李小龍 李冰潔

[摘 要] 網(wǎng)絡(luò)信息化新手段結(jié)合是去傳統(tǒng)教學(xué)單一化的有效方法。測(cè)量學(xué)課程不僅包含理論教學(xué)環(huán)節(jié)，還包含實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，理論和實(shí)踐結(jié)合性強(qiáng);將測(cè)量活動(dòng)通過(guò)多媒體技術(shù)引入課堂講解，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)引入虛擬仿真教學(xué)，能夠鞏固理論教學(xué)成果，進(jìn)而提高教學(xué)整體效果。

[關(guān)鍵詞] 測(cè)量學(xué);虛擬仿真;高等教育;教學(xué)方法

[作者簡(jiǎn)介] 李小龍（1990—），男（回族），寧夏西吉人，講師，研究方向?yàn)樗膶W(xué)及水資源;李冰潔（1988—），女，新疆石河子人，講師，研究方向?yàn)閭魅拘约膊　?/p>

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）35-0178-02? ? [收稿日期] 2019-12-18

一、引言

測(cè)量學(xué)是一門工科院校主要的實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]。課程的目的和任務(wù)主要是讓學(xué)生通過(guò)對(duì)測(cè)量學(xué)教學(xué)大綱所規(guī)定的全部教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，獲得工程測(cè)量學(xué)的最必要的基本理論、基本知識(shí)和操作技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程和知識(shí)以及從事工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下可靠的基礎(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合的教學(xué)模式對(duì)于教師面授的依賴性比較強(qiáng)，學(xué)生自學(xué)資源不足。而現(xiàn)代化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、研究能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面有著其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的獨(dú)特作用。依托虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)，融合多種互動(dòng)硬件設(shè)置，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行真實(shí)的模擬仿真，不僅可以節(jié)約現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源，共享教學(xué)設(shè)施，還能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力。

二、工科院校測(cè)量學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)有工科院校的測(cè)量學(xué)大綱、教材內(nèi)容一般還是沿用1950年代的歷史沿襲，其教學(xué)內(nèi)容實(shí)質(zhì)的手工白紙測(cè)圖教學(xué)沒(méi)有發(fā)生改變，而根據(jù)現(xiàn)有教學(xué)課時(shí)嚴(yán)重壓縮的現(xiàn)狀，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)一般在一些專業(yè)中減少或者取消。而測(cè)量學(xué)是一門專業(yè)性非常強(qiáng)的課程，教學(xué)改革的基本思路應(yīng)該是針對(duì)不同專業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)[2]。

（一）理論教學(xué)

測(cè)量些理論教學(xué)環(huán)節(jié)注重知識(shí)傳授和培養(yǎng)能力，要求學(xué)生牢固掌握三項(xiàng)基本測(cè)量，即高程測(cè)量、角度測(cè)量和距離測(cè)量的一般方法和儀器操作程序。除此之外還要求掌握小地區(qū)控制工程測(cè)量的基本知識(shí)和導(dǎo)線坐標(biāo)推求的方法與步驟，使學(xué)生獲得平面工程測(cè)量和高程工程測(cè)量的基本理論知識(shí)和專業(yè)實(shí)踐技能;掌握大比例尺地形圖的測(cè)圖、繪圖、讀圖專業(yè)技能，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維[3]。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)

測(cè)量學(xué)實(shí)驗(yàn)室理論教學(xué)的一個(gè)組成部分，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)伴隨理論教學(xué)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行。由于各高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金投入和實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍質(zhì)量的不同，一般實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是學(xué)習(xí)基本的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等相關(guān)測(cè)量過(guò)程。

（三）教學(xué)實(shí)習(xí)

測(cè)量學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)的目的是鞏固、擴(kuò)大和加深學(xué)生從課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，獲得測(cè)量實(shí)際工作的初步經(jīng)驗(yàn)和基本技能，著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作的能力。進(jìn)一步熟練掌握測(cè)量?jī)x器的操作技能，提高計(jì)算和繪圖能力，并對(duì)測(cè)繪小區(qū)域大比例尺地形圖的全過(guò)程有一個(gè)全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

三、虛擬仿真教學(xué)在測(cè)量學(xué)中的改革和探索

（一）虛擬仿真教學(xué)的必要性分析

為了提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力，讓在校大學(xué)生擁有更多自主學(xué)習(xí)的時(shí)間，測(cè)量學(xué)課程在各類工程類專業(yè)培養(yǎng)方案中的課時(shí)都被嚴(yán)重壓縮，造成實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)課時(shí)嚴(yán)重不足。另外，測(cè)量學(xué)在工科院校中一般屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，授課量一般較為巨大，礙于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制，很難在統(tǒng)一時(shí)間內(nèi)完成所有班級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)習(xí)內(nèi)容。而近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)得到了迅速發(fā)展。虛擬仿真技術(shù)在測(cè)量學(xué)教學(xué)方面已有應(yīng)用，針對(duì)測(cè)繪實(shí)習(xí)受天氣、環(huán)境和設(shè)備限制較大的不足，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)繪實(shí)習(xí)平臺(tái)，可滿足學(xué)生測(cè)繪實(shí)習(xí)預(yù)習(xí)、模擬實(shí)習(xí)、實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)管理等功能[4]。

