測量平差在線輔助教學系統設計與實現探究

摘要：為了改進測量平差課程的教學過程，增加學生的在線學習機會，降低知識學習難度，提高課程教學質量，文章提出構建測量平差在線輔助教學系統。在分析課程教學現狀的基礎上，設計出基于習題、面向學生的章節練習、在線作業、模擬考試等功能模塊，面向教師的數據信息維護管理、統計分析功能模塊，還有交流討論功能模塊，并在LNMP模式的支撐下實現系統基于云端虛擬主機的BS架構。結果表明，系統可以有效增進知識理解，改進學習過程。

關鍵詞：測量平差；輔助教學；在線練習；虛擬主機

中圖分類號：P207.2-4；G642 文獻標識碼：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的基礎專業課程，學生對相關知識的掌握和應用能力會直接影響后續進階專業課程的學習質量［1］。由于該課程涉及除基礎測量學之外的高等數學、線性代數、概率論等偏數學科學方面的理論知識，所以該課程具有知識點偏理論抽象的特點。另外，課程的核心理論知識，如誤差傳播定律、經典測量平差方法等，在實際應用中會產生各種不同的情況。核心知識偏理論特點以及具體應用實踐的靈活性，給學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。

在新的數字化教學背景下，為便于任課教師授課，激發學生的學習積極性，提高學生對抽象知識消化吸收及應用的順暢度，諸多教學工作者不斷嘗試采用新技術、新手段進行教學改革，如基于MatLAB的教學系統設計與實現［2-3］，從GPS的應用實踐與網絡服務器資源發掘信息技術［4］方面為課程教學提供幫助。近年來，隨著云技術的發展和推廣應用，各種基于云端平臺的產品，如課堂綜合跟蹤管理系統［5］、遠程在線題庫［6-12］、智能組卷系統［13-16］，逐漸對課堂教學產生了越來越大的影響。

筆者所在課程教學小組，圍繞課程知識的應用練習環節，結合日趨成熟的互聯網云端技術，設計了基于云服務平臺的測量平差在線輔助教學系統。該系統基于測量平差課程知識點的多種應用考查形式，實現了章節練習、在線作業、模擬考試等在線練習功能，為教師教學工作提供了輔助支撐。

1 系統設計

1.1 功能設計

在線輔助教學系統的功能設計主要分為五個模塊，包括系統用戶管理、系統內容更新發布維護、學生輔助學習、學習過程數據統計分析、使用過程的信息交流，功能組織如圖1所示。

系統主要由教師和授課班級學生使用，用戶范圍有限，對系統用戶的管理，主要包括系統用戶注冊、賬號密碼找回、舊賬號銷毀等內容。教師用戶具有較高的系統管理權限；學生用戶注冊，須提供班級、學號、姓名、電子郵箱等真實信息，以便實現針對性的學習質量評估。

系統內容更新發布功能，主要是教師用戶在教學過程中不斷補充、更新習題內容，使系統能夠全面覆蓋課程知識點，并提供不同形式的測試練習。另外，還可以根據課程進度在線發布作業，按照形式要求組合練習題，生成模擬試卷。

對學生用戶，系統設計能將習題按照章節歸類，實現跟蹤教學進度的階段練習。另外，學生可以在線瀏覽教師發布的作業內容，在線完成和提交作業答案，系統能隨機生成試卷、提供在線模擬考試等。該模塊旨在增強學生的知識應用能力，提供練習問題的參考答案、自主評分以及難度評價功能。

統計分析模塊主要為教師的教學過程提供參考，通過章節練習、在線作業以及生成試卷中習題的難度分析，了解課程知識難點的掌握情況以及學生個體的學習質量，從而在教學環節中針對相關問題進行改進。

