组态软件在实验教学中的应用

组态软件在实验教学中的应用（共9篇）

组态软件在实验教学中的应用 篇1

中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点 计算机专业专科毕业生论文

办公软件在教学中的应用优势

姓 名：学 号：专 业：学 校：指导教师：写作时间：

目录

论文摘要..............................................................1 一，办公软件结合多媒体教学, 相比传统教学方式的优势....................2 1.1传统教学特点`..................................................2 1.2 多媒体教学特点.................................................2 二．计算机办公软件的必要性............................................3 三．计算机网络环境有利于促进学生全面发展和提高他们的综合素质..........5 参考文献：............................................................6

论文摘要

随着科技的发展传统教学面临着新的挑战。传统教学以本为本，忠实地执行教材，教材上怎么写，教师就怎么讲，使教材成为禁锢学生自由创造、大胆创新的枷锁。多媒体技术具有处理文字、图形、图像和声音的综合能力，故采用多媒体技术的多媒体教学方法与传统的教学方法相比有着明显的优势，能够多方位、多角度、多途径地向学生传递信息，提供给学生灵活多样、丰富多彩的学习环境，使原本可能枯燥的课堂环境变得活泼，使抽象的概念与内容变得易记易懂。能够增加学生积极性和主动性，能够更好地学习和接受知识，而取得更好的成绩。

关键字：禁锢；枷锁；多媒体；综合能力;优势 一，办公软件结合多媒体教学, 相比传统教学方式的优势

传统教学是指教师在讲台黑板上讲解并辅以黑板板书，学生在座位上听讲与练习的教学方式。它的主要活动是教师依教学进度，把课本内容依序讲解给全班学生听：学生则经由上课专心听讲、练习和课后的温习来熟练课本与教师所讲授的知识内容，必要时教师补充许多教材或经由考试增加许多练习的机会。

1.1传统教学特点`

传统教学以“传递—接受”为特征，它主要有以下几个特点：（1）教师是知识的传授者，是整个教学过程的主宰；（2）学生是知识的传授对象，是外部刺激的被动接受者；（3）教材是学生的唯一学习内容，是学生知识的主要来源。传统教学具有以下优势：（1）有利于师生情感的交流；（2）有利于学生思维能力的培养；（3）是几千年教学模式精华的结晶；（4）有利于教师的教学创新。

在传统的教学中，教师负责教，学生负责学，教学就是教师对学生单向的“培养”活动，它表现为：一是以教为中心，学围绕教转。教师是知识的占有者和传授者，对于求知的学生来说，教师就是知识宝库，是活的教科书，是师所讲授的知识内容，必要时教师补充许多教材或经由考试增加许多练习的机会。

传统教学以“传递—接受”为特征，它主要有以下几个特点：（1）教师是知识的传授者，是整个教学过程的主宰；（2）学生是知识的传授对象，是外部刺激的被动接受者；（3）教材是学生的唯一学习内容，是学生知识的主要来源。传统教学具有的优势：（1）有利于师生情感的交流；（2）有利于学生思维能力的培养；（3）是几千年教学模式精华的结晶；（4）有利于教师的教学创新。

在传统的教学中，教师负责教，学生负责学，教学就是教师对学生单向的“培养”活动，它表现为：一是以教为中心，学围绕教转。教师是知识的占有者和传授者，对于求知的学生来说，教师就是知识宝库，是活的教科书，是学得比较好的学生演示，别的学生观摩的方法，发现他们普遍存在的问题，即可以解决问题，又可以让他们互相激励，从而获得较好的教学效果。

1.2 多媒体教学特点

多媒体技术具有处理文字、图形、图像和声音的综合能力，故采用多媒体技术的多媒体教学方法与传统的教学方法相比有着明显的优势：1.教学手段新颖。多媒体教学给课堂教学带来了新气息，多媒体利用现代科技将文字、声音、图像、视频、动画等多种传播媒介灵活地组合在一起，多方位、多角度、多途径地向学生传递信息，提供给学生灵活多样、丰富多彩的学习环境，使原本可能枯燥的课堂环境变得活泼，使抽象的概念与内容变得易记易懂。

2.教学形象直观。多媒体教学可以给课堂带来很多生机。比如：课堂情境的创设，能增强导入效果和活跃课堂气氛；讲授概念时，能将抽象的语言通过形象活动的课件展示出来；再利用多媒体进行教学时，给学生展示一个模型的建立过程，能激发学生的好奇心和求知欲，取得更好的教学效果；教师可以在教学过程中让个别学生起示范的作用，当老师教授完内容后，在学生普遍掌握基础知识的基础上，让学得比较好的学生演示，别的学生观摩的方法，发现他们普遍存在的问题，即可以解决问题，又可以让他们互相激励，从而获得较好的教学效果。

3.节约时间，提高了课堂效率。高质量的多媒体课件，形象具体、动静结合、声色兼备，恰当地加以运用，可以变抽象为具体，调动学生各种感官协同作用，解决教师难以讲清、学生难以听懂的内容，避免了教师大量书写、画图的麻烦，节约了时间，课堂容量大增，提高了课堂效率。

4.弥补客观条件的不足。某些专业的教学设计的器材设备及场地要求比较严格，对于一个教学单位来说，部分设备价格高达十几万甚至几十万，实在是力不能及。有些设备虽然价格上可以接受，但其在教学上的利用率不是很高，又造成资源上的浪费。多媒体教学可以改善现有客观条件的不足，在教学中能让学生先有一定的感性认识，再从书本上获得必要的理论指导。

5.扩大了授课范围，节省了人力。传统的教学方法，教师对学生面对面讲授，教师只能同时教一个班，利用多媒体和网络等手段，则大大扩大了授课范围，从而节约了人力资源。

6.实现了资源共享。多媒体教学准备过程中搜集和积累的大量相关专业素材，像图片、声音、影像资料、文字材料及课件等，都是可以保存在计算机、U盘及移动硬盘里的，非常方便保存和携带，可以重复使用，而且方便查找，更重要的是还有利于教师交流各自的教学体会，提高自己的教学水平，真正做到教学资源共享。

二．计算机办公软件的必要性

计算机多媒体技术以无可比拟的优势出现在了传统的教育模式面前，多媒体技术在教育中的应用使教学活动冲破了时间和空间的限制，形象、具体、生动而活泼地展现教学内容，很大程度上培养和激发了学生的学习兴趣，充分发挥学生的主体作用，使课堂教学效果事半功倍，极大地提高了教学效率，促进了教学内容和教学方法的更新。使计算机办公软件在教学应用中起到了举足轻重的作用，上升到了越来越重要地位。

二十一世纪是科学技术竞争和民族素质竞争的时代，其实质是人才、教育的竞争。教育的历史告诉我们，教育的每次重大变革和发展都离不开科学技术，科学技术是第一生产力也是教育发展的重要动力。Internet/Intranet 的迅猛发展，为信息的交流和共享，团队的协同运作提供了技术的保证，同时也预示着网络化办公时代来临。计算机多媒体办公软件具有集成性、控制性、交互性、非线性、实时性、信息使用的方便性、信息结构的动态性的特点，正是这个特点，使计算机办公软件在教学应用中起到了举足轻重的作用，上升到了越来越重要的地位。

现代科技发展日新月异，教学媒体种类多种多样，这些媒体的性能和特点都不尽相同，计算机媒体在教学内容上的表现上主要是以课件的方式进行的，课件是为了进行教与学活动而设计的计算机软件，它具有实施教育的本质、促进学习的功能。学生大多看腻了传统的只是讲解的教学过程，课本的应用只能是一种知识的简单再现，不能达到精炼信息和高密度集合信息的目的。与计算机技术教学相比：首先，计算机技术中的课件制作，可以生动再现“活”的课本，让学生学起来更形象。其次，多媒体技术的演化，可以减轻老师备课的负担，让老师讲起来更生动。再次，学生自己动手进行上机练习不仅可以强化学生的能力，更可以更好的增进信息之间的共享，达到更好的记忆效果。

现代社会是信息高速发展的产物，而高校学生的新特点告诉我们，他们的信息存储量是很大的，通过计算机技术的运用，不仅可以使师生之间的资源互换，老师之间的教育资源互换，还能达到国际之间的交流，交流范围甚广。多媒体课件能将文字、声音、图形、图像、动画、视频等多种信息集合与整合，达到某一确定目标的合理选择，并按照教学设计的要求，有机的鲜活的组合后显示在屏幕上，使学生获得多重感官刺激，提高学习效率和学习效果。但是，任何一种单一的媒体都不可能很好地面对整个教学过程，作为一个完整的课堂教学，当一种媒体的传递不能满足要求时，其他媒体可以进行补充，需要对性能各异的教学媒体进行优化组合，使其在教学过程中扬长避短，交互应用，协调统一教学效果。因此可见，根据学习者的特征以及教师的特征和教学内容的不同和教学目标的需要，使各种媒体有机结合，发挥各自的作用，相辅相成，构成教学信息传递的优化教学媒体群，共同参与教学全过程，这是迎合教学要求的，也是现代社会发展的必然要求。

