测量平差在线辅助教学系统设计与实现探究

摘要：为了改进测量平差课程的教学过程，增加学生的在线学习机会，降低知识学习难度，提高课程教学质量，文章提出构建测量平差在线辅助教学系统。在分析课程教学现状的基础上，设计出基于习题、面向学生的章节练习、在线作业、模拟考试等功能模块，面向教师的数据信息维护管理、统计分析功能模块，还有交流讨论功能模块，并在LNMP模式的支撑下实现系统基于云端虚拟主机的BS架构。结果表明，系统可以有效增进知识理解，改进学习过程。

关键词：测量平差；辅助教学；在线练习；虚拟主机

中图分类号：P207.2-4；G642 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）20-00-03

0 引言

测量平差是测绘工程专业的基础专业课程，学生对相关知识的掌握和应用能力会直接影响后续进阶专业课程的学习质量［1］。由于该课程涉及除基础测量学之外的高等数学、线性代数、概率论等偏数学科学方面的理论知识，所以该课程具有知识点偏理论抽象的特点。另外，课程的核心理论知识，如误差传播定律、经典测量平差方法等，在实际应用中会产生各种不同的情况。核心知识偏理论特点以及具体应用实践的灵活性，给学生带来了课堂知识理解难、理解了理论知識又不会做题的困境。

在新的数字化教学背景下，为便于任课教师授课，激发学生的学习积极性，提高学生对抽象知识消化吸收及应用的顺畅度，诸多教学工作者不断尝试采用新技术、新手段进行教学改革，如基于MatLAB的教学系统设计与实现［2-3］，从GPS的应用实践与网络服务器资源发掘信息技术［4］方面为课程教学提供帮助。近年来，随着云技术的发展和推广应用，各种基于云端平台的产品，如课堂综合跟踪管理系统［5］、远程在线题库［6-12］、智能组卷系统［13-16］，逐渐对课堂教学产生了越来越大的影响。

笔者所在课程教学小组，围绕课程知识的应用练习环节，结合日趋成熟的互联网云端技术，设计了基于云服务平台的测量平差在线辅助教学系统。该系统基于测量平差课程知识点的多种应用考查形式，实现了章节练习、在线作业、模拟考试等在线练习功能，为教师教学工作提供了辅助支撑。

1 系统设计

1.1 功能设计

在线辅助教学系统的功能设计主要分为五个模块，包括系统用户管理、系统内容更新发布维护、学生辅助学习、学习过程数据统计分析、使用过程的信息交流，功能组织如图1所示。

系统主要由教师和授课班级学生使用，用户范围有限，对系统用户的管理，主要包括系统用户注册、账号密码找回、旧账号销毁等内容。教师用户具有较高的系统管理权限；学生用户注册，须提供班级、学号、姓名、电子邮箱等真实信息，以便实现针对性的学习质量评估。

系统内容更新发布功能，主要是教师用户在教学过程中不断补充、更新习题内容，使系统能够全面覆盖课程知识点，并提供不同形式的测试练习。另外，还可以根据课程进度在线发布作业，按照形式要求组合练习题，生成模拟试卷。

对学生用户，系统设计能将习题按照章节归类，实现跟踪教学进度的阶段练习。另外，学生可以在线浏览教师发布的作业内容，在线完成和提交作业答案，系统能随机生成试卷、提供在线模拟考试等。该模块旨在增强学生的知识应用能力，提供练习问题的参考答案、自主评分以及难度评价功能。

统计分析模块主要为教师的教学过程提供参考，通过章节练习、在线作业以及生成试卷中习题的难度分析，了解课程知识难点的掌握情况以及学生个体的学习质量，从而在教学环节中针对相关问题进行改进。

信息交流模块主要用于系统内部学生与教师以及学生与学生之间的交流讨论、问题反馈，通过用户间的信息交互，提高系统使用顺畅程度和辅助学习的强度。

1.2 学生辅助学习设计

课程主要知识点包括基本概念定义、误差分布与精度指标、经典测量平差方法、误差椭圆、平差系统的统计假设检验等内容。课程教学的主要目的是使学生在消化吸收理论知识的基础上，掌握具体问题的对应解决方法。辅助教学系统设计能为学生提供不同形式的知识运用实践考查练习。

