“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)研發(fā)

馬燕峰， 李 然， 胡永強(qiáng)， 鄭煥坤

(華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 河北 保定 071003)

“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)研發(fā)

馬燕峰， 李 然， 胡永強(qiáng)， 鄭煥坤

(華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 河北 保定 071003)

針對(duì)我校電力專業(yè)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題，本文研發(fā)了電力專業(yè)課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)包括智能網(wǎng)上答疑、課程設(shè)計(jì)輔助計(jì)算及智能考核和成績(jī)?cè)u(píng)定系統(tǒng)三部分，采用Visual Studio為開發(fā)環(huán)境，C#為開發(fā)語言，SQL SERVER為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫支持，采用B/S模式和三層架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。通過測(cè)試和試用，該平臺(tái)可以提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)效率及能力、教師的工作效率。

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)平臺(tái)

0 引言

“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)和“發(fā)電廠電氣部分”課程設(shè)計(jì)作為我校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的主要實(shí)踐環(huán)節(jié)，選課學(xué)生為數(shù)眾多，因此這兩門課程設(shè)計(jì)管理、答疑和能力考核的工作量越來越重。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用為基于網(wǎng)絡(luò)的課程設(shè)計(jì)管理提供了必要的條件,國(guó)內(nèi)許多高校的理論課程教學(xué)中已經(jīng)逐步引入網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和微信平臺(tái)等手段提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加師生互動(dòng)的機(jī)會(huì)，從而提高教學(xué)質(zhì)量[1-3]。針對(duì)相對(duì)分散、人數(shù)眾多且指導(dǎo)教師少的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，如何加強(qiáng)過程管理，讓學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中減少不必要的手算過程，實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生的及時(shí)互動(dòng)，加快課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度；并且在課程設(shè)計(jì)最后綜合考查學(xué)生的能力，提高教師的考核效率，實(shí)現(xiàn)考查標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一都是急需解決的問題。因此開發(fā)課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)調(diào)查，我校當(dāng)前93%的學(xué)生擁有智能手機(jī)，可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到“隨時(shí)、隨地、隨身”的學(xué)習(xí)，50%多的大三學(xué)生擁有電腦，這為平臺(tái)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)[4]。

本文設(shè)計(jì)開發(fā)的“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“教學(xué)平臺(tái)”)采用Visual Studio為開發(fā)環(huán)境，C#為開發(fā)語言，SQL SERVER為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫支持，采用B/S模式和三層架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)[6-10]。學(xué)生只要通過手機(jī)或者電腦上網(wǎng)即可登錄本平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)、答疑和考核。本教學(xué)平臺(tái)具有界面簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、功能合理、提高教學(xué)效率和優(yōu)化資源等優(yōu)點(diǎn)。

1 課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在問題

“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)給定的電源和負(fù)荷情況，設(shè)計(jì)滿足要求的電力網(wǎng)絡(luò)，具體內(nèi)容包括：①功率平衡分析，確定計(jì)算條件；②確定電力網(wǎng)的電壓等級(jí)、接線圖及導(dǎo)線型號(hào)；③確定各發(fā)電廠升壓站和變電所主變?nèi)萘?、臺(tái)數(shù)及主接線圖；④潮流計(jì)算，確定無功補(bǔ)償及調(diào)壓方式；⑤計(jì)算投資、輸電效率、年運(yùn)行費(fèi)用等。在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)進(jìn)行潮流計(jì)算，因此耗時(shí)極大。

“發(fā)電廠電氣部分”課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)電廠裝機(jī)、出線和負(fù)荷情況，設(shè)計(jì)發(fā)電廠電氣主接線并完成變壓器及各電壓等級(jí)電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)，完成發(fā)電廠用電設(shè)計(jì)及圖紙繪制等。其中電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)中需要計(jì)算不同地點(diǎn)、不同時(shí)刻的短路電流，而發(fā)電機(jī)到短路點(diǎn)的電抗計(jì)算非常復(fù)雜，學(xué)生的計(jì)算工作量較大。