三．计算机网络环境有利于促进学生全面发展和提高他们的综合素质

以计算机为基础的现代媒体能够优化教育、教学过程。其集中体现就是能充分发挥学生的主动性与创造性。事实证明：把计算机教学应用到教学过程，可以培养学生独立思考，创造能力和实践能力，创设出最理想的学习环境。这样，学生就可以在轻松与宽裕的环境中逐步获得独立思考，动手操作的能力。而我们在实验探索中，不仅仅能把网络的功能运用到课堂。教学中，更应该利用校园信息网络形成的智能环境，为学生创设一个轻松的学习、生活、成长的氛围，让学生在学校就可以进入国际互联网，开阔了视野，学会更多有用的信息，学会在没有老师的情况下自己学习，掌握一些二十一世纪社会所需要的能力。同时提高自己的自主学习、综合运用知识、动手和创造的能力。参考文献：

[1] 肖乐、周颜、陈明，计算机常用办公软件应用，清华大学出版社，2010-09出版，第三版

[2] 张海珊、劳动和社会保障部教材办公室，计算机办公软件应用(中级)，中国劳动社会保障出版社，2008-02出版，第二版

[3] 《工作过程导向新理念丛书》编委会，工作过程导向新理念丛书•中等职业学校教材•计算机专业•常用办公软件应用:office 2007中文版，清华大学出版社，2010-01出版，第二版 [4] 方**、田岭 中职中专计算机类教材系列•中等职业教育十一五规划教材:计算机应用基础及实训，科学出版社，2008-04出版，第二版

[5] 梁平枝、梁志标，职业院校计算机办公软件应用教学探讨，中国知网，2011—07

组态软件在实验教学中的应用 篇2

《液压传动及控制》是一门理论和实际联系很紧密的课程,要达到良好的教学效果,还存在两个“落后”:一是实验设备落后传统液压实验设备的液压回路功能单一,控制技术较为落后,不能很好地反映液压技术与先进控制技术的有机结合[1];二是教学模式落后传统的教学方法是“填鸭式”教学,单方面重视学科性、知识性的掌握,忽略了学生的实验操作能力。基于此,结合四川理工学院机械工程学院的教学实际,提出基于CBE教学模式和组态软件的液压实验教学系统。

该系统由上位机和下位机构成。上位机为PC机,用组态软件构建人机界面,实现动画连接;下位机采用PLC实现对液压系统的控制。组态软件具有强大的通讯功能,可以通过RS232接口与PLC之间进行通信,并与之实现对液压系统的在线监控。此外,由于液压元件、辅助元件种类多、数量多,学生不易掌握、实验动手能力弱等特点,将CBE教学模式引入液压实验教学过程中,提高学生学习效率、锻炼学生实验能力、培养学生学习兴趣,满足当前创新型实践教育和素质教育的要求[2]。

1 CBE模式融入实验教学

1.1 CBE模式

能力本位教育CBE(Competency Based Education)是近年来广泛应用于北美地区的一种教育思想。最大的特点是重视学生个人素质的独立发展,使受教育者具备所必需的能力,其目标性和针对性非常强[3]。CBE中的能力指的是一种综合能力,包括知识(与本职业的知识领域相关)、态度(动机、动力情感领域)、经验(活动的领域)、反馈(评估、评价领域)四个方面[4]。

1.2 CBE模式和传统实验模式的区别

CBE模式以如何使学生具备某种职业能力为出发点,其目标明确,针对性强。这种教学模式具有突出的实践性,与实验教学的培养要求相吻合,反映了一种新的教育观念[5]。CBE模式与传统的实验模式的区别见表1[6]。

1.3 CBE模式在实验教学中的应用

(1)知识:以培养能力为目标。

传统教学模式不利于学生对液压知识的理解。教学方法由学科性、知识性教育转化为综合能力的培养。

(2)态度:以学生主导为基点。

教学主体要从教师主导型转变为学生主导型。成为学生自主开发、学习为主,教师辅导为辅的教学模式。

(3)经验:以丰富实验内容为手段。

液压实验台的实验回路是固定模式,学生一些新想法和设计无法得到验证,制约了学生的创新思维。因此,可以通过组态软件丰富实验内容。

(4)反馈:以及时反馈为原则。

CBE模式强调学生的自我评估,完成学习以后,学生先进行自我评价,认为达到要求以后,再由教师进行考核[5]。因此在实验教学过程中便可及时完成教学反馈。

2 新实验教学平台的构建

目前我校机械工程学院的实验设备主要是QCS014液压实验台和JDY机电液综合实验台,用于液压元件和液压基本回路的教学实验。实验平台控制系统结构框图如图1所示。

该系统选择的PLC模块型号为西门子S7-200系列。上位机人机界面设计采用北京三维力控科技有限公司开发的力控组态软件。它是面向监控与数据采集的软件平台工具,具有丰富的设置项目,使用方式灵活,功能强大[7]。其最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成,提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法,只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”,便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。

3 液压实验系统范例

本实验系统对湖南宇航生产的JDY机电液综合实验台进行组态软件的实时监控系统开发。液压系统回路见图2。

3.1 组态软件控制界面设计

(1)图形界面设计:根据液压系统回路,以组态软件开发系统,通过工具箱中的绘图工具绘制出相应的液压元件,利用按钮、标签、数字显示器等图形进行界面设计,系统界面效果图见图3。

(2)创建实时数据库:数据库是整个应用系统的核心,负责整个组态软件的实时数据处理、历史数据存储、报警信息处理等,并进行数据连接。

(3)动画连接设计:第一步的图形界面设计只是将界面搭建起来,要反映控制对象的变化,还需要进行动画连接,实现对整个运动过程的在线监控[1]。在整个动画设计中需要注意以下两点:第一,在组态软件的设计中,液压缸的动作可以通过坐标变化来实现。液压缸原始横坐标值为140,每扫描一个周期,其坐标加上或减去2个坐标值,实现液压缸的运动。第二,组态程序是周期执行的,用户可以对运行周期进行设计,默认周期为1000ms。由于扫描周期过长,系统运行时动画变化较慢,经过实验,设置为300ms左右时即有明显变化。

3.2 组态软件与PLC联机调试

(1)设备连接:组态软件和外部硬件设备依靠通信电缆进行连接。组态软件中的数据对象还可与PLC控制地址一一对应,实现组态软件中的画面动作与PLC控制和实际的液压硬件动作同步。

(2)设备调试:该设备主要在实验室运行,通信距离不大于15m,因此PLC与PC机通过RS232实现通信。力控组态软件I/O设备组态时选用S7-200(PPI)方式,可以满足该实验系统的要求,JDY机电液综合实验台如图4所示。

(3)控制程序设计:整个控制程序分为两个部分,一是组态软件控制程序,可以对动画界面进行设计。二是通过STEP7软件对PLC进行控制程序的编制。而且输入、输出信号可以在组态界面中实时的反映出来。但在设置数据库组态时应注意,由于力控组态软件和S7-200通信时,组态软件对PLC只能读不能写,所以在编制PLC程序时,就不能用I0.0之类的输入,要用中间继电器如M0.0来代替。部分组态程序段如下所示:

4 结束语

基于CBE教学模式和组态软件的液压实验教学体系的构建,有助于加深学生对于液压课程的理解和掌握,加强学生实际操作能力,提高实验效果,调动学生的实验兴趣,转变传统的实验教学模式。已经初步应用于我校机械工程学院机电、材控专业的实验教学中,并取得了较好的教学效果。

摘要：本文在分析当前液压实验教学现状和存在问题的基础上,结合我校教学实际,构建了基于CBE教学模式和组态软件的液压实验教学平台,比较了CBE教学模式和传统教学模式的区别,进行了组态系统的设计。实验表明,该实验平台丰富了实验教学的手段,调动了学生学习积极性,使教学质量有了显著提高。

关键词：实验教学,CBE,组态,液压实验,PLC

参考文献

[1]徐晶晶,胡捷,浦恩帅.基于组态控制的液压实验系统[J].实验室研究与探索,2006,25(4):427-429.

[2]花传详,张丽珍,陈成明.FluidSM和“5S”在液压传动实践教学中的应用[J].实验室研究与探索,2009,28(8):36-37.

[3]李炯华,丛丽,宋洪波.基于CBE模式的旅游管理专业实践教学体系构建[J].实验技术与管理,2011,28(3):235.

[4]姜漓,连云凯.借鉴CBE模式改善计算机实验教学[J].恩施职业技术学院学报(综合版),2009,21(2):15.

[5]于海汀.CBE教学模式在高职工科教学中的应用探索[J].成人教育,2010,(12):25.

[6]贾光政,王金东,杨松山,邹龙庆.“液压与气动”实验教学模式的探讨[J].机床与液压,2007,35(2):151.

