左小翠 張學亮

摘 ? 要：測量學實訓是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。文章在教學過程中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在強大的計算機軟硬件技術(shù)支撐下，可以再現(xiàn)逼真的實習場景，通過教師的引導(dǎo)，學生進行沉浸體驗式的學習，有效解決了學生實訓過程中安全系數(shù)不高、參與度低、技能學習滯后等多方面的難題，有利于培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)崗位能力。

關(guān)鍵詞：測量學實訓; 虛擬現(xiàn)實;沉浸體驗

隨著計算機視覺、3D渲染、大數(shù)據(jù)分析等核心技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)憑借其帶來的視覺沖擊、逼真的感官體驗為教育、醫(yī)療、工業(yè)制造等眾多行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了切實可行的解決方案。用戶借助于頭盔、眼鏡、鼠標等終端設(shè)備可實時進入計算機模擬出的各種現(xiàn)實或非現(xiàn)實的三維場景，進行人機交互，體驗高科技帶來的前所未有的非凡體驗。特別是在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅可以為學生定制仿真的實踐環(huán)境，還可以通過3D建模再現(xiàn)場景，生動、靈活地展現(xiàn)教學內(nèi)容，開創(chuàng)了“信息化教學”的嶄新領(lǐng)域，是高科技與現(xiàn)代教育高度融合的展示和體現(xiàn)，也是教育手段現(xiàn)代化、信息化的標志之一，應(yīng)用前景極其廣闊[1]。

1 ? ?測量學實訓課程中的應(yīng)用背景

測量學實訓是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，通過綜合性的實訓練習，有利于學生掌握測量人員作業(yè)的基本要求，全方面提升其測量應(yīng)用技能水平，為今后從事相關(guān)崗位工作奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。此課程的開設(shè)要求配備真實的實訓場地、先進的測繪設(shè)備以及安全的實訓環(huán)境。但經(jīng)過長期的教學實踐發(fā)現(xiàn)，此模塊的教學存在著如下問題。

1.1 ?測量實訓場地配套建設(shè)難以保障

施工測量貫穿于整個建筑施工的全過程，從控制點的埋設(shè)、控制網(wǎng)的建立到建筑物的碎部測量，從基礎(chǔ)測繪再到數(shù)字制圖、變形觀測等，內(nèi)容多且復(fù)雜。若在校園范圍內(nèi)將整個實訓流程全部進行實地模擬，需要投入大量的場地和資金，大部分院校難以實現(xiàn)。

1.2 ?測量實訓器材更新?lián)Q代步伐緩慢

測繪技術(shù)隨著信息技術(shù)的手段注入，經(jīng)過長時間不斷的發(fā)展和完善，取得了長足的進步，逐步朝著數(shù)字化的方向創(chuàng)新和發(fā)展。許多具有突破性的測繪技術(shù)和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，如全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位技術(shù)、無人機測繪技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)等[2]。院校實訓室需要緊跟時代步伐，對儀器設(shè)備進行更新?lián)Q代，意味著需要大量的資金投入和支持，很多院校往往受困于此，不能順應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流與要求而更新實訓室環(huán)境和設(shè)備，學生難以學習和應(yīng)用到新儀器和新技術(shù)，造成技能培養(yǎng)和崗位需求脫節(jié)的問題。

1.3 ?測量實訓器材更新?lián)Q代步伐緩慢

為接觸真實的工作項目，培養(yǎng)學生職業(yè)崗位能力，職業(yè)院校往往安排學生去往校企合作的項目工地現(xiàn)場進行觀摩和實踐。由于大多數(shù)建筑工地環(huán)境錯綜復(fù)雜，無法給學生提供絕對安全的實習場所，而且學生能力有限，不可能長時間操作高級儀器設(shè)備，也不可能觀摩和學習到工程項目各個環(huán)節(jié)的流程和方法，這些因素都極大地限制了學生職業(yè)崗位能力的提升[3]。

2 ? ?測量實訓課程引入VR技術(shù)發(fā)展歷程

虛擬仿真技術(shù)與教學的結(jié)合方式，已經(jīng)由最初的仿真模擬逐漸向增強現(xiàn)實轉(zhuǎn)變，趨向于把真實環(huán)境和虛擬現(xiàn)實的景象疊加起來，利用虛擬的物體對真實的環(huán)境進行逼真的補充，虛實結(jié)合，增強學生的真實感受，提高認知能力。

發(fā)展初期，借助于計算機模擬軟件和FLASH動畫演示，將儀器構(gòu)造組成、經(jīng)典案例實施流程模擬再現(xiàn)，能夠激發(fā)學生學習興趣，加深對知識的感知和理解，但是學生參與程度不高，僅限于觀摩或瀏覽，不利于培養(yǎng)學生的動手實踐能力。隨著人機交互技術(shù)的不斷發(fā)展，學生借助VR工具，不僅可以實現(xiàn)仿真觀摩，還能夠通過按鈕或者觸摸設(shè)備完成實踐操作和考核，如儀器的拆分和組裝、基本使用方法等。如今，在虛擬儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上加入真實的環(huán)境補充，使學生的仿真體驗更加流暢和真實，擴大了學生實訓的面域，提升了其動手實踐能力。

3 ? ?測量實訓教學結(jié)合VR技術(shù)優(yōu)勢分析

虛擬現(xiàn)實技術(shù)基于計算機仿真、人機交互、傳感器等技術(shù)，為用戶提供交互、沉浸的感官體驗。學生可以通過視覺、觸覺、聽覺等多維感官通道收集信息，主動交互、思考、實踐。與傳統(tǒng)的教學方式相比該技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)勢。

