具有航運特色的自動化專業網絡教學模式改革

沈智鵬　梁金山　張寧

摘要：文章針對教育部對于新工科建設的具體要求，為培養具有航運特色的自動化專業領域人才，構建基于Web技術的自動化專業網絡教學平臺，并結合專家系統建立智能評估算法，優化師生日常教學考核模式，引領網絡實踐教學模式改革。

關鍵詞：教學改革;Web;智能評估;船舶輔鍋爐;主機遙控系統

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

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究和實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》。建設和發展“新工科”是當前社會產業升級和發展的必然要求，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、滿足國家產業經濟發展的現實需求。大連海事大學自動化專業2010年建立了船舶自動化方向，旨在培養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新型工程人才的需求。而進行該方面人才培養所需的設備面臨著種類復雜多樣、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進行仿真和模擬成了熱點問題。傳統的仿真系統只能在安裝有客戶端的固定設備上運行，無法滿足大規模、隨時隨地進行操作練習的需求。Web技術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網進行登錄練習，解除了場地和時間的限制，為人才的教育和培養提供了極大的便利。為了讓學生盡快熟悉船舶自動化系統的構成和主要功能，并熟練掌握系統操作方法，促進學生深刻理解自動控制理論的內涵及其工程應用，本文就基于Web的開放式網絡實踐教學平臺的構建，探索網絡實踐教學模式改革新方向。

一、改革目標

為增強學生的工程實踐綜合能力和工程創新意識，提高學生的綜合素質和創新能力，以面向新工科培養符合世界一流海事大學要求的高素質自動化綜合型人才為宗旨，構建全新的開放與自主學習模式下的自動化專業課程網絡實踐教學平臺，利用現代化信息技術，建立全方位開放、自主學習、創新模式下的實踐教學體系，以及基于該體系下的成績評定方式，確保學生得到嚴格的實踐能力訓練和創新能力的培養。同時，在新工科背景下充分發揮該實踐教學平臺的輻射和示范功能。為滿足學生大規模、無時空限制的自主學習和實踐操作的需求，平臺基于Web技術進行設計，使學生可以隨時隨地通過瀏覽器登錄進行船舶自動化典型系統的操作練習，教師可以利用現有的多媒體設備對船舶自動化系統的操作進行講解。同時，平臺具備隨機出卷、自動組卷和評估打分的功能。通過本平臺達到優化課堂教學形式、提高教學質量的目標。

二、系統設計

1.組成結構。網絡教學平臺主要由仿真模型、試題導入機制、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。

仿真模型是網絡教學平臺的基礎，本平臺采用模塊化建模的思想建立船舶輔鍋爐系統和船舶主機遙控系統的仿真模型。試題導入機制能夠自動為學生隨機生成試題，組成考卷。自動評估推理機通過檢測學生的試卷，對操作步驟、性能參數等評估指標與數據庫中的標準答案進行比較和評估，并生成考試結果。教師考試終端可對考試結果進行查詢與審閱。在考試過程中，學生考試終端和教師操作與查詢終端均通過網絡實現與平臺之間雙向通信的功能。

2.開發方案。由于Web技術B/S模式的“零客戶端”特點，本平臺基于Web技術進行構建。訪問者可登錄瀏覽器以HTTP協議方式對服務器發出訪問請求，服務器對請求進行響應并通過SQL結構化查詢語言向數據庫發出數據請求，數據庫根據請求進行查詢并將數據結果返回給服務器，服務器將其轉換為HTML信息返回給瀏覽器，瀏覽器對返回內容進行解析后以網頁的方式呈遞到訪問者面前。

系統采用ASP動態服務器頁面作為主體，采用微軟IIS服務組件作為服務器，采用access數據庫用于存儲數據。后臺使用VBScript腳本語言進行編寫，前端采用HTML+CSS+JavaScript組合對頁面進行編寫。

3.智能評估算法。由于學生在本平臺上所進行的考試內容是對仿真模型的實際操作，具有多樣性和復雜性的特點，試題導入機制的出題機制也為考試內容增添了隨機性。因此，如何對考生的成績進行正確客觀地評定是本系統一個重點和難點。本系統經綜合比較，提出一種基于專家系統的智能評估算法對試卷進行打分。該評估算法的主要步驟為：根據《中華人民共和國海船船員適任評估大綱和規范》中的相關規定，建立評估知識庫;根據大量的專家經驗提取評估規則;采取主觀賦權法的層次分析法對評估指標的權重進行賦值計算;確定評估指標隸屬度函數。

三、系統實現

根據上述的設計構建系統，實現預期的功能。在瀏覽器輸入網址進入本平臺，進行身份驗證。本文以學生的身份為例，登錄本平臺進行操作演示。完成身份驗證之后，進入系統選擇頁面。本平臺包含兩個系統供學生進行選擇：船舶輔鍋爐智能考試評估系統和船舶主機遙控智能考試評估系統。學生可自由選擇任一系統進行操作練習。選擇船舶輔鍋爐智能考試評估系統，進入模式及功能選擇頁面。在頁面中有練習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。練習模式為學生提供了一個可以進行自由操作的場所，學生可在該模式下進行練習，對操作流程進行了解和熟悉。考試模式可實現在線考試，自動打分等功能。選擇“練習模式”后，學生將進入系統的主界面。主界面上顯示系統當前各部分實時狀態，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。學生可通過主界面中模塊標識或導航欄進入船舶輔鍋爐的燃燒系統、水循環系統、蒸汽系統和控制面板中進行相關操作和練習。當學生練習完畢后，可點擊導航欄“退出練習”選項退出練習模式，返回模式選擇頁面。在模式選擇頁面中選擇“考試模式”進行在線考試。當學生進入考試模式后，教師端頁面將提示有一名考生等待出題，教師可為學生以手動出題或自動出題的方式選取試題進行考試。教師端出題后，學生將在學生端接收到教師所出的試題并且在規定的時間進行作答。作答完畢提交試卷后，智能評估算法立刻自動為學生的試卷進行評估打分，并顯示分數及扣分原因。便于學生及時發現不足，糾正錯誤。學生也可登錄船舶主機遙控智能考試評估系統，進行船舶主機遙控的相關操作練習。學生可通過點擊主界面中所展示主機遙控系統的各組成部分或導航欄進入到子系統中。本系統由駕控臺、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的特征。學生可通過對其操作，提高對主機遙控系統的安全操作能力和快速反應能力。該系統的操作方法和考試模式與基于Web的船舶輔鍋爐系統相同，不再贅述。

四、結論

本文開發的網絡教學平臺基于Web技術對船舶自動化系統進行建模與仿真，充分還原系統的功能和工作原理。建立基于專家系統的智能評估模塊實現客觀準確地考核評估，在便于學生登錄練習熟練操作的同時又能及時指出錯誤。通過本平臺提出網絡實踐教學模式改革，提高學生的綜合實踐能力以及工程創新意識，為面向新工科培養具有航運特色的自動化專業領域人才提供保障。

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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改革研究項目，大連海事大學教學改革項目（2018Y22）