组态软件在实验教学中的应用 篇3

关键词：容器罐 组态软件 PLC 鸿沟

一、PLC梯形图编程解决了计算机技术与传统电气控制技术之间的鸿沟

图1液体搅拌系统

如图1所示，液体搅拌系统是可编程控制器（简称PLC）教学中比较典型的编程练习例子。自2004年承担PLC教学任务以来，我一直启发、教导学生用计算机梯形图语言编程。因为，该编程语言以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以梯形图为基础的形象编程语言，而梯形图符号和定义与常规继电器展开图完全一致，电气工程人员使用起来得心应手，不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业鸿沟，了解了PLC简要工作原理及其编程技术之后，即可结合实际需要进行PLC控制系统的应用。

二、运用PLC梯形图编程调试时，仍会遇到抽象的梯形图逻辑运算与现实的生产设备运行动态之间在思维上的鸿沟

从几年教学中，我发现学生在学完《工厂电气控制设备》、《电力拖动控制线路》课程后，经很短时间的培训就可掌握从继电器电气线路图转换成PLC梯形图程序及诸如“电机正反转”、“Y－△降压启动”等简单控制系统的编程，但对于液体搅拌系统、车床运转、电梯、自动售货机等略复杂的控制系统编程，时常是编写完程序后自认为十分严密、完美，可一到调试运行时，却无法从监控的梯形图所反映的开关与继电器状态判断出程序的逻辑关系是否符合控制要求，出现问题时同样判断不出是哪一段的逻辑运算出错。这就是学生在学习中遇到的又一道鸿沟，即抽象的梯形图逻辑运算与现实的生产设备运行动态之间的思维鸿沟。这一障碍较严重地制约着学生PLC编程的学习，是PLC实践教学中一个亟待解决的问题。

三、尝试运用多种方法“填沟”

在几年的教学实践中，我一直探索着如何在PLC控制系统编程上将控制设备的逻辑动作进行直观化。

起初，我借鉴PLC实验台上的控制模板，在模板上有设备的工艺流程图，并镶入指示灯及开关，接上对应的PLC输出、输入接口组成模拟调试系统。此法在显示方法上有较大的改进，也是以后组态系统的雏形，在程序监控中已能较直观地将梯形图中继电器的状态变化表现为工艺设备的状态变化，使学生准确地、直观地了解程序运行中设备的运转情况。但此法也有不足，无法展示设备一些模拟量的动态变化，如容器罐的液位变化。

有鉴于此，我在教学中遇到“机械手”这一课题时，常利用自动化生产线（MPS）中第二单元的机械手进行编程调试教学。结果，在随后的学习过程中，学生普遍反映感觉很好，连以前害怕被笑称“编程弱智”的女生也敢于一试。

总体而言，此种调试方法最贴近工厂实际生产设备的工作情况，编写、调试出来的程序也最具实用性和可靠性。美中不足的是，购买或制作一个实物教学模型并非容易之事，需要大量资金作支撑。

此后，我又尝试运用计算机制作图像和动画取代工艺流程图像板，期间试过运用Photoshop等图形制作软件制作设备运行动画，但无法与PLC进行通信来驱动图形作动画运行。后来我从有关计算机技术人员处咨询得知，若要从外界控制画面图形作动画运行，就必须使用高级语言作大量编程，而这并非一个人的能力所能完成，更非一个不精通计算机技术的人所能做到。

2005年的暑期培训中，我学习了组态软件在自动化控制系统中的应用，由此触发了灵感，萌生了用组态软件制作仿真设备来模拟工艺设备的运行以進行PLC梯形图程序调试的设想。

四、制作组态系统，试验“填沟”的具体过程

液体搅拌控制系统由装有力控组态软件的计算机、PLC、输入开关设备（控制开关）、输出设备组成，如图2所示：

图2系统结构图

该系统是通过RS232／422适配器和电缆使力控与PLC直接进行通讯，使PLC程序的执行情况实时、直观地在电脑画面上显示出来。

液体搅拌组态系统选用北京力控公司的力控软件设计制作。该软件由开发系统和运行系统两部分组成，工程组态系统一般先在开发系统中设计制作完毕，然后在运行系统中运行。液体搅拌组态系统主要制作过程如下：

第一步，在工程浏览器中建立液体搅拌系统工程项目。

第二步，在画面开发界面的图库中调出容器罐、管道、电磁阀、电动泵等素材组成液体搅拌组态系统的基本画面，再运用绘画工具修饰制作容器罐和管道的剖面效果。

第三步，在设备配置中定义松下电工FP1系列PLC的通信设置，具体内容如图3所示：

图3设备定义向导

第四步，在数据库数据字典中定义I/O变量和中间变量。例如，PLC的输出变量Y1的定义如图4所示：

图4变量属性设置

第五步，在命令语言中定义液体搅拌组态系统启动、运行、停止时变量的状态和一些运算关系。具体内容如下：

运行命令：

IF water>=88 THEN

MIDDLE.PV=1;

else

MIDDLE.PV=0;

ENDIF

//最上位置控制器的动作

IF water>=188 THEN

UP.PV=1;

else

UP.PV=0;

ENDIF

//最下位置控制器的动作

IF water>=5 THEN

DOWN.PV=1;

else

DOWN.PV=0;

ENDIF

//如果阀门1打开，则液体高度增加

IF KAI2.PV==1 THEN

water=water+1;

ENDIF

//电机动作

IF N.PV==1 THEN

IF turn==1 THEN

turn=0;

else

turn=1;

ENDIF

ENDIF

//如果输出阀门打开，则液面降低

IF OUT.PV==1 && water>0 THEN

water=water-1;

ENDIF

第六步，返回画面开发界面，利用已定义的变量设定画面的动画连接。例如，若要容器罐液位随PLC程序的执行而动态变化，则容器罐的动画效果设定为“填充效果”，动画条件设定为“容器罐液位”。

最后一步，在运行系统中试运行。

以上种种组态制作通常是用问答式填表方法来完成变量的设置，所用图形直接从图库中调出即可，大大节省了编程开发的工作量，使组态软件既易于学习又易于使用。也就是说，组态软件系统能有效填平抽象与现实之间的思维鸿沟。但另一方面，这要求组态图形系统的开发者必须熟悉PLC的编程和通信，了解C语言的一般格式和运算符功能，掌握数据库处理数据的模式，有美术功底则更能胜任。

五、结束语

将组态软件应用于PLC实践教学是教学改革的一个尝试，也是PLC模拟仿真教学的必然趋势。它不仅丰富了PLC教学手段，而且有效填平了抽象与现实之间的思维鸿沟。我们现在所面临的问题是如何利用组态软件构建和谐的PLC一体化教学平台，目的是激发学生学习的积极性，提高教学质量，为PLC教师提供新颖的集理论、实验、实习、开发创新于一体的教学平台。

参考文献

1．《力控使用手册》，北京力控公司，2006年

2．李乃夫主编，《可编程控制器原理—应用—实验》，中国轻工业出版社，1997年

组态软件在实验教学中的应用 篇4

摘要：通过BIM建筑信息模型技术，使用Autodesk revit软件进行建筑真实场景模拟操作。在建筑专业的相关课程上，使学生直接看到在电脑中虚拟的实际场景，将会是课程教学模式的一种变革。

关键词：BIM revit 教学模式

高职高专

一、BIM简介

BIM建筑信息模型(Building Information Modeling)，是一种全新的建筑设计、施工、管理的方法，以三维数字技术为基础，将规划、设计、建造、营运等各阶段的数据资料，全部包含在3D模型之中，让建筑物整个生命周期中任何阶段的工作人员在使用该模型时，都能拥有精确完整的数据，是一种虚拟现实技术。目前BIM核心建模软件主要有Autodesk公司的Revit系列(广泛应用于民用建筑领域)。

二、revit系列软件简介。

Revit是Autodesk公司一套系列软件的名称。Revit系列软件是专为建筑信息模型(BIM)构建的。主要分为以下几个模块：

（一）revit的Architecture模块。

主要用于建筑外形方面的设计，包括体量模型，地形场地构建，建筑墙体、门、窗、楼板、楼梯、屋顶等基本构件的三维设计，支持渲染及动画展示。

（二）revit的Structure模块。

主要用于建筑结构方面的设计，包括基础、柱、梁、板、钢筋等基本构件的三维设计及动画展示。

（三）revit的MEP模块。主要用于建筑设备方面的设计，包括暖通空调设备，电气设备及给排水设备的三维设计及动画展示。

revit不仅是三维设计软件，同样也支持平面图纸的出图要求，可以完成平面图纸上的标注、大样等功能。目前已升级到2014版本。

三、在课堂教学中revit系列软件的优缺点

（一）revit系列软件展示上的优势

1.三维动画演示比传统课堂教学的优势

在传统的建筑专业课堂教学中，大部分还是通过板书及图片PPT进行演示的形式。学生通过文字和简单静态图片的描述很难形成印象。通过revit系列软件，对整个建筑进行虚拟模拟，全方位展示建筑的虚拟画面。使学生有身临其境的感觉，加深对建筑的认识。