3.1 ?解決了學生校外綜合實訓的難題

參加企業(yè)項目頂崗實踐，有利于學生了解本專業(yè)所對應(yīng)的崗位能力需求，培養(yǎng)職業(yè)綜合應(yīng)用能力。頂崗實踐一般是結(jié)合實際工程項目的生產(chǎn)性實習來進行，但由于學生能力的限制和出于安全因素考慮，無法在實際工程中擔任重要職責，對學生的職業(yè)崗位能力培養(yǎng)較為不利。利用VR技術(shù)，將典型的測繪工程項目和案例制作成虛擬實習場景，再現(xiàn)了與實際工程相同的工作流程，可以在絕對安全的環(huán)境中，使學生擔任重要崗位角色，履行崗位職責，有利于培養(yǎng)學生的生產(chǎn)實踐和項目管理能力[4]。

3.2 ?減少校方場地和資金投入

信息技術(shù)和測繪技術(shù)的飛速發(fā)展，加速了測繪儀器設(shè)備和測繪方式更新?lián)Q代的步伐。由最初的水準儀、經(jīng)緯儀到全站儀，由人工布點到GNSS定位、無人機航測，由二維平面測圖到三維實景掃描等，由于校方場地和資金的限制，先進的實訓設(shè)備和環(huán)境往往難以保障。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的加入，有效解決了這一難題，在虛擬系統(tǒng)中，可以預(yù)制最先進的儀器設(shè)備和典型的工程案例實景，而且一套實訓設(shè)備可以多人多次重復(fù)利用，實現(xiàn)了低成本培養(yǎng)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標，在保障先進性的同時節(jié)約了大量的場地和資金投入。

3.3 ?操作流程簡單，易激發(fā)學生學習興趣

虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)作為計算機終端設(shè)備，其操作流程非常簡單，用戶只需穿戴好虛擬設(shè)備，通過點擊、觸摸等方式，即可進入實體三維場景進行模式實訓操作，突破傳統(tǒng)測量實訓課程易受場地、設(shè)備、時間等因素的制約，進行“多設(shè)備、多場景、多項目”的綜合實訓練習[5]。在免去儀器設(shè)備損壞的顧慮和思想負擔的同時，輕松地完成設(shè)備的拆解、組裝、工程項目的策劃組織及實施等操作，學生沉浸逼真深刻的體驗中，學習興趣濃厚，學習效率大幅提高。

3.4 ?革新了教學方式，提高了教學效率

測量實訓課程的傳統(tǒng)教學方式一般為教師講解演示、學生觀摩實踐，是以教師為主導(dǎo)的教學模式。由于場地及儀器的限制，教師往往不能將實際的應(yīng)用場景直觀地展示，學生對儀器的操作及測量技術(shù)方法的掌握較為片面。依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬仿真實訓系統(tǒng)，變教師主導(dǎo)為教師引導(dǎo)，學生在沉浸式體驗中可以反復(fù)操作和積累經(jīng)驗，實現(xiàn)“做中學”，使課堂學習過程生動、有趣，極大地提高教學效果。

4 ? ?VR在測量實訓課程中的應(yīng)用建議

由于目前計算機數(shù)據(jù)存取和處理速度還不能很好地滿足用戶實時性需求，學生在應(yīng)用過程中會出現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)答速度緩慢、場景畫面不流暢不逼真等狀況，所以應(yīng)加大虛擬現(xiàn)實軟、硬件技術(shù)研發(fā)力度，改善軟、硬件設(shè)施，優(yōu)化學生用戶體驗，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以更好、更廣泛地為教學服務(wù)。在教學過程中，教師不能將教學完全依賴于虛擬現(xiàn)實設(shè)備，應(yīng)合理應(yīng)用問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動、合作探究等多種教學方法，強化學生動手實踐能力的同時，注重其創(chuàng)造性思維能力、團隊合作等能力的培養(yǎng)。此外，還應(yīng)借助虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)完善實訓類課程技能考核模式，虛實結(jié)合，提高技能考核的精準性。

5 ? ?結(jié)語

在測量學實訓課程中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以突破實訓條件和時間的限制，使學生在絕對安全的環(huán)境中，沉浸式體驗工程項目的各個環(huán)節(jié)與流程，還可以進行實時考核與技能短板的反復(fù)練習，大幅提高學習的積極性和主動性，有效強化其職業(yè)技能。同時，教師應(yīng)不斷提高個人綜合素質(zhì)，充分掌握相關(guān)技術(shù)手段，創(chuàng)新教學模式，促進測量學實訓課程教學質(zhì)量的整體提升。

[參考文獻]

[1]陳再發(fā).虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職實踐教學中的應(yīng)用[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2018（17）：64.

[2]黃志劍.虛擬仿真技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].科技風，2018（9）：6.

[3]孫金萍.虛擬仿真技術(shù)在工程測量實踐教學中的應(yīng)用初討[J].科教論壇，2019（3）：66.

[4]王式太，殷敏.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在測量實踐教學中的應(yīng)用探討[J].測繪與空間地理信息，2012（1）：222.

[5]王愛民，韓月嬌，唐沖，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程測量實驗教學中的應(yīng)用[J].中外企業(yè)家，2018（29）：187.

Abstract：Surveying practice is an important practical teaching link， the introduction of virtual reality technology in the teaching process， under the powerful computer hardware and software technical support， can reproduce realistic practice scenario， through teachers guidance， students immersed experiential learning， effectively solve the safety factor in the process of training students is not high， low participation， skill learning various problems， such as to cultivate the students ability of comprehensive professional post.

Key words： practical training in surveying; virtual reality; immersion experience