УДК 621. 311. 22
Новая концепция и новая среда разработки мультимедийных электронных учебников для подготовки персонала химических цехов электрических станций
Очков
А.В.[1],
инж., Очков В.Ф., кандидат техн. наук, Рахаев М.А., асп.
МЭИ
Представлены
разработки кафедры Технологии воды и топлива Московского энергетического
института, предназначенные для подготовки и переподготовки персонала химических
цехов ТЭС и АЭС. Показаны пути использования для этих целей современных средств
мультимедиа.
За последние несколько лет на кафедре
Технологии воды и топлива Московского энергетического института был разработан
комплекс компьютерных программ по различным темам, связанным с водоподготовкой
и водным режимом ТЭС и АЭС.
В
составе тренажера следующие модули:
· Известкование
и коагуляция воды в осветлителях (версия для Windows).
· Удаление
грубодисперсных примесей в однокамерных механических фильтрах.
· Удаление
грубодисперсных примесей в двухкамерных механических фильтрах.
· Удаление
грубодисперсных примесей в трехкамерных механических фильтрах.
· Умягчение
воды одноступенчатым Na-катионированием.
· Умягчение
воды двухступенчатым Na -катионированием.
· H-катионирование
воды в прямоточных ионообменных фильтрах первой ступени обессоливания.
· H-катионирование
воды в противоточных ионообменных фильтрах первой ступени обессоливания.
· H-катионирование
воды в прямоточных ионообменных фильтрах первой ступени обессоливания (фильтры
предвключенные и основные).
· H-катионирование
воды в ионообменных фильтрах второй ступени обессоливания.
· OH-ионирование
воды в ионообменных фильтрах первой ступени обессоливания.
· OH-ионирование
воды в ионообменных фильтрах второй ступени обессоливания.
· Обессоливание
воды в фильтрах смешанного действия с внутренней регенерацией (третья ступень
обессоливания).
· Очистка
конденсата турбин с использованием сульфоугольных фильтров и фильтров смешанного
действия с выносной регенерацией (блочная обессоливающая установка).
·
Очистка нефтесодержащих сточных вод на
механических фильтрах.
Тренажеры имитируют основные
этапы работы водоподготовительного оборудования: отмывка фильтров после
резерва, фильтрование, взрыхление, разделение смол, пропуск растворов
регенерантов, отмывка фильтра после регенерации, вывод фильтра в резерв или в
работу и т.д. На цветных мнемосхемах, выводимых на дисплей персонального
компьютера, отображается состояние ионообменных фильтров и другого
оборудования: открытие клапанов, включение насосов, пропуск воды и
регенерационных растворов, изменение состояния ионитов (взрыхление, перемещение
фронта фильтрования или регенерации, разделение смол), показания контролирующих
приборов (расходомеры, манометры, кондуктометры, концентратомеры, уровнемеры и
др), отбор проб фильтрата и т.д. Некоторые процессы (механизм ионного обмена,
например) иллюстрируются средствами мультимедиа (анимация и звук). Обучаемый с
помощью манипулятора «мышь» или клавиатуры открывает и закрывает клапаны,
отбирает пробы воды, отслеживает показания приборов, управляя тем самым работой
химводоочистки.
Все ошибки обучаемого
(неправильная сборка схемы, нарушение режимной карты, перерасход реагентов, а
также воды собственных нужд и др.), что позволяет инструктору судить о подготовленности
обучаемого к самостоятельной работе на реальном оборудовании химического цеха.
В
программный комплекс входят следующие электронные учебники:
·
Технология подготовки добавочной воды с помощью
ионного обмена.
·
Технология термического обессоливания воды и
переработки стоков.
·
Технология осветления воды фильтрованием.
·
Предварительная очистка воды известкованием и
коагуляцией.
·
Основы гидравлики, трубопроводы, арматура и
насосы химических цехов.
·
Основы автоматизации водоподготовительных
установок.
·
Технология удаления из воды растворенных газов.
·
Нейтрализация сточных вод установок по
химическому обессоливанию воды.
·
Нейтрализация нефтесодержащих сточных вод ТЭС и
промышленных предприятий.
·
Контроль твердого топлива на ТЭС и в
промышленных котельных.
·
Водный режим и химконтроль паротурбинных блоков
с барабанными котлами.
·
Водный режим и химконтроль паротурбинных блоков
с прямоточными котлами.
·
Водный режим и химконтроль систем технического
водоснабжения.