2.可以用revit进行展示的建筑专业课程。

（1）《建筑制图》课程，包括土建、电气、给排水等的制图课程。通过对三维模型和平面图纸上的一一对应，使学生更加明确在平面图纸上的各种符号及图例的意义。

（2）《工程预算》课程，包括土建、设备安装的预算课程。通过三维模型的展示，使学生明确工程量计算的实物及工程量计算规则的对应关系。

（3）《建筑设计》课程，包括建筑学，结构设计，电气、给排水、暖通空调的专业课程，通过形象的三维全方位演示，使学生有空间上的认识。

（4）《工程施工管理》课程。revit软件和AutodeskNavisworks软件搭配，进行建筑构件的四维模拟，形成施工过程的动画演示，使学生对于施工顺序，操作工艺等方面更加深入了解。（5）其他相关CAD实训课程。在高校的建筑CAD实训课程中，传统是进行AutoCAD软件的平面绘制，可以增加三维设计的软件实训操作。

3.revit在课堂的应用实例

在学校建筑电气专业开设的《建筑概论》课程，通过revit软件进行建筑的三维模拟演示，使学生更好的理解建筑的外形、功能及相关技术要求。在讲解建筑的平面及剖面设计方面，可以进行动态的设计及三维演示观察。相关的案例图片如下：

图1 建筑概论课程演示建筑整体效果

图2 建筑概论课程演示楼梯部分

（二）目前存在的问题及发展方向

1.在学校多媒体演示硬件上的不足。

目前多数学校均已配置电脑和投影仪进行多媒体教学，但三维设计软件对硬件的要求比较高，如果电脑配置过低，则会出现运行缓慢等问题，但随着电脑行业的快速发展，会逐渐解决这个问题。

2.在学校多媒体演示其他相关问题

目前学校师资力量有所不足，大部分的教师属于专业教学，对这一款偏向设计方向的软件没有掌握，需要进行长时间的培训，这对一部分电脑操作不熟悉的教师来说是个问题。

目前使用revit绘制的模型设计院视为知识产权，不会轻易拿出。所以课程的案例来源及素材也比较紧缺。

小结

在设计领域，三维设计软件逐渐成为一种趋势。BIM同样影响着传统的教学模式，通过虚拟现实技术使在现实生活或者现场实训才能看到的东西，直接虚拟显示讲解。使学生脱离无法把纸面与实际一一对应的传统课堂教学。这将会是教学模式的一种巨大的变化。

参考文献：

组态软件在实验教学中的应用 篇5

摘 要 在数字电子技术课堂中利用Multisim仿真软件进行教学演示，使得枯燥乏味的教学活动变得生动有趣，激发学生学习兴趣，提高学习积极性，增强教学效果。该软件还可以在电路设计及电路制作等其他实践和创新环节开发出更大更广泛的应用。

关键词 Multisim；动态仿真；数字电子技术

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）06-0017-03

在数字电子技术课堂教学中，教师经常需要讲解一些电路图、波形图、时序图等图形，传统的方法无非就是黑板、多媒体投影等形式，以便增强学生对知识要点的理解。但这里有个明显的问题，对大部分教师而言，要花大量的时间在黑板上或者PPT上把各种电路图、波形图或者时序图等精准地画出来，往往是事倍功半，因为画那些图形既费时又费力。从学生角度，也无法正确理解这些图的变化与参数之间的对应关系，与实际明显脱节。这样的学习很难引起学生的充分注意，因而也就不容易建立学习兴趣，所以学习效率也往往较低。结合现代职业教育的理念，这种教学模式和教学过程理论联系实际明显不够，学生的学习积极性不高也在所难免。

Multisim仿真软件中有强大的元器件库和仪表库，可以充分利用软件中这些强大库功能，同时针对学生的知识结构梳理出数字电子技术知识重难点，根据重难点绘制好电路图并将电路图进行动态仿真演示。Multisim仿真软件运行时的波形图、时序图等是动态效果图，很容易集中学生的注意力。在浅化知识点的同时，内容讲授过程变得更生动有形，课堂氛围既严谨又活泼，学生在潜移默化中提高了兴趣，从而增强教学效果。Multisim软件简介

Electronics Workbench（EWB）也称为“虚拟电子工作平台”，是加拿大IIT公司在20世纪八九十年代推出的用来进行电路仿真与设计的EDA软件。美国国家仪器仪表公司（National Instruments）在2005年将IIT公司兼并，MultiSim成为NI公司的电路设计软件的套件之一。2007年初，NI公司推出NI Multisim10。NI Multisim10具有丰富而强大的仿真分析能力，各种虚拟仪器设备，可以完成各种电路分析方法，以便帮助设计人员深入分析电路性能，提高设计效率，优化电路设计。在数字电路教学上的应用

以JK触发器为例 数字电路教学中，JK触发器属于比较难进行阐述和表达清楚的，学生也难于理解其中的原理的知识点。运用传统的教学方法来阐述JK触发器原理的时候，通常是通过布尔代数表达式来进行推导，通过推导得出JK触发器真值表；然后以真值表为基础，进一步画出JK触发器的时序图。现在看来，这种教学过程往往教师是主体，因为自始至终都是教师在推导演算JK触发器的真值表和表达式。整个过程中大部分学生无法得知教师所讲的JK触发器的硬件电路连接过程、输出波形变化与JK输入端高低电平的对应关系。

但是如果使用Multisim软件，通过软件把电路按图1连接好，同时将电路输出端与状态指示灯也连接好，那么时序图将用实时的示波器或逻辑分析仪来替代。通过两个开关A、B的组合，产生00、01、10、11四种状态的输入信号，然后在触发器的J端、K端分别接入00、01、10、11四种状态的输入信号，JK触发器的输出端Q和-Q的两个状态指示灯就会做出相应的亮灭变化。显而易见，这样的教学设计更加直观、明了，符合中职学生的认知规律，更能激发起学生的兴趣。教师引导学生分组做演示、讲解；学生提问、答疑；学生填表并汇报演示结果，小结。学生得到表1所示真值表。Multisim中电路原理图如图1所示。

通过仿真软件仿真完成JK触发器真值表的推导以后，接下来进一步学习JK触发器的功能。打开逻辑分析仪或者四踪示波器，然后对照真值表对JK触发器的功能做进一步分析。图1是一个波形图，图中示波器界面上同时显示了信号发生器的输入波形、JK触发器JK=11时的两个互补输出端Q和-Q波形。开关AB分别有四种不同输入组合状态，输出结果往往就不同。一方面指示灯表达了输出状态，另一方面输出又有波形显示，这样JK触发器的输入与输出结果之间到底是怎样的关系，通过图形动态演示很容易引人入胜并深入理解。由于该仿真软件提供了同时具备4个输入通道的示波器，同时显示16路信号的逻辑分析仪，这极大地方便了电路的仿真效果，也为课堂教学提供了极大便利。

总之，通过该软件的波形演示，能非常方便地将好几路信号同时显示在一个屏幕上，这样一来，学生和教师就能很方便地比较各信号之间复杂的对应关系，极大地增强了教学效果。

以计数器为例 在讲解计数器过程中，很多教师会根据以往经验积累，在讲解完计数器电路原理后，就直接根据计数器原理中的结论展示出计数器输出的时序图。然而在这个过程中，学生同样不知道电路的硬件连接、设置方法和计数器计数原理。有了Multisim软件的参与，相当于现场进行实验演示，教师可以很方便地利用软件搭建好所要讲解的电路，现场进行演示，然后让学生直接观察运行过程和结果（如图2所示）。可以确定的是，当学生一看到数码管上变化跳动的数字时，他的注意力更容易集中，同时兴趣倍增。电路理论的分析正确是否，都可以通过仿真软件对所搭建的电路进行仿真，查看运行结果。这样学生也会更愿意通过自己对电路的逻辑分析，把逻辑分析结果与软件仿真结果进行对比，验证自己分析是否正确，极大增强学习主动性。

随着教学过程的进一步深入，最后教师得出的时序图（图3），以动态的形式与学生讨论分析，相对于书本上静态图形而言，这种现场实时的、动态的图形不仅直观明了、简单易学，而且更有吸引力、说服力，教学效果更好。结论

组态软件在实验教学中的应用 篇6

虚拟仿真实训教学软件在中职农业专业中的应用

文/金 丽 邹国斌

摘 要：转变传统教学观念，建立“为培养符合现代需要的创新型、应用型、实用型人才”相适应的信息化教学新观念，实现创新、应用、实用三者有机结合，利用虚拟仿真实训教学软件进行教学，学生在课堂上出现了可喜的变化，提高了学生的综合能力，从而能够更好地为地方经济服务。

关键词：信息化教学；教学软件；教学质量

信息化教学模式现已成为推动职业教育的重要突破口和有效手段。尤其是在实训教学中，仿真实训系统作为不可或缺的信息技术资源也越来越受到重视。虚拟仿真实训教学软件承载着中国特色职业教育实现现代化的重任，是推动我国职业教育内涵建设的重要突破口。

