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虚拟现实环境下实战化课堂教学设计

出处:论文网
时间:2019-02-23

虚拟现实环境下实战化课堂教学设计

  中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)13-0170-02

  1 引言

  培养适应信息化战争要求的高素质新型军事人才是军事院校人才培养的根本目标[1]。而实战化教学涵盖现代军事教学根本性与时代性要求,因此,实战化教学是军事院校教学改革的方向,也是院校培养部队满意人才的必由之路[2]。而在实际实施过程中,由于院校人才培养与作战行动、部队训练之间的差异性,比如场地、人员、装备等方面的限制,这就导致院校实战化教学与真正的实战训练存在着差异[3]。这主要体现在单人单岗型技能训练与全系统协同训练、实验室环境下的单一专业训练与真实作战环境下的多系统体系对抗训练、由分散式训练组织模式与集中统一组织模式、单纯岗位技能训练与考虑到实战心理适应能力的复合技能训练等方面。海军士官学校防化教研室利用模拟训练系统,依托虚拟现实技术,在不需要出动侦察车辆等装备情况下,完成辐射侦察等全过程模拟的训练,较好的解决学员们核辐射侦察训练时缺少真实的核爆和核辐射环境的难题。

  2 虚拟现实技术及其特征

  虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术是近年来随着计算机技术、电子技术与仿真理论发展起来的一门新型学科,是由计算机和电子技术创造一个看似真实的模拟环境。其采用计算机生成逼真的三维视、听、嗅等感觉,使人作为参与者通过多种传感设备,沉浸在模拟环境中,从而对虚拟世界进行体验和交互作用。

  VR技术具有三个突出特征:沉浸性、交互性和想象性[4]。沉浸性,是指用户感受到其作为主角存在于模拟环境中的真实程度,包括视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸、嗅觉沉浸、味觉沉浸及身体感觉沉浸。交互性,是指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。想象性,是指虚拟环境是人想象出来的,同时人沉浸在这个环境中能够获取新的知?R,从而产生新的想法,因此可以用来实现一定的目的。正是由于其具有这三个特征,VR技术在教育领域内有巨大的应用前景。

  3 虚拟现实环境下实战化课堂教学设计

  3.1虚拟现实环境的构建

  应用VR技术实现实战化教学最主要的就是构建近似实战的教学环境。以某型核辐射侦察系统的战场环境构建系统为例,如图1,该战场环境构建系统包括硬件系统和软件系统两个部分,硬件系统主要由VR设备(头盔、位置传感器、数据手套、操纵杆等)、环境显示设备(投影仪、影响设备等)等构成,软件系统以Windows XP操作系统为搭载平台,利用VS .NET平台进行开发,采用Muhigen Creator构建模型数据库,利用Solidworks构建装备零部件的模型,依托先进的图形学理论开发的仿真集成开发平台PostEngineer完成环境建模,实现仿真软件。

  该系统具有以下几个特点:

  1)环境显示与真实战场环境一致

  战场环境构建系统通过VR技术构建与真实战场环境一致的虚拟环境,能够全方位地、直观地给人们提供有关战场核爆环境的各种具有真实感的场景信息,并可以以第一人称的身份进入战场环境,感受到与实地观察相似的真实感,从而使使用者进入战场环境中就犹如进入真实的核爆现场。

  2)虚拟装备与实装一致

  能通过VR设备对虚拟装备进行操作,其操作动作、信息显示、信号流程等与实装一致。

  3)能设置不同的训练项目

  将教学内容设置成不同的项目,这些项目是部队实战或实战化训练所应用和必需的,也是学员的岗位核心技能。能通过软件对项目进行选择、设置和调整。

  4)能进行操作管理

  能进行训练管理,记录教学、自学和训练的时间、内容、人员等信息。

  5)具有虚拟教员的功能

  具有理论学习和操作提示功能,在受训者进行自学和自训的过程中能充当虚拟教员。

  6)能进行考核评估

  能全程的记录和查看操作者的每一操作步骤,并给出训练评估结果。

  3.2 实战化“四化”课堂教学设计

  通过课前、课中、课后的精心设计(如图2),以学员的战斗素养、岗位核心能力和组训能力的培养为目标,打造“四化”(即教学环境战场化,教学实施一体化,考核评价实时化,学员组训自主化)课堂。

