陳新河，劉艷麗，邵 瑞，汪世義

（巢湖學院電子工程學院，安徽巢湖238000）

電力電子技術是一門以電力電子器件對電能進行控制和轉換技術的科學，它在自動化、能源、環(huán)保和交通運輸?shù)确矫嬗兄匾饔肹1-2]。該課程因波形圖多、圖形復雜、公式多、實踐性強被公認為電氣工程等專業(yè)的“困難”課程。為提高該課程的教學效果和學生的實踐能力，高校相關教師分別從教學內容、教學方法、教學手段和實踐教學等方面進行改革和實踐[2-6]，并取得了一定的效果，但仍未能充分發(fā)揮學生的主觀能動性、未能充分利用網(wǎng)絡資源、未能利用學生的課外時間、未能形成專業(yè)而綜合的教學系統(tǒng)?；诖颂攸c，并結合其他課程計算機輔助教學研究和實踐的經(jīng)驗[7-10]，本文提出了一種基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、Active X控件和應用軟件嵌入的電力電子技術課程的輔助教學系統(tǒng)。

1 教學系統(tǒng)設計

該輔助教學系統(tǒng)采用客戶(Client)/服務器(Server)的設計理念。系統(tǒng)相關的資源和數(shù)據(jù)被儲存在網(wǎng)絡服務器（網(wǎng)端數(shù)據(jù)庫）中，客戶（學生）通過操作要求將所需資源加載到客戶端本地，以圖像、聲音和動畫等相應媒體響應，并將必要的數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)端數(shù)據(jù)庫中存儲。

根據(jù)電力電子技術課程教學的實際需要，將該教學系統(tǒng)主要分為理論知識、實踐知識和知識練測等三大子系統(tǒng)，具體模塊劃分如圖1所示。三大子系統(tǒng)分別對應于課程理論知識、課程實踐知識和課程知識評價。進入系統(tǒng)學習前，利用登錄模塊登記和管理合法用戶信息。理論知識學習子系統(tǒng)包含系統(tǒng)知識模塊、典型知識模塊和動畫演示模塊，分別對課程知識的細節(jié)、重點和難點進行展開；實踐知識學習子系統(tǒng)包括電力電子器件參數(shù)模塊、典型電路計算模塊、實驗參考模塊和網(wǎng)絡查詢模塊，分別從元器件、計算、實驗和新知識聯(lián)系實踐；知識練測評價子系統(tǒng)包括知識練習模塊和知識測試模塊，分別完成知識的反復練習和最終評價等功能。

1）登錄模塊：該模塊進行用戶注冊、用戶登錄和用戶管理。普通用戶在該模塊中可以完成注冊和登錄功能；管理員通過“管理”按鈕登錄后，在彈出對話框中利用賬號或姓名可對用戶賬號、姓名和密碼等進行刪除、修改和權限修改等操作。

2）理論知識子系統(tǒng)：該部分包含系統(tǒng)知識、典型知識和動畫演示3個功能模塊。系統(tǒng)知識模塊將存儲在數(shù)據(jù)庫中PPS格式的電力電子技術知識文件加載到客戶端，按照用戶指定的章節(jié)詳細展示；典型知識模塊是將各個章節(jié)的重點知識以圖片、公式和總結性語句提供給用戶瀏覽學習。課程知識中的難點利用動畫演示模塊來突破，課程中難以理解的電路中的能量流動、能量交互、波形形成和公式關系都直觀地顯示出來，既可以觀察瞬間狀態(tài)，也可以考量整體變化過程。

3）實踐知識子系統(tǒng)：該部分包括器件參數(shù)模塊、典型計算模塊、實驗參考模塊和網(wǎng)絡查詢模塊。器件參數(shù)模塊為電力電子電路設計時選擇主器件提供參數(shù)查詢方便，使用時輸入主器件類型，在彈出的主器件詳細列表中選擇具體的主器件，即可在用戶界面中查閱該器件的參數(shù)。典型計算模塊是對電力電子技術課程中常見的典型電路進行輔助計算，該模塊根據(jù)用戶選擇電路類型和輸入?yún)?shù)，給出計算結果和相關電路圖等信息，其操作流程如圖2所示。實驗參考模塊為用戶提供了電力電子技術各個實驗的實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗思考題、實驗電路和實驗注意事項等信息，用戶只要選定某個具體的實驗項目，其對應的相關信息就會在用戶界面上顯示。網(wǎng)絡查詢模塊是為避免新知識、新元器件未被包含入該系統(tǒng)中而加入，用戶通過模塊中嵌入的搜索工具，對未知知識進行網(wǎng)絡查詢，其返回的查詢結果顯示在系統(tǒng)界面供用戶參閱學習。