Эти компьютерные программы используются как
при подготовке персонала химических цехов на ряде российских электростанций,
так и в учебном процессе на самой кафедре ТВТ.
Все эти программы функционируют на
компьютерах типа IBM PC под управлением операционной системы MS DOS.
Программная оболочка (shell), реализующая основные
функции обучения (просмотр текстов и изображений на экране и навигация в
пределах курса) и используемая в этих курсах, на данный момент морально
устарела и не отвечает требованиям, предъявляемым в настоящее время к
компьютерным обучающим программам. В первую очередь это
касается использования в обучении средств мультимедиа, таких как звук и
мультипликация. Кроме того, DOS-оболочка не позволяет
организовывает в уроках гипертекстовые ссылки и всплывающие подсказки (по типу
справочной системы Windows).
С другой стороны у этой программы имеется
одно весьма важное достоинство — простота использования. При работе с
программой от обучаемого практически не требуется навыков работы с компьютером,
что особенно важно для обучения работников, далеких по роду своей деятельности
от использования ЭВМ. На рис. 1 представлен внешний вид страницы DOS-курса
«Ионный обмен». При работе с ним обучаемый как бы работает с электронным
вариантом обычной книги — он видит на экране целиком одну страницу учебника и
может перейти к следующей страницы или вернуться к предыдущей. Весь интерфейс
пользователя сводится к использованию лишь двух кнопок в нижней части экрана
дисплея. То, что страница учебника выводиться на экран целиком позволяет
отказаться от таких «сложных» элементов управления как полосы прокрутки и др.
Рис. 1. Внешний вид DOS-оболочки обучающего курса по ионному
обмену.
Приступая к разработке новых курсов, мы приняли решение отказаться от
старой DOS-оболочки. Анализ ряда существующих инструментальных средств для
создания обучающих программ показал, что нам необходимо самим написать новую
оболочку.
К создаваемой программе предъявлялись следующие требования:
·
Поддержка
средств мультимедиа.
·
Работа
с 256-цветными изображениями (в DOS-оболочке этого делать
невозможно).
·
Поддержка
различных способов форматирования текста (формулы химических соединений и др.)
и размещения изображений в тексте.
·
Возможность
организации гипертекстовых ссылок как в пределах одного урока, так и в пределах
целой группы курсов.
·
Возможность
формирования словаря терминов, общих для химического цеха.
·
Сохранение
простоты использования.
В результате более чем десятимесячного цикла разработки и тестирования
была создана программа ТВТ Shell (оболочка ТВТ), которая
полностью удовлетворяла всем вышеперечисленным требованиям.
Новая программа работает под управлением операционной системы Microsoft Windows. Выбор MS Windows в качестве целевой операционной системы объясняется
с одной стороны ее огромной популярностью, а с другой — обилием возможностей,
предоставляемых программисту при использовании этой операционной системы (в
частности, это касается средств мультимедиа).
ТВТ Shell может работать под большинством версий Windows,
включая Windows 3.x, Windows 95 и Windows
NT. Поддержка Windows 3.1
выгодно отличает ТВТ Shell от других создаваемых в
настоящее время программ, поддерживающих только Windows
95 или Windows NT. На взгляд авторов Windows 3.1 (и ее модификации) все еще
самая распространенная в нашей стране версия Windows, и это следует учитывать.
На рис. 2
приводится внешний вид новой оболочки.
Рис. 2. Главное окно ТВТ Shell.
При разработке программы простота и интуитивность восприятия интерфейса
пользователя ставились на первое место.
На страницах электронных учебников допускается размещение семи основных
типов объектов:
·
Изображения
·
Тексты
·
Векторные
объекты (линии, стрелки, многоугольники)
·
Мультипликации
и видео ролики
·
Плееры
мультипликаций и видео роликов
·
Звуковые
кнопки
·
Кнопки
гипертекстовых переходов
В текстах допускается использование различных способов форматирования
абзацев — по центру, выровненное и т.п. и символов — курсивное, полужирное и
цветовое выделение. Допускается использование надстрочных, подстрочных символов
и символов греческого алфавита, что позволяет вставлять в текст различные
формулы. Для размещения в тексте сложных формул (например, содержащих
интегралы) можно использовать изображения, созданные в других программах,
например, в специальных графических редакторах или редакторах формул.
