無人系統工程專業(yè)綜合訓練課程實戰(zhàn)化教學研究

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性專業(yè)必修課程無人系統工程專業(yè)綜合訓練為基礎，通過參與無人裝備試驗和代職為契機進行需求分析，找準實戰(zhàn)化教學改革的方向。在此基礎上，基于新型無人平臺構成、關鍵技術融合、無人平臺運用、作戰(zhàn)樣式實現和適應新裝備等問題，確定課程教學目標，梳理課程教學內容，挖掘課程實施策略，為課程實戰(zhàn)化教學提供有效的思路。通過建立實戰(zhàn)化教學平臺，打造復合型教學隊伍，以期使課程教學更加貼近裝備，貼近部隊實際。

關鍵詞：終結性專業(yè)必修課程；無人裝備試用；關鍵技術融合；新型無人平臺；復合型教學隊伍

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

實戰(zhàn)化教學，是指以部隊需要、現實問題需要為背景，將部隊關注的問題融入課堂，以作戰(zhàn)訓練中的難點、熱點問題為重點，建立緊貼實戰(zhàn)的課程教學目標、教學內容體系、教學方法手段和教學條件等，以提高學員勝任崗位任職能力的一種教學形式。縱觀近幾場局部戰(zhàn)爭，智能無人力量逐漸成為對壘廝殺的利刃、主宰戰(zhàn)場的利劍、打贏制勝的利器。各國無論實力強弱都在競相發(fā)展智能無人技術。要加大軍事智能化發(fā)展力度，加快無人作戰(zhàn)力量建設。

無人系統工程專業(yè)綜合訓練是無人系統工程本科專業(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性專業(yè)必修課程，課程綜合性、實踐性強，是連接專業(yè)背景課程和首次任職課程的重要樞紐，是無人系統工程專業(yè)實戰(zhàn)化教學改革的重點課程。課程團隊成員以參與無人裝備試驗和部隊代職為契機，全過程深入部隊一線，理解無人裝備的運用方法，理解無人裝備的使命任務，探討部隊對人才培養(yǎng)需求，并因此查找課程實戰(zhàn)化教學改革方向。

一? 基于部隊需求側分析確定課程教學目標

參與無人車部分車型的全過程裝備試驗，開展相關車型的綜合戰(zhàn)術演練，發(fā)現新裝備的運用需要理解關鍵部件、部分關鍵技術、部件自身特點造成的裝備運用過程中可能存在的問題及戰(zhàn)術運用方法。另外，以代職鍛煉和裝備試驗為契機，與一線部隊不同層級軍官溝通交流，感受到一線部隊軍官對院校教育的需求和期待，如對當前任職的作用，對新裝備、新技術、新領域的預先探索以及對后續(xù)個人發(fā)展的持續(xù)推動作用等。通過部隊試用和代職，使教員更好地理解實戰(zhàn)化教學方向。

無人系統工程專業(yè)綜合訓練作為連接專業(yè)背景課程和首次任職課程的重要樞紐，綜合實踐課程，采用“模塊→綜合、機電→智能、平臺→集群”的層次性科目內容設置方式，基于機器人綜合實驗平臺，理解新裝備無人平臺的系統構成，關鍵部件、部分關鍵技術，從而理解裝備基本運用方法、運用過程可能存在的問題，提升專業(yè)素養(yǎng)，提升新裝備適應能力。作為終結性綜合實踐課程，該課程開設基于裝備特點，為首次任職奠定基礎，可以開展實戰(zhàn)化教學，無人系統工程專業(yè)課程的實戰(zhàn)化教學可以結合以下方面開展。

1）以新裝備無人平臺的系統構成和技術特點為依托，應用機器人綜合實驗平臺，通過“模塊→綜合”分析無人平臺系統構成、典型技術參數、常用部件的功能和基本使用方法。

2）通過“機電→智能、平臺→集群”，理解相關關鍵技術和部件自身特點造成的裝備運用過程中可能存在的問題，進而理解基于無人裝備作戰(zhàn)運用方法。

3）通過訓練科目的多次探索、實踐、提升，對新裝備、新技術、新領域進行預先探索，提升專業(yè)的思維能力和科學素養(yǎng)。

基于以上分析，確定無人系統工程專業(yè)綜合訓練課程總體目標：通過本課程的學習，使學員了解無人平臺相關關鍵技術的基本實現方法，理解無人平臺典型結構關鍵部件的使用方法，理解系統構成和綜合設計方法，通過多重實驗環(huán)節(jié)，最終理解新裝備多部件和相關多種關鍵技術融合，為新裝備無人車配發(fā)后裝備使用、作戰(zhàn)運用奠定技術基礎，同時提升新裝備的適應能力、專業(yè)的思維能力和基于知識遷移的再學習能力。