圖1 系統(tǒng)功能模塊劃分圖

圖2 典型計算操作流程圖

4）知識練測子系統(tǒng)：該部分包括知識練習模塊和知識測試模塊，其中試題庫的組織、試題的抽取和測試評判是該部分的核心部分。試題庫中各章節(jié)的試題比例是按教學大綱中各章節(jié)在整體教學中的比重進行分配，如“整流電路”章節(jié)教學占整個教學量的20%，則該章節(jié)習題數(shù)應該為整個習題庫習題的20%左右；習題庫中習題類型包括選擇題、判斷題和簡答題等；各習題的題干、選項和答案分別被存儲在數(shù)據(jù)庫中各記錄的相應字段中。知識練習時，系統(tǒng)根據(jù)學生所選知識點章節(jié)，在對應的習題庫中隨機抽取習題，并在學生作答后給出習題的正確答案，用文字和聲音提示作答是否正確；知識測試時，系統(tǒng)根據(jù)各章節(jié)知識點的比重在對應習題庫中隨機抽取相應量的測試試題（如“整流電路”部分將抽取20題作為測試試題），學生作答完畢或學生主動停止測試后，系統(tǒng)結合學生作答結果和試題正確答案，將測試的結果分析提供給學生，并對學生測試成績進行更新。其中測試結果分析主要包含測試總習題數(shù)、正確習題數(shù)、錯誤習題數(shù)、測試成績等。

2 技術實現(xiàn)

2.1 交互操作

交互操作一般需要通過ActiveX技術實現(xiàn)，該技術通常通過可被嵌入的ActiveX控件進行界面開發(fā)，可以簡化開發(fā)難度，降低開發(fā)成本，增加程序的移植性[5]。本教學系統(tǒng)為簡化用戶操作、提高用戶體驗、構建良好的人機交互界面，利用ActiveX控件實現(xiàn)用戶輸入和系統(tǒng)反饋的雙向互動。其中用戶輸入操作采用選項卡控件實現(xiàn)不同模塊間的選擇和轉換，按鈕實現(xiàn)選擇和確認，單選按鈕和組框實現(xiàn)單選，多選框控件實現(xiàn)多選，編輯框實現(xiàn)文本輸入，樹形控件和列表框實現(xiàn)目錄顯示和選擇等。系統(tǒng)響應輸出采用文本框和圖片框分別實現(xiàn)文字和圖片的顯示，通過動畫控件實現(xiàn)動畫的播放等。使用ActiveX控件進行具體程序開發(fā)時，一般需要進行對控件對象的建立、注冊、修改屬性、綁定變量以及對控件進行方法的實現(xiàn)和調用等操作。

2.2 應用軟件嵌入

為更完整、更全面地展現(xiàn)電力電子技術課程的相關學習資料、豐富課程的學習方式、降低課程的學習難度，系統(tǒng)設計利用Microsoft Office PowerPoint、Adobe Reader、Flash Player和Internet Explorer11等應用軟件的嵌入，完成對PPT、PDF、SWF和網(wǎng)絡資源進行操作。這些應用軟件并未集成到開發(fā)平臺，或者集成到開發(fā)平臺的控件版本比較低，需要一些特殊的處理才能完成相應程序的使用和操作。下邊以PowerPoint嵌入為例，介紹應用軟件在系統(tǒng)中嵌入方法和步驟。

第1步：安裝應用軟件。在教學系統(tǒng)開發(fā)的操作系統(tǒng)中安裝應用軟件（Microsoft Office2013），保證該系統(tǒng)中存在支持PowerPoint創(chuàng)建和使用的類庫。

第2步：加入類庫。在開發(fā)的系統(tǒng)中加入PowerPoint所需要的類庫。通過“項目”菜單中的“添加類”菜單項，選擇“TypeLib”中的“MFC類”，在注冊表中選擇“Microsoft PowerPoint 15.0 Object Library”類庫，從其對應的接口中選擇“_Application、Presentations”等7個接口加入右側，確定完成后，就會在教學系統(tǒng)開發(fā)的項目中形成與上述接口對應的“CApplication”和“CPresentations”等7個類。

