結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與云技術(shù)的測(cè)繪實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

，，，,會(huì)桓

(1. 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100042； 2. 京津冀城際鐵路投資有限公司，北京 100035)

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)許多工程單位的業(yè)務(wù)范圍也在逐步向國(guó)外拓展，對(duì)于測(cè)繪人才的需求量和技能素質(zhì)要求同步增長(zhǎng)。涵蓋專業(yè)內(nèi)容廣、專業(yè)實(shí)踐要求強(qiáng)，是對(duì)于測(cè)繪類專業(yè)教學(xué)的實(shí)際社會(huì)需求。培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的技能型、創(chuàng)新型人才，是職業(yè)院校開展測(cè)繪類專業(yè)教學(xué)改革的當(dāng)務(wù)之急。

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是職業(yè)教育的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生基本技能、技術(shù)運(yùn)用能力的重要途徑，是學(xué)生在校期間提升實(shí)際動(dòng)手能力、職業(yè)綜合能力的最重要手段。因此，實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升，是提高職業(yè)院校高素質(zhì)、技能型人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 測(cè)繪實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

概括來講，受到外部環(huán)境和設(shè)備資源條件的約束，傳統(tǒng)的測(cè)繪專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)過程，在培訓(xùn)工作組織、學(xué)生指導(dǎo)、課程評(píng)價(jià)等方面，受到實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備、師資力量、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的限制，存在以下共性問題：

(1) 實(shí)訓(xùn)環(huán)境復(fù)雜、師生溝通困難。測(cè)繪類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地、實(shí)際施工場(chǎng)地中進(jìn)行。場(chǎng)地開闊、地形相對(duì)復(fù)雜，造成現(xiàn)場(chǎng)溝通聯(lián)絡(luò)困難。由于學(xué)生分布在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地的不同位置，教師在不同實(shí)訓(xùn)分組間巡視指導(dǎo)、解答問題。常用的對(duì)講機(jī)設(shè)備只能解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程的常規(guī)通信問題；而對(duì)于學(xué)生遇到的設(shè)備操作、試驗(yàn)步驟等方面的問題，只能采用師生之間面對(duì)面溝通的方式解決。這就造成實(shí)訓(xùn)過程溝通效率低、耗時(shí)嚴(yán)重，而且難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)踐操作中的過程性問題，以便給予針對(duì)性的指導(dǎo)和幫助。

(2) 試驗(yàn)儀器陳舊、人均持有率低。比較其他專業(yè)，測(cè)繪類專業(yè)要求學(xué)生需要掌握較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力。但現(xiàn)實(shí)中受到技術(shù)快速發(fā)展、儀器采購(gòu)成本、學(xué)校招生規(guī)模等限制，院校普遍存在測(cè)繪儀器陳舊、短缺等現(xiàn)象?，F(xiàn)有儀器以光學(xué)儀器為主，而以航測(cè)飛行器、三維激光掃描儀、測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)為代表的新型測(cè)量?jī)x器的持有率則很低，甚至難以滿足教師日?？蒲行枰?，這必然造成培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力與社會(huì)需求、企業(yè)需求嚴(yán)重脫節(jié)。

(3) 教學(xué)內(nèi)容需要與時(shí)俱進(jìn)。工程測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，造成所用的測(cè)繪儀器不斷更新迭代，測(cè)量方法也在不斷創(chuàng)新和完善。而院校在這些方面涉及的教學(xué)內(nèi)容并不多。如很多院校目前《測(cè)量學(xué)》的內(nèi)容，還是“老三儀”(經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、平板儀)加上地形圖，最后加上一點(diǎn)不同專業(yè)的應(yīng)用，而對(duì)許多新儀器和新方法的介紹較少或難有涉及。

而在教學(xué)過程的組織上，需要引進(jìn)信息化教學(xué)平臺(tái)與手段，通過基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的“課前學(xué)習(xí)理論、課上內(nèi)化實(shí)踐、課后拓展應(yīng)用”的線上線下混合式教學(xué)模式；以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，開展自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、啟發(fā)討論式學(xué)習(xí)方法；基于虛擬仿真、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)感知、云計(jì)算和云存儲(chǔ)技術(shù)的共享型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)產(chǎn)品，為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享分發(fā)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容的持續(xù)改進(jìn)提供支撐和保障。

(4) 實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求學(xué)生按照事先規(guī)定的試驗(yàn)程序，在既定時(shí)間和已配置好的儀器設(shè)備上，由教師講解示范后，按照教師精心準(zhǔn)備的試驗(yàn)指導(dǎo)書所羅列的試驗(yàn)步驟開展試驗(yàn)。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，學(xué)生只是被動(dòng)機(jī)械地操作、完成試驗(yàn)步驟，缺乏獨(dú)立思考，更無法涉及創(chuàng)新。二是缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐過程的有效監(jiān)督，以及相應(yīng)的獎(jiǎng)懲機(jī)制，結(jié)果導(dǎo)致分配給3～5人一組的實(shí)踐任務(wù)，實(shí)際只有1～2個(gè)組員去完成，其他組員“坐享其成”實(shí)踐成果，沒有達(dá)到實(shí)訓(xùn)教學(xué)的目的。