二? 貼近裝備實際，梳理教學內容

課程依據機器人綜合實驗平臺即模塊機器人、ROS機器人、足球機器人等多平臺協同，完成各個實驗科目。制定了層次性課程教學內容為模塊→綜合、機電→智能、平臺→集群，即從無人平臺的典型構成進行分析，從模塊功能到系統的基本功能實現，從機電環(huán)節(jié)綜合到智能算法關鍵技術的引入，從單平臺到集群控制。形成知識目標為理解無人平臺典型機構、相關部件使用方法，理解相關關鍵技術、多部件和多種關鍵技術融合，掌握基本的無人平臺自主運動控制、協同控制和對抗方法。形成能力目標為較強的新裝備適應能力、專業(yè)的思維能力和基于知識遷移的再學習能力；形成素質目標：科學素養(yǎng)，以期形成終身學習的精神。具體知識體系對照關系如圖1所示。具體環(huán)節(jié)如下。

（一）? 從模塊到綜合，基于系統結構，理解構成無人裝備的各模塊功能實現方法

通過學習機器人綜合實驗平臺的系統搭建方法，理解無人裝備的組成。基于機器人綜合實驗平臺進行模塊化設計，如面板控制、電機與運動控制、姿態(tài)獲取、激光雷達和視頻圖像獲取等設計實踐，理解無人裝備典型結構和相關部件的使用方法，傳感器自身物理缺陷，裝備實際運用過程的注意事項等，如激光雷達的噪點、傳輸干擾可能帶來的影響等，提高新裝備的適應能力。

（二）? 從機電到智能，理解無人裝備多傳感器數據融合，形成重要性能指標的關鍵技術設計方法

從機電到智能，在機電綜合的基礎上融入智能算法，如局部路徑規(guī)劃、全局路徑規(guī)劃等，進而理解新裝備無人平臺形成重要性能指標的關鍵技術設計方法如自主避障、建圖與導航、目標識別、智能跟隨、編隊和對抗等；理解部分關鍵技術實現難點，應用中所需關注的注意事項，如運動目標經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，使學員通過實踐，在裝備運用過程中能夠從深層次思考，從專業(yè)的角度發(fā)現問題并解決問題。

（三）? 從平臺到集群，理解新型無人裝備的使命任務，理解新型裝備運用實現方法

從平臺到集群，通過無人平臺自主打擊對抗賽，通過掌握無人平臺單平臺操控和多平臺協同的實現方法，如單平臺自主打擊、多平臺打擊、多平臺對抗等基本實現方法，思考多車間信息傳遞、協同目標識別與定位、目標回傳精確打擊等關鍵技術問題，在原專業(yè)背景課程學習基礎上提高知識遷移的再學習能力。同時理解當前新型無人平臺的使命任務以及新技術對當前戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)展的推動作用，并且將技術人員在裝備研發(fā)、性能試驗等過程堅持不懈、追求真理的戰(zhàn)斗精神融入課堂，在學習新技術的同時提升價值追求。

三? 面向裝備運用，突出組訓能力培養(yǎng)，挖掘課程實施策略

（一）? 案例引入，使實踐教學與新裝備運用相結合

采用案例方式對實踐環(huán)節(jié)進行引入，案例選擇與新裝備運用相結合，課程設置有激光雷達探測障礙技術運用案例、視覺傳感器自主跟隨技術案例、視覺傳感器目標識別技術案例等技術應用案例，有人無人編隊、協同奪控目標等戰(zhàn)術案例。如在講解激光雷達的時候，通過激光雷達與探測障礙技術運用案例相結合，并引入地面無人平臺在自主行駛過程中，通過車載激光雷達自主避障，躲避樹木、亂石堆等障礙物，結合導航定位系統，使路線航跡與規(guī)劃一致，到達任務地域，最終執(zhí)行戰(zhàn)斗任務的案例，通過技術案例講解，實踐環(huán)節(jié)模擬，使課程實踐內容與新裝備運用相結合。戰(zhàn)術案例，如在多平臺對抗環(huán)節(jié)，引入有人無人編隊開進案例，使科目實踐含有戰(zhàn)術背景，為理解新裝備的戰(zhàn)術運用奠定技術基礎。

