基于组态课件的可视化教材管理系统设计与开发

来源:用户上传      作者:尤姗姗 杨洋 王业沐

　　摘  要： 目前，核电专业系统（核岛系统、常规岛系统、辅助系统）培训多以传统教科书和在线培训系统为主，其知识呈现多是以文字信息和简单的图像、视频信息相结合的方式。这种培训方式知识过于密集和抽象，培训效果一般，并且视频课件维护难度大。为提高核电专业系统培训效果及降低交互式动态课件开发难度，以核电厂实际培训教材为依据设计课件层次和逻辑结构，采用组态软件制作交互式动态课件，开发一套交互式，逻辑动态演示的核电专业系统课件及核电可视化教材培训系统。通过增强教学的直观性、交互性和多样性，降低学员对核电专业系统知识的理解难度，以提高培训效率、增强培训效果。
　　关键词： 核电厂;培训系统;组态软件;课件开发
　　【Abstract】： At present， the training of nuclear power professional systems （nuclear island system， conventional island system， auxiliary system） is mostly based on traditional textbooks and online training systems. The knowledge is presented in a combination of textual information and simple image and video information. This training method is too intensive and abstract， the training effect is general， and the video courseware maintenance is difficult. In order to improve the training effect of nuclear power professional system and reduce the difficulty of interactive dynamic courseware development， design the courseware hierarchy and logical structure based on the actual training materials of nuclear power plants， use interactive configuration software to create interactive dynamic courseware， and develop an interactive， logical dynamic demonstration. Nuclear power professional system courseware and nuclear power visualization teaching material training system. By enhancing the intuitiveness， interactivity and diversity of teaching， it is difficult to understand the students' understanding of nuclear power professional system knowledge， so as to improve training efficiency and enhance training effect.
　　【Key words】： Power plant; Training system; Configuration software; Courseware development
　　0  引言
　　在当前环境下，随着信息网络高速发展，在线培训已成为一种有效的培训方式，能够通过网络和电子化的方式进行资源管理、实时教育、在线考试和结果分析，可以让员工随时随地进行学习，具有传统培训方式不具备的灵活性，同时实现了培训资源的高效整合和共享，从而大幅降低培训成本和提高培训效率[1]。
　　目前现有的核电业务系统（核岛系统、常规岛系统、辅助系统）培训教材，仍然多以传统教科书形式的纸质媒介为主，其知识呈现多是以文字信息和简单的图像信息相结合的方式。这种传统培训教材的知识过于密集和抽象，培训效果一般。
