土木工程测量仪器模拟操作软件及网络交互系统研究

漆玉茂 裴健 黄俊革

摘要：在土木工程测量课程的教学过程中存在测量实践课时少、测量设备使用不均衡等问题。这些问题导致相当一部分同学在课内实验或课后实训环节，动手能力得不到系统训练。针对上述问题，结合现代高校网络教学，通过Flash动画及Actionscript3.0设计、编程，构建水准仪、经纬仪设备的软件模拟系统，利用软件模拟代替实物设备操作与训练，在此基础上建立测量基本操作实践网站，实现模拟软件共享，并对学生模拟操作过程实时监控、评分，使学生在软件环境下实现与硬件操作同等的训练目标，提高学生操作仪器的能力。

关键词：土木工程测量;Flash;Actionscript3.0;测量基本操作实践网站;实时评分

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）10-0038-04

绪论：

《土木工程测量》是土木工程专业的主要专业基础课程，该课程贯穿土木工程施工的始终。在工程规划、设计、施工、监理、建筑安全监测、管理等方面，工程测量占有举足轻重的地位。该课程内容主要包括水准测量、角度测量、距离测量等环节，教学环节包括理论教学、实验教学和集中实习三个方面。其中，实践教学是培养学生动手能力和实际工作能力、深化理论知识的重要环节。

目前开设工程测量专业的各高校学生的动手能力弱，实践效果不理想，其主要原因在于：（1）各高校的实践课时数普遍较少[1-4]，仅占总课时的1/4[5-6]，远远不能满足工程测量实践教学目标。（2）设备不足[3，7]，不能人手一套进行操作训练，造成设备使用不均衡。（3）实践环节，教师资源不足[8]，不能对每一个人进行指导。针对这些问题，一些专家已给出相应解决办法。如在实践课时不能无限增加的情况下，为了学生能够进一步熟悉仪器操作环节，提高动手操作能力，郭建[2]、隋志浩[3]等采取建立开放性实训室的办法，方便学生利用课余时间进行操作训练，弥补课间实训教学的不足;胡阳[6]建议采用案例项目教学，将实践、理论课程融为一体，平衡实践、理论教学时间，操作仪器的同时讲解原理，使学生更易理解概念，掌握操作要领。为解决学生因设备、教师不足不能进行充分的实际训练，导致对仪器操作程序和操作步骤不清晰的问题，郭冰[5]提出以微视频为核心的“慕课”教学模式，通过观看老师提前录制好的实验视频，结合互动练习、课堂讲授、现场演示使学生快速理解实验内容、掌握实验办法、提高实践技能技巧;李晓莉则借助网络教学的辅助作用，通过Flash动画的动态演示，扩大、延伸理论知识，形象、直观展示操作步骤和方法，使学生模糊的感性认识上升到清晰的理性认识，提高学生对操作步骤的理解与记忆。

上述方法中，不管是微视频、案例教学还是Flash动画演示，学生始终停留在观看仪器操作过程的学习阶段，只是学习的时间、地点不再局限于课堂。如何使学生能够从网上学习仪器操作跨越到网上操作仪器，时间、空间不受限制的同时，还能随时判断操作的正确性与规范性，增强其知识性、趣味性，这就需要开辟更加生动、灵活的操作环境。基于Actionscript3.0面向对象的编程方法易使界面丰富且交互性强的优点，本文利用Flash动画及Actionscript3.0制作设备模拟软件，代替实物设备操作与训练，并在此基础上建立测量基本操作实践网站，实现模拟操作实时监控、评分，使得学生不管在课上、课下都能得到系统化、实战化工程测量训练。

一、模拟软件的建立

为了让学生尽快掌握仪器操作的基本知识，首先对工程测量的仪器操作内容进行全面、系统的梳理，以此精化教学内容。通过对水准仪、经纬仪操作步骤等知识点进行碎片化处理，将其操作流程化成若干知识模块，针对各个模块逐一设计、编程，制作可实现人机互动的模拟软件。学生通过自主学习或课后上机操作，掌握各个仪器的构造、操作流程及其步骤。