一、农林牧渔专业实践教学中存在的问题

1.本专业的教学受时间、空间、季节等影响比较严重，不利于实践教学，学生很难掌握好本专业的知识和技能。

2.实践教学中涉及的教学成本比较大，甚至有些教学成本学校无法承担。

3.实践教学中存在较大的教学风险，甚至会造成对环境的污染。

4.实践教学中教学互动性差，不可重复，甚至不能每名学生都进行实训，这样就不利于学生技能的提高和创新性的培养，无法激发学生的学习兴趣。

5.适合本专业的实训教学软件比较少，适合本校学情的就更少。

6.实践教学中无法以学生为中心，学生不能主动、积极地进行自主学习和主动学习。

二、虚拟仿真实训教学软件在农业专业教学中的.应用

1.避免了时间、季节对实践教学的影响。农业专业中的很多实训都是有季节性的，一年之中只有在特定的季节里才能完成特定的实训教学。其中动物的繁殖等一旦错过了季节即使有温室大棚也无法完成，这就对教学计划的制定和实施造成了严重的影响，使一些实训教学无法进行，不利于学生对知识和技能的掌握。而虚拟仿真实训教学软件的出现不仅使实训教学不再受时间和季节的限制，而且还可以节约实践教学中农作物所需要的生长周期，缩短了学生学习的时间。

2.避免了空间地域对实践教学的影响。不同的作物均有各自生长的地域特点，而各个学校却不能单纯的依据地域生物来决定教学内容，这样就会存在理论知识和实际不相符。虚拟仿真实训教学软件的出现大大克服了这样的地域限制。(www.fwsir.Com)例如，在实际教学中我们不能对南方实际作物进行很好的了解，为了加强对这些作物的了解，即使花费高昂的费用在实训基地建造温室大棚也不能取得很好的效果。而虚拟仿真实训教学软件有效地解决了这些问题，不再需要高昂的护理费用，只需要定期更新资源库即可，克服了地域对教学的限制。

3.能有效地控制教学成本，减少教学风险。农业专业的实训教学费用比较高昂，甚至有些是学校无法承担、无法完成的。大多数实训都涉及生物资源，具有生命特征的生物资源是不可逆转的，使得实训成本消耗过大，并且对环境有破坏作用，如，病虫害的防治等。利用虚拟仿真实训教学软件来代替实物实验，既可以节约教学成本，又可以保证实验效果，避免了对环境的破坏。有些实训对初学者来说很容易造成一定的危害，产生不可预见的后果，而虚拟仿真实训教学软件对各项技术及指标起到了一个很好的过渡作用，待学习者各项技术指标熟练之后再去实践，从而避免了不必要的损失，减少了教学风险。

4.教学交互性和可重复性强，有利于培养学生的创造性思维和技能的提高。虚拟仿真实训教学软件突破了理论教学和实践教学，更有利于每一位学生根据自身需要选择合适的学习资源。软件的可重复性、可逆转性和交互性更适合任何需要的学习，有利于激发学生学习的积极性和创造性。

5.结合本校的校情、学情，开发适合本校学生发展的虚拟仿真实训教学软件。基于符合农业教学的实训软件数量少且不太适合本校校情和学情的实际情况以及信息化教学已经成为日常教学的一种手段和方法的情况下，学校应改革、整合、创新了教学内容，对教学内容所需软件根据校情和学情自行开发，这样有利于实现创新、应用、实用三者有机结合，提高学生的综合能力。

6.以职业活动为主线，利用虚拟仿真实训教学软件践行“做中学”.在教学中，采用项目教学法、案例教学法等多种教学方法，优化教学设计，增强了教学的实践性、针对性和实效性，提高了教学质量。通过虚拟仿真实训教学软件再现了实际情景，学生通过实际操作完成各种职业技能的学习，实现了“做中学”的职业教学理念。

总之，农业专业虚拟仿真实训教学软件将理论和实践有机相融合，突出了“做中学、做中教”的职业教育教学特色，软件的趣味性提高了学生学习的自觉性，软件的交互性锻炼了学生思考问题的能力，软件考题的多样性激发了学生探究问题的潜能，软件操作路径的多样性唤起了学生自发谈论问题的热情，大大提高了教学效率。

参考文献：

[1]凌解良。信息化环境中的互动物理教学探究[J].江西科学，（03）。

[2]韩建光。网络化教育的新突破[J].江苏教育技术，（01）。

分屏软件在教学中的应用 篇7

分屏软件顾名思义就是用于将图像分别显示在多屏或多区域的软件。通常它可以将需传递的信息进行多屏幕录像和多屏幕播放显示,常常应用于教学、科研、遥控等领域。

1.1 软件的分类

这类软件的种类很多,按不同的方式分类将有不同的类别。

(1)按显示区域分双屏显示、三屏显示和多屏显示软件。

比如国外的Twinsplay 就是一款方便实用的程序窗口分屏显示软件,能够快速地实现两个程序同屏显示,极大地提高了工作效率。Twinsplay 可以让你一边看邮件,一边用Word办公;也可以一边看电影,一边上网看新闻,有效提升了桌面的利用效率。三分屏软件就是可以将屏幕分成3个区域显示的软件,这类软件通常还有录像、录音和编辑影像、语音的功能。Presentation Broadcast for PowerPoint、Microsoft Producer for PowerPoint、Camtasia Studio等软件都有这个功能。多分屏软件就是可以将一个屏幕很多区域显示,多用于大屏幕中。Acer Gridvista、SplitSceen 等软件都属于这类软件。

(2)按分屏显示的实效性来分,这类软件又可以分成实时和非实时软件。

实时软件往往通过网络将需传递的信息实时分屏多区域广播,它通过录像技术和网络技术将需要发布的信息向目的地进行现场直播式发送。这类软件有NetMeeting软件、Presentation Broadcast for PowerPoint、网动会议视频软件等。非实时性软件并非直播式的软件,它们往往通过录像的方式将信息录制下来,然后把录制好的信息通过分屏软件进行传播和发送。它可以进行对影像文件进行后期制作,获得较好的效果后才放置于网络共享。其中上面提到的三分屏软件Microsoft Producer for PowerPoint、Camtasia Studio等软件就是这一类。

通常在教学活动中,都会使用到分屏软件进行网络实时直播,使用到分屏软件的录像功能对教学进行录制然后放于网络共享。

1.2 分屏软件的应用

分屏软件的种类繁多,应用领域也非常广。许多操作系统的窗口管理都具有一定的分屏功能,比如说Window和Linux它们都有各自的窗口管理软件,但这些操作系统自带的窗口控制软件使用不方便,在进行窗口互换时会出现许多弊端,如果窗口或显示区域多于3个管理起来就更不方便了,专业的软件在这方面的优势比较明显。在传统的方法中有利用较大的显示器,将其分成不同的矩形区域来显示相对独立的画面,例如监视器系统中每个摄像头在显示器中成像,其画面只占屏幕的一个小矩形区域,但是这种画面只由一个应用程序输出,没有办法做到在不同的区域运行不同的应用程序。而利用分屏软件可以自动将一个屏幕分成多区域或多屏幕显示,该软件运行后,可以将一个屏幕分成多个区域显示,每个区域都能运行不同的程序,感觉就好像多用户同时在线工作,却被同时监控似的。这类软件充分应用在与显示有关的电脑媒体文件相关的屏幕显示方面。

在工业控制领域,它充分应用在远程遥控的监视上,许多工作环境和工作条件受到限制,比如说高温高压等条件下,需要对某些工作程序和进展等进行监视,都需要使用分屏软件,进行多方位的屏幕显示,以便于在远处的监控人员进行多方了解和实施控制。

在教学领域,它又被充分地应用在课程录制、网络教学、分课堂、分会场的显示上。用户通过这些软件对精品课程、示范课程等教学活动进行录像,并发布到网络上进行教学资源共享,也可以通过这些软件进行多会场、多人群的异地同时教学等。总之,这类软件的应用广泛,深受欢迎。本文将重点介绍分屏软件在教学领域的应用。

2 分屏软件在教学领域的应用

分屏软件在教学领域中应用很广,特别在精品课程、示范课程的拍摄中得到了很好的应用,而在异地分课堂同时授课方面也有较好的应用,作者将分别介绍它们这些方面的应用。

2.1 示范课程的录制

正如上面讲到的,许多分屏软件具有拍摄和编辑功能,这些功能可以同时进行课堂活动的拍摄和PowerPoint屏幕的录像,通过简单的后期制作即可生成分区域分屏幕播放的影音媒体文件。课程的录制应用最为广泛的软件为三分屏软件,它通过简单的设备建构和软件设置就能把课堂教学活动和电脑投影文档分开记录,能清晰地记录课程的全过程。这类视频录制软件也很多,作者通过对Presentation Broadcast for PowerPoint、Camtasia Studio、Microsoft Producer for PowerPoint等录像软件的基本功能、使用的优缺点等方面的比较,最终选择出Camtasia Studio加摄像机的录制方案,圆满完成了示范课程的录制工作,并为课程录制、演讲录制提供参考方案。