（二）? 實踐環(huán)節(jié)對比分析，提高新裝備適應能力

當前無人裝備正在研制和列裝中，本門課程實踐環(huán)節(jié)選取機器人綜合實驗平臺，具有典型無人平臺的功能模塊，可實現典型無人平臺的關鍵技術，課程實踐過程注重對比分析新型無人裝備的重要性能指標、關鍵技術，并基于機器人綜合實驗平臺對形成關鍵技術的模塊和綜合功能進行多次實踐和重要參數判別，進而理解由于部分技術難題，在實際裝備應用中所需關注的注意事項，提升新裝備適應能力，為后續(xù)新型裝備的配發(fā)后運用打下基礎。

（三）? 課程考核注重組訓能力培養(yǎng)

對課程考核組訓方式進行改革，科目過程考核和終結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、學員參訓方式開展，而是以教員引導、學員組訓方式展開。考核過程在教員引導下，由學員靈活設置相應科目背景，制定組訓計劃，講解考核規(guī)則，并組織訓練，實踐科目考核成績由教員和學員共同評判得出，考核過后賽后復盤，由各組學員講解考核完成過程，邏輯結構、參數選擇和調試方法，共同討論查找存在的問題和可以提升的方向，教員在學員復盤基礎上，再次引導提升。“教員引導、學員組訓、以賽代考和賽后復盤”的教學評價方法，更新傳統的評價方式，調動學員自身積極性，提高了組訓能力。

四? 不斷更新，建立實戰(zhàn)化教學平臺

合理規(guī)劃“十四五”教研條件建設，加大集群對抗性教學條件建設，初步構想仿真與實物相結合，構建真實的仿真環(huán)境，在仿真環(huán)境下進行集群對抗模擬訓練，仿真環(huán)境不受時間、空間限制，給學員近似實裝的體驗，學員基于模擬訓練環(huán)境對無人平臺進行操控，進一步理解無人平臺的典型結構、相關部件使用方法，多種關鍵技術融合，單平臺自主運動控制、集群戰(zhàn)術對抗方法。

在仿真基礎上建設室外環(huán)境下的多車對抗教學實驗條件，理解單平臺核心部件和關鍵技術基礎上，進行無人平臺偵查、多無人平臺編隊開進、協同戰(zhàn)術對抗等科目訓練，使教學訓練科目更加貼近實戰(zhàn)。

五? 打造復合型教學隊伍

教員是實戰(zhàn)化教學的組織者和執(zhí)行者，建設一支熟悉裝備使用、組訓與管理、系統聯調聯試的技能復合型教員隊伍是確保教學效果的重要保證。為理解新型裝備的運用方式、戰(zhàn)法訓法，熟悉裝備發(fā)展，團隊成員通過到軍地高校進行學術調研交流，探討相關新技術、新領域的發(fā)展方向，探討相關課程教學理念和教學模式，提高教學質量；積極參與無人裝備的研制、試驗、訓練和跨越險阻陸上無人系統挑戰(zhàn)賽等工作，提升教員隊伍能力，熟悉無人裝備運用，理解無人裝備作戰(zhàn)訓練方式；定期通過部隊調研、部隊代職等工作，深入一線部隊，了解作戰(zhàn)指揮，進一步擴充軍事應用背景案例庫和實驗科目，把實際裝備與作戰(zhàn)案例融入到課堂教學一線。

六? 結束語

無人系統工程專業(yè)綜合訓練實戰(zhàn)化教學改革以無人作戰(zhàn)使命任務、首型無人裝備的運用為引領，基于部隊對人才培養(yǎng)需求，扎實課程教學目標，基于無人裝備的運用梳理課程教學內容，面向提升新裝備適應能力，挖掘探索教學策略，建立實戰(zhàn)化教學平臺，打造復合型教學隊伍，通過對實踐教學目標、內容、策略、教學條件和教學隊伍建設進行梳理，確保實戰(zhàn)化教學效果。下一步將不斷積累經驗和發(fā)現不足，促使實踐教學貼近部隊實際，貼近裝備運用實際，推進課程實踐教學向實戰(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。研究方向為無人系統工程。

*通信作者：武萌（1981-），女，漢族，山東泰安人，博士，講師。研究方向為無人系統工程。