(5) 缺乏科學(xué)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)手段。課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)是教師和學(xué)生在教與學(xué)的過程中，各自行為質(zhì)量動(dòng)態(tài)綜合的結(jié)果。需要結(jié)合信息化教學(xué)平臺(tái)和技術(shù)手段的應(yīng)用，選擇符合測(cè)繪專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)特點(diǎn)的評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)價(jià)指標(biāo)，取代傳統(tǒng)的“結(jié)果評(píng)價(jià)、主觀評(píng)價(jià)、單一評(píng)價(jià)”等評(píng)價(jià)手段，做到“全員評(píng)價(jià)、過程評(píng)價(jià)、量化評(píng)價(jià)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)、即時(shí)評(píng)價(jià)、多元評(píng)價(jià)”，使得教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程存在的缺陷和問題，通過針對(duì)教學(xué)方法提出針對(duì)性的整改措施、提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

2 移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的教與學(xué)

教育信息化是國(guó)家信息化的重要組成部分，是改革教育理念和模式的深刻革命[1]。隨著智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備的普及，移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，從21世紀(jì)初開始，移動(dòng)教育模式在教育界得到迅速推廣。

移動(dòng)教育是以移動(dòng)通信技術(shù)作為技術(shù)支撐，以無線網(wǎng)絡(luò)模塊作為訪問渠道，以互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)作為教育基礎(chǔ)，利用多媒體教學(xué)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的一種交互式教學(xué)模式。這種先進(jìn)的移動(dòng)教育模式，可以摒棄傳統(tǒng)教學(xué)模式的時(shí)空限制，突破課堂連接的束縛，使得大量的教學(xué)資源得到共享，為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供方便。

移動(dòng)教育模式使得各種慕課(MOOC)、SPOC、微課等具有碎片化學(xué)習(xí)特征的學(xué)習(xí)方法，與虛擬仿真、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)感知、云計(jì)算和云存儲(chǔ)等現(xiàn)代信息技術(shù)得到了完美的統(tǒng)一，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式正在逐步被混合式教學(xué)等新型教學(xué)模式所取代，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等信息化教學(xué)輔助手段的應(yīng)用，對(duì)提升院校信息化教學(xué)水平起到了重要的推動(dòng)作用，使其在教學(xué)理念、教學(xué)形態(tài)、教學(xué)關(guān)系方面都發(fā)生了巨大的改變。

3 測(cè)繪實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)概述

與常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)相比較，本平臺(tái)是針對(duì)測(cè)繪類專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程的特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)于實(shí)踐任務(wù)的實(shí)際參與程度、構(gòu)建貫穿實(shí)踐教學(xué)課程全過程的定量考核機(jī)制為切入點(diǎn)，以提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題能力為終極目標(biāo)，更加符合測(cè)繪類專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)特征和認(rèn)知規(guī)律。

(1) 適應(yīng)室外復(fù)雜環(huán)境要求。常規(guī)測(cè)繪實(shí)訓(xùn)室外環(huán)境如圖1、圖2所示。

平臺(tái)集成了即時(shí)通信、討論區(qū)等工具，建立便捷的信息溝通渠道，文字、圖片、音頻、視頻等不同形式的信息在師生之間、學(xué)生之間進(jìn)行網(wǎng)狀的傳播。學(xué)生自由發(fā)問、教師即時(shí)作答；學(xué)生發(fā)起討論，全員自由參與；學(xué)生上傳實(shí)訓(xùn)成果、教師組織投票、其他同學(xué)參與評(píng)價(jià)。各種教學(xué)活動(dòng)可以在“教師—實(shí)訓(xùn)分組—學(xué)生個(gè)體”之間靈活地發(fā)起和實(shí)施。

(2) 兼容高端測(cè)繪儀器設(shè)備。測(cè)繪類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的目標(biāo)之一就是培養(yǎng)學(xué)生操作測(cè)繪儀器設(shè)備解決實(shí)際問題的能力。因此，測(cè)繪儀器設(shè)備的使用，是測(cè)繪實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)過程的特征和標(biāo)志。

