張騰旭，赫 林，申子宇，陳江龍

(湖北科技學(xué)院 資源環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

2019年2月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案(2018-2022年)》，方案提出了今后5年加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化的指導(dǎo)思想，著力構(gòu)建基于信息技術(shù)的新型教育教學(xué)模式，推動以互聯(lián)網(wǎng)等信息化手段服務(wù)教育教學(xué)全過程，逐步實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)改革。在這個大背景下，如何更好地提升工程測量學(xué)教學(xué)效果，也是值得認(rèn)真思考的問題。在“互聯(lián)網(wǎng)+”“虛擬仿真”等信息技術(shù)的迅速發(fā)展下，催生了MOOC、SPOC、釘釘?shù)纫慌€上教學(xué)平臺，這對傳統(tǒng)教學(xué)模式造成了一定的沖擊，同時也給高校實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)模式指明了方向?！豆こ虦y量學(xué)》這門課程理論抽象，知識結(jié)構(gòu)體系繁雜，長期面臨教學(xué)模式落后，教師教學(xué)困難，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，課時偏少等問題。為了利用有限的課堂時間提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生課堂積極性，本文以《工程測量學(xué)》課程為例，設(shè)計“互聯(lián)網(wǎng)+”及“虛擬仿真”混合模式下的教學(xué)方法，借助優(yōu)質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源及高效虛擬仿真平臺，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，滿足學(xué)生多元化學(xué)習(xí)需求[1-7]。

一、工程測量學(xué)課程現(xiàn)狀與問題

目前，許多高校都有開設(shè)《工程測量學(xué)》這門實(shí)踐性強(qiáng)的課程。通過這門課程可以提高和加強(qiáng)學(xué)生對測繪工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握以及對重難點(diǎn)知識的認(rèn)識，并為學(xué)生未來實(shí)際投入工程項(xiàng)目建設(shè)提供相關(guān)職業(yè)技能的學(xué)習(xí)。《工程測量學(xué)》是研究各種工程建設(shè)在勘測設(shè)計、施工建設(shè)和運(yùn)營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的一門課程，主要是提供地形圖等為設(shè)計服務(wù)的測繪資料；在施工建設(shè)階段，主要是為施工服務(wù)，確保工程施工按設(shè)計管理要求的進(jìn)度和質(zhì)量完成；在運(yùn)營管理階段，要做工程安全或健康監(jiān)測，為工程的安全運(yùn)營服務(wù)，是測繪學(xué)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中的一門應(yīng)用性學(xué)科。

工程測量學(xué)著重培養(yǎng)學(xué)生對各類工程建設(shè)過程中涉及的理論知識的掌握和儀器操作方法的實(shí)踐能力，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。主要教學(xué)內(nèi)容包括工程建設(shè)各階段的測量及信息管理、工程測量學(xué)的理論技術(shù)和方法等內(nèi)容。本科生對于復(fù)雜理論知識和工程項(xiàng)目理解存在一定的困難，同時受限于有限的實(shí)踐課時和實(shí)踐項(xiàng)目，工程測量的實(shí)際教學(xué)往往難以達(dá)到預(yù)期效果[8-10]。

理論教學(xué)方面多采取講授為主的方式，學(xué)生積極性不高。教學(xué)模式方面，理論課主要是采取PPT講解模式，教師控制課程教學(xué)進(jìn)度，大部分學(xué)生被動接受知識。由于需要掌握的知識要點(diǎn)較多，部分知識點(diǎn)比較抽象，同時為了按照規(guī)定課時要求完成教學(xué)任務(wù)，教師往往采取“填鴨式教學(xué)”，機(jī)械式講解簡單的PPT文本，不能照顧到所有學(xué)生的理解能力，學(xué)生也不能充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主觀能動性。對于課程中較抽象的知識點(diǎn)以及一些重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生難以在有限的時間內(nèi)有效吸收，長此以往會導(dǎo)致學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難和抵觸情緒，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性。如果能夠借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以互動動畫的形式，生動有趣地展示在學(xué)生面前，就有助于學(xué)生理解和接受。枯燥的知識變得生動有趣，不僅加深了學(xué)生對于此類抽象知識點(diǎn)的理解，而且激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性。