以自动安平水准仪DS3为例，其操作流程可划分为四个模块：（1）安置仪器;（2）粗略整平;（3）瞄准水准尺;（4）读数。

对第一模块中架设三脚架环节的具体编程内容进行详细说明：

利用Actionscript3.0版本，对架设三脚架的具体操作步骤进行规范地编程和命令。学生首先根据界面提示，输入身高并确认，然后点击开始按钮，打开三脚架，使用鼠标依次打开三脚架的三条脚腿，并对其逐一进行脚腿的伸缩及角度的调整。操作完毕后，届时操作界面成绩一栏会显示学生最终操作得分。学生操作得分来源于模拟软件所依托的后台程序对操作时间、调节次数、操作順序、三脚架脚腿调节的高度及水平夹角的综合评定（评分标准参照表2）。架设三脚架环节部分代码如下：

import flash.events.MouseEvent;

import flash.events.Event;

stop（）;

leftLeg.buttonMode = true;

//leftLeg.addEventListener（MouseEvent.MOUSE_DOWN，downhd）;

shengaoBtn.addEventListener（MouseEvent.CLICK，f_shengaoBtn）;

var firstRotation：Number = leftLeg.rotation;

//设置舞台初始时，元件的值

var wcircleY：Number = MovieClip（root）.circle.y;

var wleftLegY：Number = MovieClip（root）.leftLeg.y;

var wmidLegY：Number = MovieClip（root）.midLeg.y;

var wrightLegY：Number = MovieClip（root）.rightLeg.y;

var wleftPointY：Number = MovieClip（root）.leftPoint.y;

function f_mid_down（e：MouseEvent）

{

midLeg.addEventListener（Event.ENTER_FRAME，f_mid_enter）;

midLeg.addEventListener（MouseEvent.MOUSE_OUT，midOutHd）;

midLeg.addEventListener（MouseEvent.MOUSE_UP，midOutHd）;

midLeg.removeEventListener（MouseEvent.MOUSE_DOWN，f_mid_down）;

}

当学生开始操作模拟软件时，计算机将模拟产生的所有的操作数据保存在计算机数据库中，通过评分系统中数据处理模块的计算，给出相应的分数。实例应用证明了系统的可行性（见图1）。通过分数反馈学生自身掌握相关操作知识的情况，学生还可以反复操作模拟软件进而优化操作分数，从而达到熟练掌握操作仪器的目的。

Flash动画与Actionscript3.0版本的有机结合，使得学生从单纯观看操作视频的传统模式跨度到自身上手体验的新模式，强化了人机互动的关系，突出了交互特性。模拟软件的建立，大大弥补了设备不足以及设备使用不均衡带来的缺陷，使学生克服了害怕操作损坏仪器而不敢操作的心理。同时，类似玩游戏的趣味性操作方式激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率，有效地支持了理论学习。

二、网站的建立

建立测量基本操作实践网站，让模拟软件和教学资料上网，实现资源共享。根据课程知识点进行梳理，理论知识采用静态文本叙述，结合室外测量仪器操作视频、软件模拟交互等动态展示方式，实现测量基本操作网络化、系统化。同时建立操作数据库，使后台程序对学生软件模拟过程实时监控，模拟操作页面能够同步显示操作分数。基于以上网站建设的目的及需求分析，将网站分成以下五个功能模块，如表1所示。其网页截图如图2所示。

三、评分系统的建立

评分系统是土木工程测量基本仪器操作实践网站的中心内容，评分系统建立的主要目的是为了反馈学生模拟情况，方便学生和老师对各个模块操作的掌握程度有一个清晰的了解。该系统需要完成数据入库、评分标准入库，利用程序计算学生操作分数，并将其及时显示，同时操作分数还可供学生、教师浏览、下载。根据该系统的功能分析，得到如图3所示的实时评分系统功能模块图。