平臺(tái)面向全站儀、無人機(jī)等高端測(cè)繪儀器設(shè)備，選擇部分市場(chǎng)占有率較高的廠商和型號(hào)，通過藍(lán)牙、WiFi等通信接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備開關(guān)機(jī)狀態(tài)、歷史操作指令、測(cè)量成果等儀器設(shè)備數(shù)據(jù)的讀取，可以為“學(xué)生做了沒有？實(shí)訓(xùn)進(jìn)度如何？實(shí)訓(xùn)結(jié)果如何？”等實(shí)訓(xùn)過程管理問題的解決提供輔助依據(jù)。

(3) 虛擬仿真系統(tǒng)接入。院校普遍存在“高端測(cè)繪儀器設(shè)備數(shù)量不足、儀器種類滯后于行業(yè)技術(shù)發(fā)展”的現(xiàn)象，難以滿足專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)于儀器設(shè)備的實(shí)際需求。因此，通常采用儀器設(shè)備虛擬仿真系統(tǒng)作為設(shè)備實(shí)踐的前置學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，以彌補(bǔ)設(shè)備昂貴、數(shù)量不足的缺憾。

儀器設(shè)備虛擬仿真系統(tǒng)通常會(huì)采用“學(xué)—練—測(cè)”相結(jié)合的方式，為受訓(xùn)者提供交互式的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。通過基于仿真系統(tǒng)的測(cè)試過程，檢驗(yàn)受訓(xùn)者對(duì)于儀器設(shè)備的認(rèn)知水平。圖3為全站儀虛擬仿真系統(tǒng)。

平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，可以直接接入學(xué)生在仿真系統(tǒng)的測(cè)試成績(jī)，作為學(xué)生在前置學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)情況的評(píng)價(jià)依據(jù)。

(4) 分段組織實(shí)訓(xùn)任務(wù)。平臺(tái)系統(tǒng)提供針對(duì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的分段管理功能。教師可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的具體實(shí)施環(huán)節(jié)，分段組織實(shí)訓(xùn)任務(wù)、分段確定考核目標(biāo)、分段提供教輔資料、分段評(píng)定成績(jī)，學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)要求分段提交實(shí)訓(xùn)成果。

(5) 個(gè)性化的分組練習(xí)方式。根據(jù)企業(yè)實(shí)際操作方式，完成實(shí)訓(xùn)分組、分角色的預(yù)設(shè)任務(wù)，更加貼近行業(yè)實(shí)戰(zhàn)需求。根據(jù)實(shí)訓(xùn)任務(wù)內(nèi)容的不同，區(qū)分觀測(cè)員、記錄員等不同角色職責(zé)，分別提供針對(duì)性的系統(tǒng)輔助功能。如針對(duì)觀測(cè)員的設(shè)備數(shù)據(jù)讀取功能和針對(duì)記錄員的手簿填寫功能。

(6) 構(gòu)建多樣化考核方法。針對(duì)各類實(shí)訓(xùn)任務(wù)，構(gòu)建過程化的考核方法，貫穿實(shí)訓(xùn)課程的整體組織過程。由單一的實(shí)習(xí)報(bào)告，拓展為技術(shù)設(shè)計(jì)、儀器操作、內(nèi)業(yè)繪圖、實(shí)習(xí)報(bào)告等多項(xiàng)內(nèi)容，根據(jù)考核內(nèi)容確定所占分值，由個(gè)人成果形式擴(kuò)展為個(gè)人與合作性成果結(jié)合的形式，由結(jié)果導(dǎo)向的1次考核，改為過程導(dǎo)向的多次考核，最終促進(jìn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的考核由終結(jié)性評(píng)價(jià)向形成性評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)由實(shí)訓(xùn)任務(wù)管理系統(tǒng)和實(shí)訓(xùn)任務(wù)實(shí)踐系統(tǒng)兩部分組成，系統(tǒng)整體構(gòu)架如圖4所示。

實(shí)訓(xùn)任務(wù)管理系統(tǒng)主要面向?qū)嵱?xùn)教師和院校管理人員，提供實(shí)訓(xùn)任務(wù)的規(guī)劃、組織與實(shí)施，實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)的評(píng)價(jià)與反饋，查看實(shí)訓(xùn)課程相關(guān)的、更為詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等功能，掌握校內(nèi)各類實(shí)訓(xùn)課程全貌；面向院校設(shè)備管理員，提供實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備的入庫(kù)、借出、歸還、故障處置等功能。實(shí)訓(xùn)任務(wù)實(shí)踐系統(tǒng)面向?qū)嵱?xùn)教師用戶，提供實(shí)訓(xùn)任務(wù)進(jìn)度跟蹤、在線技術(shù)支持，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要即時(shí)組織和調(diào)整教學(xué)活動(dòng)等功能；面向?qū)W生用戶，提供查看實(shí)訓(xùn)任務(wù)和資源、參與實(shí)訓(xùn)分組、讀取設(shè)備參數(shù)、上傳實(shí)訓(xùn)成果、參與教學(xué)活動(dòng)等實(shí)訓(xùn)任務(wù)實(shí)施功能。

