謝慧明，許 軼，姚克儉

（浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州310032）

隨著化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐的深入，傳統(tǒng)的精餾實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到一系列的變革.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI（Computer aided instruction）是現(xiàn)代精餾實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重要組成部分［1］，精餾實(shí)驗(yàn)仿真軟件就是其代表之一，可以讓學(xué)生更方便和形象的進(jìn)行精餾實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，易于學(xué)生理解接受.國(guó)內(nèi)外很多關(guān)于化工原理實(shí)驗(yàn)仿真的軟件中都包含精餾實(shí)驗(yàn)部分，但絕大多數(shù)精餾實(shí)驗(yàn)仿真軟件是在對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)做出較多簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上制作起來(lái)的，在簡(jiǎn)化的同時(shí)也會(huì)使我們不能很好的全面理解和掌握精餾知識(shí)；實(shí)驗(yàn)操作上有過(guò)多的限制，使學(xué)生操作起來(lái)變化不多，不夠真實(shí).CAI的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高了教學(xué)效果.計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了CAI向著更先進(jìn)、更高水平的方向發(fā)展，從而在教育領(lǐng)域最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的交互.如何進(jìn)一步提高CAI系統(tǒng)的功能和適應(yīng)性，使CAI系統(tǒng)具有智能性是目前面臨的難題.人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展，產(chǎn)生了智能化教學(xué)系統(tǒng)ITS（Intelligent teaching system）.軟件工程的方法引入到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，促進(jìn)了課程設(shè)計(jì)的工程化.在人工智能的幫助下，一些非計(jì)算機(jī)專業(yè)的教育工作者也能自己動(dòng)手方便地開(kāi)發(fā)出計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件.數(shù)據(jù)庫(kù)作為一件存儲(chǔ)工具，越來(lái)越多的在CAI中得到應(yīng)用，使得CAI的內(nèi)容變的更加豐富［2］.針對(duì)精餾仿真軟件中的問(wèn)題和現(xiàn)代CAI發(fā)展的趨勢(shì)，本系統(tǒng)做出相應(yīng)的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)操作限制少以及用大量自制動(dòng)畫來(lái)表現(xiàn)精餾實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象，使系統(tǒng)具有高仿真度.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，將人工智能引入到仿真系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)判斷實(shí)驗(yàn)操作和狀況［3］以及自動(dòng)經(jīng)多種方式指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作和系統(tǒng)再學(xué)習(xí)都是改進(jìn)后系統(tǒng)的特點(diǎn).

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)需求分析

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于化工原理精餾實(shí)驗(yàn)教學(xué)，屬于CAI范疇.以實(shí)驗(yàn)室中精餾實(shí)驗(yàn)裝置為原型，要包含有實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、取樣、數(shù)據(jù)處理等基本功能模塊，系統(tǒng)界面要求簡(jiǎn)潔，實(shí)驗(yàn)的動(dòng)畫要合適及生動(dòng).除了對(duì)正常的現(xiàn)象進(jìn)行仿真以外，主要是對(duì)精餾實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一些不良狀況和意外情況進(jìn)行仿真，如液泛、液漏、熱電藕干燒等狀況.本系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是導(dǎo)師系統(tǒng)概念，所謂導(dǎo)師系統(tǒng)就是像學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，邊上站著位實(shí)驗(yàn)老師時(shí)刻進(jìn)行指導(dǎo)，所以系統(tǒng)要具有指導(dǎo)學(xué)生完成整個(gè)精餾實(shí)驗(yàn)過(guò)程的功能，還要具有評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)完成好壞和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)掌握情況功能.仿真過(guò)程中的加料、加熱、等待塔內(nèi)氣液傳質(zhì)穩(wěn)定等步驟要能體現(xiàn)出時(shí)間的概念，并且實(shí)驗(yàn)的快慢程度具有可調(diào)節(jié)性，根據(jù)實(shí)際的情況不同進(jìn)行合理變化.

