电气自动化专业精品课程建设解决方案

电气自动化专业精品课程建设解决方案
2011-10-08
一、项目背景
2003年4月，教育部下发的《教育部关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》中明确指出：精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。

1、精品课程建设的目标
是聚集优质的教育资源，提高课程教学质量，使学生得到更好的教育，并可以在更大的范围内得到教学共享的一项教学创建活动。

它的宗旨是培养满足国家和地方发展需要的高素质人才。

2、精品课程建设的主要内容
是课程所在学科的科学规划、师资队伍的建设、教学内容及课程体系的建设、教学方法与手段的建设、教材的建设、实践教学基地的建设等。

3、精品课程建设主要步骤
是制定本课程的建设目标；课程教学内容与体系的研究，以及相关教材的建设；课程实践环节与实验、实习基地的建设；师资队伍的建设；教学方法与手段现代化的建设；教学内容与体系、教学方法与手段的改革与整合的实践；网上资源的完善以及课程的上网计划。

二、《宇龙机电控制仿真软件》平台简介
上海宇龙软件工程有限公司开发的《宇龙机电控制仿真软件》是用于电气自动化、机电一体化及相关专业教学和实训的仿真软件。

《宇龙机电控制仿真软件》由一个元器件库和用户可以选择一些元器件进行自由搭建所想象控制系统的工作仿真区构成。

元器件库由电路元器件、液压元器件、气动元器件以及各种控制对象组成。

《宇龙机电控制仿真软件》的元器件库是一个开放式的资源库，可根据需求将各种元器件和控制对象添加到现有库中。

有些元器件或控制对象还可以让用户自己添加或修改。

宇龙机电控制仿真软件界面
《宇龙机电控制仿真软件》是纯软件的实验实训仿真软件。

因此，不仅具有投资小、占地面积小、安全、耐用无损耗等优点。

1、电路元器件
通用继电器、中间继电器、电流继电器、电压继电器、时间继电器、热继电器、接触器、按钮开关、万能转换开关、熔断器、液位传感器、电磁阀、限位开关、固态继电器、刀开关、PLC、各种电源、控制变压器、桥式整流器、电磁吸盘、交通灯及各种灯具、数码管、各种电动机等。

PLC是其中一类重要电路元器件。

目前，已经涵盖了欧姆龙、西门子和三菱系列PLC。

本系统中提供了以上三种系列PLC部件的仿真程序编辑器。

在这些编辑器中，用户可以进行PLC程序的编制。

三菱PLC程序编辑仿真界面
2、液压元器件
动力元器件、各种控制元器件和各种执行元器件。

控制元器件包括：电磁式换向阀、液控式换向阀、手动换向阀、单向阀、调速阀、减压阀、压力继电器、溢流阀、节流阀、行程阀等。

3、气动元器件
与液压元器件相类似。

4、控制对象
小车自动往返控制系统、电动机顺序启动停止控制系统、物料搬运系统、全自动洗衣机控制系统、输送带自动控制系统、交通信号灯控制系统、物料混合控制系统、水塔自动供水系统、煤装卸系统、钻头系统、电机降压启动系统、机床液压系统、混凝土泵车液压系统、吊具液压系统、自动钻床气动控制系统、气动机械手控制系统等等。