　　通过对国内主要同行业可视化教材开发及应用情况的调研发现，主要有以下方式：（1）利用多媒体软件制作动画课件，例如Flash动画课件。Flash动画课件一旦制作完成，不可修改，后期修改维护成本极高。（2）利用仿真模拟技术辅助文字教材，以达到可视化培训和操作的目的。例如全范围模拟机及虚拟现实培训产品[2]。此方式在行业内属于领先地位，一般应用在核电厂高级操纵员培训和实操训练中。但课程开发成本及维护费用高，应用在初级和中级理论培训中较少。
　　本次课件和核电可视化教材培训系统开发主要应用在核电初级和中级理论培训中。为达到提高培训效果的目的，本系统开发实现对普通可视化教材及组态交互式课件的制作、维护和管理，通过增强教学的直观性、交互性和多样性，降低学员对电厂系统知识的接受和理解难度，以提高培训效率、增强培训效果[3]。
　　1  項目难点
　　1.1  培训课程内容设计难
　　核电厂有仪控系统、工艺系统、电气系统等，系统种类与数量都繁多，大约在百个数量级。每个核电专业系统具有参数信息量大，设备众多，系统运行方式和操作关系逻辑错综复杂等问题。多个核电专业系统之间也存在业务关联性。如何提炼出关键、必备且通俗易懂的知识点和逻辑关系难度较大。
　　通过对以上三类主要核电系统分析，工艺和电气系统具有设备多，线路多，参数多，有多种运行态和有系统图特点。仪控系统具有多工况，多信号及逻辑信号图特点。基于其各自特点，梳理出内容即可作为课件脚本。对整个核电业务系统来说，需要将所有的知识点整合成一个知识体系，而非孤立的知识点存在于系统，形成知识体系。 　　1.2  软件工程师与核电专业工程师之间技术接口协调难
　　软件工程师与核电工程师对对方的技术领域都不甚了解。尤其是软件工程师，在项目课件制作时，必须对培训课程理解到位，才能将系统复杂的逻辑关系制作出来，并优化软件开发过程。
　　1.3  选择合适的样本系统制作课件难
　　考虑到核电专业系统数量繁多，课件开发周期长。在项目实施初期，选择一个具有代表性的核电专业系统完成课件开发尤其重要。通过开发样本课件，总结其开发技术、管理经验、开发周期，以为后续开发全套的核电厂专业系统做铺垫。
　　通过对三类主要核电系统特点分析，选择工艺系统的非能动安全壳冷却系统PCS来作为样本系统验证可视化课件的效果。主要因为非能动安全壳冷却系统PCS在核电站各系统中，系统设备较少，功能相对独立，与其他系统接口少，有完整的动态逻辑。
　　1.4  课件开发工作量大，周期长
　　后续的全套核电专业系统课件开发是一项周期长，工作量巨大的任务。需要梳理三类主要核电系统，分阶段分层次完成课件开发。每个核电专业系统有设备参数，系统参数与概念，系统运行过程、操作逻辑、信号信息等知识点，根据梳理的知识点完成内容设计并制作出课件脚本，作为课件开发的依据。
　　1.5  软件系统设计难
　　普通的在线培训系统课件基本以常见的Html网页、文本、视频、图片文件为主，本次课件是一种新颖的格式文件，各课件之间具有业务层次与逻辑关联性。本软件系统需要搭建相对固定的、先进的软件架构，以期实现后续的核电专业系统课件开发只需完成核电专业系统设备参数、概念以及逻辑关系等知识点信息录入，无需为每个核电专业系统单独搭建独立的软件架构，降低后续开发工作的难度。
　　2  项目创新点
　　本项目的创新点在于利用组态软件开发交互式课件，课件的制作、开发、维护、发布都比较方便、快捷、成本低。
　　课件内容主要包括系统图绘制、文本信息录入，动态逻辑脚本的编写。相比其他类型的动态课件，本课件开发、维护和使用更简单，有以下原因：（1）组态软件有元件库，包含核电业务系统图中涉及到的大部分零部件。元件库中没有的零部件，课件开发工程师可以在组态软件中自主创建，并扩充到元件库。（2）动态逻辑通过简单脚本完成，无须编写大量软件代码。课件在制作与后期维护时更容易，成本更低。（3）相比其他需要额外安装插件的课件，交互式组态课件在客户端无需安装插件或编译，可直接打开课件演示动态过程，使用非常方便。
　　本项目交互式组态课件的实现机制可分为两类。一类是用户使用计算机操作交互结点的操作实现，例如按钮、热点、下拉菜单等;一类是使用系统函数、变量、自定义函数与变量等由数字驱动，在满足逻辑条件时触发交互响应。
　　交互式组态课件的开发创新了传统教科书形式的培训方式，以图文和动画相结合的模式对核电业务系统进行直观的介绍和展示[3]。以树状目录展示整个核电业务系統包含的知识体系，将核电站各级系统图按照父子级页面分级展示，分层次展示了系统知识点，尤其是运行态变化。用户可点击操作层层深入或在不同单个核电业务系统间跳转，学习每个核电业务系统知识点。
　　3  系统总体设计
