微信小程序与公众号在野外地质实习中的应用

杨 乃, 李 洋

(中国地质大学(武汉) 信息工程学院, 湖北 武汉 430074)

地球科学是7大基础学科之一,是以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科[1],主要包括地质学、地理学,以及其他衍生学科。地球科学是一门实践性极强的学科[2],野外实习教学是地球科学相关专业不可或缺的重要环节,是理论教学的延续、补充,也是培养学生养成创新意识和地质思维的有效手段[3]。

当前野外实习的教学模式,主要包括三个部分：讲解、观测和记录,教学方法和手段相对单一,学生缺乏学习的主动性与积极性,且易受到天气、地形、噪声等环境因素的影响,教学效果并不理想[4]。为激发学生野外实习兴趣,提升野外实习教学效果,保证野外实习教学质量,在微信被学生广泛使用的背景下,本文结合野外实习教学实际需求,基于微信公众号和微信小程序研发了一款野外地质实习辅助教学系统,为参加野外实习教学的师生提供便利,并为移动环境下类似野外实习教学系统的研发提供新的思路。

1 野外实习教学特征

相对室内教学,野外实习教学具有以下特征：

(1) 教学环境差异：室内教学一般场地固定,而野外实习教学往往由不同的实习教学点组成,具有较强的流动性；相对室内教学,野外实习教学场地更加空旷,更加嘈杂,不如室内讲台与座位之间有明显的层次感；野外实习更容易受到天气因素影响,一旦遭遇到雷雨天气以及滑坡泥石流等地质灾害,野外出行和近距离观测采样都将受到影响,野外实习活动往往被迫延期、改为室内教学或取消。

(2) 教学手段差异：室内教学可以借助板书、多媒体等多种方式完成,而野外实习教学条件相对简陋,教学往往只能通过口述和实地采样观测完成,少量借助小型移动黑板,但板书内容有限,相对室内教学,野外实习教学手段较为单一。

(3) 教学方法差异：野外实习教学是对室内教学的有效补充,前期室内教学侧重地球科学相关知识点理论方法的讲授,学生借助教材、多媒体资料进行学习,野外实习教学则侧重动手实践、近距离样本观测方法与技巧的传授,是对室内教学知识点的巩固,学生更多是通过教师手把手的教授方式来学习,难以通过其他渠道温习相关知识点。

当前智能手机和微信已被广泛使用,研发移动环境下野外地质实习辅助教学系统,将有效改善野外实习教学过程中存在的上述一系列问题。

2 微信公众号与小程序概述

2.1 公众号

2012年微信公众平台正式上线,标志着微信已经从一款聊天工具开始转变为一个生态系统。微信公众平台主要面向企业、政府、媒体、个人和组织。公众平台账号(即“公众号”)分为服务号、订阅号和企业号。其中,服务号侧重于提供服务和互动,订阅号侧重于提供简单的资讯,企业号则用于公司内部通信[5]。根据实际用户需求,本文选择订阅号向师生推送野外实习日常教学活动安排和相关地学知识(以下“公众号”均特指订阅号)。

2.2 小程序

2017年1月9日,微信小程序正式发布。其最初起名为“应用号”,即运行在微信之上的应用。按照微信之父张小龙的定义,小程序是一种不需要下载安装即可使用的应用,它是订阅号和服务号的延展,微信团队希望通过它接棒服务号,以连接更多的服务和场景。它是一种全新的连接用户与服务的方式,是由微信公众平台提供的一种新的开放能力,这种类似于React Native的应用,提供了比HTML5更出色的使用体验,开发成本却与HTML5相差无几[6]。

2.3 微信公众号与小程序应用于野外实习教学的优势

近年来,有不少团队针对当前野外实习过程中存在的问题,研发出了野外地质实习辅助教学系统软件。例如,刘晓等(2015)设计开发了基于安卓系统的野外地质实习辅助教学系统[7],祝德显(2013)、谢磊(2016)分别开发出了基于Web和ArcGIS Engine的虚拟野外地质实习系统[8-9]。但这些系统大都采用C/S(Client/Server)结构和B/S(Browser/Server)结构。基于C/S结构开发的应用程序需要针对不同的操作系统编写对应的软件,严重限制了系统的功能扩展和软件升级,维护相对困难。而基于B/S结构开发的系统软件虽然可以在不同平台上通用,但无法实现应用的个性化要求,且对于不同的浏览器系统界面展现出来的效果也不一定完全一致[10]。

相比于以上两种结构的软件,微信小程序与公众号具有以下优点:

