开元体育连载丨支持敏捷作战部署：利用训练技术培养多能空军人员

　　开元体育连载丨支持敏捷作战部署：利用训练技术培养多能空军人员2023年12月20日，兰德公司发布报告《我们需要的部队：培养多能空军人员，实现敏捷作战部署》，对“多能空军人员”倡议进行了全面介绍。本文摘自上述报告，主要对多能空军人员的训练进行介绍。首先，文章提出，通过感知、认知和运动三类任务需求对多能空军人员的任务基本工作进行认知任务分析，并阐明实景训练、基于计算机的训练、触觉训练模拟器、增强现实技术、虚拟现实技术、综合训练设备等训练技术与任务基本工作之间的映射；其次，对扩展现实技术的使用现状进行简要介绍；最后通过热加油和工作计划的构建与传播两个案例，阐明将新训练技术用于多能空军人员任务基本工作的训练场景。

　　多能空军人员（MCA）概念在发展和维持次要技能方面面临着重大挑战。当被问及多能空军人员概念的主要风险和权衡时，利益相关者普遍表示了对既要在次要任务中使技能达到可接受的熟练程度，又要在主要任务中缓解技能衰退的担忧。此外，当被问及与多能空军人员培训相关的阻碍时，利益相关者普遍表示缺乏资源（如人员、物资、资金和时间）来满足额外的培训需求开元体育官网入口。这些担忧并非无中生有。美国国防部和企业的经验表明，如果不进行有效管理，交叉训练计划很可能会弱化人员的专业技能。在本文中，兰德公司研究人员研究了如何利用先进的训练技术进行多能空军人员培训。具体来说，兰德公司研究人员将寻求使用合适的训练技术满足多能空军人员的培训需求。

　　尽管多能空军人员的培训工作在很大程度上已下放至空军联队层面进行，但空军仍以授权表（TOA）的形式提供了一些总体指导。该授权表概述了任务生成（MG）所需的多能空军人员任务（二级技能），以及获准在每项任务中进行交叉使用训练的空军专业（AFSC）。为了检查训练技术和多能空军人员的培训需求，研究人员首先对与获批准的授权表相关的任务基本工作（MET）进行认知任务分析（CTA）。认知任务分析包含感知需求开元体育官网登录入口、运动需求（如身体运动）以及其余的判断、决策和沟通需求（统称为认知需求）。尽管认知任务分析仅限于当前的授权表，且重点是任务生成开元体育网站入口，但研究人员对认知任务分析的应用可转移至其他任务领域中。然后，研究人员简要概述了选定的先进训练技术，并介绍了主题专家（SME）对这些技术在满足多能空军人员培训需求方面的相对优缺点的评估。最后，研究人员通过两个场景来说明某些先进的训练技术如何协助完成特定的多能空军人员任务培训。

　　认知任务分析对有效执行不同任务所需的知识和技能进行分类和比较。认知任务分析的结果可用于多种目的，如创建训练系统或设计界面以提升人类表现。认知任务分析可在不同的具体程度上进行。为了确定适合用于对多能空军人员进行交叉训练的技术，研究人员采用了克里斯托弗·威肯斯（Christopher D. Wickens）的人因工作量模型中的三类任务需求：

　　训练系统的设计需要对感知、认知和运动技能进行更细致的区分，并具备更多关于支持任务基本工作的知识和程序类型的信息。不过，这一基本的“三类需求”模型对于确定合适的训练技术的基本特征还是大有裨益的。

　　图1显示了四项具有代表性的任务基本工作的认知任务分析评级。从图中可以看出，“人员问责”对任何维度的要求都不高。相反，“随身通信维修工具包通信卫星蝶形天线安装”对所有维度的要求都很高。“飞机武器保险/解除保险”对感知和运动维度的要求很高，而“飞行作战超级职责”对感知和认知维度的要求很高。

　　训练技术涉及的领域非常广泛。在评估与多能空军人员相关的训练技术时，研究人员仅限于分析训练的落实方式，即训练媒介，而不打算全面审查所有潜在的训练技术（如游戏、网络、互操作性、人工智能、生理评估技术、学习管理系统、各类模拟器）。研究人员根据训练媒介提供实际和/或虚拟内容以促进感知开元体育网站入口、认知和运动技能训练的能力对训练媒介进行了分组。具体来说，研究人员将训练媒介分为实景训练、基于计算机的训练（CBT）、增强现实（AR）或虚拟现实（VR）训练、使用触觉训练模拟器或综合训练设备的训练。

　　实景训练是落实训练的黄金标准。通过紧密匹配作战环境，实景训练可以最大限度地减少训练的迁移距离，从而最大限度地提高训练的迁移效果。实景训练非常适合用于训练认知开元体育网站入口、感知和运动技能。然而，实景训练的成本过高或危险性过大，无法演练某些技能，至少在日常训练中是如此。