5、自由搭建控制系统
用户可以通过鼠标操作，从元器件库中选择所需要的各种元器件（比如：各种开关、液压件、电机等）放入到仿真工作区。

然后，用导线连接各种电路元器件、用管道连接各种液压元器件和气动元器件搭建所需要的控制系统。

6、PLC程序可随意编制
如果含有PLC元器件的话，可以向PLC编制用户所编制的PLC程序。

最后，系统将根据所搭建的电路、液路和气路等以及本系统对PLC程序的输入输出进行逻辑解释。

这些控制对象根据用户设计搭建的链路和编制的PLC程序以可视化形式真实直观地表现控制对象的动作。

7、可以进行实时检测
由于本软件对所搭建的电路、液路和气路的电压、电流、压力，流量等进行实时计算，因此，在所搭建的控制链路上可以进行实时检测。

同时，也可以在元器件上设置不同的属性，从而实现各种不同的故障现象，用于故障检测训练。

实时检测
8、可机电混合搭建
用户可以使用元器件库自主发挥想象搭建各种控制系统。

并且，所搭建的控制系统可以是气、电、液混合的。

用户可以使用元器件库自主发挥想象搭建各种控制系统。

并且，《宇龙机电控制仿真软件》具有对用户编制的程序进行自动、合理、可视化的评判等功能。

9、可进行二次开发的平台
《宇龙机电控制仿真软件》是一个可以进行二次开发的开放式平台。

本公司应用这个平台快速开发了《宇龙数控机床维修仿真软件》的电气部分。

也应用这个平台开发各种汽车维修仿真软件的电路检测实训项目。

近期在“示范校建设”和“精品课程建设”项目中发挥多
方面的应用。

宇龙数控机床维修仿真软件
宇龙数控机床维修仿真软件后台电路
黄冈流水线项目
黄冈流水线项目后台电路
10、ActiveX控件
本软件附带的ActiveX控件提供了本软件与IE浏览器、微软PPT的接口功能。

应用本软件的ActiveX控件可以将本软件平台上开发制作的各种控制系统可以嵌入到IE浏览器或者微软PPT。

嵌入到IE浏览器的功能为“示范校建设”和“精品课程建设”项目的上网计划奠定了良好的基础。

微软PPT接口功能为使用本软件开发制作的各种控制系统可以方便地连接到微软PPT。

教师可以使用PPT和本软件可以自由搭建各种控制系统的优势，编制各种
富有个性化的、具有人机交互功能的大型电子教程。

IE浏览器上的机电控制仿真软件ActiveX控件
11、题库管理程序
使用本软件开发制作各种控制系统作为项目保存下来。

这些项目中可以事先设置一些故障或者只给与一些元器件不给与完整连接，让学生检测这些故障或者完成连接，这些项目就成了实训项目。

通过题库管理程序为这些实训项目配上适当的题干和选项就包装编制成各种题目，然后，保存到题库中。

题干和选项的描述可以是灵活多样的，只要改变题干或者选项的描述，题材库中同一个仿真实训项目就可以编制出不同的试题。

题材库中一个仿真实训项目往往可以编制十多道题目。

因此，使用现有题材库就完全可以编制出一个庞大的试题库。

按照国家的题库建设规范，首先制定一个知识点细目表，根据每个知识点编制一些试题，通过题库管理程序将编制好的试题保存在题库中。

然后，由题库管理程序进行计算机随机组卷或者人工组卷。

最后，再由题库管理程序将组好的卷配发给学生进行练习或者考试。

12、练习程序
学生通过练习程序将题库管理程序组好的练习卷从服务器调出，并且，通过练习程序启动仿真实训项目，完成仿真实训操作，再进行答卷，完成指定的仿真实训练习。

这样的仿真实训练习可以做到智能化的自动评分。

13、考试程序
《宇龙机电控制仿真软件》具有对用户编制的PLC程序和搭建的控制系统进行自动、合
理、可视化的评判等功能。

因此，学生可以通过考试程序进行仿真实训操作考试。

三、在精品课程建设中担任的角色
课程所在学科的科学规划、师资队伍的建设、教学内容及课程体系的建设都是学术范畴的事情，都是涉及一个学校办学特色的事情，无疑只能由学校所能做的工作。

作为一个专门从事职业教育仿真软件开发已经十多年的上海宇龙软件工程有限公司，尽管其也拥有一些职业教育的专家，但是，去直接参与学科规划、师资队伍建设、教学内容及课程体系建设是力不从心的。