（二）測(cè)量學(xué)虛擬仿真教學(xué)設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)測(cè)量學(xué)的教學(xué)方式一般分為理論面授，實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)面授，理論和實(shí)踐教學(xué)分離，無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的即時(shí)結(jié)合[5]。所以在測(cè)量學(xué)虛擬仿真教學(xué)的設(shè)計(jì)中應(yīng)更加注重理論與實(shí)踐的充分結(jié)合，做到儀器學(xué)習(xí)和使用相輔相成，在充分分析專業(yè)測(cè)量學(xué)學(xué)習(xí)需求的基礎(chǔ)上，研究如何采用虛擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量學(xué)儀器認(rèn)識(shí)、儀器操作、測(cè)量方法及測(cè)量方案設(shè)計(jì)的模擬，使學(xué)生置身于實(shí)踐測(cè)量的“真實(shí)”環(huán)境中，進(jìn)一步提高其動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力，并且使用設(shè)備應(yīng)該可以利用手機(jī)、平板或電腦學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率。這對(duì)加強(qiáng)測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)，深化教育教學(xué)改革，提高新型人才培養(yǎng)的教學(xué)質(zhì)量，具有重要的意義。

第一，虛擬仿真技術(shù)分類及要求。虛擬仿真教學(xué)軟件主要分為兩類，分別是虛擬仿真教學(xué)課件和虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)。課件類主要針對(duì)理論教學(xué)中的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)開發(fā)獨(dú)立的教學(xué)動(dòng)畫或者軟件，一般是提供與課堂知識(shí)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生可以模擬操作完成實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，做出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，獲取相關(guān)知識(shí);平臺(tái)類主要針對(duì)課程某一系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開發(fā)相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)軟件，在軟件里面學(xué)生可以取出實(shí)驗(yàn)儀器，改變相應(yīng)參數(shù)搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停匾臅r(shí)候還可以引入糾錯(cuò)機(jī)制與解釋反饋，引發(fā)學(xué)生思考和獲取教學(xué)反饋。

第二，測(cè)量學(xué)課程虛擬仿真教學(xué)框架搭建。針對(duì)測(cè)量學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)，可以利用3ds Max等專業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，仿真測(cè)量過(guò)程，虛擬仿真教學(xué)框架結(jié)構(gòu)分為儀器組成與原理、儀器操作、測(cè)量方法學(xué)習(xí)與應(yīng)用、具體工程測(cè)量實(shí)施評(píng)價(jià)和問(wèn)題解決等5個(gè)教學(xué)子模塊，既包括細(xì)節(jié)的儀器認(rèn)識(shí)和操作學(xué)習(xí)，具體測(cè)量項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)與實(shí)施，又包括問(wèn)題解決過(guò)程的反向思維學(xué)習(xí)，使虛擬仿真教學(xué)貫穿整個(gè)測(cè)量學(xué)過(guò)程。同時(shí)，每個(gè)子模塊分別由多個(gè)教學(xué)模塊組成。儀器組成與原理模塊主要包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、全站儀和GNSS接收機(jī)等設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)與原理演示;儀器操作模塊包括測(cè)量?jī)x器整平、對(duì)中、照準(zhǔn)、讀數(shù)、記錄等儀器使用步驟等;測(cè)量方法模塊主要包括測(cè)回法測(cè)角、方向觀測(cè)法測(cè)角、鋼尺量距、視距測(cè)量、光電測(cè)距、和高差測(cè)量等方法和過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫演示與交互操作;具體工程測(cè)量實(shí)施評(píng)價(jià)模塊主要由測(cè)區(qū)的勘查選點(diǎn)、控制網(wǎng)設(shè)計(jì)、施測(cè)、處理及地形圖測(cè)繪等內(nèi)容;問(wèn)題解決模塊主要包括測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)問(wèn)題、不同條件下測(cè)量方法選擇問(wèn)題、角度測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量錯(cuò)誤檢查問(wèn)題等。

四、結(jié)論

針對(duì)測(cè)量學(xué)教學(xué)中課時(shí)壓縮和缺乏集中實(shí)踐環(huán)節(jié)造成的理論與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合不足問(wèn)題，文章提出了工科院校測(cè)量學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中引入虛擬仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)基本能夠克服測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)課時(shí)不足、實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地限制等問(wèn)題，起到節(jié)約現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力的作用。

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