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 界面設(shè)計(jì)

以整個(gè)精餾實(shí)驗(yàn)裝置圖作為主操作界面.系統(tǒng)中考慮實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)際情況下的分布、大小比例和目前主流顯示器的分辨率等因素，適當(dāng)?shù)膶?duì)真實(shí)裝置做出改動(dòng)，使界面看起來(lái)既自然又能體現(xiàn)實(shí)際情況.界面制作的主要方法是選擇合適的圖片后，導(dǎo)入到picture box或image控件中，設(shè)置好相應(yīng)的屬性值，再將控件放到合適的位置，對(duì)于操作位通常由兩張或多張圖片疊加而成.

1.2.2 模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主體包括兩部分：流程組裝和仿真操作.仿真操作又包括操作監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)管理等模塊［4］.系統(tǒng)主體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The frame of the system

人工智能是研究使計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的某些思維過(guò)程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的技術(shù).是實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)智能化的重要部分，但并不是單獨(dú)存在，是嵌入在系統(tǒng)的模塊之中，在操作監(jiān)測(cè)和知識(shí)庫(kù)的管理模塊中用到人工智能的推理和學(xué)習(xí)技術(shù).

模塊功能：

1）用戶登錄模塊.以學(xué)生的學(xué)號(hào)作為統(tǒng)一識(shí)別信息來(lái)登陸系統(tǒng).在學(xué)生第一次使用該系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以學(xué)號(hào)作為標(biāo)識(shí)信息為學(xué)生建立自己的信息庫(kù)，記錄學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的完成情況.

2）系統(tǒng)設(shè)置模塊.配置系統(tǒng)的全局信息，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x擇和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的季節(jié)設(shè)定等.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒譃橹笇?dǎo)型和考核型兩種，指導(dǎo)型帶有操作指導(dǎo)功能，幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)；而考核型不帶指導(dǎo)功能，適用于考查學(xué)生對(duì)精餾實(shí)驗(yàn)的掌握情況.進(jìn)行精餾實(shí)驗(yàn)的季節(jié)不同，影響實(shí)驗(yàn)的室溫和大氣壓就會(huì)有差別.

3）流程組裝模塊.熟悉精餾實(shí)驗(yàn)的裝置和流程是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中的重要部分.流程組裝就是實(shí)現(xiàn)方法之一，其主要方式是事先摳出實(shí)驗(yàn)裝置中的重要部件，再由學(xué)生把這些部件圖片正確的安裝到缺少這些部件的流程上，使其完整.

4）操作監(jiān)測(cè)模塊.依據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)［5］中的信息和知識(shí)庫(kù)對(duì)學(xué)生操作進(jìn)行分析和判斷，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶筒僮鞯腻e(cuò)誤程度給出提示和指導(dǎo).

5）數(shù)據(jù)處理模塊.處理精餾實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算出全回流下的全塔效率和單板效率以及部分回流下的全塔效率.

6）實(shí)驗(yàn)評(píng)估模塊.依據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的完成情況和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中誤操作、不良狀況和事故出現(xiàn)的次數(shù)及嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估.

7）數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊.收錄更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中繼續(xù)添加以后每一屆學(xué)生的精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

8）知識(shí)庫(kù)管理模塊.負(fù)責(zé)對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行修改、刪除和添加.

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 環(huán)境搭建

2.1.1 開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)境

本系統(tǒng)不是通用型精餾實(shí)驗(yàn)仿真，是對(duì)特定的精餾實(shí)驗(yàn)裝置的仿真，具有自己實(shí)際存在的實(shí)驗(yàn)原型.本系統(tǒng)采用浙江工業(yè)大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)室的精餾實(shí)驗(yàn)裝置為原型，選用的物系為水—乙醇體系.

整個(gè)系統(tǒng)的制作過(guò)程是在Windows XP操作系統(tǒng)下完成的，同樣系統(tǒng)的運(yùn)行也要求在Windows XP操作系統(tǒng)進(jìn)行，顯示器的分辨率推薦1 024×768及以上，另外在 Windows XP操作系統(tǒng)中需要安裝有 Aspen plus 11.1和 Access 2003兩款軟件.