課程設(shè)計(jì)為期兩周，采取學(xué)生集中在教室分組進(jìn)行，計(jì)算過程手算，教師定期答疑。由于學(xué)生多，教師少，導(dǎo)致存在問題如下：①設(shè)計(jì)過程中用到的潮流和短路計(jì)算手算較復(fù)雜；②課程設(shè)計(jì)問題多樣，同時(shí)不同學(xué)生會(huì)有很多相同問題，導(dǎo)致指導(dǎo)教師針對(duì)同一問題多次重復(fù)講解；③教師定期答疑而非全程陪同，因此會(huì)出現(xiàn)問題堆積、延誤設(shè)計(jì)進(jìn)度等現(xiàn)象；④多個(gè)教師共同指導(dǎo)一門課程，會(huì)出現(xiàn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不一的情況，影響學(xué)生成績(jī)甚至后續(xù)評(píng)優(yōu)；⑤教師進(jìn)行考核和成績(jī)匯總的工作量大。

2 教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

為解決上述問題，“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)的研發(fā)，確定實(shí)現(xiàn)如下三大功能：

2.1答疑

學(xué)生可在教學(xué)平臺(tái)上提出問題，若平臺(tái)內(nèi)置的問題庫中已有，則會(huì)自動(dòng)顯示解決辦法；若沒有，可以指定教師答疑，從而避免指導(dǎo)教師針對(duì)同一問題進(jìn)行多次講解或延誤學(xué)生設(shè)計(jì)進(jìn)度。教學(xué)平臺(tái)上還設(shè)置討論區(qū)，供學(xué)生討論問題。

2.2輔助計(jì)算和作業(yè)提交

內(nèi)置潮流和短路計(jì)算程序，同時(shí)支持課程設(shè)計(jì)資料和階段性設(shè)計(jì)成果的上傳與下載。

2.3智能考核和評(píng)定

這部分具有如下功能：①教師對(duì)學(xué)生提交的階段性設(shè)計(jì)成果進(jìn)行考核，給出成績(jī)并顯示在教學(xué)平臺(tái)上，供學(xué)生查詢；②內(nèi)置題庫：題庫建設(shè)主要由教師上傳題目和答案完成，學(xué)生隨機(jī)從題庫里抽取考試題目組成試卷并會(huì)有記錄，且保證任何兩個(gè)學(xué)生的試卷不同；③自動(dòng)評(píng)卷：對(duì)于客觀題，平臺(tái)能自動(dòng)和答案比對(duì)，給出判定結(jié)果，對(duì)于非客觀題，由教師給出成績(jī)，并自動(dòng)生成學(xué)生的考試成績(jī)；④合成最終成績(jī)：由教師確定平時(shí)成績(jī)、報(bào)告成績(jī)和考試成績(jī)所占比例，系統(tǒng)自動(dòng)給出學(xué)生的總成績(jī)，并形成成績(jī)匯總表。

3 教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)

3.1教學(xué)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

教學(xué)平臺(tái)主要由兩大部分和三大功能模塊組成。兩大部分分別為前臺(tái)用戶使用部分和后臺(tái)管理部分，三大模塊分別為學(xué)生模塊、教師模塊及管理員模塊，這兩部分和三模塊共同實(shí)現(xiàn)了用戶登錄、用戶信息管理、問題答疑、無紙化考試、作業(yè)提交、學(xué)生管理等功能。三個(gè)功能模塊又各含相應(yīng)的子模塊。學(xué)生是該系統(tǒng)的主要服務(wù)對(duì)象，學(xué)生可根據(jù)課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度使用相應(yīng)的功能，幫助自己更高效地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。教師主要是進(jìn)行與學(xué)生信息、教學(xué)過程和考試相關(guān)內(nèi)容的管理。管理員對(duì)系統(tǒng)的全部信息進(jìn)行維護(hù)和管理。