信息交流模塊主要用于系統內部學生與教師以及學生與學生之間的交流討論、問題反饋，通過用戶間的信息交互，提高系統使用順暢程度和輔助學習的強度。

1.2 學生輔助學習設計

課程主要知識點包括基本概念定義、誤差分布與精度指標、經典測量平差方法、誤差橢圓、平差系統的統計假設檢驗等內容。課程教學的主要目的是使學生在消化吸收理論知識的基礎上，掌握具體問題的對應解決方法。輔助教學系統設計能為學生提供不同形式的知識運用實踐考查練習。

系統提供的鞏固知識的主要載體是涉及具體知識內涵及外延的理解和應用習題。習題形式包括常見的填空、計算、應用以及問答等，題目除了常規的文字及圖片描述的問題外，還帶有所考查章節編號、參考答案和難度系數。不同形式的題目通過在線作業、模擬考試組合呈現，學生用戶參與在線作答、提交答案、自主評分等環節，從而檢查自己的學習質量。另外，系統可以記錄學生的練習情況，比如練習的題目、提交的答案以及所得成績等信息，為個人學習情況分析提供基礎數據。學生角色具備的功能及屬性設計如圖2所示。

1.3 教師輔助教學設計

教師作為具有更高權限的用戶，同時也承擔著更大的責任。除了核實學生用戶注冊信息之外，在教學過程中，教師用戶還應及時補充習題資源，檢查錯誤率較高的內容，糾正不準確、不嚴謹的問題描述，更新參考答案。

教師用戶可以根據授課內容，定期在線發布作業并查看學生的完成情況，查看模擬考試成績，評估教學質量并及時查漏補缺。教師用戶還可以利用信息交流功能發布消息，與學生互動，了解學生的問題并及時反饋。此外，還要利用系統提供的自動組卷功能，按照相關要求模擬編寫考試試卷，為正式考試提供有益參考。

2 系統的具體實現

基于云端的遠程在線輔助教學系統的具體實現采用BS架構［17-18］，由云端的數據層、功能層和用戶端的交互層組成，具有維護方便、適應不同終端環境的優點，尤其是學生通過手機便可登錄使用，便于在學生中普及應用。

2.1 數據庫實現

系統涉及的數據實體主要包括基礎習題及組合而成的章節練習、在線作業、模擬試卷、留言消息、學生和教師用戶等，其邏輯關系如圖3所示。

本系統使用MySQL數據庫管理系統，構建填空、計算、應用以及問答四種不同類型的習題數據表組，以習題為基礎的章節練習、在線作業、模擬試卷等練習數據表組，學生用戶數據表，教師用戶數據表，學生練習記錄數據表，留言消息數據表等，數據表結構及關系如圖4所示。

2.2 前端設計及功能實現

用戶界面主要通過HTML+CSS以及JavaScript工具，實現學生和教師在瀏覽器頁面的互動操作。瀏覽器頁面組織結構設計如圖5所示。

云端服務器的設計功能以及MySQL數據庫的交互作業主要通過PHP工具實現，用戶端和云端通過HTTP協議進行通信。采用一家國內云端服務平臺提供的虛擬主機，使用簡潔高效的Linux+Nginx+MySQL+PHP（LNMP）模式完成云端網站架構搭建。用戶端可以直接通過桌面或移動終端的網頁瀏覽器進行訪問，注冊、登錄即可使用系統相關功能。

2.3 系統運行

系統習題數據主要來自課程教材、參考書、網絡資源以及往年考試試題等，這些題目經過整理分類、劃分章節、編寫答案并通過習題管理功能輸入數據庫，作為基礎數據源，并在后續教學過程中不斷補充。

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

3 結語

針對測量平差課程教學反映的問題，文章基于云技術提出設計，構建了面向學生和教師的在線輔助教學系統。系統采用云端虛擬主機搭建網站服務器，基于習題數據資源，面向學生提供章節練習、在線作業和模擬考試等形式的知識應用練習，面向教師提供練習資源更新維護、智能組卷、學生學習質量分析，還有信息交流討論等。系統使用效果表明，其可以有效改進學生知識理解和優化應用效果，提高課程教學質量。

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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、雷達干涉測量技術與方法。