實(shí)踐教學(xué)方面多采用教師主導(dǎo)、學(xué)生圍觀模式，學(xué)習(xí)效果較差。由于學(xué)生人數(shù)眾多，每個測量小組由4～5人組成，教師講解時僅少數(shù)靠前的學(xué)生能夠看清楚操作過程，多數(shù)學(xué)生離得較遠(yuǎn)，難以學(xué)習(xí)具體的操作要領(lǐng)，實(shí)踐時學(xué)生無從下手，處于不知所措的狀態(tài)，導(dǎo)致多次實(shí)驗(yàn)后他們的興趣明顯降低。同時，由于每次實(shí)習(xí)安排僅僅針對特定的實(shí)習(xí)內(nèi)容，有限的實(shí)習(xí)期間內(nèi)只能讓學(xué)生掌握對某種儀器特定功能的操作過程，難以對儀器的全部功能做到面面俱到的講解，教學(xué)資源和實(shí)踐時間的不足可能導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量嚴(yán)重下降。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式從課堂授課至課外實(shí)踐均存在諸多弊端，在一定程度上制約了學(xué)生對理論知識獲取和實(shí)踐操作能力培養(yǎng)的主觀能動性。

因此，為了培養(yǎng)能夠從事各種工程項(xiàng)目所需要的從項(xiàng)目策劃、評估設(shè)計、施工驗(yàn)收等高技能復(fù)合型人才，工程測量學(xué)課程需要緊緊圍繞基本理論的掌握以及基本測繪技能的提高兩方面。將理論講解以及實(shí)習(xí)實(shí)踐相結(jié)合，以提高學(xué)生的測量工作技能和擴(kuò)展能力，同時也要充分考慮到部分學(xué)生畢業(yè)后從事科研工作的需要。綜上，傳統(tǒng)的教學(xué)模式明顯存在不足，不僅課程內(nèi)容應(yīng)該與時俱進(jìn)，教學(xué)模式也應(yīng)該與時俱進(jìn)。

二、工程測量學(xué)“互聯(lián)網(wǎng)+”及“虛擬仿真”教學(xué)模式設(shè)計

1.工程測量學(xué)混合教學(xué)模式設(shè)計理念

在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的大背景下，網(wǎng)絡(luò)上的知識日新月異，社會的發(fā)展對多元化、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的需求也愈加迫切。教育的目的、老師在教學(xué)中所扮演的角色、學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)新知識的方式都正在發(fā)生著重大的轉(zhuǎn)變。從網(wǎng)絡(luò)上存在的大量的教育資源到各種線上直播教學(xué)，互聯(lián)網(wǎng)也只是作為一個輔助教學(xué)的工具，“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式不應(yīng)該局限于知識在網(wǎng)絡(luò)上的共享和線下的教育資源的分享，而是需要有互聯(lián)網(wǎng)的思維、途徑、互聯(lián)網(wǎng)平臺等，改變傳統(tǒng)教育以老師傳授知識為主的教育模式，進(jìn)入一個由學(xué)生自己可以學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)上的知識、原創(chuàng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，自主地去學(xué)習(xí)、自助地學(xué)習(xí)的新的教育模式中。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種全新的教學(xué)模式，融合了虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、多媒體等多種技術(shù)，利用虛擬仿真技術(shù)可以高效地實(shí)現(xiàn)人與學(xué)科知識、工程實(shí)踐的圖形場景相互信息交流，也就是計算機(jī)系統(tǒng)提供信息交流與反饋機(jī)制。這可以讓學(xué)生充分發(fā)動思維能力，提高操作水平，讓學(xué)生沉浸在計算機(jī)的三維場景中，充分高效的多感覺交互能力為教學(xué)實(shí)踐提供了極大的便利。在《工程測量學(xué)》教學(xué)中，通過互聯(lián)網(wǎng)等多媒體資源及課后實(shí)踐讓學(xué)生熟練掌握水準(zhǔn)儀、全站儀、GNSS接收機(jī)、無人機(jī)等儀器使用方法，掌握控制網(wǎng)布設(shè)、大比例尺測圖、工程建(構(gòu))筑物施工放樣、工程建筑物變形監(jiān)測這些常用測量技能 。此外，對于設(shè)備安裝檢校測量和工業(yè)測量、工業(yè)與民用建筑測量、高速鐵路測量、橋梁工程測量、水利和港口工程測量、隧道和地下工程測量及城市地下管線探測這些在校內(nèi)難以開展的測量實(shí)踐項(xiàng)目可以通過虛擬仿真平臺實(shí)現(xiàn)整個項(xiàng)目全生命周期施工過程，讓學(xué)生身臨其境，切身感受施工測量的實(shí)施過程，彌補(bǔ)目前教學(xué)過程中面臨的困境。