(1) 使用方便：无需下载,打开即用,用完即走,无须卸载,移动性更强。

(2) 开发简单：小程序开发过程本质是在MVVM风格的JavaScript框架下开发,有前端经验的程序员可以无缝衔接,快速入门。

(3) 系统兼容：运行于微信平台之上,兼容iOS和安卓操作系统。

(4) 快速分发迭代：只需将代码上传至微信公众平台,审核通过后进行发布,即可实现分发与版本升级。

微信小程序与公众号的以上优点很好地弥补了传统结构的缺陷,同时,当前微信已被学生广泛使用,基于微信公众号与小程序的野外实习辅助教学系统也更容易被用户接受和使用。

3 系统整体设计

中国地质大学(武汉)在秭归县建有产学研基地,近年来,每年有师生1 800余人次在该基地进行基地地质、地球化学、环境地质、工程地质、测量、土地管理等多学科的野外教学实习和科研工作。此外,广州中山大学、武汉大学、武警黄金部队、台湾大学、香港大学等院校或研究机构也借助该基地开展各项教学或科研活动,每年亦达2 000余人次[11]。针对野外实习教学的特征及秭归野外实习的用户需求,本文设计实现了首个秭归野外地质实习辅助教学系统“秭归实习助手”,由微信公众号和小程序两大模块组成。其中,微信公众号主要负责日常推送教学活动安排和普及相关地学知识,同时提供小程序入口。微信小程序则主要提供地图显示、信息查询、定位导航等基础功能；实习点及实习路线查询、基于地理围栏技术的信息推送等实习信息查询功能；电子野簿、电子罗盘、经纬度转换等实习工具功能；以及实时天气、用户管理等辅助功能,给予用户与APP相当的用户体验。系统的整体架构如图1所示。

图1 野外地质实习辅助教学系统整体架构图

4 微信公众号设计

4.1 日常推送功能

微信公众号可以每日向用户推送一个包含一条或多条图文消息的群发消息,每条图文消息又可以包含文字、图片、语音、视频等多种形式,甚至还可以嵌入微信小程序的入口(如二维码),形式的多样性大大丰富了内容的多样性。

利用微信公众号的日常推送功能每天为用户推送以下信息：

(1) 当天或第二天的实习安排,包括实习路线、出发时间、乘车地点、课程时长等；

(2) 注意事项(比如是否带安全帽、雨伞、午饭等)；

(3) 重要通知,如天气状况不佳时教学活动是否取消等。

4.2 菜单功能

“秭归实习助手”公众号的菜单功能设计效果如图2所示,包含以下三个版块的内容：

图2 “秭归实习助手”公众号会话界面

(1) “关于基地”：包括“基地简介”和“基地服务”两个子菜单,其中,“基地简介”主要概述基地的基本概况、教学资源、硬件条件、交通状况、合作院校以及所在地区的人文环境。“基地服务”则详细介绍实习基地为师生提供的各种生活服务,涵盖衣食住行、银行、邮政、医疗等诸多领域。

(2) “教学实习”：包括“教师团队”和“实习路线”两个子菜单,其中,“教师团队”主要介绍参与野外地质实习的教师队伍。“实习路线”则详细介绍实习基地目前已经开发出的针对不同专业的野外地质实习路线,包括路线的教学内容,路线中包含的重要地质地貌观测点等内容。

(3) “更多内容”：包括“知识储备”和“关联小程序”两个子菜单,其中,“知识储备”主要介绍野外实习常用知识点,包括“地质队员三宝”(罗盘、地质锤、放大镜)的使用、野簿记录方法、简单矿物的肉眼鉴定等。“关联小程序”则提供了与该公众号相关联的小程序入口,点击即可打开进入微信小程序。

5 微信小程序设计

5.1 小程序开发框架设计

本文所设计开发的野外地质实习辅助教学系统的小程序部分,采用MINA(Apache MINA)开发框架。其框架主要分为视图层和逻辑层两大部分。

视图层用来渲染页面,由WXML与WXSS编写,由组件来进行展示。WXML用于描述页面的结构,WXSS用于描述页面的样式,组件是视图层的基本组成单元。

逻辑层用来处理事务,由JavaScript编写,它是MINA框架的服务中心,由微信客户端启用异步线程单独加载运行。

视图层和逻辑层通过系统层的JSBridage进行通信,视图层把触发的事件通知到逻辑层进行业务处理; 逻辑层把数据变化通知到视图层,触发视图层页面更新[12]。

本文通过微信公众平台注册申请的小程序名为“秭归实习助手”,该小程序的MINA框架图如图3所示。

图3 “秭归实习助手”微信小程序MINA框架图

5.2 小程序功能模块设计与实现

如图1所示,本系统目前已实现了基础功能、实习信息查询、实习工具、辅助功能共四个功能模块。

5.2.1 基础功能

(1) 地图显示。本文利用小程序框架提供的地图组件map实现地图显示,并且将地图作为小程序的首页,如图4所示,底图采用腾讯地图。为了便于师生查看,本文将中国地质大学(武汉)秭归产学研基地作为地图的中心,所有的实习教学点根据经纬度显示在地图上,零散地分布在基地周围。通过不同手势或点击地图右下角的“+”号和“-”号按钮可以实现对于地图的基本操作(放大、缩小、移动等)。

