測量平差在線輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)探究

摘要：為了改進(jìn)測量平差課程的教學(xué)過程，增加學(xué)生的在線學(xué)習(xí)機(jī)會，降低知識學(xué)習(xí)難度，提高課程教學(xué)質(zhì)量，文章提出構(gòu)建測量平差在線輔助教學(xué)系統(tǒng)。在分析課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計出基于習(xí)題、面向?qū)W生的章節(jié)練習(xí)、在線作業(yè)、模擬考試等功能模塊，面向教師的數(shù)據(jù)信息維護(hù)管理、統(tǒng)計分析功能模塊，還有交流討論功能模塊，并在LNMP模式的支撐下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基于云端虛擬主機(jī)的BS架構(gòu)。結(jié)果表明，系統(tǒng)可以有效增進(jìn)知識理解，改進(jìn)學(xué)習(xí)過程。

關(guān)鍵詞：測量平差；輔助教學(xué)；在線練習(xí)；虛擬主機(jī)

中圖分類號：P207.2-4；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）20-00-03

0 引言

測量平差是測繪工程專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課程，學(xué)生對相關(guān)知識的掌握和應(yīng)用能力會直接影響后續(xù)進(jìn)階專業(yè)課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量［1］。由于該課程涉及除基礎(chǔ)測量學(xué)之外的高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論等偏數(shù)學(xué)科學(xué)方面的理論知識，所以該課程具有知識點(diǎn)偏理論抽象的特點(diǎn)。另外，課程的核心理論知識，如誤差傳播定律、經(jīng)典測量平差方法等，在實(shí)際應(yīng)用中會產(chǎn)生各種不同的情況。核心知識偏理論特點(diǎn)以及具體應(yīng)用實(shí)踐的靈活性，給學(xué)生帶來了課堂知識理解難、理解了理論知識又不會做題的困境。

在新的數(shù)字化教學(xué)背景下，為便于任課教師授課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生對抽象知識消化吸收及應(yīng)用的順暢度，諸多教學(xué)工作者不斷嘗試采用新技術(shù)、新手段進(jìn)行教學(xué)改革，如基于MatLAB的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［2-3］，從GPS的應(yīng)用實(shí)踐與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器資源發(fā)掘信息技術(shù)［4］方面為課程教學(xué)提供幫助。近年來，隨著云技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，各種基于云端平臺的產(chǎn)品，如課堂綜合跟蹤管理系統(tǒng)［5］、遠(yuǎn)程在線題庫［6-12］、智能組卷系統(tǒng)［13-16］，逐漸對課堂教學(xué)產(chǎn)生了越來越大的影響。

筆者所在課程教學(xué)小組，圍繞課程知識的應(yīng)用練習(xí)環(huán)節(jié)，結(jié)合日趨成熟的互聯(lián)網(wǎng)云端技術(shù)，設(shè)計了基于云服務(wù)平臺的測量平差在線輔助教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于測量平差課程知識點(diǎn)的多種應(yīng)用考查形式，實(shí)現(xiàn)了章節(jié)練習(xí)、在線作業(yè)、模擬考試等在線練習(xí)功能，為教師教學(xué)工作提供了輔助支撐。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 功能設(shè)計

在線輔助教學(xué)系統(tǒng)的功能設(shè)計主要分為五個模塊，包括系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)內(nèi)容更新發(fā)布維護(hù)、學(xué)生輔助學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、使用過程的信息交流，功能組織如圖1所示。

系統(tǒng)主要由教師和授課班級學(xué)生使用，用戶范圍有限，對系統(tǒng)用戶的管理，主要包括系統(tǒng)用戶注冊、賬號密碼找回、舊賬號銷毀等內(nèi)容。教師用戶具有較高的系統(tǒng)管理權(quán)限；學(xué)生用戶注冊，須提供班級、學(xué)號、姓名、電子郵箱等真實(shí)信息，以便實(shí)現(xiàn)針對性的學(xué)習(xí)質(zhì)量評估。

系統(tǒng)內(nèi)容更新發(fā)布功能，主要是教師用戶在教學(xué)過程中不斷補(bǔ)充、更新習(xí)題內(nèi)容，使系統(tǒng)能夠全面覆蓋課程知識點(diǎn)，并提供不同形式的測試練習(xí)。另外，還可以根據(jù)課程進(jìn)度在線發(fā)布作業(yè)，按照形式要求組合練習(xí)題，生成模擬試卷。

對學(xué)生用戶，系統(tǒng)設(shè)計能將習(xí)題按照章節(jié)歸類，實(shí)現(xiàn)跟蹤教學(xué)進(jìn)度的階段練習(xí)。另外，學(xué)生可以在線瀏覽教師發(fā)布的作業(yè)內(nèi)容，在線完成和提交作業(yè)答案，系統(tǒng)能隨機(jī)生成試卷、提供在線模擬考試等。該模塊旨在增強(qiáng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力，提供練習(xí)問題的參考答案、自主評分以及難度評價功能。