第3步：添加頭文件并建立對象。在需要使用PowerPoint應用軟件的界面對應的類中加入這些類對應的頭文件，并為其建立對象。本系統(tǒng)在“PPSStudy”類中添加了“CPresentation.h”“CPresentations.h”和“CSlide.h”等7個頭文件，并建立與之對應的“app”“presentation”等7個類的對象。

第4步：添加操作控件，實現(xiàn)操作方法。在操作界面上添加相應操作控件，如“打開”“下一頁”等操作按鈕，并對這些按鈕實現(xiàn)操作方法。如“打開”按鈕的實現(xiàn)方法，利用打開文件對話框“CFileDialog”類的“FileDlg（）”方法打開一個“.PPT”或“.PPS”為后綴的文件，待驗明文件的合法性后，通過“CApplication”類的對象“app”的“get_Presentations（）”打開PPT應用程序，將獲得的應用程序句柄賦值給“CPresentations”類的對象“presentations”，利用該對象的“OpenOld（）”方法，打開所選定的PPT文件。

3 界面實例

打開輔助教學系統(tǒng)，通過登錄進入學習界面，如圖3所示。整體界面包括標題欄、學習模塊選擇區(qū)和客戶操作區(qū)。學習模塊分別為系統(tǒng)知識模塊、元件參數(shù)模塊、典型知識模塊、動畫演示模塊、典型計算模塊、聯(lián)網(wǎng)查詢模塊、知識練習模塊和知識檢測模塊等。系統(tǒng)知識模塊是對電力電子技術課程知識系統(tǒng)性學習的模塊，其中包含該課程的各個知識點，涵蓋知識要點、知識重點、知識難點和知識的應用介紹。通過選擇模塊左側的課程章節(jié)節(jié)點知識導航，配合使用界面上的各種操作按鈕，來打開和瀏覽章節(jié)的詳細知識。

圖4顯示為典型計算模塊界面，該模塊為方便使用者快速而準確計算電力電子技術中典型電路的電路參數(shù)而設立。該模塊同時具備相應電路計算和學習功能。在計算時不但幫助計算電路參數(shù)，而且展示該電路的電路結構和計算公式，方便使用者知道內部如何進行計算，理解其中原理。使用過程中，首先選擇相應的電路類型，然后在對應的參數(shù)框中填入相應的已知參數(shù)，點擊“計算參數(shù)”按鈕，模塊就會計算出電路參數(shù)，并展示電路結構和計算公式。

圖3 PPT學習模塊界面

圖4 典型計算模塊界面

4 結束語

本著提高電力電子技術課程的教學質量、降低電力電子技術課程的教學難度、豐富電力電子技術課程的教學手段的目標，結合電力電子技術課程的特點，本文設計并實現(xiàn)了電力電子技術課程輔助教學系統(tǒng)。與已有的其他輔助教學系統(tǒng)[7-10]相比，該系統(tǒng)具有以下特點：

1）學習方式多樣化、知識內容多層次化：系統(tǒng)知識、典型知識和動畫演示等多個學習模塊運用不同表達方式，從不同側面、不同深度對課程知識進行展示，使系統(tǒng)具有知識表達的多樣性和全面性，從而豐富學習途徑，降低學習難度。

2）強調知識實踐性和知識學練一體性：完成理論學習的同時，通過實踐知識子系統(tǒng)和知識練測子系統(tǒng)繼續(xù)實現(xiàn)知識實踐和知識評價的功能，使系統(tǒng)具有學習知識的完整性和學練知識的一體性，從而使知識理論聯(lián)系實踐，并對知識學習效果及時檢查和反饋。

3）注重用戶體驗：使用多種多樣的教學素材，采用大量提示對話框和結果反饋等互動性操作，分步驟、分層次地與學生進行交流互動，使系統(tǒng)具有良好的人機交互界面。從而簡化系統(tǒng)操作難度，提高學生的學習興趣。

總之，本人在完善該輔助教學系統(tǒng)的功能、豐富其教學方式、降低課程學習難度、提高課程教學效果等方面做了不少努力，但是，該系統(tǒng)仍有缺憾之處，如系統(tǒng)中未能實現(xiàn)“網(wǎng)上在線實驗”、未能實現(xiàn)對使用者真實身份的有效檢查等，今后將進行一步改進。