測量學教學輔助軟件設計

【摘 要】文章針對測量學教學過程中存在的一些突出問題，對其現象和原因進行了系統的分析，并結合實際情況，提出了在教學過程中引入輔助軟件的思想，在一定程度上提高了學生學習的效率和積極性，彌補了儀器資源的不足，同時也為學生實習成果核查與成績考核提供了一種新的思路及方法。

【關鍵詞】測量學 教學輔助 仿真教學 實習

【中圖分類號】P20 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）20-0046-03

一 測量學的教學手段與方法存在的問題

測量學是一門集理論、實習為一體的課程，而目前的教學手段與方法還存在一些問題。

1.課堂教學抽象化

測量學是諸多工程專業學生必修的專業基礎課程，課程需要學習多種測繪儀器（如水準儀、經緯儀、全站儀等）的原理與使用，僅僅通過課堂講解儀器的結構和示范操作，學生較難理解與掌握。

2.實習受到儀器資源與氣象條件的制約

在有限的實習時間里，多名學生共同操作一臺儀器，導致每個學生真正練習操作儀器的時間并不充分，每個學生很難練習到實驗的各個環節，甚至部分學生成了旁觀者。另外，測量實習工作大部分需要在室外進行，遇到大風、起霧、雨雪和雷電天氣，測量外業實習常常被迫中斷，嚴重影響了實習計劃的正常實施。

3.實習成果核查及成績考核困難

實習過程中，由于學生分布空間大，教師很難關注到每一個學生，導致輔導老師很難及時核查成果并及時糾正錯誤的操作。另外，由于缺少實習過程的跟蹤，僅憑考勤和實習成果及報告考核學生的成績，也會導致成績評定結果的偏差。

二 軟件主要功能

綜上分析，在“測量學”教學與實習環節引入輔助軟件非常必要，本文通過程序設計開發出一款測量學教學輔助軟件，嘗試克服測量教學與實習過程中的主要問題。

1.課堂教學動畫演示與三維仿真

多媒體教學是一種有效的輔助教學方式，它將文字、圖形、圖像、動畫、聲音和影像等多種媒體運用到教學中，對于優化教學過程、開拓學生視野、增加課堂信息量等方面都有著明顯的優勢，具有很強的表現力，可以激發學生的學習興趣，集中學生的注意力，增強學習效果。動畫演示是多媒體教學的一種重要方式，我們首先將要學習的知識通過flash軟件制成一個個簡單的動畫，通過動畫的展示幫組學生理解和掌握各種復雜難懂的知識點。如將高程測量中雙儀器高法制成動畫，既可以形象地表示儀器測量的步驟，也可以形象地展示遷站換站的流程，比書本上文字的敘述更加具有表現力。

電腦三維建模技術的發展使得三維仿真得以實現。我們將各種測量儀器如水準儀、經緯儀和全站儀進行三維建模，通過立體空間的變換展示，會讓使用者對儀器有更加清晰準確的認識。水準儀的三維模型圖如圖1所示。

2.模擬練習

對測量數據的處理不僅關系到實習成果的正確性，也關系到測量實習的下一步操作，因此，快速準確地計算數據是每個學生必須掌握的一項能力。我們在軟件中加入了數據處理功能，就像一個有特殊功能的計算器一樣，在錄入測量數據之后，可以直接得到處理結果，即完整的實驗記錄表格。例如在用雙儀器高法進行4測站水準測量時，只需要將測得的16個高程數據還有1個已知點高程數據錄取，然后點擊計算即可得到觀測記錄表格中的其他數據項，如圖2所示。另外，還加入了數據練習功能，使用時只需點擊“導入習題”按鈕，即可導入程序設定的題目，使用者計算得出結果后填入相應的文本框，進行判斷。

模擬練習功能分為水準尺讀數模擬和水平角讀數模擬兩部分。兩個界面采用相同的風格設計，左邊的圖片框中可顯示題目，在右邊的文本框輸入相應的讀數，程序會自動進行判斷。當然誤差不可避免，因此，要為結果設定一定的誤差范圍。水準尺讀數模擬界面，共有3條橫向白色線條，分別代表水準儀的上絲、中絲和下絲，余下的白色方框則代表水準尺上的刻度，如圖3所示；水平角讀數模擬界面，上半部是經緯儀的水平度盤，下半部是經緯儀的豎直度盤，每一次顯示均可讀取兩個角度數據進行練習，如圖4所示。

3.教師和學生互動交流

應用界面（圖5、圖6）與QQ類似，但加入了一些特殊的功能。如“廣播通知”功能：教師可以通過該功能向學生直接發送通知消息，簡化信息傳遞步驟，使信息傳播更加方便快捷；“資料發布”功能：教師可以通過該功能將一些輔助資料（如教學課件、教學視頻等）發布給學生，相應的學生可以通過“資料下載”功能進行下載；“待辦消息”功能：與QQ類似，提供及時信息的傳送，學生和教師可以通過該功能相互交流；“作業批改”功能：教師通過該功能將學生上傳的作業（以JPG等圖片格式拍照上傳）進行檢查批改，相應的學生端有“作業上傳”功能。

4.輔助實習

利用移動終端如手機方便攜帶的優勢，在其應用中添加輔助實習模塊。其具體功能為：教師通過程序發布實習通知，建立實習任務。相應的學生進入實習任務界面，根據教師指導一步一步進行實習，記錄每一個數據，并且程序會自動對數據進行處理審核，當數據不符合要求時自動進行返工重測的提示，而且每一個實驗數據均會被保留下來，學生不能進行更改，確保了實習數據的真實性。同時，每一個實驗數據均會通過網絡直接同步到教師的客戶端，教師可根據數據來判斷實驗的進程及出現的問題，更好地掌控實驗的流程。當實驗結束時，程序會自動提交實驗成果，確保每個學生成果的可靠性，杜絕了抄襲作弊的現象。教師根據成果可以進行打分，其結果也會保留下來，作為日后平時成績評定的參考依據。

5.輔助成績評定

學生移動終端的應用具有作業上傳的功能，同時相應教師的移動終端應用可以進行作業批改，而且這些作業批改的情況都會保留在數據庫中，既可以真實地記錄學生提交作業的情況，也能真實地記錄學生完成作業的具體情況。在教師平時成績的考核中，作業往往會作為考核的一個重要參考依據。但畢竟學生人數眾多，作業也并不只有一次，人工記錄和統計工作較為煩瑣，引入程序統計處理可以節省很多時間和精力。同樣的，每一位學生的實習成果也會被保留，與平時作業一樣，可以作為考核的一個參考依據。如圖7所示，即為學生成績的統計界面。

三 總結

在教學中引入教學輔助軟件，可以有效地解決當前測量學教學過程中出現的一些問題，彌補儀器資源不足帶來的限制，為成績評定提供一個簡便的統計工具。

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〔責任編輯：林勁〕