統(tǒng)計分析模塊主要為教師的教學(xué)過程提供參考，通過章節(jié)練習(xí)、在線作業(yè)以及生成試卷中習(xí)題的難度分析，了解課程知識難點(diǎn)的掌握情況以及學(xué)生個體的學(xué)習(xí)質(zhì)量，從而在教學(xué)環(huán)節(jié)中針對相關(guān)問題進(jìn)行改進(jìn)。

信息交流模塊主要用于系統(tǒng)內(nèi)部學(xué)生與教師以及學(xué)生與學(xué)生之間的交流討論、問題反饋，通過用戶間的信息交互，提高系統(tǒng)使用順暢程度和輔助學(xué)習(xí)的強(qiáng)度。

1.2 學(xué)生輔助學(xué)習(xí)設(shè)計

課程主要知識點(diǎn)包括基本概念定義、誤差分布與精度指標(biāo)、經(jīng)典測量平差方法、誤差橢圓、平差系統(tǒng)的統(tǒng)計假設(shè)檢驗(yàn)等內(nèi)容。課程教學(xué)的主要目的是使學(xué)生在消化吸收理論知識的基礎(chǔ)上，掌握具體問題的對應(yīng)解決方法。輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計能為學(xué)生提供不同形式的知識運(yùn)用實(shí)踐考查練習(xí)。

系統(tǒng)提供的鞏固知識的主要載體是涉及具體知識內(nèi)涵及外延的理解和應(yīng)用習(xí)題。習(xí)題形式包括常見的填空、計算、應(yīng)用以及問答等，題目除了常規(guī)的文字及圖片描述的問題外，還帶有所考查章節(jié)編號、參考答案和難度系數(shù)。不同形式的題目通過在線作業(yè)、模擬考試組合呈現(xiàn)，學(xué)生用戶參與在線作答、提交答案、自主評分等環(huán)節(jié)，從而檢查自己的學(xué)習(xí)質(zhì)量。另外，系統(tǒng)可以記錄學(xué)生的練習(xí)情況，比如練習(xí)的題目、提交的答案以及所得成績等信息，為個人學(xué)習(xí)情況分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。學(xué)生角色具備的功能及屬性設(shè)計如圖2所示。

1.3 教師輔助教學(xué)設(shè)計

教師作為具有更高權(quán)限的用戶，同時也承擔(dān)著更大的責(zé)任。除了核實(shí)學(xué)生用戶注冊信息之外，在教學(xué)過程中，教師用戶還應(yīng)及時補(bǔ)充習(xí)題資源，檢查錯誤率較高的內(nèi)容，糾正不準(zhǔn)確、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}描述，更新參考答案。

教師用戶可以根據(jù)授課內(nèi)容，定期在線發(fā)布作業(yè)并查看學(xué)生的完成情況，查看模擬考試成績，評估教學(xué)質(zhì)量并及時查漏補(bǔ)缺。教師用戶還可以利用信息交流功能發(fā)布消息，與學(xué)生互動，了解學(xué)生的問題并及時反饋。此外，還要利用系統(tǒng)提供的自動組卷功能，按照相關(guān)要求模擬編寫考試試卷，為正式考試提供有益參考。

2 系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

基于云端的遠(yuǎn)程在線輔助教學(xué)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)采用BS架構(gòu)［17-18］，由云端的數(shù)據(jù)層、功能層和用戶端的交互層組成，具有維護(hù)方便、適應(yīng)不同終端環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，尤其是學(xué)生通過手機(jī)便可登錄使用，便于在學(xué)生中普及應(yīng)用。

2.1 數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)實(shí)體主要包括基礎(chǔ)習(xí)題及組合而成的章節(jié)練習(xí)、在線作業(yè)、模擬試卷、留言消息、學(xué)生和教師用戶等，其邏輯關(guān)系如圖3所示。

本系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，構(gòu)建填空、計算、應(yīng)用以及問答四種不同類型的習(xí)題數(shù)據(jù)表組，以習(xí)題為基礎(chǔ)的章節(jié)練習(xí)、在線作業(yè)、模擬試卷等練習(xí)數(shù)據(jù)表組，學(xué)生用戶數(shù)據(jù)表，教師用戶數(shù)據(jù)表，學(xué)生練習(xí)記錄數(shù)據(jù)表，留言消息數(shù)據(jù)表等，數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)及關(guān)系如圖4所示。

2.2 前端設(shè)計及功能實(shí)現(xiàn)

用戶界面主要通過HTML+CSS以及JavaScript工具，實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師在瀏覽器頁面的互動操作。瀏覽器頁面組織結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示。