2.1.2 工具選擇

整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及到的內(nèi)容很廣，用到的工具種類也比較繁多，有Windows編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像制作和處理及動(dòng)畫制作轉(zhuǎn)化等.具體的工具有 Visual Basic 6.0，Access 2003，3dMax 8.0，Photoshop CS3，F(xiàn)lash 8.0，Swf2Gif，Setup Factory 7.0等，其中最主要的是：Visual Basic 6.0和 Access 2003.Visual Basic 6.0主要用于整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，代碼的實(shí)現(xiàn).Access2003主要作為系統(tǒng)的存儲(chǔ)工具.在數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)方面選擇DAO（Data access objects）.

2.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)選擇

選擇 Microsoft Access 2003作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，Access是一種桌面數(shù)據(jù)庫(kù)，也是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，能作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)使用，也可以以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（Structured query language）這樣的服務(wù)程序.此外，Access還具有開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連（Open database connectivity）特性，用戶可以與很多外部數(shù)據(jù)庫(kù)連接.同時(shí)Access與Visual Basic 6.0一樣是 Microsoft公司的產(chǎn)品，通過(guò)上面提到的 DAO，可以實(shí)現(xiàn)在 Visual Basic 6.0對(duì)Access進(jìn)行很好的控制.

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集和素材庫(kù)建立

收集歷屆學(xué)生所做的精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括在液泛狀況下測(cè)定的數(shù)據(jù).以一定的存儲(chǔ)方式存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中.本系統(tǒng)的素材通過(guò)收集和制作獲得.以精餾實(shí)驗(yàn)室的實(shí)物為對(duì)象，3dMax為三維模型制作工具，制作好后渲染導(dǎo)出，再經(jīng)Photoshop進(jìn)行處理，完成后作為圖形素材.以Flash8.0為制作工具制作表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和設(shè)備運(yùn)行的各種動(dòng)畫，導(dǎo)出Swf文件后，再由轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)成Gif文件，完成后作為動(dòng)畫素材.另外，素材庫(kù)的建立還包括對(duì)聲音文件的收集.

2.3 過(guò)程動(dòng)畫

動(dòng)畫在整個(gè)仿真系統(tǒng)中占有非常重要的位置，可以給人生動(dòng)、逼真、直觀及多視角的動(dòng)態(tài)描述［6］.實(shí)驗(yàn)中的一些設(shè)備的運(yùn)行，如離心泵；正常的狀態(tài)，如塔釜中蒸汽的產(chǎn)生；和非正常情況，如塔內(nèi)液泛.這些情況用圖片切換的方式來(lái)表示就顯得不合理，這時(shí)候就要用到動(dòng)畫.在閥門開(kāi)大后，液體流量并不會(huì)馬上到達(dá)穩(wěn)定，所以轉(zhuǎn)子流量指示流量應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程.即使在穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)，實(shí)際中的轉(zhuǎn)子流量計(jì)中的轉(zhuǎn)子也不是靜止的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡.每個(gè)動(dòng)畫都有自己的觸發(fā)機(jī)制.隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，系統(tǒng)中各個(gè)量會(huì)改變，如果傳遞到動(dòng)畫層的信息觸動(dòng)了動(dòng)畫的觸發(fā)機(jī)制，則相應(yīng)的動(dòng)畫就會(huì)顯示出來(lái).一方面系統(tǒng)狀態(tài)變化決定了動(dòng)畫顯示，另一方面則是通過(guò)動(dòng)畫顯示反應(yīng)出系統(tǒng)狀態(tài)的改變［7］.Visual Basic 6.0支持的動(dòng)畫格式有多種，如 Avi，Swf，Gif等.本系統(tǒng)選用Gif作為動(dòng)畫文件的主要格式，除了Gif文件的大小比較小以外，還因?yàn)榭梢钥刂艷if運(yùn)行的第三方控件功能比較完善，可以進(jìn)行較好的控制.