С точки зрения методики обучения очень важной особенностью программы
является возможность размещать в тексте урока специальные слова-подсказки,
которые можно использовать, например, для раскрытия смысла различных терминов.
Если обучаемый щелкнет мышкой по подчеркнутому в тексте термину, то он увидит
на экране его определение (см. рис.3).
Рис. 3. Слова-подсказки в
тексте урока по водному режиму систем охлаждения конденсаторов
В некоторых случаях бывает довольно сложно при помощи простых
иллюстраций пояснить суть того или иного процесса. Использование компьютерных
мультипликаций может значительно повысить наглядность.
Программа поддерживает два типа мультипликации на страницах уроков —
постоянно проигрываемые мультипликации и плееры (см. рис. 2). В нижней части
плеера находятся управляющие кнопки 
— 'Пуск', 'Стоп' и 'Пауза', используя
которые обучаемый может управлять процессом воспроизведения мультипликации.
Обеспечивающая нелинейную навигацию в уроках гипертекстовая модель,
реализованная в ТВТ Shell несколько отличается от общепринятой (например, в Word Wide Web или справочной системе Windows).
Суть гипертекстовой модели ТВТ Shell
состоит в
следующем: страницы урока собираются в специальные подшивки,
обеспечивающие линейную навигацию в уроке (листание). Такие подшивки в
терминологии программы называются видами. В каждом уроке существует по
крайней мере один главный вид, с первой страницы которого начинается просмотр
урока. Помимо обязательного главного вида можно создавать другие именованные
виды, при этом одна страница урока может входить в любое количество видов
одновременно. На страницах уроков можно размещать специальные объекты — кнопки
переходов. С каждой кнопкой перехода связывается имя некоего вида, и при щелчке
мышкой по кнопке перехода ТВТ Shell переходит к просмотру
связанного с ней вида. При этом информация о предыдущем виде (имя и номер
текущей страницы) запоминаются на специальном стеке видов и автоматически
восстанавливается по завершении просмотра связанного вида.
Для обучаемого это выражается в том, что после того, как он нажмет
кнопку перехода и попадет в связанный с ней вид, он продолжает использовать
кнопки «Следующая страница» и «Предыдущая страница» для навигации в уроке и
автоматически возвращается к исходной странице урока по завершении просмотра
связанного вида. Такая схема позволяет избавиться от обязательной в других
гипертекстовых системах кнопки «Назад», что в свою очередь позволяет упростить
процесс взаимодействия обучаемого с программой.
Для обеспечения большей гибкости гипертекстовой модели ТВТ Shell
предоставляет разработчику курса средства управления стеком видов. Например,
существует возможность полной очистки стека при выполнении перехода, что
позволяет, например, осуществить перезапуск урока.
Для создания уроков используются специально разработанный
инструментарий — программы TWT Editor Utility (TWTEDIT)
и TWT Make Utility (TWTMAKE), внешний вид которых представлен не рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид
программы TWTEDIT и TWTMAKE.
При помощи TWTEDIT создаются и редактируются текстовые файлы,
содержащие записанный при помощи специального языка описание урок, которые
затем компилируются программой TWTMAKE в единый двоичный файл
урока, имеющий расширение ATS (Automating Teaching
Set) и
используемый программой ТВТ Shell.
Уроки ТВТ Shell строятся с использованием объектно-ориентированной
технологии. Всем элементам урока (страницам, изображениям, видам, мультипликациям
и т.д.) в ATS файле соответствуют именованные объекты — PAGE, VIEW, PICTURE, ANISCRIPT и т.д.
Для ссылки на конкретный объект используется его имя. Вот пример на
языке описания урока (символ '$' обозначает начало
комментария):
$ Создается файл "FILE1.ATS"
@Document("file1","Пример",1);
...
$ Создается изображение с именем "PIC1"
@UsePicture("pic1","pic1.bmp");
...
$ Создается страница с именем "PAGE1"
@Page("PAGE1");
...
$ На странице размещается изображение "PIC1"
@Picture(10,10,"pic1")
@EndPicture();
$ конец изображения
...
@EndPage();
$ конец страницы
...
@EndDocument();
$ конец файла
В программе существует понятие набора ATS файлов. Набором называются ATS файлы
расположенные в одном каталоге или папке операционной системы. Помимо чисто
организационной функции наборы уроков обладают одним очень важным свойством —
разделением объектов.