我们仅仅能参与以下方面的建设工作：
1.对教学方法与手段现代化的建设工作；
2.与多种媒体有机结合的立体化教材的建设工作；
3.和实践教学基地相配套的仿真实训环境平台建设工作；
4.网上资源的完善以及课程上网计划的工作。

以上这些建设工作绝大部分只是与计算机技术有关。

我们已经在这些领域已经工作了十多年了，已经积累了相当的技术基础和一定量的资源基础，尽管如此，得到学校在教学内容方面的指导仍是必不可少。

四、精品课程建设方案
合理运用现代信息技术是教学方法与手段现代化的建设的关键，《宇龙机电控制仿真软件》平台已经有了一个很好的基础和开端。

可以进一步扩充该平台使之成为学校精品课程建设的一个开发基础。

1、教学资源库整体架构
除师资队伍建设外，教学资源库是集精品课程建设所有成果于一体的一个大系统，其包括以下几方面的内容：
●学科规划（包括教育大纲及课程体系）
●课程标准（包括专业技能标准）
●各种媒体素材（包括图片图像、视频、动画等）
●各种电子教案（包括各种教学课件、课程录像）
●实践教学资料
●网络课程资源
●题库（包括案例库、练习题及考核试题库）
其中，学科规划、教育大纲及课程体系、课程标准和专业技能标准是教学资源库建设的灵魂，也体现了一个学校的办学特色。

教学资源库整体架构图
《宇龙机电控制仿真软件》可二次平台开发制作的各种控制系统作为各种媒体素材将充入到上述的教学资源库；通过《宇龙机电控制仿真软件》可二次平台开发制作的各种控制系统、ActiveX控件和微软PPT所编制的各种电子教案也将充入到上述的教学资源库；通过《宇龙机电控制仿真软件》的题库管理程序编制的仿真试题库都将充入到上述的教学资源库。

教学资源库将为课堂教学、仿真实训、课外自习、教材编制、课件制作、仿真考试等提供资源服务。

2、使用先进的教学方法和手段
《宇龙机电控制仿真软件》可二次开发平台为教学资源库建设提供更为现代化的信息技术的教学方法与手段。

该平台利用计算机对电路、液路和气路的实时计算来控制系统的正确运行。

随着信息化技术的快速发展，必定有更多的新技术会引入到《宇龙机电控制仿真软件》平台。

3、多种媒体有机结合的理实一体化教材建设
《宇龙机电控制仿真软件》平台和其上的ActiveX控件使得教师能够非常容易地编制由多种媒体有机结合的各种立体化教材、各种电子教案、各种教学课件。

特别，能够使得带有很强人机交互的各种仿真实训项目进入教材、电子教案和教学课件。

这使得我们的课堂教学
变得有更多的互动、更加丰富多彩。

这些教学手段改革正在打破理论教学和实训之间的界限，真正实现理实一体化教学目标。

4、建立仿真实训和考核平台
利用《宇龙机电控制仿真软件》平台开发制作的各种控制系统，可以编制大量的仿真实训题目。

将这些题目按照国家题库建设规范的要求存放到题库中，再按照各种要求组成各种练习卷或者考试卷，供学生在网上进行仿真实训操练和仿真考试。

这样的仿真实训考试环境平台与实训基地设备进行相互配套，必定大大提高实训基地设备使用效率和效果。

5、网络课程资源和上网计划
根据精品课程要使用网络进行教学与管理，相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、参考文献目录等要上网并免费开放，鼓励将网络课件、授课录像等上网开放，实现优质教学资源共享的要求，我们的教学资源库建设规划应该始终贯穿所有资源必须做到能够在IE浏览器环境中运行。

但是，IE浏览器的计算机图形功能是很弱的，实现仿真实时计算的速度是极有限的。

因此，我们可以通过开发IE浏览器上ActiveX插件方法来解决这个问题。

我们已经开发了IE浏览器上ActiveX插件，使得《宇龙机电控制仿真软件》平台开发制作的各种控制系统可以直接上网。

因此，教师编制的由多种媒体有机结合的各种立体化教材、各种电子教案、各种教学课件和各种案例都能直接挂到网上。

6、教学资源库管理系统
教学资源库是一个“航母”，数据量十分庞大，并且，教学资源库建设是一个长期的任务，因此，对教学资源库管理可以设计为数据库管理系统加文件管理系统的模式进行统一管理和维护。