與傳統(tǒng)的教育模式不同，本課程“互聯(lián)網(wǎng)+”及“虛擬仿真”教學(xué)模式以學(xué)生為中心，以知識獲取、能力和素養(yǎng)培養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)，圍繞“課前準(zhǔn)備”“課中實(shí)施”和“課后強(qiáng)化”“多方面考核”等全過程、多階段、不同場景開展虛擬仿真教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生對相同的知識點(diǎn)多視角的自我實(shí)踐認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)“教師為主體，學(xué)生為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。

2.工程測量混合教學(xué)模式設(shè)計

(1)課前準(zhǔn)備

上課前，教師提前為學(xué)生整理好章節(jié)難點(diǎn)及重點(diǎn)，并發(fā)布教學(xué)計劃、網(wǎng)絡(luò)MOOC等輔助預(yù)習(xí)資料，學(xué)生根據(jù)觀看教學(xué)視頻并閱讀相關(guān)參考資料。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，對于存在疑惑的知識點(diǎn)可以反復(fù)進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)，并記錄難以理解的知識點(diǎn)，以便上課期間提問和討論。同時登陸虛擬仿真平臺，預(yù)習(xí)與本章節(jié)相關(guān)的工程施工和儀器操作方法。通過虛擬仿真技術(shù)對抽象的工程項(xiàng)目進(jìn)行仿真處理，還原真實(shí)工程的施工過程，化抽象為生動，能在較大程度上為學(xué)生減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)理解和記憶。

(2)課中實(shí)施

教師以課前為學(xué)生整理的本節(jié)課程的難點(diǎn)和重點(diǎn)為引線，進(jìn)行針對性講解。同時設(shè)計學(xué)生認(rèn)為較難理解的知識點(diǎn)，配合MOOC簡短教學(xué)微視頻進(jìn)行重點(diǎn)講解，針對該難點(diǎn)提出一些具有探索性的問題引導(dǎo)學(xué)生思考，以小組為單位進(jìn)行分組討論并讓學(xué)生自己進(jìn)行解答，其他小組同學(xué)參與點(diǎn)評。通過這種學(xué)生模式讓學(xué)生變被動為主動，切實(shí)提高其學(xué)習(xí)主動性和興趣。

(3)課后強(qiáng)化

首先，教師對每堂課的教學(xué)情況和學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)分析，并結(jié)合課堂重難點(diǎn)，布置相應(yīng)的課后練習(xí)題，檢驗(yàn)學(xué)生是否牢固掌握了課程知識。其次，每堂課結(jié)束后布置對應(yīng)的工程實(shí)踐案例進(jìn)行虛擬仿真作業(yè)，再次對各工程項(xiàng)目的施工過程進(jìn)行鞏固加深?；谝延械慕處焾F(tuán)隊(duì)，組建興趣小組，引導(dǎo)學(xué)生課后學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域最新數(shù)據(jù)處理理論和方法，并提交報告，作為平時成績進(jìn)行考核。最后，教師根據(jù)各個課程階段的教學(xué)效果和學(xué)生反饋的學(xué)習(xí)情況，對之前的教學(xué)模式不斷加以改進(jìn)，更深層次地研究符合工程測量學(xué)這門課程的教學(xué)體系和教學(xué)方式，同時也進(jìn)一步完善虛擬仿真教學(xué)平臺相關(guān)項(xiàng)目場景和功能模塊的設(shè)計，并通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)和完善。