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)值

數(shù)值層控制著整個(gè)系統(tǒng)中涉及到的數(shù)據(jù)部分的數(shù)值變化和數(shù)值顯示［8］.數(shù)值變化是由系統(tǒng)中不同的數(shù)據(jù)模型計(jì)算得到.調(diào)節(jié)電壓后塔釜的加熱能力、改變閥門開(kāi)度后流體的流量、非穩(wěn)定狀態(tài)下塔釜和塔頂?shù)臏囟燃皦毫Φ茸兓加凶约旱臄?shù)據(jù)模型.其中精餾塔的計(jì)算模型最為復(fù)雜.以收集到的精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分別在aspen plus11.1中建立相應(yīng)的全回流和部分回流的水與乙醇精餾模型，再用收集到的同一套裝置不同組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)去校正，得到對(duì)某固定套裝置比較準(zhǔn)確的精餾模型.

數(shù)值顯示，按照學(xué)生的不同需求，通過(guò)菜單上的按鈕來(lái)選擇是否在界面上直接顯示數(shù)值.當(dāng)信息從邏輯層傳遞過(guò)來(lái)后，數(shù)據(jù)模型就對(duì)信息進(jìn)行加工，并把所得的結(jié)果再返回到邏輯層中，最后傳遞到界面.本系統(tǒng)的仿真性更是體現(xiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)用上，當(dāng)系統(tǒng)在穩(wěn)定點(diǎn)取樣時(shí)，首先會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)與取樣點(diǎn)的狀態(tài)相同，則調(diào)取數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)取樣的樣品濃度值.如果不存在，再通過(guò)精餾塔計(jì)算模型計(jì)算得到，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用Aspen plus11.1與系統(tǒng)之間的接口，打開(kāi)和運(yùn)行bkp文件，并通過(guò)接口把bkp中的數(shù)據(jù)傳遞到系統(tǒng)中.

有的模型是通過(guò)邏輯分析和化工常識(shí)建立起來(lái)的，得到的并不是一個(gè)精確值，而是反應(yīng)出某些量在某一狀態(tài)下的改變趨勢(shì).如非穩(wěn)定狀態(tài)下塔頂?shù)膲毫δＰ?，在產(chǎn)生蒸汽后沒(méi)有開(kāi)冷卻水而冷凝器放空又未打開(kāi)的情況下，塔內(nèi)的壓力是會(huì)增大的，這時(shí)候的壓力數(shù)據(jù)變化就反應(yīng)塔內(nèi)壓力增大的趨勢(shì).

2.5 邏輯控制

邏輯層解析和校驗(yàn)用戶提交的操作指令，經(jīng)過(guò)不同邏輯方式處理加工，再把信息傳遞到數(shù)據(jù)模型層中，或是直接傳遞到界面層、動(dòng)畫層和數(shù)值層，或是將模型層中的虛數(shù)數(shù)據(jù)提取并實(shí)體化后返回到界面層、動(dòng)畫層和數(shù)值層.對(duì)精餾實(shí)驗(yàn)中的操作動(dòng)作進(jìn)行分類，分為瞬時(shí)性和延時(shí)性動(dòng)作.銬克的開(kāi)關(guān)屬于瞬時(shí)性動(dòng)作，系統(tǒng)定義每處的銬克位置有一個(gè)邏輯值.當(dāng)銬克打開(kāi)時(shí)，值為 TRUE；關(guān)閉時(shí)，值為FALSE.類似的瞬時(shí)性動(dòng)作還有電源和泵開(kāi)關(guān).閥門的調(diào)節(jié)屬于延時(shí)性動(dòng)作，閥門的開(kāi)度控制著液體流量的變化，系統(tǒng)定義開(kāi)度和流量一個(gè)浮點(diǎn)型的數(shù)值，有一定的數(shù)值范圍.類似的值還包括電壓大小和液位高低等，一個(gè)范圍代表一種情況.系統(tǒng)中通過(guò)一個(gè)由時(shí)鐘觸發(fā)的程序，對(duì)這些值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，并傳遞到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中.

2.6 調(diào)試和安裝包

在整個(gè)系統(tǒng)制作完成之后就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，加入一些錯(cuò)誤處理程序，確保功能可以正常運(yùn)行，然后再打包制成安裝文件.

