“电力系统”课程设计智能化综合教学平台研发

马燕峰， 李 然， 胡永强， 郑焕坤

(华北电力大学 电气与电子工程学院， 河北 保定 071003)

“电力系统”课程设计智能化综合教学平台研发

马燕峰， 李 然， 胡永强， 郑焕坤

(华北电力大学 电气与电子工程学院， 河北 保定 071003)

针对我校电力专业课程设计实践环节存在的问题，本文研发了电力专业课程设计智能化综合教学平台。该平台包括智能网上答疑、课程设计辅助计算及智能考核和成绩评定系统三部分，采用Visual Studio为开发环境，C#为开发语言，SQL SERVER为后台数据库支持，采用B/S模式和三层架构技术进行系统的设计开发和实现。通过测试和试用，该平台可以提高学生课程设计效率及能力、教师的工作效率。

电力系统及其自动化；课程设计；教学平台

0 引言

“电力系统”课程设计和“发电厂电气部分”课程设计作为我校电力系统及其自动化专业的主要实践环节，选课学生为数众多，因此这两门课程设计管理、答疑和能力考核的工作量越来越重。

计算机技术和网络的广泛应用为基于网络的课程设计管理提供了必要的条件,国内许多高校的理论课程教学中已经逐步引入网络和移动教学环节，借助计算机网络和微信平台等手段提高学生的学习兴趣，增加师生互动的机会，从而提高教学质量[1-3]。针对相对分散、人数众多且指导教师少的课程设计环节，如何加强过程管理，让学生在课程设计过程中减少不必要的手算过程，实现教师和学生的及时互动，加快课程设计的进度；并且在课程设计最后综合考查学生的能力，提高教师的考核效率，实现考查标准统一都是急需解决的问题。因此开发课程设计智能化综合教学平台具有重要的现实意义。据调查，我校当前93%的学生拥有智能手机，可以通过移动网络达到“随时、随地、随身”的学习，50%多的大三学生拥有电脑，这为平台的应用提供了基础[4]。

本文设计开发的“电力系统”课程设计智能化综合教学平台(以下简称“教学平台”)采用Visual Studio为开发环境，C#为开发语言，SQL SERVER为后台数据库支持，采用B/S模式和三层架构技术进行整个系统的设计开发[6-10]。学生只要通过手机或者电脑上网即可登录本平台进行学习、答疑和考核。本教学平台具有界面简洁、操作简单、易于维护、功能合理、提高教学效率和优化资源等优点。

1 课程设计现状及存在问题

“电力系统”课程设计要求学生根据给定的电源和负荷情况，设计满足要求的电力网络，具体内容包括：①功率平衡分析，确定计算条件；②确定电力网的电压等级、接线图及导线型号；③确定各发电厂升压站和变电所主变容量、台数及主接线图；④潮流计算，确定无功补偿及调压方式；⑤计算投资、输电效率、年运行费用等。在设计过程中，需要反复进行潮流计算，因此耗时极大。

“发电厂电气部分”课程设计要求学生根据电厂装机、出线和负荷情况，设计发电厂电气主接线并完成变压器及各电压等级电气设备的选择和校验，完成发电厂用电设计及图纸绘制等。其中电气设备的选择和校验中需要计算不同地点、不同时刻的短路电流，而发电机到短路点的电抗计算非常复杂，学生的计算工作量较大。

课程设计为期两周，采取学生集中在教室分组进行，计算过程手算，教师定期答疑。由于学生多，教师少，导致存在问题如下：①设计过程中用到的潮流和短路计算手算较复杂；②课程设计问题多样，同时不同学生会有很多相同问题，导致指导教师针对同一问题多次重复讲解；③教师定期答疑而非全程陪同，因此会出现问题堆积、延误设计进度等现象；④多个教师共同指导一门课程，会出现评判标准不一的情况，影响学生成绩甚至后续评优；⑤教师进行考核和成绩汇总的工作量大。

2 教学平台功能设计

为解决上述问题，“电力系统”课程设计智能化综合教学平台的研发，确定实现如下三大功能：

2.1答疑

学生可在教学平台上提出问题，若平台内置的问题库中已有，则会自动显示解决办法；若没有，可以指定教师答疑，从而避免指导教师针对同一问题进行多次讲解或延误学生设计进度。教学平台上还设置讨论区，供学生讨论问题。

2.2辅助计算和作业提交

内置潮流和短路计算程序，同时支持课程设计资料和阶段性设计成果的上传与下载。

2.3智能考核和评定

这部分具有如下功能：①教师对学生提交的阶段性设计成果进行考核，给出成绩并显示在教学平台上，供学生查询；②内置题库：题库建设主要由教师上传题目和答案完成，学生随机从题库里抽取考试题目组成试卷并会有记录，且保证任何两个学生的试卷不同；③自动评卷：对于客观题，平台能自动和答案比对，给出判定结果，对于非客观题，由教师给出成绩，并自动生成学生的考试成绩；④合成最终成绩：由教师确定平时成绩、报告成绩和考试成绩所占比例，系统自动给出学生的总成绩，并形成成绩汇总表。

3 教学平台的开发

3.1教学平台整体设计

教学平台主要由两大部分和三大功能模块组成。两大部分分别为前台用户使用部分和后台管理部分，三大模块分别为学生模块、教师模块及管理员模块，这两部分和三模块共同实现了用户登录、用户信息管理、问题答疑、无纸化考试、作业提交、学生管理等功能。三个功能模块又各含相应的子模块。学生是该系统的主要服务对象，学生可根据课程设计的进度使用相应的功能，帮助自己更高效地完成设计任务。教师主要是进行与学生信息、教学过程和考试相关内容的管理。管理员对系统的全部信息进行维护和管理。