(4)多方面考核

考核一直是實(shí)踐環(huán)節(jié)中的難題，采用傳統(tǒng)實(shí)習(xí)報告的形式已經(jīng)不適合這種新的教學(xué)模式。課前準(zhǔn)備階段，在沒有老師監(jiān)督情況下，少部分學(xué)生依然存在“摸魚”的情況，這也是自主學(xué)習(xí)，通過上網(wǎng)課學(xué)習(xí)的弊端，因此新考核體系也是不可或缺的一部分。在整個學(xué)習(xí)過程中，包含理論知識的學(xué)習(xí)以及實(shí)操過程，同樣每個階段都需要進(jìn)行考核，算入學(xué)生的平時成績。通過課前準(zhǔn)備，組織學(xué)生在虛擬仿真平臺上仿真處理，并將時間長度作為標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生評分并計入平時成績。在課中實(shí)施階段過程中，除了老師的講解，學(xué)生們可以自己制作PPT匯報，考慮課時的問題，不對每位同學(xué)作要求，算入額外加分。最后，課后的強(qiáng)化，由實(shí)習(xí)老師根據(jù)實(shí)習(xí)內(nèi)容隨機(jī)提問，內(nèi)容包括但不限于對實(shí)習(xí)原理、實(shí)習(xí)作業(yè)情況、實(shí)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)習(xí)收獲等，并對學(xué)生的回答進(jìn)行評價。

三、混合式教學(xué)效果及意義

前期進(jìn)行了為期一學(xué)年的混合教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)，并從工程測量基礎(chǔ)知識的掌握、重難點(diǎn)接受程度、學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)生與教師互動、實(shí)踐操作技能、虛擬仿真操作技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力這幾個方面進(jìn)行了調(diào)查和分析，調(diào)研對象為19級測繪工程學(xué)生，共30人，結(jié)果如表1所示。

表1 混合教學(xué)模式效果調(diào)查表

結(jié)果表明，對于工程測量基礎(chǔ)知識的掌握，絕大多數(shù)學(xué)生通過整理課前發(fā)布的資料能夠有一個清晰的認(rèn)識，極少部分自覺性較差的同學(xué)沒有課前觀看學(xué)習(xí)資料，大部分學(xué)生都能夠參與到與老師的互動中去，提出在課前準(zhǔn)備階段遺留的問題。通過課前的學(xué)習(xí)和虛擬仿真操作課堂教學(xué)，學(xué)生相比于之前，積極性大大提高。得益于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，每個學(xué)生都能參與其中，避免了之前上實(shí)習(xí)課，由于設(shè)備不足，部分學(xué)生一學(xué)期下來都沒有接觸儀器的問題，并且絕大多數(shù)學(xué)生更喜歡利用虛擬仿真技術(shù)來學(xué)習(xí)，個別自主學(xué)習(xí)能力比較強(qiáng)的學(xué)生認(rèn)為混合式教學(xué)模式對于他們來說作用并不是很大，因?yàn)檫@部分學(xué)生平時預(yù)習(xí)也同樣以提前查找網(wǎng)絡(luò)課程資料為主，但“虛擬仿真”平臺作用較為明顯，能夠充分讓學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)場景，不僅提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，同時也提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。整體而言，“互聯(lián)網(wǎng)+及虛擬仿真”教學(xué)模式能夠在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的部分不足，主要成效如下：