A、资源内容格式
资源库的资源形式可以包括：
1.以HTML形式保存在数据库的文章
2.以XML形式保存在数据库的实训任务描述
3.word，excel，PowerPoint，PDF格式文档资料
4.jpg，png，tiff格式的图片资料
5.avi，wmv，flv格式的视频资料，其中flv可以显示在线视频播放
6.swf格式的flash课件，可以以互动方式达到教学目的
教学资源库界面
B、资源内容
1．教学资源题库管理
2．教师讲义
3．汽车原理教材
4．。

C、资源库使用者间交互功能
1.教学资源分类树
可针对不同的教学资源，设定层次型分类树，类似Windows的目录树结构，可根据需要按照“学院 >> 专业 >> 课程”的层次结构管理教学资源内容。

2.教学资源收藏功能
资源库用户（即教师）可将自己经常使用的教学资源，通过“收藏”功能，加入到自己的“收藏夹”以方便使用；考虑到收藏内容可能比较多，对于收藏的资源还提供“收藏分类”标签用户查找自己的收藏资源。

3.教学资源评论功能
为了方便用户间交流，保持资源库及时按照用户希望的方向发展，增加了教学资源“评论”功能，用户可以针对教学资源发表评论，内容可以包括使用经验，安装方法，教学资源的优缺点，以及改进意见等。

4.教学资源加分功能
除“评论”外，教师还可以为资源打分，每一个用户可以对于有价值的资源增加1分，每用户对于一个资源只能加一次分，所有加分过程均采取明细记录，可以
防止部分用户多次重复加分。

在有了一定的用户，以及时间积累后，教学资源库中的就可以自动区分出受教师欢迎的资源，以及产生这些资源的教师，对于教学资源库的持续更新有一定的推
动作用。

5.教学资源访问权限
建立教学资源库的目的是让用户间更方便的共享内容，因此教学资源库是应当尽量向用户开放资源。

但实际情况中可能出现一些资源出于某些原因（可能是尚未
成熟，或已经过期），只能在“有限”范围内共享；因此系统提供资源访问权限功
能，资源的作者可以指定某个教学资源可只对“指定”的用户开放。

7、教学资源库合理使用、维护和安全
由于教学资源库是一个公共服务平台，资源合理使用和维护的问题是我们一开始就必须慎重考虑和设计的。

比如，资源使用的优先级的问题、版权保护问题、数据保密问题等等。

另外，病毒侵袭问题、网上恶意攻击问题等等也是必须慎重考虑和对付的。

因此，可以独立设计一个权限管理模块和数据备份模块。

五、版权问题
《宇龙机电控制仿真软件》平台是基于微软Windows操作系统的一项Windows应用程序，本公司拥有完全自主的知识产权。

并且，已经获得国家版权局的著作权登记证书和上海市软件行业的产品登记证书。

本项目的教学资源库平台是在微软Windows操作系统、《宇龙机电控制仿真软件》平台以及一些其它Windows应用程序基础上开发的又一层的应用程序。

《宇龙机电控制仿真软件》平台是教学资源库的基础教学资源库平台更多地注重于教学资源、教学内容建设和开发，《宇龙机电控制仿真软件》平台则更多注重于在微软Windows操作系统基础上对教学内容实现的技术问题。

因此，本项目的教学资源库同样可以获得国家版权局的著作权登记证书和软件行业产品登记证书。

由于学校是教学资源库开发的主体，教育部门是出资方，本项目教学资源库版权理应归学校和出资方的教育部门共同所有。

本公司承诺可以协助获得国家版权局的著作权登记证书和软件行业产品登记证书。