在评分系统中，学生软件模拟的一系列数据以及模拟成绩都是保存到数据库中的，学生每操作完一个步骤，通过后台程序，学生模拟操作页面实时显示模拟成绩或给出相应提示。当学生、老师发出查看分数请求时，系统会调出数据库中记录的相关数据，展示每位同学详细的分数，利于学生、老师了解每位同学的模拟情况，激发学生的竞争意识，提高学习兴趣，提高学习效果，其详细流程图如图4所示。

其中数据处理是评分系统的核心，是进行实时评分的基础。将录入数据库的各种操作数据，按照评分标准计算操作实时得分。制定评分标准时，基于每个操作模块的重点、难点、操作要求、完成标准不同，根据学生仪器操作时长、操作顺序、调节次数、调整范围合理程度（对中精度）打分或者上述五个方面加权打分，权重按照每个方面在每个操作模块的重要性给予确定。架设三脚架模块的具体评分标准见下表2，老师可将此评分标准作为评定学生成绩的参考。

四、结论与展望

本文首先对实践教学环节中存在的问题及其已提出的解决办法进行分析，然后对如何提高学生的动手能力进行研究，基于网络在时间、空间上的便捷性和动画的逼真效果，得到如下结论：

1.利用Flash动画及Actionscript3.0开发设备模拟训练软件，通过软件模拟使学生熟悉测量在实际工作中的流程与规范，并得到系统的、实战化工程测量训练。

2.建立网站，实现仪器模拟软件的上网与各种教学资源的共享，促进学生在仪器操作问题上的交流与学习。

3.建立评分系统，在软件模拟过程中进行实时评分，引入竞赛意识，激发学生学习的热情与积极性，增加仪器模拟时的趣味性，大大提升学生学习效果。

本套模拟软件缺乏实体行为的直觀性、场景性。未来，可基于虚拟现实和增强现实技术，开发工程测量虚拟操作系统，用于各种地形地物的工程测量实习虚拟场景模拟，使学生通过观看、操作虚拟系统里的对象，产生一种身临其境的真实感，从而加深学生操作印象，提高学习质量。

参考文献：

[1]郑秀梅，刘晓丹，付丽艳.“土木工程测量”教学改革的实践与应用[J].中国电力教育，2010，（01）：143-145.

[2]郭建，林铁红.《土木工程测量》课程教学改革与实践[J].四川建材，2017，43（1）：205-206.

[3]隋志浩.建筑工程测量课程教学改革探究[J].人力资源开发，2015：212.

[4]赵子斌.建筑工程测量课程改革的思考[J].建材与装饰，2017，（24）：155-156.

[5]郭冰，孙小荣，吴杰.“慕课”背景下的工程测量教学改革思考[J].测绘通报，2017，（3）：145-148.

[6]胡阳.土木工程测量课程的教学探讨[J].山西建筑，2015，41（18）：228-229.

[7]李珊珊，马超振.《建筑工程测量》课程教学改革探讨[J].科技资讯，2015，13（02）：174.

[8]徐針.浅谈《建筑工程测量》工学一体化教改现状[J].科技视界，2014，（13）：246.

Research on Simulation Operation Software and Network Interaction System of Civil Engineering Surveying Instrument

QI Yu-mao，PEI Jian，HUANG Jun-ge

（College of Urban Construction and Safety Engineering，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China）

Abstract：In the teaching process of civil engineering surveying course，there are some problems，such as less practice hours and unbalanced measurement equipment.These problems lead to a considerable number of students' hands-on ability without systematic training in the classroom experiments or after-school training links.In view of the above problems，combined with the modern university network teaching，designing，programming through Flash animation and Actionscript3.0，building software simulation system of level，theodolite equipment，using software simulation instead of physical equipment operation and training，and on this basis to establish a measurement basic operational practices Web site，to share the simulation software，monitoring and scoring the students' simulated operation process in real time，enables the student to realize the equal training goal in the software environment as the hardware operation，improving the students' ability of operating instruments.

Key words：civil engineering surveying;Flash;Actionscript3.0;basic measurement of operational practices Web site;Real-time rating