具有航運特色的自動化專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式改革

沈智鵬　梁金山　張寧

摘要：文章針對教育部對于新工科建設(shè)的具體要求，為培養(yǎng)具有航運特色的自動化專業(yè)領(lǐng)域人才，構(gòu)建基于Web技術(shù)的自動化專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，并結(jié)合專家系統(tǒng)建立智能評估算法，優(yōu)化師生日常教學(xué)考核模式，引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)模式改革。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;Web;智能評估;船舶輔鍋爐;主機遙控系統(tǒng)

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）16-0135-02

2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究和實踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》。建設(shè)和發(fā)展“新工科”是當(dāng)前社會產(chǎn)業(yè)升級和發(fā)展的必然要求，是提高國家未來競爭力、贏得全球市場競爭的重要途徑，也是深化高校工程教育范式改革、滿足國家產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實需求。大連海事大學(xué)自動化專業(yè)2010年建立了船舶自動化方向，旨在培養(yǎng)具有航運特色的自動化綜合型人才，正符合新工科對于多元化創(chuàng)新型工程人才的需求。而進(jìn)行該方面人才培養(yǎng)所需的設(shè)備面臨著種類復(fù)雜多樣、實物占地面積大、操作成本高昂等一系列條件的制約。因此，如何對船舶自動化系統(tǒng)進(jìn)行仿真和模擬成了熱點問題。傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)只能在安裝有客戶端的固定設(shè)備上運行，無法滿足大規(guī)模、隨時隨地進(jìn)行操作練習(xí)的需求。Web技術(shù)B/S模式的“零客戶端”特點可以使得訪問者隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行登錄練習(xí)，解除了場地和時間的限制，為人才的教育和培養(yǎng)提供了極大的便利。為了讓學(xué)生盡快熟悉船舶自動化系統(tǒng)的構(gòu)成和主要功能，并熟練掌握系統(tǒng)操作方法，促進(jìn)學(xué)生深刻理解自動控制理論的內(nèi)涵及其工程應(yīng)用，本文就基于Web的開放式網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建，探索網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)模式改革新方向。

一、改革目標(biāo)

為增強學(xué)生的工程實踐綜合能力和工程創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，以面向新工科培養(yǎng)符合世界一流海事大學(xué)要求的高素質(zhì)自動化綜合型人才為宗旨，構(gòu)建全新的開放與自主學(xué)習(xí)模式下的自動化專業(yè)課程網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)平臺，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，建立全方位開放、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新模式下的實踐教學(xué)體系，以及基于該體系下的成績評定方式，確保學(xué)生得到嚴(yán)格的實踐能力訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，在新工科背景下充分發(fā)揮該實踐教學(xué)平臺的輻射和示范功能。為滿足學(xué)生大規(guī)模、無時空限制的自主學(xué)習(xí)和實踐操作的需求，平臺基于Web技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，使學(xué)生可以隨時隨地通過瀏覽器登錄進(jìn)行船舶自動化典型系統(tǒng)的操作練習(xí)，教師可以利用現(xiàn)有的多媒體設(shè)備對船舶自動化系統(tǒng)的操作進(jìn)行講解。同時，平臺具備隨機出卷、自動組卷和評估打分的功能。通過本平臺達(dá)到優(yōu)化課堂教學(xué)形式、提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)。

二、系統(tǒng)設(shè)計

1.組成結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺主要由仿真模型、試題導(dǎo)入機制、自動評估推理機、考生考試終端和教師查詢與操作終端等部分組成。

仿真模型是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的基礎(chǔ)，本平臺采用模塊化建模的思想建立船舶輔鍋爐系統(tǒng)和船舶主機遙控系統(tǒng)的仿真模型。試題導(dǎo)入機制能夠自動為學(xué)生隨機生成試題，組成考卷。自動評估推理機通過檢測學(xué)生的試卷，對操作步驟、性能參數(shù)等評估指標(biāo)與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比較和評估，并生成考試結(jié)果。教師考試終端可對考試結(jié)果進(jìn)行查詢與審閱。在考試過程中，學(xué)生考試終端和教師操作與查詢終端均通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與平臺之間雙向通信的功能。

2.開發(fā)方案。由于Web技術(shù)B/S模式的“零客戶端”特點，本平臺基于Web技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。訪問者可登錄瀏覽器以HTTP協(xié)議方式對服務(wù)器發(fā)出訪問請求，服務(wù)器對請求進(jìn)行響應(yīng)并通過SQL結(jié)構(gòu)化查詢語言向數(shù)據(jù)庫發(fā)出數(shù)據(jù)請求，數(shù)據(jù)庫根據(jù)請求進(jìn)行查詢并將數(shù)據(jù)結(jié)果返回給服務(wù)器，服務(wù)器將其轉(zhuǎn)換為HTML信息返回給瀏覽器，瀏覽器對返回內(nèi)容進(jìn)行解析后以網(wǎng)頁的方式呈遞到訪問者面前。

系統(tǒng)采用ASP動態(tài)服務(wù)器頁面作為主體，采用微軟IIS服務(wù)組件作為服務(wù)器，采用access數(shù)據(jù)庫用于存儲數(shù)據(jù)。后臺使用VBScript腳本語言進(jìn)行編寫，前端采用HTML+CSS+JavaScript組合對頁面進(jìn)行編寫。