　　经过对国内可视化培训教材开发软件平台的调研，目前暂无集可视化培训教材制作、维护与学习为一体的成形应用平台，均采用软件框架结合课件导入的方式开发可视化教材培训系统。
　　基于调研结果和核电可视化教材培训系统实际功能需求，满足教材制作、维护和在线学习等功能。核电可视化教材培训系统采用导入课件方式管理，课件属于核电可视化教材培训系统管理的内容，核电可视化教材培训系统开发采用B/S架构，MVC开发模式。前端采用HTML5，后台使用PHP，数据库为MySql。
　　核电可视化教材培训系统采用集中部署方式，公司及其下属部门在局域网内可以直接访问服务。
　　由于组态课件是由组态软件制作与发布，特配置一台独立组态课件服务器，用于制作、发布组态课件。
　　4  系统主要模块与功能
　　本系统功能采用模块化设计，各模块功能独立，主要包括课件库管理、课件审核、在线学习、在线考试、题库管理、成绩管理、专家答疑、新闻管理等[4]。系统功能图如下。
　　4.1  系统功能权限设计
　　根据不同级别用户设计不同功能权限，主要有普通学员、课件维护员、课件审核员、系统管理员。
　　普通学员，针对电厂所有员工的权限，具有选课、在线学习、考试、查询学习记录及成绩、提问答疑等功能。
　　课件维护员，针对电厂培训工程师的权限，具有制作、发布、修改、删除课件功能，同时具有新增、修改、删除、导入试题，新闻发布功能。
　　课件审核员，针对电厂培训主管的权限，审核课件维护员提交发布的课件。
　　系统管理员，针对本系统的超级管理员权限，拥有系统最高权限。设置用户与组织机构信息，设置用户权限，设置课件审核级别，系统日志管理。
　　4.2  课件库管理
　　课件库，主要是课件维护者制作、上传、修改、删除课件功能。普通课件直接在本系统中制作、修改信息。组态课件，需要在组态服务器中制作、编译，最终组态课件以Web地址形式在本系统课件库里进行维护;组态课件修改后，需重新编译，但访问地址不变，故课件库里无需修改组态课件访问链接。可通过课件名、作者、发布时间等查询课件信息[5]。
　　4.3  课件审核
　　课件审核，主要用于培训主管审核待发布的课件。课件审核级别由系统管理员设置，一般设置为二级审核。课件通过审核流程即发布;若未通过审核，会最终回退到课件维护者，由课件维护者根据修改意见完善课件后，再次提交发布申请。 　　4.4  在线学习
　　在线学习，主要是学员在课件库中选择要学习的课程，点击进入课程学习。对未学完的课程，可记录上次学习进度，在下次登录系统后可以继续学习。本模块管理记录学员学习档案，对学员每次学习都有详细记录。可以通过课件名称、学习时间、课件类型等条件来查询学习记录[6]。
　　4.5  在线考试
　　在线考试，目前仅提供客观题自测方式的考试，即系统从后台维护的题库中，随即抽取一定数量的题目，打乱题目顺序和答案顺序，学员自行答题，答题完成提交后，系统立即自动给出检查结果;自测考试可以反复进行;上一次考试完成，如果下次再进入在线考试，系统会再次随即生成一组考试题目;如学员未完成考试就退出了系统，当学员再次进入考试模块，系统会自动调出上次的答题试卷以继续答题[7]。
　　4.6  题库管理
　　题库管理，主要有新增、修改、删除、批量导入/导出试题功能。试题信息主要维护所属目录（科目）、题目、题目说明、题目选项内容、选项正确或错误等信息。批量导入试题，需要下载系统Excel模板，按模板内容编辑信息后，一次性导入试题[8]。
　　4.7  成绩管理
　　成绩管理，主要用于管理和统计已完成的考试信息。考试成绩查询通过科目或考试时间段等关键词查询。每门考试信息有考试科目、考试时间、题目总数、正确数量、错误数量、考试类型、试卷状态、试卷详情等信息。成绩管理可以统计某个学员某段时间内完成的考试次数，也可以查询一门课程的考试人数[9]。
　　4.8  专家答疑
　　专家答疑，目前是公开形式，对所有学员可见。主要用于学员提出学习中的疑问及搜索某问题的答疑，任何学员都可以发布问题答案，也可以查看本问题下其他人的回复。
　　4.9  新闻管理
　　新闻管理，主要用于所有与培训、考试相关的
　　新闻新增、修改、删除、发布、查询等。通过新闻标题、关键词、作者、来源、新闻日期、新闻内容、新闻插图等信息来维護一条新闻。新闻需要发布后，对学员可见[10]。
　　5  结论
　　核电可视化教材培训系统的开发初衷是解决核电厂各类系统培训高效性的问题，以最终达到提高学员培训效果目的。本系统的开发与应用得到了相关核电厂培训领域专家的认可，后续可以广泛推广和应用到电厂，课件内容可扩展至安全培训、质量培训、电厂维修等各领域。
　　参考文献
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