3.2系統(tǒng)權(quán)限及登陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了便于課程設(shè)計(jì)進(jìn)行，教學(xué)平臺(tái)針對(duì)用戶身份設(shè)定管理員、指導(dǎo)教師和學(xué)生三種不同權(quán)限，從而保證本系統(tǒng)功能正確使用和網(wǎng)站的安全性。不同用戶的功能權(quán)限如圖1所示。

當(dāng)用戶登錄時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶的身份由后臺(tái)數(shù)據(jù)庫匹配其權(quán)限并確定其進(jìn)入的界面，用戶進(jìn)行與其身份權(quán)限一致的操作，流程圖和登陸界面如圖2和圖3所示。此系統(tǒng)是學(xué)生、教師和管理員進(jìn)入系統(tǒng)的唯一入口，非法用戶或用戶名ID和密碼錯(cuò)誤時(shí)不允許進(jìn)入系統(tǒng)。

下兩節(jié)介紹的教學(xué)平臺(tái)上的智能答疑系統(tǒng)以及課程設(shè)計(jì)輔助計(jì)算系統(tǒng)不限制用戶身份，智能評(píng)定系統(tǒng)則限定用戶身份。

圖1 不同用戶的功能權(quán)限

圖2 管理系統(tǒng)用戶登錄流程圖

圖3 登陸界面

3.3智能答疑系統(tǒng)

為了避免教師對(duì)問題的重復(fù)講解，將常見問題內(nèi)置于后臺(tái)問題庫中，學(xué)生可以按照內(nèi)容關(guān)鍵詞或者標(biāo)題搜索，后臺(tái)問題庫根據(jù)內(nèi)容關(guān)鍵詞或者標(biāo)題進(jìn)行匹配，顯示搜索結(jié)果。若搜索不到則可以提問，教師給予回答之后，問題會(huì)自動(dòng)加入問題庫中便于后面學(xué)生搜索之用。此外，教師或者學(xué)生還可針對(duì)某一問題發(fā)起討論。答疑系統(tǒng)相關(guān)界面如圖4所示。

圖4 問題搜索界面

3.4輔助計(jì)算和課程管理系統(tǒng)

系統(tǒng)內(nèi)置潮流和短路電流計(jì)算程序，學(xué)生可以選擇一種運(yùn)行方式或者一個(gè)短路點(diǎn)先進(jìn)行手算，而后由計(jì)算機(jī)計(jì)算進(jìn)行校驗(yàn)，其它運(yùn)行方式和其它短路點(diǎn)電流計(jì)算都采用計(jì)算機(jī)計(jì)算，這樣可節(jié)省時(shí)間，使學(xué)生能夠?qū)⒋蟛糠志τ糜谡n程設(shè)計(jì)中，同時(shí)系統(tǒng)提供的上傳下載功能可供教師上傳課程設(shè)計(jì)題目及相關(guān)資料，學(xué)生下載題目、課設(shè)資料和上傳階段性成果。輔助計(jì)算和下載功能界面如圖5-圖7所示。

圖5 潮流計(jì)算界面

圖6 短路電流計(jì)算阻抗界面

圖7 文件下載界面

3.5管理員權(quán)限

管理員對(duì)系統(tǒng)的全部信息進(jìn)行維護(hù)。如用戶的增刪、用戶信息的管理、通過學(xué)生ID實(shí)現(xiàn)學(xué)生的分配、試卷的查看、文件的上傳和下載等。管理員主界面和學(xué)生分配界面如圖8和圖9所示。

圖8 管理員界面

圖9 學(xué)生分配界面

3.6教師權(quán)限

教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和考核，包括：學(xué)生信息查看、試卷制定、題庫題目的增加、改卷、學(xué)生成績(jī)的評(píng)定。除此以外，教師還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)答疑，提出問題發(fā)起討論，文件的上傳的和下載等。其中學(xué)生信息查看、試卷制定和題庫更新操作界面如圖10、圖11和圖12所示。