2.7 與同類軟件的比較

通過(guò)表1比較得知，本系統(tǒng)除了在界面和動(dòng)畫做了較多的改進(jìn)外，還在涉及精餾實(shí)驗(yàn)內(nèi)容量的容錯(cuò)性方面，引入了人工智能技術(shù)，使系統(tǒng)具有智能性，可以讓學(xué)生通過(guò)本系統(tǒng)的使用得到更全面的精餾知識(shí).

表1 本系統(tǒng)與同類軟件的精餾實(shí)驗(yàn)比較Table 1 The system compare with distillation experiment of other similar software's

3 人工智能在系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 精餾知識(shí)的獲取

知識(shí)獲取是將人類專家獲取領(lǐng)域知識(shí)并將其轉(zhuǎn)化為知識(shí)庫(kù)的過(guò)程.在這里我們采用精餾實(shí)驗(yàn)教師提供的對(duì)常見(jiàn)誤操作與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象間相互關(guān)系的分析以及精餾的一般性知識(shí)來(lái)作為領(lǐng)域知識(shí)，對(duì)這些信息進(jìn)行分析和處理，建立合適的結(jié)構(gòu)和規(guī)則，最終變成知識(shí)系統(tǒng)接受的知識(shí)表示形式，設(shè)計(jì)出專家知識(shí)庫(kù).

3.2 精餾知識(shí)庫(kù)的建立

知識(shí)庫(kù)用于存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識(shí)，其實(shí)質(zhì)就是將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)分成事實(shí)和規(guī)則，以便于以使用和管理的形式組織起來(lái)存入計(jì)算機(jī)，用于問(wèn)題的求解.在Access中設(shè)計(jì)好多表間的相互關(guān)系及各表的結(jié)構(gòu)，再將前面設(shè)計(jì)好的知識(shí)存放進(jìn)去.

3.3 具體運(yùn)用

在系統(tǒng)中建立推理機(jī)，就是通過(guò)程序控制對(duì)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的當(dāng)前問(wèn)題信息進(jìn)行識(shí)別并選取知識(shí)庫(kù)中的可用知識(shí)進(jìn)行推理.具體的有以下兩個(gè)方面：

1）操作監(jiān)測(cè)模塊.操作監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能中最為關(guān)鍵的一步.涉及到系統(tǒng)中大部分模塊，還包括推理機(jī)的運(yùn)行和知識(shí)庫(kù)的運(yùn)用.負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行分析和判斷并對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo).

學(xué)生在界面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，系統(tǒng)會(huì)對(duì)操作引起的變化進(jìn)行判斷，可以幫助操作者理解操作信息－包括誤操作與精餾知識(shí)間的關(guān)系，促使學(xué)生有更好的操作表現(xiàn)，使整個(gè)導(dǎo)師系統(tǒng)更有效的得到使用［9］.每進(jìn)行一步實(shí)驗(yàn)操作，操作指令傳遞到邏輯層，經(jīng)過(guò)各種方式邏輯加工，一部分信息傳遞到數(shù)據(jù)模型層，再由邏輯層對(duì)返回的信息進(jìn)行邏輯加工.最后將邏輯層中的所有信息傳遞到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，推理機(jī)依據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)和知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)對(duì)該步操作進(jìn)行分析和判斷.根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆賹?duì)分析和判斷的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理.如果是考核型，那么系統(tǒng)對(duì)誤操作沒(méi)有任何提示，但會(huì)在實(shí)驗(yàn)評(píng)估部分中作記錄，以供實(shí)驗(yàn)結(jié)束后評(píng)估之用［10－11］.如果是指導(dǎo)型，那么系統(tǒng)會(huì)根據(jù)誤操作錯(cuò)誤程度的不同以不同的提示方式來(lái)給學(xué)生說(shuō)明原因并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作.另外在指導(dǎo)模式下，如果遇到未預(yù)料到的情況，這時(shí)候可以調(diào)取綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，并且由實(shí)驗(yàn)教師來(lái)依據(jù)這些過(guò)程實(shí)時(shí)信息對(duì)實(shí)驗(yàn)狀況進(jìn)行分析，再通過(guò)系統(tǒng)提供開(kāi)放性接口把結(jié)果存入到知識(shí)庫(kù)中，以備下次使用.具體運(yùn)行如圖2所示，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，系統(tǒng)讀取操作，那么系統(tǒng)中的一些值就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，再把這些數(shù)值傳遞到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)與知識(shí)庫(kù)中知識(shí)比較判斷，如果正常則繼續(xù)運(yùn)行，如果有誤操作則按照錯(cuò)誤的不同進(jìn)行提示.

