摘要：2023年12月20日，蘭德公司釋出報告【我們需要的部隊：培養多能空軍人員，實作敏捷作戰部署】，對「多能空軍人員」倡議進行了全面介紹。本文摘自上述報告，主要對多能空軍人員的訓練進行介紹。首先，文章提出，透過感知、認知和運動三類任務需求對多能空軍人員的任務基本工作進行認知任務分析，並闡明實景訓練、基於電腦的訓練、觸覺訓練模擬器、增強現實技術、虛擬現實技術、綜合訓練器材等訓練技術與任務基本工作之間的對映；其次，對擴充套件現實技術的使用現狀進行簡要介紹；最後透過熱加油和工作計劃的構建與傳播兩個案例，闡明將新訓練技術用於多能空軍人員任務基本工作的訓練場景。
關鍵詞：敏捷作戰部署，多能空軍人員，訓練技術，虛擬現實，增強現實
多能空軍人員（MCA）概念在發展和維持次要技能方面面臨著重大挑戰。當被問及多能空軍人員概念的主要風險和權衡時，利益相關者普遍表示了對既要在次要任務中使技能達到可接受的熟練程度，又要在主要任務中緩解技能衰退的擔憂。此外，當被問及與多能空軍人員培訓相關的阻礙時，利益相關者普遍表示缺乏資源（如人員、物資、資金和時間）來滿足額外的培訓需求。這些擔憂並非無中生有。美國國防部和私營企業的經驗表明，如果不進行有效管理，交叉訓練計劃很可能會弱化人員的專業技能。在本文中，蘭德公司研究人員研究了如何利用先進的訓練技術進行多能空軍人員培訓。具體來說，蘭德公司研究人員將尋求使用合適的訓練技術滿足多能空軍人員的培訓需求。
盡管多能空軍人員的培訓工作在很大程度上已下放至空軍聯隊層面進行，但空軍仍以授權表（TOA）的形式提供了一些總體指導。該授權表概述了任務生成（MG）所需的多能空軍人員任務（二級技能），以及獲準在每項任務中進行交叉使用訓練的空軍專業（AFSC）。為了檢查訓練技術和多能空軍人員的培訓需求，研究人員首先對與獲批準的授權表相關的任務基本工作（MET）進行認知任務分析（CTA）。認知任務分析包含感知需求、運動需求（如身體運動）以及其余的判斷、決策和溝通需求（統稱為認知需求）。盡管認知任務分析僅限於當前的授權表，且重點是任務生成，但研究人員對認知任務分析的套用可轉移至其他任務領域中。然後，研究人員簡要概述了選定的先進訓練技術，並介紹了主題專家（SME）對這些技術在滿足多能空軍人員培訓需求方面的相對優缺點的評估。最後，研究人員透過兩個場景來說明某些先進的訓練技術如何協助完成特定的多能空軍人員任務培訓。
多能空軍人員任務基本工作的認知任務分析
認知任務分析對有效執行不同任務所需的知識和技能進行分類和比較。認知任務分析的結果可用於多種目的，如建立訓練系統或設計界面以提升人類表現。認知任務分析可在不同的具體程度上進行。為了確定適合用於對多能空軍人員進行交叉訓練的技術，研究人員采用了克里斯托弗·威肯斯（Christopher D. Wickens）的人因工作量模型中的三類任務需求：
訓練系統的設計需要對感知、認知和運動技能進行更細致的區分，並具備更多關於支持任務基本工作的知識和程式類別的資訊。不過，這一基本的「三類需求」模型對於確定合適的訓練技術的基本特征還是大有裨益的。
1.認知任務分析在多能空軍人員任務基本工作中的套用
圖1顯示了四項具有代表性的任務基本工作的認知任務分析評級。從圖中可以看出，「人員問責」對任何維度的要求都不高。相反，「隨身通訊維修工具包通訊衛星蝶形天線安裝」對所有維度的要求都很高。「飛機武器保險/解除保險」對感知和運動維度的要求很高，而「飛行作戰超級職責」對感知和認知維度的要求很高。