圖10 教師查看學(xué)生信息

圖11 教師進(jìn)行試卷制定

圖12 教師進(jìn)行題庫更新

3.7學(xué)生權(quán)限

學(xué)生可以在教學(xué)平臺(tái)上下載資料、上傳設(shè)計(jì)成果、使用內(nèi)置程序計(jì)算、查詢課程要求、提出問題、參與討論，同時(shí)參加考試以及進(jìn)行成績(jī)查詢等功能。

4 結(jié)語

本文介紹的“電力系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)智能化綜合教學(xué)平臺(tái)具有許多優(yōu)點(diǎn)，解決了我校電力專業(yè)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題。

(馬燕峰等文)

該平臺(tái)方便教師及時(shí)、全面的了解學(xué)生課程設(shè)計(jì)過程，省去了傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)管理過程中工作量大、效率低、反饋周期長(zhǎng)、反饋能力弱以及多教師評(píng)判成績(jī)主觀性較強(qiáng)的缺陷，減少了傳統(tǒng)考試過程中設(shè)計(jì)題目印制，試卷等造成的紙張資源浪費(fèi)，并且具有靈活性、及時(shí)性以及方便性等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)相比，本平臺(tái)開發(fā)的潮流計(jì)算和短路計(jì)算功能，智能化考核評(píng)定系統(tǒng)以及智能網(wǎng)上答疑系統(tǒng)，符合電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中存在的問題，不僅有助于提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)能力，同時(shí)還可大大減少教師工作量。

經(jīng)過測(cè)試和應(yīng)用后，本系統(tǒng)能夠在Windows 7及Windows XP環(huán)境下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)開發(fā)的主要功能。指導(dǎo)教師可以根據(jù)自己所負(fù)責(zé)實(shí)踐環(huán)節(jié)的特點(diǎn)全部或者有選擇的使用平臺(tái)的部分功能。

[1] 許惠君．《電力系統(tǒng)分析》課程移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)建設(shè)研究[J]．江西：科技廣場(chǎng)．2015，6(9)：41-44.

[2] 王宗耀．《電力系統(tǒng)分析》課程移動(dòng)學(xué)習(xí)的應(yīng)用與研究[J]．江西：科技廣場(chǎng)．2015，7：186-188.

[3] 蔣春玲．面向信息科技學(xué)困生的微課程設(shè)計(jì)研究[D]．上海：上海師范大學(xué)．2015.

[4] 馮長(zhǎng)麗．基于WEB的大學(xué)生移動(dòng)學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)研究[D]．哈爾濱：哈爾濱師范大學(xué)．2012.

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[9] 武瑩．基于Web考試系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]．青島：中國(guó)海洋大學(xué)．2011.

[10] 施亞莉．基于B/S模式的無紙化考試系統(tǒng)[D]．長(zhǎng)春：吉林大學(xué)．2013.

TheDevelopmentandApplicationofIntelligentComprehensiveTeachingPlatformofCourseDesignforPowerSystem

MAYan-feng，LIRan，HUYong-qiang，ZHENGHuan-kun

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)

An intelligent teaching platform of course design for power system is designed and developed which includes intelligent answer system, supporting calculations and intelligent assessment and grading system. The platform is developed based on Visual Studio development environment, C # language, the B / S mode, three-tier architecture technology and SQL SERVER database. Through testing and trials, the platform can improve students′ efficiency and capacity of course design and teachers′ work efficiency.

power system and automation; course design; teaching platform

2016-09-27;

2017-01- 10

馬燕峰(1978-)，女，博士，副教授，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)和研究工作，E-mail：ma_yanfeng01@163.com

TP315

A

1008-0686(2017)05-0112-05