郭春蕾

摘要：目前各個(gè)高校實(shí)踐教學(xué)隨著互聯(lián)網(wǎng)及虛擬仿真的飛速發(fā)展正面臨著改革，高校依托虛擬仿真技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)已成為必然要求，這對(duì)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有著巨大意義。本文以攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)習(xí)課程為例，總結(jié)了當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，針對(duì)虛擬仿真教學(xué)軟件，提出攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革措施，并結(jié)合教學(xué)過(guò)程實(shí)施對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)出虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，旨在更好地強(qiáng)化攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)效果，并推進(jìn)虛擬仿真技術(shù)在高校課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)習(xí)；虛擬仿真；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-7164（2021）07-0047-03

基金項(xiàng)目院遼寧省教育廳科研經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“基于無(wú)人機(jī)航測(cè)的城市三維建模及虛擬仿真研究”（項(xiàng)目編號(hào)：LJKX201911）；沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院2019年度校級(jí)教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“新工科視域下《攝影測(cè)量基礎(chǔ)》課程虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)改革研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：JG201914）。

當(dāng)今高等院校的課程實(shí)踐教學(xué)正面臨著時(shí)代、技術(shù)的變化，教學(xué)迫切需要轉(zhuǎn)變。攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)習(xí)是測(cè)繪工程專業(yè)本科生的一門集中實(shí)踐環(huán)節(jié)必修課，也是攝影測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)理論課程對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的攝影測(cè)量實(shí)習(xí)偏重于軟件的使用，很難滿足每個(gè)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和交互操作的需求[1]。

一、研究背景

依托虛擬仿真技術(shù)開展的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目可以大幅提高學(xué)生科研能力、創(chuàng)新思維能力、綜合表達(dá)能力、運(yùn)用知識(shí)能力和自主學(xué)習(xí)能力，提升當(dāng)前功能單一、模式陳舊、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)成本高、占地大、難開展、受限制和學(xué)生安全性等教學(xué)現(xiàn)狀[2]。虛擬仿真教學(xué)是指通過(guò)構(gòu)建虛擬的教學(xué)場(chǎng)景，使學(xué)生通過(guò)感知實(shí)現(xiàn)與虛擬世界的實(shí)時(shí)交互，達(dá)到自主學(xué)習(xí)的一種教學(xué)模式[3]。

本文針對(duì)攝影測(cè)量基礎(chǔ)當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，利用無(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬仿真教學(xué)軟件，提出攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革措施，并結(jié)合教學(xué)過(guò)程的實(shí)施對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

二、攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

傳統(tǒng)攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要由外業(yè)航空相片調(diào)繪和軟件測(cè)圖兩部分教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成。其中測(cè)圖部分通過(guò)攝影測(cè)量軟件對(duì)立體影像進(jìn)行內(nèi)定向、相對(duì)定向以及絕對(duì)定向等操作處理，目前高校一般多使用VirtuoZo NT軟件，最終生成DOM、DEM等4D產(chǎn)品，目的是使學(xué)生掌握數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。目前實(shí)習(xí)教學(xué)實(shí)踐課程設(shè)置存在以下問(wèn)題：

（一）外業(yè)、內(nèi)業(yè)之間相互獨(dú)立，內(nèi)容整體連貫性較差

現(xiàn)階段攝影測(cè)量學(xué)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)多為現(xiàn)有的老版的相片，學(xué)生利用相片進(jìn)行野外實(shí)地踏查工作，而這些相片是由教師發(fā)給學(xué)生的，并不是學(xué)生自己通過(guò)無(wú)人機(jī)獲取的。內(nèi)業(yè)立體測(cè)圖所用的立體影像也是由指導(dǎo)教師發(fā)給各學(xué)生。前后兩實(shí)習(xí)所用影像數(shù)據(jù)不同，且各自內(nèi)容之間無(wú)明顯聯(lián)系[4]。內(nèi)外業(yè)實(shí)習(xí)內(nèi)容之間整體性連貫性較差，學(xué)生分別獨(dú)立進(jìn)行內(nèi)外業(yè)實(shí)習(xí)，不利于理解與掌握攝影測(cè)量整體流程。

（二）教學(xué)手段陳舊，學(xué)生對(duì)知識(shí)鏈掌握不夠透徹

目前攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)習(xí)采用的實(shí)習(xí)手段和方法還是以往傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣度較低。學(xué)生進(jìn)行野外踏查的航片獲取年代較久遠(yuǎn)，在進(jìn)行調(diào)繪時(shí)，由于地物更新，導(dǎo)致與航片地物存在較大差異，致使學(xué)生的工作量增大，并影響成圖效果。另外，目前教學(xué)采用軟件VirtuoZo NT版本較老，且處理的數(shù)據(jù)源于指導(dǎo)教師，學(xué)生不能將外業(yè)內(nèi)業(yè)很好地串聯(lián)在一起，以致難以掌握其原理與意義。

（三）整體偏向理論知識(shí)，脫離實(shí)際工作中項(xiàng)目生產(chǎn)流程

傳統(tǒng)的攝影測(cè)量實(shí)習(xí)以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)達(dá)到對(duì)相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)的深度掌握。而根據(jù)企業(yè)調(diào)研顯示，企業(yè)對(duì)應(yīng)屆大學(xué)生的要求更注重實(shí)際操作能力，要求人才應(yīng)掌握攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)，對(duì)相關(guān)熱門軟件熟練操作，了解無(wú)人機(jī)航測(cè)工程項(xiàng)目的處理流程及方法。因此在新工科背景下，基于項(xiàng)目案例的教學(xué)方法才符合應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)目標(biāo)。