云端服務(wù)器的設(shè)計功能以及MySQL數(shù)據(jù)庫的交互作業(yè)主要通過PHP工具實(shí)現(xiàn)，用戶端和云端通過HTTP協(xié)議進(jìn)行通信。采用一家國內(nèi)云端服務(wù)平臺提供的虛擬主機(jī)，使用簡潔高效的Linux+Nginx+MySQL+PHP（LNMP）模式完成云端網(wǎng)站架構(gòu)搭建。用戶端可以直接通過桌面或移動終端的網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)行訪問，注冊、登錄即可使用系統(tǒng)相關(guān)功能。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)習(xí)題數(shù)據(jù)主要來自課程教材、參考書、網(wǎng)絡(luò)資源以及往年考試試題等，這些題目經(jīng)過整理分類、劃分章節(jié)、編寫答案并通過習(xí)題管理功能輸入數(shù)據(jù)庫，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，并在后續(xù)教學(xué)過程中不斷補(bǔ)充。

通過桌面終端瀏覽器登錄系統(tǒng)頁面，主要的頁面包括系統(tǒng)主登錄界面、章節(jié)練習(xí)頁面、模擬考試的在線試卷示例頁面、試題更新維護(hù)頁面、智能組卷頁面和留言交流頁面等。通過在教學(xué)班級中實(shí)際使用系統(tǒng)，反饋信息表明應(yīng)用效果良好，明顯減少了課堂答疑輔導(dǎo)的次數(shù)，對考試成績有正面積極影響。

3 結(jié)語

針對測量平差課程教學(xué)反映的問題，文章基于云技術(shù)提出設(shè)計，構(gòu)建了面向?qū)W生和教師的在線輔助教學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用云端虛擬主機(jī)搭建網(wǎng)站服務(wù)器，基于習(xí)題數(shù)據(jù)資源，面向?qū)W生提供章節(jié)練習(xí)、在線作業(yè)和模擬考試等形式的知識應(yīng)用練習(xí)，面向教師提供練習(xí)資源更新維護(hù)、智能組卷、學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量分析，還有信息交流討論等。系統(tǒng)使用效果表明，其可以有效改進(jìn)學(xué)生知識理解和優(yōu)化應(yīng)用效果，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 高建，江暢，陳一祥，等.測量平差課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“TBL+CBE”模式探索［J］.地理空間信息，2017，6（17）：116-118.

［2］ 陶秋香，劉國林，翟敏.“誤差理論與測量平差基礎(chǔ)”教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.測繪通報，2015（11）：125-128.

［3］ 劉淼，丁克良.基于MATLAB Web Server的測量平差在線計算系統(tǒng)［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2017，20（1）：58-60.

［4］ 劉殿鋒，劉耀林，洪曉峰. 3S村鎮(zhèn)退化土地監(jiān)測與評價系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.測繪科學(xué)，2011，36（2）：213-215.

［5］ 丁克良，周命端，李學(xué)芳，等.多功能課堂教學(xué)綜合跟蹤管理在線系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用［J］.測繪通報，2016（12）：131-134.

［6］ 李瑞森，張樹有，伊國棟，等.多屬性多關(guān)聯(lián)的工程圖學(xué)試題庫與多路徑智能組卷系統(tǒng)研究［J］.圖學(xué)學(xué)報，2018，39（2）：373-380.

［7］ 楊祎.高等學(xué)校學(xué)科試題庫建設(shè)的實(shí)踐與研究［J］.教育觀察，2016，6（9）：32-33.

［8］ 祝麗英，李喜煥，黃亞群，等.基于校園網(wǎng)的“試驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析”開放試題庫建設(shè)探索［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（農(nóng)林教育版），2018，20（2）：（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）44-47.

［9］ 唐梅.基于遠(yuǎn)程教育平臺網(wǎng)絡(luò)試題庫管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2018.

［10］ 王宇.試題庫管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京理工大學(xué)，2018.

［11］ 于欣薇.通用試題庫管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.長春：吉林大學(xué)，2019.

［12］ 卓人強(qiáng).在線試題庫系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)踐活動中的應(yīng)用［J］.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015（1）：134-135.

［13］ 陳國彬，張廣泉.基于改進(jìn)遺傳算法的快速自動組卷算法研究［J］.計算機(jī)應(yīng)用研究，2015，32（10）：2996-2998.

［14］ 稅靖.基于遺傳算法的自動組卷及經(jīng)典測量理論評價［D］.重慶：重慶師范大學(xué)，2018.

［15］ 杜明，王樹梅，郝國生.基于知識水平的改進(jìn)智能遺傳組卷算法設(shè)計［J］.控制工程，2017，24（10）：2112-2117.

［16］ 胡明珠.基于智能組卷算法的信息安全競技平臺的研究與設(shè)計［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2018.

［17］ 崔鶴，楊鵬.基于B/S結(jié)構(gòu)的英語標(biāo)準(zhǔn)化考試系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)［J］.電子設(shè)計工程，2016，24（20）：46-49.

［18］ 張玲.基于Web數(shù)據(jù)庫在線考試系統(tǒng)的設(shè)計研究探討［J］.自動化與儀器儀表，2016（5）：120-121，124.

作者簡介：高建（1982—），男，江蘇邳州人，博士，講師，研究方向：誤差理論與測量平差、雷達(dá)干涉測量技術(shù)與方法。