系统提供的巩固知识的主要载体是涉及具体知识内涵及外延的理解和应用习题。习题形式包括常见的填空、计算、应用以及问答等，题目除了常规的文字及图片描述的问题外，还带有所考查章节编号、参考答案和难度系数。不同形式的题目通过在线作业、模拟考试组合呈现，学生用户参与在线作答、提交答案、自主评分等环节，从而检查自己的学习质量。另外，系统可以记录学生的练习情况，比如练习的题目、提交的答案以及所得成绩等信息，为个人学习情况分析提供基础数据。学生角色具备的功能及属性设计如图2所示。

1.3 教师辅助教学设计

教师作为具有更高权限的用户，同时也承担着更大的责任。除了核实学生用户注册信息之外，在教学过程中，教师用户还应及时补充习题资源，检查错误率较高的内容，纠正不准确、不严谨的问题描述，更新参考答案。

教师用户可以根据授课内容，定期在线发布作业并查看学生的完成情况，查看模拟考试成绩，评估教学质量并及时查漏补缺。教师用户还可以利用信息交流功能发布消息，与学生互动，了解学生的问题并及时反馈。此外，还要利用系统提供的自动组卷功能，按照相关要求模拟编写考试试卷，为正式考试提供有益参考。

2 系统的具体实现

基于云端的远程在线辅助教学系统的具体实现采用BS架构［17-18］，由云端的数据层、功能层和用户端的交互层组成，具有维护方便、适应不同终端环境的优点，尤其是学生通过手机便可登录使用，便于在学生中普及应用。

2.1 数据库实现

系统涉及的数据实体主要包括基础习题及组合而成的章节练习、在线作业、模拟试卷、留言消息、学生和教师用户等，其逻辑关系如图3所示。

本系统使用MySQL数据库管理系统，构建填空、计算、应用以及问答四种不同类型的习题数据表组，以习题为基础的章节练习、在线作业、模拟试卷等练习数据表组，学生用户数据表，教师用户数据表，学生练习记录数据表，留言消息数据表等，数据表结构及关系如图4所示。

2.2 前端设计及功能实现

用户界面主要通过HTML+CSS以及JavaScript工具，实现学生和教师在浏览器页面的互动操作。浏览器页面组织结构设计如图5所示。

云端服务器的设计功能以及MySQL数据库的交互作业主要通过PHP工具实现，用户端和云端通过HTTP协议进行通信。采用一家国内云端服务平台提供的虚拟主机，使用简洁高效的Linux+Nginx+MySQL+PHP（LNMP）模式完成云端网站架构搭建。用户端可以直接通过桌面或移动终端的网页浏览器进行访问，注册、登录即可使用系统相关功能。

2.3 系统运行

系统习题数据主要来自课程教材、参考书、网络资源以及往年考试试题等，这些题目经过整理分类、划分章节、编写答案并通过习题管理功能输入数据库，作为基础数据源，并在后续教学过程中不断补充。

通过桌面终端浏览器登录系统页面，主要的页面包括系统主登录界面、章节练习页面、模拟考试的在线试卷示例页面、试题更新维护页面、智能组卷页面和留言交流页面等。通过在教学班级中实际使用系统，反馈信息表明应用效果良好，明显减少了课堂答疑辅导的次数，对考试成绩有正面积极影响。

3 结语

针对测量平差课程教学反映的问题，文章基于云技术提出设计，构建了面向学生和教师的在线辅助教学系统。系统采用云端虚拟主机搭建网站服务器，基于习题数据资源，面向学生提供章节练习、在线作业和模拟考试等形式的知识应用练习，面向教师提供练习资源更新维护、智能组卷、学生学习质量分析，还有信息交流讨论等。系统使用效果表明，其可以有效改进学生知识理解和优化应用效果，提高课程教学质量。

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作者简介：高建（1982—），男，江苏邳州人，博士，讲师，研究方向：误差理论与测量平差、雷达干涉测量技术与方法。