2.1.1 录制准备

对于课程的录制需要从三方面去准备,一个就是软件准备,选择适合拍摄的分屏软件,并进行设置。另一个是硬件准备,选择摄像头或摄像机等相关的硬件设施,并进行调节设置。还有一方面就是人文活动方面的准备,也就是要了解场地和师生进行交流来定录制方案。

(1)软件准备。

在录制前需要Camtasia Studio进行设置,设置录制文件存放的目录,设置录制文件的格式,设置语音记录的质量等内容,以及视频的亮度、对比度、色调、饱和度、清晰度等质量参数,并设置视频框的大小等,另外为了方便录制时的操作,可以设置开始及结束的组合键。

(2)硬件准备。

对于课程的录制来说,不同的录制效果要求不同的设备,如果仅仅是简单的教师讲课画面只需要一个摄像头、一个麦克风和一台电脑即可,如果想要录制高质量的、内容丰富的、饶有兴趣的课程,就需要较为专业的录影设备,甚至需要电视台使用的录像控制平台等。为了节约录像成本,在满足质量要求下,尽量使用手头上的老设备进行拍摄,笔者使用摄像机SONY PCIOIE、外置USB接口视频采集卡、麦克风和笔记本电脑进行拍摄。摄像机能提高100万像素的分辨率,录制480*360屏幕的文件已经满足清晰度的要求,它将教学课程进行录像,并通过视频采集卡将图像信息转换成数据信息输入电脑中进行记录,同时麦克风对课程中的语音进行采集并发送到电脑中和图像信息进行合成,生成影音文件,通过简单的后期制作就可以生成适合各种软件播放的媒体文件和分屏文件。

2.1.2 录制过程

首先需要确定录像机的机位,架设好设备。一般情况下在教室最后一排的中间位置放置摄像机,并配备移动式三脚架,这样更利于使用中景、近景或者特写的拍摄方式来记录教师讲课的动作表情、黑板板书内容等。调节好摄像机的白平衡,对教学过程中涉及的场景镜头进行事先的准备,做到镜头推拉速度合适,取景准确,保证录像与教师教学真实同步,避免忙中出错。

最后,对摄像机视频、音频、VGA信号的正常传输和采集进行调整,保证信号正常传输到电脑中。视频录制软件默认音频输入设备是笔记本电脑内置的麦克风,而该麦克风录音范围有限,声音采集质量较差,因此选择外置的麦克风能更好地记录课堂声音,有条件最好让教师佩带无线麦克风,这样不受活动范围限制。

如果课程时间比较长,中间需要休息的话,录制设备最好不要停机,情愿多录些空白内容,在后期制作时删除它,这样可以减少录制前设备的再次调试。当然在中间休息时,应当注意保护好设备以免被学生无意碰到。

图1就是使用Camtasia Studio合成后的图示,视频播放区中用于播放教师的教学影像或教学场景,教师与同学的表情清晰可见,整个课程的音频记录了当时的授课情况,反映出课程的生动性,体现了同学们对课程的兴趣,更反映出教学的真实性。演示文档区的文档直接来自于软件的记录,它克服了摄像机记录的闪烁和模糊等问题,其清晰度比投影仪投影出来的还要高,效果极佳,让学习者有种视觉的享受。目录区显示了本课程的主要内容,每个内容都能够上下滚动,能够随时选择学习或重点关注。

2.2 分课堂同时授课

分屏软件在教学工作中的另外一个成功例子就是分课堂授课。这是一种分屏软件的直播功能应用,它使用网络将课堂信息实时分屏显示在别的教室中,从而达到不同课堂同时授课的目的。它主要应用于人数众多的授课,需要分课堂实时授课的情况,这里将简单介绍这类软件的应用。

2.2.1 设备准备与要求

这方面的应用也需要从软件和硬件方面进行准备:

(1) 软件的准备。通常会使用到一些网络会议分屏软件,这类软件有两个特点,一个是可以同时分屏或分多区域显示,另一个是可以几乎实时显示(根据网络速度和距离有不同的延迟),如PPMEET软件、金谷视频协调办公软件、QQ实时视频等。笔者通过比较,最终确定使用网动视频会议系统专业版(Active Meeting 5.1),视频会议集音视频和数据协同操作为一体,它提供电子白板、网页同步、程序共享、演讲稿同步、虚拟打印、文件传输等多种方式的数据共享功能,全面满足远程视频会议、资料共享、协同工作、异地商务和远程培训等需要。

(2) 硬件的准备。为了获得满意的效果,系统要求如下:主持人端的电脑至少需配备这些设备:Windows 2000/XP,Windows 2003,PIII 800 RAM 128M、 声卡、耳麦、USB摄像头(或者视频采集卡+AV输出摄像头)、手写板(或者触摸屏可选)。用户端电脑至少需要这些设备:Windows98 / 2000/XP、2003, PIII 800 RAM 64M、声卡、耳麦、摄像头(可选)。服务器:Windows 2000 Advanced Server, P4 Server, RAM 512M, 100M网卡。服务器的出口带宽依据实际应用而定。操作系统必须是2000或XP,否则安装不成功,而且客户端上传的文件大小不能超过20M。

笔者使用了外置麦克风、笔记本电脑(联想 G450A-TSI(H)笔记本:Intel T6600 2.20G的CPU,内存2GB,硬盘320GB)、摄像机(红外彩色摄像机EVI-D30)。

2.2.2 系统调试

首先要检查网络是否工作正常,因为网络是运载授课过程到另外一个课堂的工具,一旦网络不顺畅整个授课过程将受到影响。接着对主课堂的录音、摄像设备进行调试,确保这些设备运行正常,录音清晰、录像清楚是首要的目标。最后调试分课堂上的显示功能。尽量做到主课堂讲授的知识能被清晰地、不被遗漏地传输到分课堂,另外还要做到主副课堂的同步。课堂间有约1s的延迟,对于听众来说差别不大。

2.2.3 分课堂授课及录制

在授课之前必须先把课程的PPT文件传送到服务端,当一切准备就绪后,课程就可开始。首先启动主课堂的所有设备,包括摄像头的摄像功能、麦克风的采音功能、网络的传输功能,在开始会议后,老师讲课的PPT内容就可以同时在两个课堂同步显示。该软件在进行实时播放的同时进行课程录制,但该软件不能对录制的内容进行编辑和修改,需要另外找软件进行编辑和修改。授课过程中,只需要保证网络的运行正常,多个课堂数百人就可以达到同时听课的目的。图2为Active Meeting 5.1在课程同步播放及录制效果图。

3 结语

为了获得更多的信息,分屏多显示软件在当今社会得到了很好的应用。笔者以示范课程录制和实时分课堂授课为例,阐述这类软件在教学中的广泛应用。前者,使用了摄像机+外置USB接口视频采集卡+笔记本+ Camtasia Studio软件相结合拍摄的方法进行示范课程录制,它具有资金投入少、人员参与少、制作时间短的特点,录制清晰度高,对于教学资金紧缺、人员编制少的中小规模学校摄制精品课程录像片有很好的借鉴作用;后者,使用了网动视频会议系统专业版(Active Meeting 5.1)软件和摄像头、笔记本电脑和网络进行了数百人的分课堂授课,获得了良好的效果。这些都将为分屏软件在教学中的应用提供参考。

参考文献

[1]快速实现两个程序同屏显示[EB/OL].http://twinsplay.softonic.cn.

[2]王巍,张峻瑜.计算机分屏技术在期刊编辑排版工作流程中的应用[J].甘肃联合大学学报:自然科学版,2011(5).

[3]邓守城,蒋华.简论精品课程教学录像的制作[J].中国教育技术装备,2010(33).

