缺点：其仅仅仿真了装备的操作面板，而对装备使用中所处的地理环境、气候环境，及外在干扰因素并没有进行仿真，虚拟面板式训练只是一种装备功能性训练。由于其开发效率高，成本低，其可以作为学员初步了解、熟悉新装备的训练模式。在新装备列装初期，院校可以在短时间内开发出虚拟面板式训练系统供学员操作使用，培养学员对装备的感性认识。

2.2 沉浸式虚拟训练模式

沉浸式虚拟训练是指首先采用三维实景建模技术，构建逼真的战场环境和可进行交互的装备三维模型，然后通过虚拟头盔、数据手套、虚拟定位装置等沉浸式交互设备，让学员沉浸到逼真的三维虚拟实战化场景中，在虚拟场景内完成装备的操作使用与训练。与虚拟面板式训练不同的是，沉浸式虚拟训练是沉浸至场景中，通过虚拟角色完成装备虚拟操作，而虚拟面板式训练则是学员通过鼠标键盘等常规输入设备在显示器外完成装备的操作。因此，沉浸式虚拟训练感觉更真，训练效果更好。

为了更深入地开展新装备的实践教学，院校在时间和经费允许的前提下，可以开发沉浸式虚拟训练系统培训学员。沉浸虚拟现实系统由于其“深”沉浸与“真”交互的特点，能够使操作人员在与虚拟环境进行交互时获得具有高度的自由度，其训练效果要优于虚拟面板式训练系统。相比虚拟面板式训练系统，沉浸式虚拟训练系统的开发难度和对硬件的要求远远要高于虚拟面板式训练系统，且开发周期长，成本高，但其研制完成后的训练维护费用低廉，适合于院校使用，以培养在实验室环境下熟练操作新装备的号手。

2.3 实物（半实物）仿真训练模式

实物（半实物）仿真训练是指按照实装1：1 的外形设计制造出新装备的壳体框架和各种接插件，通过软硬件开发模拟出新装备操作过程中的信号流，实现和新装备几乎一样的操作使用流程。与纯虚拟式训练模式相比，由于在外观上和部队的实装一模一样，实物（半实物）仿真训练模式能提供给学员更直观的认识。在操作使用过程中，能切实连接装备间的接插件，能切实观看到各步操作后的结果现象，在培养效果上要优于纯虚拟式训练模式。

在院校新装备任职教育实践教学中，实物（半实物）仿真训练模式是一种过渡性训练模式。如果在培养学员期间，实装还没用装备部队使用，或者由于新装备安全性、经济性等因素的限制，学员不可能接触到新装备，可以用实物（半实物）仿真训练系统替代训练操作号手，为学员到部队后熟练使用新装备打下良好的基础。

上述三种虚拟、仿真训练模式有其自身难以克服的固有缺陷。虚拟、仿真训练中“使用”的装备，都是通过建模或仿制的方式在一定程度上对现有装备的再现，而这些再现无法保持与真实装备的100%相同。因此，虚拟、仿真训练模式并不能完全保证训练的真实性与实战性，如果仅仅只依靠它，容易让训练陷入片面性。

2.4 实装训练装备施训

实装训练装备和实装的主要区别在于训练装备没有战斗部，其他系统和实装均一模一样，所以利用训练装备施训和操作实装没有任何区别。

但实装训练装备施训的缺点也显而易见：费用高，这也是制约实装训练装备广泛应用的瓶颈问题。在进行实装训练装备教学前，应立足于使用虚拟、仿真训练系统对操作号手进行充分培训，确保号手掌握一定新装备操作使用技能后，再利用实装训练装备进一步提高。

2.5 实装演练

实装演练是指带有战术背景的实战化综合训练。学员在承受一定心理压力的情况下，按实战标准操作新装备，是对院校培养新装备操作号手的一种最有效的检验考核方式。

实装演练中，对操作号手在身体上和心理上产生的影响要比日常操作训练严峻得多。在身体上，实装演练满负载、强对抗、快节奏，以及武器的具体操作、战法的直接演练等因素都将直接影响人员身体；在心理上，实装演练中操作人员心理会产生紧张、焦虑、不安等情绪，影响技术和战术的发挥。

3 结语

当前，新装备的训练模式正由机械化向信息化转变。虚拟、仿真训练模式可以方便地模拟多变的实战化战场环境，训练不会造成实际的物理伤害，对自然环境也不会产生破坏，而且训练过程具有很好的可控性，在实装装备缺乏的情况下，迅速得到了各大院校的青睐，并得到了迅速发展。但是，同时我们也应该看到，在当前阶段，对于装备教学来说，虚拟、仿真训练也只是整个装备教学体系中的一部分，并不能完全代替实装训练。因此，在学员经过虚拟训练系统培训后，应利用实装训练装备再培训，以培养出合格的新装备使用维护人才。总之，新装备任职教育实践教学中要综合应用五种“虚实”结合的多层次训练模式，既要依托技术发展推动虚拟、仿真训练模式，同时也要强调实装训练，不同的实践教学阶段应有所侧重，采用多维的方式提升新装备实践教学训练效益。