图4 “秭归实习助手”微信小程序首页

(2) 定位导航。出于对师生实习安全考虑,同时也为了方便学生日常出行,小程序为用户提供了定位导航功能。

首先,定位功能通过调用微信小程序提供的API wx.getLocation来获取用户当前位置的经纬度信息,另外,通过引入高德地图微信小程序SDK提供的逆地址解析功能,还可以获取到当前位置的地址描述信息。其次,利用该小程序SDK,还可以获取到当前位置周围的POI点,用户只需输入起点与终点,就可以实现驾车、步行、骑行、公交四种不同出行方式的路径导航。图5为“秭归实习助手”小程序的导航页面。

图5 小程序导航界面

5.2.2 实习信息查询功能

(1) 实习点及实习路线查询。“秭归实习助手”小程序为用户提供了多种关于所有实习点及实习路线相关信息的查询方式,便于学生日常了解。通过模糊搜索或点击地图上的标记点,学生可以获取到关于实习点的点号、点位、经纬度、点义、相关描述等详细信息。同样,通过直接查询或查看实习路线列表,也可以获取到关于实习路线的相关信息。

(2) 实习点信息推送。地理围栏(geo-fencing)技术是基于位置服务(location based service, LBS)的一种新应用,就是用一个虚拟的栅栏围出一个虚拟地理边界。当手机进入、离开某个特定地理区域,或在该区域内活动时,可以接收自动通知和警告。

基于地理围栏的概念,本文在每个实习点的周围设置一个矩形虚拟地理边界,长宽边界距实习点经纬度差均为0.001°,当用户进入该区域时,(经估算,此时用户位置与实习点位置在东西方向和南北方向上距离均小于150 m),小程序自动弹出一个对话框,显示该实习点相关信息,如图6所示。这样,即使教学活动因遭遇阴雨雷电天气而无法近距离观测,或者在经过某个当日教学内容之外的实习点时,学生也可以通过小程序自动推送的消息,了解这些实习点的详细信息。

图6 小程序地理围栏服务

5.2.3 实习工具

(1) 电子野簿。为了方便学生记录,小程序根据野簿记录规范设计出了“电子野簿”功能,内容同样包括点号、点义、点位、GPS经纬度、相关描述等信息,完美契合野外实习记录要求。记录完成后,学生可以通过“一键生成图片”功能保存到手机本地相册,便于学生日后整理至纸质野簿。

(2) 电子罗盘。作为“地质队员三宝”之一,罗盘是野外实习过程中必不可少的实习工具,地质罗盘的使用是野外实习过程中学生的必备要求。但使用地质罗盘观测往往读数过程较慢,且精度较低。而如今所使用的智能手机基本都内置有基于霍尔效应原理的磁传感器,可以说是手边现成的高精度“电子罗盘”。“秭归实习助手”小程序通过监听手机的罗盘数据获取到当前手机的指向,读数简单快捷,为野外实习过程中学习使用地质罗盘读数提供参考,可大大提高观测效率以及观测结果的精确度。

(3) 经纬度转换。在野外实习过程中,学生记录在野簿中的经纬度数据一般要求为度分秒格式,而在“秭归实习助手”小程序中,无论是通过API wx.getLocation获取到的经纬度数据,还是存储在数据库中实习点的经纬度信息,均采用十进制格式。因此,在学生整理野簿或者教师上传更新实习点数据时,就需要将经纬度数据的格式进行转换,此时利用小程序中的“经纬度转换”工具就可以轻松实现,为用户提供切实的便利。“经纬度转换”工具页面如图7所示。

图7 “经纬度转换”工具

5.2.4 辅助功能

(1) 实时天气。实时天气对野外实习安排至关重要,通过引入高德地图微信小程序SDK,可以获取当前所在城市的实时天气信息,包括天气、温度、湿度、风力、风向等。帮助师生合理安排出行,如图8所示。

图8 小程序实时天气功能

(2) 用户权限。小程序在加载时会获取微信用户信息,通过比对网名昵称的方式,区分学生用户和教师用户。在学生用户权限的基础上,教师用户还可以实现对实习点及实习路线数据的上传更新。图9为“秭归实习助手”小程序的数据编辑界面,该界面仅对教师用户可见,对学生用户默认为隐藏状态。除此之外,管理员即系统开发人员负责系统的更新维护工作。

图9 小程序管理员界面

(3) 联系客服与反馈功能。除上述功能外,小程序还为用户提供了联系客服功能,接受用户咨询与反馈,用户可以一键跳转至拨号页面。同时,用户也可以通过用户反馈功能将输入的反馈内容直接提交给后台。

6 结语

当前微信公众号与微信小程序已经构建成一个较为完善的微信生态体系,其运行于微信平台之上,“打开即用、用完即走、无需下载”的特点,以及微信8亿用户的天然优势,使其具有无限发展潜力与应用空间。本文基于公众号与小程序所搭建的野外地质实习辅助教学系统,充分发挥微信平台优势,功能设计完全从师生的实际需求出发,为师生提供切实的便利。该系统已于2018年暑假投入使用,在实用过程中将不断完善相关功能,具有较强的推广应用前景。