组态软件在实验教学中的应用 篇8

摘要：针对电力工程基础课程在传统教学过程中强调计算而忽视电力系统分析、设计的情况，提出引入ETAP软件进行实践教学的新方法。以三相短路为例进行了理论分析，并以某辐射型电网为模型，应用ETAP进行了多种短路仿真实验，对实验方法做了详细说明，对实验结果进行了分析。课程设置的仿真实验包括三相短路计算、断路器的选择、不对称短路故障分析、相关参数对短路电流的影响等。通过这些实验，可以加深学生对电力系统短路知识的理解，从而更好的提高教学质量。

关键词：电力系统；仿真实验；ETAP；短路

【中图分类号】TM7-4；G642

电力系统相关课程包括电力工程基础、电力系统分析和电力系统自动化等。由于电力系统规模大、系统结构和运行方式复杂，许多大型电力系统实验很难进行，特别是电力系统中对设备和人员危害较大的短路故障实验，因此电力系统仿真教学成为电力系统教学中的一种重要方法。

在三相系统中，可能发生的短路包括三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路，其中三相短路对系统造成的危害最为严重，并且三相短路计算是其他不对称短路计算的基础，本文首先介绍了三相短路电流的计算方法，并以此为理论基础开展相关实验。

1 电力系统仿真软件简介

电力系统仿真软件包括Matlab、Power World Simulator、PSCAD/EMTDC、BPA、PSASP等，它们的结构和功能特点不同，各自的应用领域也有所侧重，如PSCAD/EMTDC主要进行电磁暂态和控制环节的仿真，BPA、PSASP主要进行潮流和机电暂态数字仿真，Matlab、Power World Simulator適用于一般教学[1]。ETAP软件是用于发电、配电和电力系统设计的专业商用软件，由于价格较高，目前尚未广泛应用于教学科研。南京航空航天大学自动化学院通过与ETAP公司合作，获得该软件的教学使用权，借此机遇将ETAP软件引入电力系统仿真教学中有重要意义，它不仅可以满足基本教学要求，还可以激发学生的研究兴趣，培养学生的创新意识和提高其解决工程问题的能力。

2 三相短路电流的理论分析

对于网状电网的三相短路，根据IEC标准，短路点用一个等效电压源 取代，其他所有设备都被表示成它们的内阻抗Zk，三相短路电流初始值（次暂态电流）的计算使用以下公式：

式中，Un是短路点的系统标称电压，电压修正系数c根据系统电压等级的不同取值不同，Zk是短路点的等效阻抗，并且有 。

短路电流峰值ip的计算使用如下公式：

其中峰值系数k与R/X比值相关。 为前面提到的短路电流初始值[2-3]。

3 基于ETAP的短路仿真实验

3.1电力系统模型

电力系统模型选用如图1所示的辐射型系统，等效电网U1额定电压为110kV，短路额定容量2500MVA；同步发电机Gen1控制方式为无功控制，额定有功功率=25MW，额定电压=10.5kV，功率因素=80%；电动机Mtr1额定功率=2000kW，额定电压10kV；变压器T1、T2的变比=110/10.5，其他参数设为其典型值；电缆Cable1型号为BS6622XLPE、长度=200m，截面积=50mm2。Lump1、Lump2和Lump3的额定容量分别为18MVA、4MVA、26MVA，负荷类型为恒容量100%，其他参数见图1中注释。

3.2短路仿真实验及分析

本课程设置的仿真实验主要包括三相短路计算、断路器的选择、不对称短路故障分析、相关参数对短路电流的影响。

3.2.1三相短路计算

该实验可以使学生掌握三相短路计算中发电机的参数设置，并验证三相短路相关理论。运行短路计算，需要设置发电机Gen1的直轴次暂态电抗Xd”、直轴电抗Xd以及X/R比率，本实验中通过点击“典型数据”赋值于这几个参数。设定故障位置为Bus4，运行三相短路计算，仿真结果显示Bus4的电压为0，故障电流峰值为107.6kA，初始对称有效值为41kA。而系统无故障运行时Bus4的电压为10.69kV，电流为1.6kA，实验结果表明发生三相短路时，短路点电压降为零，短路电流急剧增加。并且注意到等效电网额定电压为110kV，变压器T2变比为110/10.5，一般情况下由于变压器自身阻抗的损耗，变压器低压侧电压应小于10.5，而系统无故障运行时Bus4的电压值10.69大于10.5，分析原因可知由于Bus4连接了发电机，且发电机的控制方式为无功控制，发电机发电的总功率大于负载Lump3消耗的总功率，导致多余的功率通过变压器T2返回到等效电网，因此Bus4的电压值大于10.5。反之，如果要将Bus4的电压调为10.5，最简单的方法是将发电机的控制方式改为电压控制，也可以通过调整发电机或负载的功率来实现。

3.2.2断路器的选择

短路电流的计算是电力系统设计和运行的基础，可用于选择电气设备和载流导体，选择和整定继电保护装置，确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施等。该实验通过断路器的选择，使学生对三相短路电流计算的用途有所了解。断路器首先应根据额定电压和额定电流来选择，断路器的额定电压不应小于所在回路的最高运行电压，额定电流不应小于该回路在各种可能运行方式下的持续工作电流；此外要保证短路情况下断路器的稳定性，即断路器的额定动稳定电流和额定开断电流应大于相应的三相短路计算值。

例如在本实验中打开断路器CB5编辑器，选择库中型号为Siemens 12-3AF-31.5的断路器，其额定电压为12kV，额定电流为2.5kA，设定故障位置为Bus4，运行三相短路计算后出现断路器报警窗口。报警窗口显示断路器CB5的动稳定峰值电流和开断电流分别超负荷运行134.5%和132.7%。重新选择型号为Siemens 12-3AF-63的断路器，其额定动稳定电流为160kA，开断电流为63kA，再次执行三相短路分析，运行后报警消失。

3.2.3不对称短路故障分析

设置Bus4为故障母线，运行不对称短路计算，Bus4不对称短路电流计算结果如图2所示。结果显示三相短路冲击电流峰值及其有效值均大于相应的不对称短路电流，由此可见三相短路对系统造成的危害更为严重。观察报告中短路点的电压、电流，验证不对称短路的边界条件，下面以单相接地短路为例进行分析。实验结果显示单相接地短路后A相对地电压为0，说明A相接地；B、C两非故障相电压幅值变为原电压的173%倍，验证了如下结论，即中性点不接地的电力系统单相接地短路后，非故障相对地电压升高为原来的 倍，即变成线电压；单相接地短路后三相电压不再平衡，说明单相接地短路为不对称短路。

3.2.4相关参数对短路电流的影响

将电缆Cable1的长度分别设为100m、200m、400m，设其末端母线Bus3为短路点，运行三相短路计算，短路冲击电流有效值分别显示为29kA、25.4kA、20.6kA，实验表明短路点距离电网电源越远，三相短路电流越小。因为距离电网电源越远，短路点处的等效电抗越大，等效电源电压恒定的情况下，短路电流就越小。

在短路计算中把电动机负荷（或叫旋转负荷）和照明加热负荷（或叫静止负荷）分开考虑，它们分别对应ETAP等效负荷里的100%恒容量模型和100%恒阻抗模型。通过以下实验可以探索不同的负荷模型对短路电流的影响。将Lump2的负荷类型分别设为100%恒容量、50%恒容量（50%恒阻抗）和100%恒阻抗，运行三相短路电流计算。运行结果如图3所示，Lump2在三种不同模式下对短路母线的贡献电流分别为1.65kA、0.826kA、0kA，电动机Mtr1的贡献电流均为0.946kA。实验结果显示电动机负荷有短路电流反馈，而照明加热负荷（100%恒阻抗）没有，并且随着等效负荷恒容量百分数的增大，反馈电流增加。

4 结语

在短路仿真实验中，ETAP显示出其直观方便准确的特点，学生可以投入更多的精力用于电力系统的设计和分析。论文给出了短路故障的具体仿真实验方法，以期在电力系统相关课程中实现理论教学和实践教学环节的相互协调，互相补充，从而更好的提高教学质量，提高学生解决复杂问题的能力，培养学生的创新意识。

参考文献：

[1]李广凯，李庚银.电力系统仿真软件综述[J].电气电子教学学报，2005，27（3）：61-65.

组态软件在实验教学中的应用 篇9

力控自动化软件平台在长庆“数字化”油田中的应用

关键词： 数字化油田 SOA架构 监控组态软件 ForceControl GIS系统 概述：

长庆“数字化”油田是一个复杂的、多层结构的信息化系统，该项目集成了多种硬件平台、软件平台、多种开发工具、多个厂家共同实施和开发的特大型“数字化”项目，实施周期长，项目中将采用几千套的力控监控组态软件做为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成，同时力控企业实时数据库pSpace做为海量分布式数据管理平台起到集中数据处理与存储的作用，力控系列产品家族做为基础的自动化软件平台和数据中心管理平台为数字化油田基础的数据采集与管理发挥了巨大的作用。

项目背景介绍

长庆油田为国内第二大油田，矿产资源登记面积25.78万平方公里,跨越5省区，长庆油田管理的7万口油、气、水井分布在37万平方公里的鄂尔多斯盆地，涉及4省（区）、数十个市县，各采油、采气厂比较分散独立，管理难度之大、企业成本之高可想而知。

为了降低企业成本、完善企业管理、提高企业在行业的竞争力，长庆油田成立了数字化建设项目组，利用采油工艺整体优化技术、油藏管理技术、自动控制技术、计算机网络技术、数据整合技术、数据共享与交换技术，结合油田特点，集成、整合现有的综合资源，创新技术和管理理念，建立全油田统一的生产管理、综合研究的数字化管理系统，实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”，达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。

项目实施与应用情况详细介绍 2.1项目的规划

数字化油田项目采用面向SOA的服务的多层架构，系统与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，所有的生产数据完全由力控自动化软件平台采用分布式构架进行远程汇总。以建设“油气田生产运行管理系统”为枢纽，建立面向油气田生产、科研、管理、经营的生产管理调度系统和信息资源共享平台，做到油气田生产管理指挥智能化、办公自动化、管理信息化、信息资源网络化、业务处理电子化以及决策科学信息化，实现油气田生产管理的高度协调统一，把油气田建设成为现代化的数字油气田。