　　基于计算机的训练使用的是为学习而设计的独立计算机程序。基于计算机的训练可自定步调，允许受训者自己把控与预先设计好的材料进行互动的方式，还能将受训者的反应与系统反馈结合起来。基于计算机的训练可提供多样化的内容开元体育网站入口，在不同的领域和学习者群体中都能产生不错的学习成效。基于计算机的训练特别适合用于训练认知技能，也非常适合用于训练某些感知技能，如注意力控制和图像识别，对于其他感知技能的训练则不适用，如关于物体相对于自身位置的空间信息。基于计算机的训练不适合用于训练运动技能。

　　基于计算机的训练要素可以与其他内容交付方法相结合，从而指导受训者选择通过增强现实或虚拟现实技术提供的体验。当研究人员独立于综合解决方案谈论基于计算机的训练时，研究人员指的是在计算机或其他电子学习设备上提供内容。

　　触觉训练对于掌握运动技能至关重要。触觉训练模拟器可提供力度和触觉反馈，方便受训者演练运动技能开元体育官网入口。这些模拟器在自由度（即设备支持运动的维度数量）、力度反馈程度和感知真实性方面各不相同。研究（尤其是医学领域的研究）发现，触觉设备可提高模拟训练的效果。总的来说，触觉训练模拟器非常适合用于训练运动技能开元体育官网登录入口。它们也可被纳入综合设计中，用于训练感知和认知技能；然而，纯粹的触觉训练模拟器并不适合用于训练感知或认知技能。

　　增强现实技术将虚拟信息叠加于真实世界的场景和物体上。叠加的虚拟信息可能包括教学信息、图像和感知线索。增强现实技术的成本相对较低，可由手机、平板电脑、头盔显示器等设备提供。最近的几项分析发现，增强现实技术与非模拟控制环境中的训练一样有效，甚至比它更有效。信息叠加的使用让增强现实技术非常适合用于训练认识和感知技能。此外，由于增强现实技术可以让受训者与现实世界中的实物互动，因此也非常适合用于训练运动技能。

　　需要注意的是，增强现实技术解决方案可以让受训者与实物和实体环境互动，但某些增强现实技术主要涉及可视化开元体育网站入口，因此，并非所有增强现实技术解决方案都可用于帮助受训者掌握运动技能。

　　虚拟现实技术可营造一种沉浸式环境，通过生成高度仿真的三维场景，使用户感觉自己身临其境。虚拟现实技术可用于演练在现实世界中执行成本太高或危险性太大的技能，如火灾或危险品泄露处置。与增强现实技术一样，虚拟现实技术在某些情况下与传统训练方法一样有效，甚至比它们更有效。虚拟现实技术非常适合用于训练认知和感知技能，尤其是针对低频率、高风险的事件。重要的是，虚拟现实技术的有效性受任务/技术匹配度的影响，例如，当虚拟现实技术与真实的手动设备结合使用时，对带有运动元素的任务的训练成效最大；使用真实手术工具进行的虚拟现实手术模拟训练也比仅使用键盘和鼠标进行的类似模拟训练更加有效。总之，纯粹的虚拟现实技术并不适合用于训练运动技能，但可以通过触觉设备来弥补这一缺陷。

　　综合训练设备将增强现实或虚拟现实技术与触觉设备相结合，以营造逼真的感知和运动体验。增强现实或虚拟现实技术可提供感知输入，而触觉设备可支持手动输出。除了精细与粗大运动技能外，综合训练设备还被用于训练需要认知和感知技能的任务，如医疗手术和运动员日常训练。由于综合训练设备包含增强现实或虚拟现实技术，因此非常适合用于训练认知和感知技能；又由于综合训练设备包含触觉设备开元体育官网入口，因此也非常适合用于训练运动技能。

　　表1总结了不同类型的训练技术的优缺点。在各类技术中，增强现实技术、综合训练设备以及实景训练非常适用于感知、认知和运动技能的训练；虚拟现实技术可有效应用于感知和认知技能的训练；触觉训练模拟器最适合用于训练运动技能；而基于计算机的训练一般仅限于训练认知技能。

　　为了了解各类训练技术的现状、如何使用这些训练技术以及它们带来的益处和风险，研究人员采访了来自20个国防科技组织的36名主题专家。讨论所涉及的技术并非专门用于或仅适用于多能空军人员的任务（例如，部分受访主题专家主要关注飞行员或医疗培训），但每项技术都有可能应用于训练多能空军人员。在这些讨论中，研究人员试图了解先进训练技术和方法的现状，即有哪些可用的技术和方法、这些技术和方法目前是如何运用的，以及如何将这些技术和方法用于满足多能空军人员的训练需求。研究人员还试图获取任何可能为美国空军部（DAF）进行多能空军人员训练带来启发的经验教训。