  1)课前

  学习需求分析。学习需求分析的主要目的是根据人才培养标准发现教学中待解决的问题,确定问题的性质,分析判断教学设计是否是解决问题的有效途径,并根据现有的条件和资源分析解决问题的可行性。通过教学需求分析,可以更有效的利用教学资源顺利地开展教学工作,从而提高整个教学效益。

  教学对象分析。教学对象分析的主要目的是了解学员的个性特征、知识基础、学习风格以为教学内容的筛选与组织、教学目标的明确、教学方法的选择及教学资源的利用提供参考依据。

  教学内容分析。教学内容是教学目标的具体体现。教学内容分析的目的是明确所需教学的知识内容(包括理论内容和实操内容)及其结构关系。通过对教学内容的分析才能根据不同的内容创设不同的教学情境,以促进教学目标的完成。

  教学方法分析。教学有法,教无定法,教要得法。好的教学方法能使教学做到 “省时、启智、轻负、高效”。教员通过教学需求、对象和内容的分析结合自身的实际选择合适的一种或多种教学方法(项目式、任务驱动式、情境式、探索式等),从而保证教学过程的最优化。

  教学环境构建。实战化的教学环境是实战化课程不可或缺的一部分。教员通过对教学的分析利用VR技术构建与实际战场相同的且与教学内容和方法相对应的虚拟战场环境,从而实现教学环境战场化。教员在教学前强调课堂就是战场,教育学员进入课堂就进入了战场,必须做到课堂上的技术动作、虚拟装备器材的操作使用、人员相互之间的协调配合都与实战一致。从而使战场化的教学环境能训练学员的实战心理适应能力、强化学员的实战意识、培养学员的战斗素养。   2)课中

  教员通过阐明教学目标以使学员了解课堂教学的目的。在教学实施过程中,教员将理论知识讲解、实操知识的操作和示范融为一体,从而打造“理论与实操并行,知识与技能并重”的理实一体化课堂。充分发挥教员的主导作用和学员的主体地位,学员在进行单一训练和协同训练时,能通询问教员或利用软件虚拟教员的功能及时查看学习每一步的理论知识和正确的操作步骤,真正实现战中教、战中学、战中练,从而实现课堂“教、训、战”一体化,着重训练学员的岗位核心技能。

  3)课后

  训练结果评定。系统具有考核评估功能,在训练结束后能实时自动给出训练的成绩。教员根据系统给出的成绩结合学员课堂的表现(主要是战斗素养方面)综合给出每次训练的成绩。通过考核评价实时化来激励学员,促使其以更激昂的斗志和更多的激情投入到课堂中。

  训练过程分析。系统具有记录和查阅学员训练时的每一步操作的功能。通过这一功能,教员和学员可以在课后分析整个训练的过程,总结提高,以改善下一次训练。

  学员自行组训。信息化时代,世界主要军事强国是通过紧贴作战任务的训练实践超前设计未来战争和作战方式的。因此,要使培养的学员能打赢未来战争,必须培养其组训能力。学员在课后能通过对系统的操作自行设计作战任务、训练科目来创建战场化的训练环境,自行组织训练,从而实现学员训练自主化,以提高学员的组训能力。

  4 VR环境下实战化教学应关注的几点

  通过几期的教学培训,受培训学员的战斗素养、岗位核心能力和组训能力都有了明显的提高。但在教学的过程中还应注意以下几点:

  1)要有一支能战会教的教学团队

  教学团队是保障教学顺利实施的核心教学资源。要进行VR环境下实战化教学,教员不仅要具有实战教学的能力而且还要能够熟练地掌握VR软件的操作和使用。因此教学团队要不断提高教员的综合能力素质,使每一名教员都专兼结合、能战会教。一要加强新技术新知识及国内外先进的教育理念和教学方法的学习,增长见识,开拓视野。二要通过参加部队演习,顶岗锻炼等途径提高教员的实践教学能力。

  2)教学环境和考核标准与实战紧贴

  要从部队的实战需求出发,以实战任务为牵引,基于作战过程,突出岗位核心能力,不断充实训?科目。因此要适时更新战场化的教学环境和考核标准,使其与实战紧贴。

  3)及时总结,不断改进教学方法

  学员能力的提高是教学的目的。因此教学过程中要及时总结发现教学过程中存在的问题,不断改进教学方法,以提高学员的能力水平。

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关键字:虚拟现实 课堂教学 实战 课堂 现实 环境
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