圖1. 四項任務基本工作的感知、認知和運動維度評級
2.任務基本工作與訓練技術之間的對映
訓練技術涉及的領域非常廣泛。在評估與多能空軍人員相關的訓練技術時，研究人員僅限於分析訓練的落實方式，即訓練媒介，而不打算全面審查所有潛在的訓練技術（如遊戲、網絡、互操作性、人工智能、生理評估技術、學習管理系統、各類模擬器）。研究人員根據訓練媒介提供實際和/或虛擬內容以促進感知、認知和運動技能訓練的能力對訓練媒介進行了分組。具體來說，研究人員將訓練媒介分為實景訓練、基於電腦的訓練（CBT）、增強現實（AR）或虛擬現實（VR）訓練、使用觸覺訓練模擬器或綜合訓練器材的訓練。
2.1實景訓練
實景訓練是落實訓練的黃金標準。透過緊密匹配作戰環境，實景訓練可以最大限度地減少訓練的遷移距離，從而最大限度地提高訓練的遷移效果。實景訓練非常適合用於訓練認知、感知和運動技能。然而，實景訓練的成本過高或危險性過大，無法演練某些技能，至少在日常訓練中是如此。
2.2 基於電腦的訓練
基於電腦的訓練使用的是為學習而設計的獨立電腦程式。基於電腦的訓練可自定步調，允許受訓者自己把控與預先設計好的材料進行互動的方式，還能將受訓者的反應與系統反饋結合起來。基於電腦的訓練可提供多樣化的內容，在不同的領域和學習者群體中都能產生不錯的學習成效。基於電腦的訓練特別適合用於訓練認知技能，也非常適合用於訓練某些感知技能，如註意力控制和影像辨識，對於其他感知技能的訓練則不適用，如關於物體相對於自身位置的空間資訊。基於電腦的訓練不適合用於訓練運動技能。
基於電腦的訓練要素可以與其他內容交付方法相結合，從而指導受訓者選擇透過增強現實或虛擬現實技術提供的體驗。當研究人員獨立於綜合解決方案談論基於電腦的訓練時，研究人員指的是在電腦或其他電子學習器材上提供內容。
2.3 觸覺訓練模擬器
觸覺訓練對於掌握運動技能至關重要。觸覺訓練模擬器可提供力度和觸覺反饋，方便受訓者演練運動技能。這些模擬器在自由度（即器材支持運動的維度數量）、力度反饋程度和感知真實性方面各不相同。研究（尤其是醫學領域的研究）發現，觸覺器材可提高模擬訓練的效果。總的來說，觸覺訓練模擬器非常適合用於訓練運動技能。它們也可被納入綜合設計中，用於訓練感知和認知技能；然而，純粹的觸覺訓練模擬器並不適合用於訓練感知或認知技能。
2.4 增強現實技術
增強現實技術將虛擬資訊疊加於真實世界的場景和物體上。疊加的虛擬資訊可能包括教學資訊、影像和感知線索。增強現實技術的成本相對較低，可由手機、平板電腦、頭盔顯視器等器材提供。最近的幾項分析發現，增強現實技術與非模擬控制環境中的訓練一樣有效，甚至比它更有效。資訊疊加的使用讓增強現實技術非常適合用於訓練認識和感知技能。此外，由於增強現實技術可以讓受訓者與現實世界中的實物互動，因此也非常適合用於訓練運動技能。
需要註意的是，增強現實技術解決方案可以讓受訓者與實物和實體環境互動，但某些增強現實技術主要涉及視覺化，因此，並非所有增強現實技術解決方案都可用於幫助受訓者掌握運動技能。
2.5 虛擬現實技術