Под разделением объектов понимается то, что все именованные объекты
одного ATS файла доступны во всех остальных файлах набора. Например, для того
чтобы воспользоваться в любом из уроков набора изображением "PIC1" из файла "FILE1.ATS" можно использовать следующий
код:
@Picture(10,10,"//file1/pic1");
@EndPicture();
Разделение объектов позволяет решить две очень важные проблемы —
повторное использование ранее созданных объектов и, самое главное, позволяет
организовывать гипертекстовые ссылки в пределах группы курсов. Рассмотрим эти
проблемы более подробно.
Повторное использование объектов позволяет значительно сократить
трудозатраты при разработке ряда курсов по общей теме, т.к. любой ранее
созданный объект можно повторно использовать при разработке новых уроков.
Например, можно создать целый словарь терминов - подсказок по определенной
тематике и при необходимости использовать в тексте урока ссылки на объекты POPUP из
этого словаря. Кстати, словарь терминов по водоподготовке уже создан на нашей
кафедре. Кроме того повторное использование позволяет значительно уменьшить
суммарный объем ATS файлов набора, особенно при работе с изображениями.
Разделение объектов типа страница или вид позволяет ссылаться или на
прямую использовать содержимое страниц одного урока в другом. При этом, что
очень важно, не изменяется имя урока, выводимое в заголовке главного окна
программы.
Программа ТВТ Shell занимает в сжатом виде 3 дискеты
объемом 1,44 МБ и требует для своей работы следующую конфигурацию компьютера:
·
Процессор
i80386 или более мощный
·
4 МБ оперативной памяти (желательно 8 или более МБ)
·
Операционная
система Microsoft Window версии 3.1 или выше
· Монитор VGA 640x480x16 Colors (желательно SVGA 640x480x256 Colors)
· Манипулятор «мышь»
Программы TWTEDIT и TWTMAKE не входят в состав ТВТ Shell и
поставляются на отдельной дискете вместе с подробным руководством по языку
описания уроков и файлами примеров.
В настоящее время на кафедре ТВТ завершается разработка ряда новых и
перевод уже существующих уроков в среду ТВТ Shell.
Особенно
хочется отметить полностью переработанный курс «Технология обработки воды
методом ионного обмена», в котором процессы ионного обмена иллюстрируются при
помощи средств трехмерного компьютерного моделирования. Практически все
иллюстрации из старого курса заменены компьютерными мультфильмами (см. рис. 2).
В конце статьи хотелось бы также поделиться нашими будущими планами. В
настоящее время ведется разработка программы ТВТ Shell
2, и к моменту
выхода этой статьи скорее всего уже будет иметься работоспособная версия
программы.
Основными отличиями второй версии будут:
·
Возможность
создания вопросников для контроля и самоконтроля знаний обучаемых
·
Возможность
разработки встроенных программ-тренажеров с использованием языка
программирования Microsoft Visual Basic 5.0
·
Поддержка
видеорежима 800x600 точек
Использование языка Visual Basic для управления оболочкой позволит интегрировать в электронные учебники ранее созданные компьютерные тренажеры [1-2], что в свою очередь позволит разрабатывать интегрированные обучающие комплексы и мультимедийные инструкции для персонала химических цехов ТЭС и АЭС.
Список литературы
1.
Зайцева
Л.А. Копылов А.С. Очков А.В. Очков В.Ф. Пильщиков А.П. Обучающий,
контролирующий и тренажерный автоматизированный комплекс для персонала
химических цехов ТЭС и АЭС. Вестник МЭИ. N5
1997 год.
2.
Очков
А.В., Очков В.Ф., Пильщиков А.П., Ткачева Л.Н., Рахаев М.А. Тренажер персонала
химцехов ТЭС и АЭС «Известкование и коагуляция воды в осветлителе».
Теплоэнергетика. 1997. №
6. С. 23-25.
3.
Копылов
А.С., Очков В.Ф. «Учебные планы и программы для подготовки и повышения
квалификации рабочих на производстве. Наименование профессии: аппаратчик
химводоочистки электростанции. Квалификация: I-IV
группы. Код
профессии 11079». М.: Изд-во Минтопэнерго РФ. 43 с.
4.
Копылов
А.С., Очков В.Ф. «Методическая разработка к учебным планам и программам для
подготовки и повышения квалификации рабочих на производстве. Наименование
профессии: аппаратчик химводоочистки на электростанции. Квалификация: I-IV группы.
Код профессии 11079». М.: Изд-во Минтопэнерго РФ. 81 с.