3.智能評估算法。由于學(xué)生在本平臺上所進(jìn)行的考試內(nèi)容是對仿真模型的實際操作，具有多樣性和復(fù)雜性的特點，試題導(dǎo)入機制的出題機制也為考試內(nèi)容增添了隨機性。因此，如何對考生的成績進(jìn)行正確客觀地評定是本系統(tǒng)一個重點和難點。本系統(tǒng)經(jīng)綜合比較，提出一種基于專家系統(tǒng)的智能評估算法對試卷進(jìn)行打分。該評估算法的主要步驟為：根據(jù)《中華人民共和國海船船員適任評估大綱和規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，建立評估知識庫;根據(jù)大量的專家經(jīng)驗提取評估規(guī)則;采取主觀賦權(quán)法的層次分析法對評估指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行賦值計算;確定評估指標(biāo)隸屬度函數(shù)。

三、系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)上述的設(shè)計構(gòu)建系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)期的功能。在瀏覽器輸入網(wǎng)址進(jìn)入本平臺，進(jìn)行身份驗證。本文以學(xué)生的身份為例，登錄本平臺進(jìn)行操作演示。完成身份驗證之后，進(jìn)入系統(tǒng)選擇頁面。本平臺包含兩個系統(tǒng)供學(xué)生進(jìn)行選擇：船舶輔鍋爐智能考試評估系統(tǒng)和船舶主機遙控智能考試評估系統(tǒng)。學(xué)生可自由選擇任一系統(tǒng)進(jìn)行操作練習(xí)。選擇船舶輔鍋爐智能考試評估系統(tǒng)，進(jìn)入模式及功能選擇頁面。在頁面中有練習(xí)模式和考試模式兩個模式可供選擇，也可以由此頁面退出本系統(tǒng)。練習(xí)模式為學(xué)生提供了一個可以進(jìn)行自由操作的場所，學(xué)生可在該模式下進(jìn)行練習(xí)，對操作流程進(jìn)行了解和熟悉?？荚嚹Ｊ娇蓪崿F(xiàn)在線考試，自動打分等功能。選擇“練習(xí)模式”后，學(xué)生將進(jìn)入系統(tǒng)的主界面。主界面上顯示系統(tǒng)當(dāng)前各部分實時狀態(tài)，包括供水、輕油、重油、蒸汽的通斷情況，以及輔鍋爐和廢氣鍋爐的連通情況。學(xué)生可通過主界面中模塊標(biāo)識或?qū)Ш綑谶M(jìn)入船舶輔鍋爐的燃燒系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和控制面板中進(jìn)行相關(guān)操作和練習(xí)。當(dāng)學(xué)生練習(xí)完畢后，可點擊導(dǎo)航欄“退出練習(xí)”選項退出練習(xí)模式，返回模式選擇頁面。在模式選擇頁面中選擇“考試模式”進(jìn)行在線考試。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入考試模式后，教師端頁面將提示有一名考生等待出題，教師可為學(xué)生以手動出題或自動出題的方式選取試題進(jìn)行考試。教師端出題后，學(xué)生將在學(xué)生端接收到教師所出的試題并且在規(guī)定的時間進(jìn)行作答。作答完畢提交試卷后，智能評估算法立刻自動為學(xué)生的試卷進(jìn)行評估打分，并顯示分?jǐn)?shù)及扣分原因。便于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)不足，糾正錯誤。學(xué)生也可登錄船舶主機遙控智能考試評估系統(tǒng)，進(jìn)行船舶主機遙控的相關(guān)操作練習(xí)。學(xué)生可通過點擊主界面中所展示主機遙控系統(tǒng)的各組成部分或?qū)Ш綑谶M(jìn)入到子系統(tǒng)中。本系統(tǒng)由駕控臺、集控室、集控室車鐘、機旁、控制面板、氣動邏輯圖、3D模型等部分組成，充分還原船舶主機遙控系統(tǒng)的特征。學(xué)生可通過對其操作，提高對主機遙控系統(tǒng)的安全操作能力和快速反應(yīng)能力。該系統(tǒng)的操作方法和考試模式與基于Web的船舶輔鍋爐系統(tǒng)相同，不再贅述。

四、結(jié)論

本文開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺基于Web技術(shù)對船舶自動化系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，充分還原系統(tǒng)的功能和工作原理。建立基于專家系統(tǒng)的智能評估模塊實現(xiàn)客觀準(zhǔn)確地考核評估，在便于學(xué)生登錄練習(xí)熟練操作的同時又能及時指出錯誤。通過本平臺提出網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)模式改革，提高學(xué)生的綜合實踐能力以及工程創(chuàng)新意識，為面向新工科培養(yǎng)具有航運特色的自動化專業(yè)領(lǐng)域人才提供保障。

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The Reform of Automation Professional Network Teaching Mode with Shipping Characteristics

SHEN Zhi-peng1，LIANG Jin-shan1，ZHANG Ning2

（1.College of Marine Electrical Engineer;2.School of Foreign Languages，Dalian Maritime University，Dalian，Liaoning 116026，China）

Abstract：In view of the specific requirements of the ministry of education for constructing new engineering projects，in order to cultivate automation professionals with shipping characteristics，constructing a web-based teaching platform for automation professional，and establishing an intelligent evaluation algorithm based on the expert system to optimize the daily teaching evaluation mode of teachers and students and lead the reform of network practice teaching mode.

Key words：teaching reform;Web;intelligent assessment;marine auxiliary boiler;M/E remote control

收稿日期：2019-06-17

基金項目：遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項目，大連海事大學(xué)教學(xué)改革項目（2018Y22）