三、基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)改革措施

無(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件是針對(duì)攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)[5]，根據(jù)真實(shí)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境及設(shè)備構(gòu)建的虛擬仿真軟件，該系統(tǒng)作為“理論+實(shí)踐+虛擬仿真”一體化的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可完成攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)與實(shí)踐任務(wù)。

（一）教學(xué)方案設(shè)計(jì)

學(xué)校應(yīng)根據(jù)攝影測(cè)量基礎(chǔ)課程教學(xué)目標(biāo)以及培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)特點(diǎn)，以項(xiàng)目案例為導(dǎo)向，通過(guò)合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在沉浸式參與中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，在調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的同時(shí)優(yōu)化教學(xué)效果。

第一，先建立整個(gè)全息虛擬仿真設(shè)備的操作手冊(cè)。

第二，構(gòu)造無(wú)人機(jī)設(shè)備演示環(huán)節(jié)，讓學(xué)生先對(duì)無(wú)人機(jī)有充分了解。目前虛擬場(chǎng)景中無(wú)人機(jī)型號(hào)包括固定翼無(wú)人機(jī)、混合翼無(wú)人機(jī)和六旋翼無(wú)人機(jī)三種，教師選擇3D展示無(wú)人機(jī)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對(duì)無(wú)人機(jī)構(gòu)件關(guān)系和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造可以在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)拆解、安裝。無(wú)人機(jī)設(shè)備認(rèn)知及學(xué)生交互操作內(nèi)容如表1所示。

第三，在無(wú)人機(jī)項(xiàng)目案例中，各項(xiàng)目案例及學(xué)生交互操作內(nèi)容如表2所示，教師可根據(jù)不同選擇3D展示無(wú)人機(jī)實(shí)際工程項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行講解，或考查學(xué)生。

（二）教學(xué)方法改革

無(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可采用不同的教學(xué)方式方法，通過(guò)案例結(jié)合互動(dòng)進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)，并完成一系列交互式操作，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)后，學(xué)生可選擇不同的工程案例完成該工程的所有流程，期間隨時(shí)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)考核，達(dá)到寓教于樂的教學(xué)效果。同時(shí)，在教師演示環(huán)節(jié)，通過(guò)多種不同的教學(xué)手段對(duì)學(xué)生進(jìn)行展示，讓學(xué)生掌握多樣化的知識(shí)。

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)改革

無(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬仿真教學(xué)軟件要求學(xué)生能夠掌握無(wú)人機(jī)設(shè)備的認(rèn)知，能夠獨(dú)立完成項(xiàng)目的操作流程，交互過(guò)程正確，能夠?qū)o(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬仿真與實(shí)際工程結(jié)合。系統(tǒng)將對(duì)學(xué)生的操作痕跡（如是否按照實(shí)驗(yàn)步驟操作、是否正確完成對(duì)知識(shí)點(diǎn)的考核）等進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，綜合虛擬仿真操作結(jié)果、學(xué)生操作流程及技能等因素，形成綜合性考核成績(jī)。

四、教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)

（一）實(shí)施過(guò)程

首先，教師進(jìn)行相關(guān)理論教學(xué)。

其次，學(xué)生分組到虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室體驗(yàn)無(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬仿真教學(xué)軟件，通過(guò)操作了解并掌握無(wú)人機(jī)設(shè)備的構(gòu)造及操作，掌握無(wú)人機(jī)構(gòu)造。此項(xiàng)虛擬仿真教學(xué)環(huán)節(jié)將為后期學(xué)生到實(shí)踐基地進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行培訓(xùn)奠定基礎(chǔ)。

然后，學(xué)生利用全息影像模擬無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量項(xiàng)目，通過(guò)交互式操作，參與完整工程項(xiàng)目，教師可根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。

（二）實(shí)施效果評(píng)價(jià)

通過(guò)引入無(wú)人機(jī)航測(cè)虛擬仿真軟件系統(tǒng)，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)之間搭建起了過(guò)渡“橋梁”，有效解決了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)難以有效融合的問(wèn)題，提高了攝影測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐操作的效率和效果，優(yōu)化學(xué)生實(shí)踐體驗(yàn)。

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)在為學(xué)生提供更好的沉浸感的同時(shí)，為學(xué)生從感官上提供認(rèn)知作業(yè)環(huán)境和教學(xué)內(nèi)容，實(shí)踐證明通過(guò)“虛擬現(xiàn)實(shí)+實(shí)踐”方式，可大幅提高實(shí)踐教學(xué)效果。通過(guò)無(wú)人機(jī)組裝及項(xiàng)目案例中的交互設(shè)備模擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目工程中的操作，學(xué)生實(shí)際操作水平得到提高，并能滿足今后工作需求。

同時(shí)，教學(xué)資源生動(dòng)且豐富，軟件結(jié)合了教、學(xué)、練、考等教學(xué)功能，可以對(duì)學(xué)生操作進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，充分體現(xiàn)了教育信息化發(fā)展方向。

五、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)不僅可以解決學(xué)生多而實(shí)驗(yàn)設(shè)備少的難題，除此之外，它獨(dú)有的實(shí)驗(yàn)耗能低、實(shí)踐效率高、數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)、教學(xué)開放度高等特點(diǎn)，為學(xué)生課程實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了新的教學(xué)模式。基于虛擬仿真技術(shù)的攝影測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)，堅(jiān)持以項(xiàng)目為導(dǎo)向，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的興趣和潛力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王衛(wèi)國(guó).虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

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（薦稿人：王井利，沈陽(yáng)建筑大學(xué)教授）（責(zé)任編輯：鄒宇銘）