长庆油田采气厂与输油处SCADA系统，先将采气厂与输油处的数据由各个分厂采集至西安长庆大厦信息中心，为生产与调度提供原始数据，同时给Google Earth电子地图系统提供方便的数据接口。

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2.2、系统网络拓扑图 2.2.1系统整体网络图

长庆数字化油田系统结构图图例注释应用服务器WEB服务器ERP系统工程师防病毒服务器工程师大屏幕备份服务器NAS分发交换机数据库服务器办公大楼交换机核心交换机 工业隔离设备数据应用中心Internet路由器应用服务器防火墙工业安全隔离设备防火墙各厂数据中心硬件防火墙实时数据库 从服务器3 U冗余实时数据库 主服务器 实时数据整合关系数据库磁盘阵列千兆交换机长庆油田数据处理区路由器工业隔离设备工业隔离设备工业隔离设备工业隔离设备ADSLModem工业隔离设备ADSLModem工业隔离设备ADSLModem工业隔离设备ADSLModem力控软件力控软件力控软件力控软件力控软件力控软件力控软件ADSL链路采油一厂采油二厂采油三厂采气一厂采气二厂采气三厂采油四厂各采油●●●●●●采气●●●●●●厂 长庆油田有多个采油厂每个采油厂的信息化程度千差万别、使用的硬件设备和软件也不相同。每个厂需要采集点数为6000/4000余点。数据的实时性、安全性、可靠性是油田数字化的基础，为了建立安全可靠的数据平台，在各分厂采用北京三维力控科技的监控组态软件ForceControl6.0和力控科技自主知识产权的实时数据库产品pSpace。ForceControl6.0与pSpace可以很好的无缝集成，保证了数据的安全可靠。

该信息化项目将采用几千套的监控组态软件做为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成，力控企业实时数据库pSpace做为海量数据管理平台起到集中数据处理的作用，该项目完全是一个多层结构，多种软件平台、多种开发工具、多个厂家实施的特大型数字化项目，力控产品家族在该项目中做为基础的自动化软件平台和数据中心平台发挥了巨大的作用。

分厂信息处理举例：

信息中心针对数据管理平台配备两台冗余的服务器，在内网中运行，为确保网络安全，专门配置一台双网卡服务器,一网口采集第三方软件的数据，另一网口接入至VPN专网，力控ForceControl6.0组态软件以OPC方式采集第三方的数据,将采集的数据一方面交由本地实时数据库pSpace处理，另一方面通过力控的NetServer组件，供远端力控实时数据库pSpace快速访问数据。各分厂需要采集的数据数据经力控分布式实时数据库pSpace进行数

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据汇总后，统一送到面向SOA服务结构的管理系统中。

2.2.2采油（气）厂网络拓扑图

2.3采油（气）厂实施方案

长庆油田的众多采油（气）厂，虽然信息化程度千差万别、使用的硬件设备和软件也不相同，但采用的网络结构大体相似。下面以力控软件在苏里格油气田的解决方案为例，详述采油（气）厂的方案实施。

2.3.1 现场系统现状

由于油田油井负荷监控的设备五花八门，各家产品的技术手段完全不一样，油井负荷控制RTU里的的传输协议，通讯标准也无法做到统一，而长庆油田选用的厂家设备众多，因此监控组态软件配合厂家实现的手段也各种各样，对监控组态软件开发厂家提出了集成的挑战，而RTU存储的负荷数据进到上位机监控组态软件后，各个厂家实现的手段也不一样，有的用文件方式做存储，有的采用关系数据库做存储，由于模式不一样，比如常见的C/S、B/S网络发布各家采用的开发模式都不一样，同时厂家技术力量的参差不齐也为以后的系统维护带来很多的隐患。由力控forcecontrol6.1做为统一的采集平台进行内网web发布与数据传输，满足了各类集成商统一部署的需要，对以后系统扩展和升级带来了便利。

2.3.2力控解决方案

厂家的负荷管理的数据部分统一采用关系数据库做存储，自己控制和管理，自己实现WEB发布后，与力控forcecontrol6.1的发布功能进行集成发布，这样的好处是厂家自己的监控管理软件出现问题的时候不会干扰到力控的软件，方便后续改造和升级。

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井场控制站现有PLC/RTU负责采集井场的数据，如压力，流量，温度等等，通过GPRS/电台的方式往集气站发送数据；集气站装有PC机，安装拥有国内大量SCADA应用案例的力控组态软件采集来自井场的数据，每一个集气站大约采集50-60口井的数据，同时可以考虑在集气站设置RTU采集单元，对一些集气站的信号进行采集并上发；建造2-3座气处理厂，通过光纤采集若干集气站的数据，同时处理厂装有DCS控制系统，采集本厂的数据；通过在输油管道关键部位、油气区重点路段和井场、井站安装视频监控、设置电子视频跟踪锁定及传声警示等电子遥控系统，实现异常情况自动报警，监控出入油区的车辆、人员。在油气厂调度中心建造一个生产调度中心，安装具有很高性能的实时数据库pSpace通过光纤采集集气站的数据和气处理厂以及来自管网的数据，实现统一的管理。

厂级调度中心提供系统的全部功能，实现在调度中心通过计算机系统远程监控场站、天然气输配管网的运行情况，企业级实时数据库pSpace5.0 Server做为SCADA实时服务器负责处理、存储、管理从场站、输配管网各远程站点传送来的实时数据，同时又为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。历史数据经压缩处理后存放在pSpace5.0 Server历史库中，也可以通过pSpace5.0 ODBCRouter写入关系型数据库ORACLE中。SCADA实时数据服务器运行通信管理软件，可完成与各远程站点的通信链接、协议转换、网络管理等任务。

苏里格气田开发是长庆创新实施数字化的典型。实施数字化管理前人工巡井是3天1次，如今控制平台可实现每5分钟电子巡井一次，巡井频率是人工巡井的800多倍。这个气田将来生产规模达到200亿立方米以上，建设的气井和集气站将分别达到上万口、120座，数字化管理可将用工的目标控制在2000人以内。数字化给长庆人观念带来革命性变革，成为长庆油田实施低成本战略、加快油气田开发的驱动力。

3、数字化大油田的构建 3.1调度中心数据平台

在西安长庆大厦信息中心长庆油田可采用企业级的实时、历史数据库，汇集各采油（气）厂的数据，采用面向SOA的服务的多层架构软件平台，数据处理系统与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，将超过众多厂家的SI在统一平台上进行开发、实施和部署。将所有厂区工艺画面都进行了适合于WEB发布的形式重新组态，按地图中不同的节点配置不同的INDEX.HTM文件，可以很直观的从电子地图访问到某厂的某个站控系统当前的运行情况。

利用SOA架构的接口标准化、业务功能模块化、跨平台和重用性等优点集成视频系统实时远程视频监控生产、生活区安全关键点状态；安全异常、突发事件自动报警及应急指令调度处理；集成管理信息系统实现了物资供应部门从计划到采购、库存、消耗整个物流的管

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理过程，实现了采购业务与投资计划、财务与成本、库存等信息集成，提供油田所需各类物资管理报表，利用系统数据进行全局性的统计分析计算，为领导提供决策支持。

3.2力控软件与视频系统的集成

与视频监控系统进行良好的集成，支持SCADA画面如何与视频画面进行联动，可以与数字视频技术基于服务器端与客户端方式的开放融合。

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3.3力控软件与GIS系统的集成

北京三维力控科技开发的ForceControl监控软件具有丰富的组件接口，软件可通过GIS组件实现与GIS系统的无缝集成。GIS组件支持Mapinfo与ArcGIS的地图文件格式，支持组件方式集成GIS-GPS的功能，利用脚本和VBA调用可充分互动。

根据输油气管网信息管理的实际情况，我们采用B/S模式和C/S模式相结合的技术开发方案。在数据管理、专业应用中采用C/S结构模式，其他办公部门以及用户则采用B/S结构（即浏览器方式），两种结构共享同一数据库中的数据。B/S结构是基于Internet/Intranet应用技术之上，通过Web Server调用应用程序，实现信息的录入、修改、查询、统计等操作。GIS利用数据的空间属性，将地理信息和数据库结合在一起，通过图形、符号、颜色对网点分布、状态等，对统计数据信息进行反映，实现数据信息的可视化。

3.4力控软件与ERP系统的集成

力控软件“动态”数据源的设计保证了B/S和C/S等网络模式的数据访问，除了访问自己的实时历史数据库，同步也支持SQL关系数据库和国外大型实时历史数据库等多种数据库系统，系统的参数管理提供了参数的“动态”注册，方便负载调度，历史数据存储归档支持数据定时存储、条件存储、变化压缩存储、趋势压缩存储等多种技术，具备更强大的生产数

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据分析与统计功能，并且软件具有丰富的数据接口方便的与ERP系统的集成。

4、效益分析

力控科技系列产品在长庆油田从苏里格数字化项目开始到现在应用已经有3年多了，力控系列软件平台在数字化项目中的作用发挥巨大。