3.2系统权限及登陆系统设计

为了便于课程设计进行，教学平台针对用户身份设定管理员、指导教师和学生三种不同权限，从而保证本系统功能正确使用和网站的安全性。不同用户的功能权限如图1所示。

当用户登录时，系统会根据用户的身份由后台数据库匹配其权限并确定其进入的界面，用户进行与其身份权限一致的操作，流程图和登陆界面如图2和图3所示。此系统是学生、教师和管理员进入系统的唯一入口，非法用户或用户名ID和密码错误时不允许进入系统。

下两节介绍的教学平台上的智能答疑系统以及课程设计辅助计算系统不限制用户身份，智能评定系统则限定用户身份。

图1 不同用户的功能权限

图2 管理系统用户登录流程图

图3 登陆界面

3.3智能答疑系统

为了避免教师对问题的重复讲解，将常见问题内置于后台问题库中，学生可以按照内容关键词或者标题搜索，后台问题库根据内容关键词或者标题进行匹配，显示搜索结果。若搜索不到则可以提问，教师给予回答之后，问题会自动加入问题库中便于后面学生搜索之用。此外，教师或者学生还可针对某一问题发起讨论。答疑系统相关界面如图4所示。

图4 问题搜索界面

3.4辅助计算和课程管理系统

系统内置潮流和短路电流计算程序，学生可以选择一种运行方式或者一个短路点先进行手算，而后由计算机计算进行校验，其它运行方式和其它短路点电流计算都采用计算机计算，这样可节省时间，使学生能够将大部分精力用于课程设计中，同时系统提供的上传下载功能可供教师上传课程设计题目及相关资料，学生下载题目、课设资料和上传阶段性成果。辅助计算和下载功能界面如图5-图7所示。

图5 潮流计算界面

图6 短路电流计算阻抗界面

图7 文件下载界面

3.5管理员权限

管理员对系统的全部信息进行维护。如用户的增删、用户信息的管理、通过学生ID实现学生的分配、试卷的查看、文件的上传和下载等。管理员主界面和学生分配界面如图8和图9所示。

图8 管理员界面

图9 学生分配界面

3.6教师权限

教师负责指导学生的学习和考核，包括：学生信息查看、试卷制定、题库题目的增加、改卷、学生成绩的评定。除此以外，教师还可以进行网络答疑，提出问题发起讨论，文件的上传的和下载等。其中学生信息查看、试卷制定和题库更新操作界面如图10、图11和图12所示。

图10 教师查看学生信息

图11 教师进行试卷制定

图12 教师进行题库更新

3.7学生权限

学生可以在教学平台上下载资料、上传设计成果、使用内置程序计算、查询课程要求、提出问题、参与讨论，同时参加考试以及进行成绩查询等功能。

4 结语

本文介绍的“电力系统”课程设计智能化综合教学平台具有许多优点，解决了我校电力专业课程设计实践环节存在的问题。

(马燕峰等文)

该平台方便教师及时、全面的了解学生课程设计过程，省去了传统实践环节管理过程中工作量大、效率低、反馈周期长、反馈能力弱以及多教师评判成绩主观性较强的缺陷，减少了传统考试过程中设计题目印制，试卷等造成的纸张资源浪费，并且具有灵活性、及时性以及方便性等特点。与传统的网络教学平台相比，本平台开发的潮流计算和短路计算功能，智能化考核评定系统以及智能网上答疑系统，符合电力系统及其自动化专业课程设计的特点，解决了传统课程设计中存在的问题，不仅有助于提高学生的专业素质能力，同时还可大大减少教师工作量。

经过测试和应用后，本系统能够在Windows 7及Windows XP环境下实现设计功能的正常运行，实现了系统开发的主要功能。指导教师可以根据自己所负责实践环节的特点全部或者有选择的使用平台的部分功能。

[1] 许惠君．《电力系统分析》课程移动学习平台建设研究[J]．江西：科技广场．2015，6(9)：41-44.

[2] 王宗耀．《电力系统分析》课程移动学习的应用与研究[J]．江西：科技广场．2015，7：186-188.

[3] 蒋春玲．面向信息科技学困生的微课程设计研究[D]．上海：上海师范大学．2015.

[4] 冯长丽．基于WEB的大学生移动学习课程设计研究[D]．哈尔滨：哈尔滨师范大学．2012.

[5] 孙丽华 邓慧琼 赵 静，等．地方高校电力系统类课程实践教学平台建设[J]．北京：中国电力教育．2011，12:138-139.

[6] 乔显亮．基于B/S和C/S混合模式计算机基础考试系统的实现[D]．青岛：中国海洋大学．2007.

[7] 任泰明．基于B/S结构的软件开发技术[M]．西安:西安电子科技大学出版社，2006.

[8] 谭颖．基于B/S模式的大学计算机基础作业管理系统的设计与实现[D]．重庆：重庆大学．2012.

[9] 武莹．基于Web考试系统的研究与设计[D]．青岛：中国海洋大学．2011.

[10] 施亚莉．基于B/S模式的无纸化考试系统[D]．长春：吉林大学．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

马燕峰(1978-)，女，博士，副教授，主要从事电力系统及其自动化专业的教学和研究工作，E-mail：ma_yanfeng01@163.com

TP315

A

1008-0686(2017)05-0112-05