虛擬現實技術可營造一種沈浸式環境，透過生成高度仿真的三維場景，使使用者感覺自己身臨其境。虛擬現實技術可用於演練在現實世界中執行成本太高或危險性太大的技能，如火災或危險品泄露處置。與增強現實技術一樣，虛擬現實技術在某些情況下與傳統訓練方法一樣有效，甚至比它們更有效。虛擬現實技術非常適合用於訓練認知和感知技能，尤其是針對低頻率、高風險的事件。重要的是，虛擬現實技術的有效性受任務/技術匹配度的影響，例如，當虛擬現實技術與真實的手動器材結合使用時，對帶有運動元素的任務的訓練成效最大；使用真實手術工具進行的虛擬現實手術模擬訓練也比僅使用鍵盤和滑鼠進行的類似模擬訓練更加有效。總之，純粹的虛擬現實技術並不適合用於訓練運動技能，但可以透過觸覺器材來彌補這一缺陷。
2.6 綜合訓練器材
綜合訓練器材將增強現實或虛擬現實技術與觸覺器材相結合，以營造逼真的感知和運動體驗。增強現實或虛擬現實技術可提供感知輸入，而觸覺器材可支持手動輸出。除了精細與粗大運動技能外，綜合訓練器材還被用於訓練需要認知和感知技能的任務，如醫療手術和運動員日常訓練。由於綜合訓練器材包含增強現實或虛擬現實技術，因此非常適合用於訓練認知和感知技能；又由於綜合訓練器材包含觸覺器材，因此也非常適合用於訓練運動技能。
3.總結
表1總結了不同類別的訓練技術的優缺點。在各類技術中，增強現實技術、綜合訓練器材以及實景訓練非常適用於感知、認知和運動技能的訓練；虛擬現實技術可有效套用於感知和認知技能的訓練；觸覺訓練模擬器最適合用於訓練運動技能；而基於電腦的訓練一般僅限於訓練認知技能。
表1. 各類訓練技術與任務基本工作的適配關系
各類訓練技術的現狀
為了了解各類訓練技術的現狀、如何使用這些訓練技術以及它們帶來的益處和風險，研究人員采訪了來自20個國防科技組織的36名主題專家。討論所涉及的技術並非專門用於或僅適用於多能空軍人員的任務（例如，部份受訪主題專家主要關註飛行員或醫療培訓），但每項技術都有可能套用於訓練多能空軍人員。在這些討論中，研究人員試圖了解先進訓練技術和方法的現狀，即有哪些可用的技術和方法、這些技術和方法目前是如何運用的，以及如何將這些技術和方法用於滿足多能空軍人員的訓練需求。研究人員還試圖獲取任何可能為美國空軍部（DAF）進行多能空軍人員訓練帶來啟發的經驗教訓。
1.輔助技術
第一組采訪主題與先進的訓練技術在降低多能空軍人員風險和縮短多能空軍人員訓練時間方面的潛力有關。
1.1 擴充套件現實技術（XR）可用於訓練感知、認知和運動技能
擴充套件現實是一個涵蓋增強現實、虛擬現實和混合現實的術語。許多受訪者都介紹了擴充套件現實技術如何套用於訓練，以及哪些擴充套件現實技術適用於哪些類別的技能訓練。
增強現實技術可透過多種方式用於訓練感知和認知技能。一位受訪者描述了增強現實技術如何在人們演練操作、判斷和決策技能時透過顯示專案核對清單來降低訓練期間的認知需求。例如，增強現實系統可以從「印在器材或儀表盤上的二維碼（QR code）」中檢索內容。另一位受訪者表示，增強現實技術可以提供感知線索，教導人們在復雜的視覺場景中應該註意什麽。與此相關的是，增強現實技術可用於訓練感知分辨能力；例如，研究人員了解到某個增強現實系統可以讓技工「從圖書館中呼叫影像，以判斷電器元件是否已磨損嚴重需要更換，或是否還能再使用幾年。」最後，增強現實技術允許個人與位於遠端地點的教師共享視覺資訊。正如這些例子所示，增強現實技術可用於訓練和支持即時表現。
虛擬現實技術在適當的情況下也很有用。它對於低頻率、高風險的訓練場景很有價值。