圖2 操作監(jiān)測(cè)運(yùn)行方式Fig.2 The run way of operation monitoring

實(shí)驗(yàn)中的很多狀況的出現(xiàn)，不僅跟操作相關(guān)，而且還與持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短相關(guān)聯(lián).比如干燒熱電耦并不會(huì)馬上就燒壞、加熱電壓過(guò)高也不會(huì)馬上出現(xiàn)液泛等等.所以系統(tǒng)除了以操作來(lái)觸發(fā)監(jiān)測(cè)功能之外，還有個(gè)以時(shí)間作為變量的觸發(fā)機(jī)制.每隔一定的時(shí)間，通常較短就要執(zhí)行一次，其運(yùn)行方式與操作觸發(fā)式的一致.在部分中就是多加入一個(gè)判斷量，比如干燒熱電耦，干燒一定的時(shí)間才會(huì)壞，那么系統(tǒng)就設(shè)定一個(gè)干燒時(shí)間的最大值，如果實(shí)驗(yàn)中的干燒時(shí)間積累超過(guò)這個(gè)給定值，那么熱電耦就會(huì)燒壞.

2）開(kāi)放性接口.為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)點(diǎn)的覆蓋面，要不斷的將以后每屆學(xué)生在的精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)添加到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中.為此本系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入接口，系統(tǒng)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)做出一定的判斷之后再存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中.

實(shí)驗(yàn)操作具有偶然性，十個(gè)人對(duì)同一套裝置的操作可能都不相同.所以在知識(shí)庫(kù)首次錄入的時(shí)候，很難考慮到所有情況.系統(tǒng)完成后，我們不可能直接到知識(shí)庫(kù)中進(jìn)行操作，但這部分功能可通過(guò)開(kāi)放性接口來(lái)實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)教師可以通過(guò)開(kāi)放性接口把未考慮到的情況手動(dòng)添加到知識(shí)庫(kù)中，也可以在學(xué)生使用過(guò)程中遇到時(shí)，再由其分析后添加到知識(shí)庫(kù)中.使系統(tǒng)具有一個(gè)簡(jiǎn)單的再學(xué)習(xí)功能.

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作具有較強(qiáng)的開(kāi)放性，不局限于一個(gè)正確的實(shí)驗(yàn)操作流程，更能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作的真實(shí)性，還具有對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行監(jiān)測(cè)的功能，不僅幫助學(xué)生指出為什么不合理，更給出了操作建議，就像有位導(dǎo)師在邊上指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，解決疑問(wèn)，在實(shí)驗(yàn)的最后還能對(duì)學(xué)生的整體操作水平做出一個(gè)評(píng)估.通過(guò)精餾實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅使學(xué)生能夠驗(yàn)證書本上的理論，更能引起思考，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，特別是針對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的非正?，F(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)及時(shí)查找原因，提出解決方案，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力.在仿真軟件中可以做出多種嘗試，一旦失敗可以立即恢復(fù)過(guò)來(lái)，避開(kāi)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中一旦狀況破壞就是花很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)恢復(fù)，可以為學(xué)生節(jié)約大量的時(shí)間.隨著電腦技術(shù)和人工智能的發(fā)展，在未來(lái)可以在精餾實(shí)驗(yàn)中加入更多的人工智能因素，使其更智能化；通過(guò)更先進(jìn)的電腦技術(shù)手段，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表現(xiàn)更形象化.

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