(1)有效提升教學(xué)效率

豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源為學(xué)生提前預(yù)習(xí)和解答疑難問題提供了極大便利，同時學(xué)生在瀏覽網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的時候能夠接觸到很多學(xué)科前沿的知識，不像書本上的知識存在更新較慢的問題，通過教師課前發(fā)布的章節(jié)重難點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)視頻資料，學(xué)生們根據(jù)自身情況有針對性地開展課前預(yù)習(xí)。通過預(yù)習(xí)提前掌握部分知識點(diǎn)，對于少部分仍然存在疑惑的知識點(diǎn)可以反復(fù)學(xué)習(xí)，并記錄難以理解的知識點(diǎn)，然后通過課間提問和討論輕松地解決課前自主學(xué)習(xí)遇到的各類疑問。相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過這種教學(xué)方式不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠提升學(xué)生的自學(xué)能力，從被動的學(xué)習(xí)專業(yè)知識到主動地去尋找問題并探索學(xué)習(xí)，而且能在一定程度上提高教師教學(xué)效率，教師可以利用大部分課堂時間對學(xué)生反饋的重難點(diǎn)知識點(diǎn)進(jìn)行講解以及對課外的知識進(jìn)行拓展教學(xué)。

(2)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和動手操作能力

利用優(yōu)質(zhì)的MOOC等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行理論知識學(xué)習(xí)，同時利用虛擬仿真教學(xué)平臺進(jìn)行工程項(xiàng)目模擬操作能夠有效提高學(xué)生上課的積極性和主動性。相比于傳統(tǒng)教學(xué)方法，虛擬仿真技術(shù)能夠合理分配有限教學(xué)資源，打破空間和時間的局限性，給學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)習(xí)條件?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”及虛擬仿真教學(xué)優(yōu)勢在于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、深化知識理解，提高教學(xué)效果。

(3)強(qiáng)化技術(shù)規(guī)范認(rèn)知

工程測量學(xué)不僅需要學(xué)生牢固掌握各類工程測量基礎(chǔ)知識，同時也需要提高學(xué)生在今后測繪生產(chǎn)過程中對標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范的認(rèn)知和重視。傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體規(guī)范要求和各項(xiàng)精度指標(biāo)難以做到全面掌握和融會貫通，工程測量虛擬仿真平臺能夠針對特定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一整套完整的實(shí)驗(yàn)流程，學(xué)生可以借助該平臺反復(fù)操作，熟悉各類規(guī)范要求，使學(xué)生牢固掌握各類技術(shù)規(guī)范和精度指標(biāo)，培養(yǎng)良好的職業(yè)素養(yǎng)。

四、結(jié)語

在推進(jìn)教育現(xiàn)代化大背景下，充分利用現(xiàn)代化科技手段，有效聯(lián)合“互聯(lián)網(wǎng)+”及“虛擬仿真”兩種教學(xué)模式，可在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，滿足學(xué)生對各類工程場景和技術(shù)手段的學(xué)習(xí)需求，提升課程教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化科學(xué)知識體系，豐富實(shí)踐操作。雖然前期試驗(yàn)取得了階段性的成效，但是依然面臨著的專業(yè)性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)資源不充足，配套的虛擬仿真平臺不夠便利和完善，學(xué)生群體難以產(chǎn)生操作興趣等問題，教育教學(xué)改革仍然需要不斷摸索和完善?？蛇M(jìn)一步根據(jù)不同學(xué)科的特點(diǎn)對虛擬仿真平臺進(jìn)行深入改進(jìn)和完善，從教育工作者角度，以及使用群體的操作能力和需要接受的訓(xùn)練程度來設(shè)計；二是根據(jù)學(xué)生實(shí)際反饋情況進(jìn)一步豐富和完善平臺實(shí)驗(yàn)場景和類型，不斷激發(fā)學(xué)生操作興趣，培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問題能力，促進(jìn)相應(yīng)學(xué)科的課程教學(xué)改革，造就知識、能力、素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展和具有創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。