3.3 系統(tǒng)部署

測(cè)繪實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)可以部署在互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、校內(nèi)專網(wǎng)環(huán)境，為用戶提供基于桌面瀏覽器、智能手機(jī)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)服務(wù)，其技術(shù)架構(gòu)如圖5所示。

根據(jù)院校的不同管理需求，提供云部署和本地化部署兩種系統(tǒng)部署方式。

采用云部署方式的平臺(tái)如圖6所示，應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)備部署在公用云平臺(tái)上，通過互聯(lián)網(wǎng)面向最終用戶提供應(yīng)用服務(wù)，由系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)日常維護(hù)。各院校無需服務(wù)器等設(shè)備投入，各級(jí)管理人員、實(shí)訓(xùn)教師、學(xué)生可通過校內(nèi)或個(gè)人的PC機(jī)、智能手機(jī)終端設(shè)備，通過公用互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、校內(nèi)專網(wǎng)環(huán)境，隨時(shí)、隨處訪問平臺(tái)各項(xiàng)管理功能。安裝了APP應(yīng)用的智能手機(jī)設(shè)備，可以通過藍(lán)牙方式與測(cè)繪實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備直連，讀取設(shè)備數(shù)據(jù)。

采用本地化部署方式的平臺(tái)，應(yīng)用服務(wù)器設(shè)備部署在院校信息中心，各級(jí)管理人員、實(shí)訓(xùn)教師、學(xué)生可通過校內(nèi)專網(wǎng)取得本地化應(yīng)用服務(wù)，應(yīng)用系統(tǒng)的常規(guī)維護(hù)由院校技術(shù)人員負(fù)責(zé)，維保期內(nèi)由系統(tǒng)供應(yīng)商根據(jù)售后服務(wù)條款提供技術(shù)服務(wù)支持。院校需提供專門的應(yīng)用服務(wù)器設(shè)備，部署在校內(nèi)局域網(wǎng)環(huán)境。各級(jí)管理人員、實(shí)訓(xùn)教師、學(xué)生可通過校內(nèi)或個(gè)人的PC機(jī)、智能手機(jī)終端設(shè)備，按照校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)配置管理策略，通過校內(nèi)專網(wǎng)(或互聯(lián)網(wǎng))環(huán)境訪問平臺(tái)各項(xiàng)管理功能。安裝了APP應(yīng)用的智能手機(jī)設(shè)備，可以通過藍(lán)牙方式與測(cè)繪實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備直連，讀取設(shè)備數(shù)據(jù)。

4 測(cè)繪實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)系統(tǒng)特點(diǎn)

(1) 一物一碼。實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)、課程素材、重要電子設(shè)備的“一物一碼”管理。在實(shí)訓(xùn)任務(wù)創(chuàng)建、課程素材上傳、設(shè)備入庫(kù)時(shí)，根據(jù)入庫(kù)時(shí)間、資源類別、入庫(kù)時(shí)間等信息，自動(dòng)生成系統(tǒng)內(nèi)部唯一的二維碼，作為資源“身份證”。

(2) 支持多種專業(yè)測(cè)量設(shè)備。突出測(cè)繪專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)特點(diǎn)，提供對(duì)全站儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀、GPS等多種專業(yè)測(cè)量?jī)x器設(shè)備的支持。學(xué)生可以通過智能手機(jī)終端，直接連接儀器設(shè)備的藍(lán)牙接口，接收學(xué)生在儀器設(shè)備發(fā)出的操作指令，作為設(shè)備操作日志存儲(chǔ)在手機(jī)終端上，并可通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器。

(3) 移動(dòng)辦公。提供瀏覽器、Android兩個(gè)版本，分別面向不同用戶類別，完成相應(yīng)業(yè)務(wù)功能。

(4) 離線辦公。主要針對(duì)室外實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景中，在沒有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的情況下，Android版本可以提供在線、離線兩種工作模式。學(xué)生在離線方式下，可以采集實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備操作信息、實(shí)訓(xùn)成果信息，在有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)時(shí)，再批量提交。

5 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)與云技術(shù)的測(cè)繪實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，可以明顯提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果：①促進(jìn)“翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)”方式在實(shí)訓(xùn)課堂的應(yīng)用；②輔助傳統(tǒng)課堂教學(xué)；③以學(xué)生為中心；④目標(biāo)化管理、過程化管理；⑤降低任課教師工作強(qiáng)度；⑥提高電子設(shè)備的綜合利用率。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路不但可以應(yīng)用在測(cè)繪戶外實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，對(duì)于其他專業(yè)戶外實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)均可以直接使用，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備管理、遠(yuǎn)程任務(wù)控制等方面移動(dòng)互聯(lián)與云技術(shù)的應(yīng)用也具有借鑒意義。