一位受訪者描述了將增強現實或虛擬現實元素與實物道具相結合來建立整合系統的情況。例如，一位受訪者建立了一個簡易的飛機戰術訓練器，方法是搭建一個木質駕駛艙，以柱塞為操縱桿，並搭配一副商用現成（COTS）的虛擬現實眼鏡，以呈現出一種身臨其境的效果。這樣一來，受訓者就可以用相對較低的成本來演練基本飛機操作所需的感知、認知和運動技能。三維（3D）打印技術使制作與擴充套件現實技術搭配使用的道具變得更加容易。當多能空軍人員在訓練過程中使用真實系統不安全（如武器上的擊發裝置）或真實系統無法使用時，這種方法不失為一種可行的替代方法。
1.2 擴充套件現實技術可用於改善而非替代實景訓練
許多受訪者表示，擴充套件現實技術的最佳用途是改善而非替代實景訓練。例如，擴充套件現實技術可用於在實景訓練之前演練基本技能。一位受訪者在談及利用擴充套件現實技術向新飛行員介紹飛行基礎知識的效果時說道：「他們在‘一美元飛行之旅’和他們的前十架次飛行中表現得更加出色……我們在飛行訓練課程初期即發現，學員們在飛行準備和處理、學習和記憶資訊方面的能力有了顯著提升。」正如該例子所示，擴充套件現實技術並不能消除實景訓練的必要性，而是能最大限度地發揮實景訓練的優勢。此外，擴充套件現實技術還可用於演練目前無法在實景訓練中展示的高級技能。一位受訪者表示：「由於現實生活中的種種限制，一些虛擬現實模擬器的速度要比飛機快得多。駕駛真實飛機你必須確保自己不被擊中，但在模擬訓練中你可以被擊中……虛擬現實技術可以作為實景訓練的補充，在某些情況下甚至能做到實景訓練中做不到的事。」
1.3 必要時生成教育和訓練內容的工具
用於提供訓練的擴充套件現實技術媒介只是鏈條中的一環，該鏈條包括生成內容、將內容傳送給作戰人員以及評估作戰人員的表現。
空軍各聯隊的多能空軍人員訓練需求各不相同，因此可能難以預測。要實作多能空軍人員概念，教練員必須能夠根據需要建立教學內容。在采訪過程中，研究人員了解到，一些商用現成工具可以幫助缺乏教學設計背景的人員快速生成反映科學學習原則的客製化培訓材料。例如，一位受訪者介紹了一款軟件應用程式，該程式「讓教練員的思維不局限於PowerPoint或講座內容，並幫助教練員找到適用於不同情況的不同模式。」此外，研究人員還了解到了用於增強現實內容編寫的商用現成工具。
多能空軍人員任務基本工作的訓練場景
為了闡明新訓練技術的潛在用途，研究人員研究了授權表中的兩個任務基本工作：熱加油和工作計劃的構建與傳播。研究人員之所以選擇這兩個任務基本工作，是因為它們涉及了多種感知、認知和運動技能；此外，根據研究人員對美國國防部、行業和學術界的訪談的反饋，這些任務基本工作代表了各種訓練技術極具說服力的使用案例。
1.熱加油
圖2總結了熱加油流程的關鍵步驟，並介紹了先進的訓練技術（尤其是增強現實技術）如何用於多能空軍人員培訓以進行該任務基本工作。
圖2. 增強現實技術用於熱加油
2.工作計劃的構建與傳播
圖3總結了構建與傳播工作計劃的關鍵步驟。盡管這項工作可能包括建立飛行計劃，但與研究人員交談過的主題專家對多能空軍人員能否學會執行如此復雜的工作表示懷疑。他們認為，其他涉及後勤或維修的工作計劃則更為可行。圖3還簡要介紹了先進的訓練技術（尤其是基於電腦的訓練）如何用於多能空軍人員培訓以進行該任務基本工作。
圖3. 基於電腦的訓練用於構建與傳播工作計劃