　　第一组采访主题与先进的训练技术在降低多能空军人员风险和缩短多能空军人员训练时间方面的潜力有关。

　　扩展现实是一个涵盖增强现实、虚拟现实和混合现实的术语。许多受访者都介绍了扩展现实技术如何应用于训练，以及哪些扩展现实技术适用于哪些类型的技能训练。

　　增强现实技术可通过多种方式用于训练感知和认知技能。一位受访者描述了增强现实技术如何在人们演练操作、判断和决策技能时通过显示项目核对清单来降低训练期间的认知需求。例如，增强现实系统可以从“印在设备或仪表盘上的二维码（QR code）”中检索内容。另一位受访者表示，增强现实技术可以提供感知线索，教导人们在复杂的视觉场景中应该注意什么开元体育网站入口。与此相关的是，增强现实技术可用于训练感知分辨能力；例如，研究人员了解到某个增强现实系统可以让技工“从图书馆中调用图像，以判断电器元件是否已磨损严重需要更换，或是否还能再使用几年。”最后，增强现实技术允许个人与位于远程地点的教师共享视觉信息。正如这些例子所示，增强现实技术可用于训练和支持实时表现。

　　一位受访者描述了将增强现实或虚拟现实元素与实物道具相结合来创建集成系统的情况。例如，一位受访者创建了一个简易的飞机战术训练器，方法是搭建一个木质驾驶舱，以柱塞为操纵杆，并搭配一副商用现成（COTS）的虚拟现实眼镜，以呈现出一种身临其境的效果。这样一来，受训者就可以用相对较低的成本来演练基本飞机操作所需的感知、认知和运动技能。三维（3D）打印技术使制作与扩展现实技术搭配使用的道具变得更加容易。当多能空军人员在训练过程中使用真实系统不安全（如武器上的击发装置）或真实系统无法使用时，这种方法不失为一种可行的替代方法。

　　许多受访者表示开元体育官网登录入口，扩展现实技术的最佳用途是改善而非替代实景训练。例如，扩展现实技术可用于在实景训练之前演练基本技能。一位受访者在谈及利用扩展现实技术向新飞行员介绍飞行基础知识的效果时说道：“他们在‘一美元飞行之旅’和他们的前十架次飞行中表现得更加出色……我们在飞行训练课程初期即发现，学员们在飞行准备和处理、学习和记忆信息方面的能力有了显著提升。”正如该例子所示，扩展现实技术并不能消除实景训练的必要性，而是能最大限度地发挥实景训练的优势。此外，扩展现实技术还可用于演练目前无法在实景训练中展示的高级技能。一位受访者表示：“由于现实生活中的种种限制，一些虚拟现实模拟器的速度要比飞机快得多。驾驶真实飞机你必须确保自己不被击中，但在模拟训练中你可以被击中……虚拟现实技术可以作为实景训练的补充，在某些情况下甚至能做到实景训练中做不到的事。”

　　用于提供训练的扩展现实技术媒介只是链条中的一环，该链条包括生成内容、将内容传送给作战人员以及评估作战人员的表现。

　　空军各联队的多能空军人员训练需求各不相同，因此可能难以预测。要实现多能空军人员概念，教练员必须能够根据需要创建教学内容。在采访过程中，研究人员了解到，一些商用现成工具可以帮助缺乏教学设计背景的人员快速生成反映科学学习原则的定制化培训材料。例如，一位受访者介绍了一款软件应用程序，该程序“让教练员的思维不局限于PowerPoint或讲座内容，并帮助教练员找到适用于不同情况的不同模式。”此外，研究人员还了解到了用于增强现实内容编写的商用现成工具。

　　为了阐明新训练技术的途，研究人员研究了授权表中的两个任务基本工作：热加油和工作计划的构建与传播。研究人员之所以选择这两个任务基本工作，是因为它们涉及了多种感知、认知和运动技能；此外，根据研究人员对美国国防部、行业和学术界的访谈的反馈，这些任务基本工作代表了各种训练技术极具说服力的使用案例。

　　图2总结了热加油流程的关键步骤，并介绍了先进的训练技术（尤其是增强现实技术）如何用于多能空军人员培训以进行该任务基本工作。

　　图3总结了构建与传播工作计划的关键步骤。尽管这项工作可能包括创建飞行计划，但与研究人员交谈过的主题专家对多能空军人员能否学会执行如此复杂的工作表示怀疑。他们认为，其他涉及后勤或维修的工作计划则更为可行。图3还简要介绍了先进的训练技术（尤其是基于计算机的训练）如何用于多能空军人员培训以进行该任务基本工作。