談秋英　甘霖

［摘 要］ 新時代對職業(yè)教育內(nèi)涵式發(fā)展提出了新的要求，亟須利用信息化手段提升實踐教學(xué)質(zhì)量。隨著現(xiàn)代教育信息化技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)已逐漸融入職業(yè)教育教學(xué)實踐?！皵?shù)字測圖”作為測繪類專業(yè)的綜合性核心課程，具有基礎(chǔ)性、專業(yè)性和實踐性的突出特點(diǎn)。立足當(dāng)前實踐教學(xué)現(xiàn)狀，通過分析存在的問題，提出“虛實結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實踐教學(xué)模式，創(chuàng)新地引入虛擬仿真軟件，將“教、學(xué)、做”一體化思想貫穿實踐教學(xué)始終，讓工程案例虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化。結(jié)合在浙江公路技師學(xué)院的教學(xué)實踐，該方法在一定程度上解決了實踐教學(xué)存在的課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求脫節(jié)、實訓(xùn)設(shè)備與實訓(xùn)場地有限、缺少重大工程項目支撐等問題，取得了較好的效果。此外，提出了虛擬仿真技術(shù)在提升實踐教學(xué)質(zhì)量方面的可行性建議，可以為同類院校相關(guān)專業(yè)實踐教學(xué)改革提供參考。

［關(guān)鍵詞］ 數(shù)字測圖；虛擬仿真；實踐教學(xué)；職業(yè)教育

［作者簡介］ 談秋英（1990—），女，河北邢臺人，學(xué)士，浙江公路技師學(xué)院路橋系講師（通信作者），主要從事測繪地理信息專業(yè)教育研究；甘 霖（1996—），女，吉林白城人，碩士，浙江南方測繪科技有限公司教育事業(yè)部經(jīng)理，主要從事教育事業(yè)培訓(xùn)和測繪地理信息應(yīng)用研究。

［中圖分類號］ G420 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）07-0161-04 ［收稿日期］ 2022-04-08

引言

進(jìn)入新時代，發(fā)展職業(yè)教育的重要性和緊迫性進(jìn)一步凸顯。建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系，實現(xiàn)高質(zhì)量充分就業(yè)，都迫切需要職業(yè)教育再上一個臺階。《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）明確提出要加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育，提升職業(yè)學(xué)校基礎(chǔ)能力?！兑?guī)劃》還提出要提升職業(yè)學(xué)校辦學(xué)條件特別是實習(xí)實訓(xùn)條件和“雙師型”教師隊伍建設(shè)水平，提升專業(yè)建設(shè)和課程開發(fā)。在此背景下，2019年國務(wù)院出臺《國家職業(yè)教育改革實施方案》，提出了要完善職業(yè)教育和培訓(xùn)體系，做好改革組織實施工作。各地職業(yè)院校紛紛自我轉(zhuǎn)型，推進(jìn)內(nèi)涵式發(fā)展，強(qiáng)調(diào)技能學(xué)習(xí)是科技發(fā)展的關(guān)鍵。培養(yǎng)優(yōu)秀的技能人才離不開理論的指導(dǎo)，更離不開實踐鍛煉［1］。虛擬仿真平臺因其虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，在室內(nèi)設(shè)計、材料成型、安全、醫(yī)療、化學(xué)等專業(yè)的實踐教學(xué)改革中扮演了重要角色［2］。“數(shù)字測圖”是公路施工專業(yè)、測繪專業(yè)等工科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，根據(jù)數(shù)字地形測量員、數(shù)字地籍測量員及地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集員等工作崗位的職業(yè)技能要求，以及其他測量課程的需求設(shè)立，具有很強(qiáng)的基礎(chǔ)性、專業(yè)性和實踐性［3］。然而，當(dāng)前該課程實踐教學(xué)課程體系無法滿足人才培養(yǎng)需求，亟須依托虛擬仿真技術(shù)引入成熟的數(shù)字測圖軟件進(jìn)行實踐教學(xué)改革。面對職業(yè)教育內(nèi)涵式發(fā)展新常態(tài)，業(yè)內(nèi)一些單位積極探索，線上線下相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化教學(xué)模式已逐漸形成［4］，在提高職業(yè)院校教學(xué)質(zhì)量方面具備一定的可行性。

一、“數(shù)字測圖”實踐教學(xué)現(xiàn)狀與問題

從2021年度首屆全國測繪地理信息職業(yè)院校大學(xué)生虛擬仿真測圖大賽中看，全國至少有288所院校開設(shè)了數(shù)字測圖類課程。“數(shù)字測圖”實踐教學(xué)的關(guān)鍵在于如何理論聯(lián)系實際、如何引入測繪規(guī)范、如何融入工程項目思想等。常規(guī)實踐教學(xué)方式難以滿足當(dāng)前測繪與地理信息市場，以及職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革的需要，亟須利用虛擬仿真技術(shù)完善現(xiàn)有常規(guī)教學(xué)內(nèi)容，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求脫節(jié)

通過對多家合作企事業(yè)單位進(jìn)行深入調(diào)查，大部分院校普遍存在課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)和技能競賽標(biāo)準(zhǔn)不相融合等問題。

（二）實訓(xùn)設(shè)備與實訓(xùn)場地有限

常規(guī)實踐教學(xué)涉及的設(shè)備一般比較昂貴且更新速度比較快，學(xué)生每年實踐時都有儀器損壞或設(shè)備不夠用的問題，維修儀器需要一定的時間和財力。多數(shù)職業(yè)院校因占地面積小，所以難實施、受限制，不能滿足復(fù)雜環(huán)境下的實訓(xùn)要求以及學(xué)生安全要求。

（三）缺少重大工程項目支撐

重大工程項目的親歷實踐一般不具備可操作性，不具備真實的實訓(xùn)場地或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，常規(guī)的測圖需要漫長的過程，學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到實際操作缺少中間過渡環(huán)節(jié)。教師在現(xiàn)場指導(dǎo)多名學(xué)生操作時，很多學(xué)生圍著一臺儀器，教學(xué)效果不理想。

針對以上現(xiàn)狀，我校確定了相關(guān)企業(yè)提出的人才需求，確定了本門課程面向的崗位主要有數(shù)字地形測量員、數(shù)字地籍測量員及地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集員等。依托廣州南方測繪科技股份有限公司研制的虛擬仿真訓(xùn)練軟件，提煉真實的測繪生產(chǎn)項目，以項目的分任務(wù)驅(qū)動法實施教學(xué)，教學(xué)過程中體現(xiàn)以學(xué)生為中心，充分利用信息技術(shù)，讓學(xué)生體驗真實的工作場景。同時，培養(yǎng)學(xué)生基于團(tuán)隊協(xié)作的外業(yè)實踐操作能力，以及基于個體獨(dú)有的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)、圖件處理能力，進(jìn)而為測繪相關(guān)的企事業(yè)單位輸送高技能專門人才。

二、基于虛擬仿真技術(shù)的實踐教學(xué)設(shè)計

結(jié)合浙江公路技師學(xué)院的專業(yè)設(shè)置情況，提出“虛實結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實踐教學(xué)模式，創(chuàng)新地引入虛擬仿真軟件，設(shè)計“以賽促練，寓練于賽，練賽融合”的工作思路，將“教、學(xué)、做”一體化思想貫穿實踐教學(xué)始終，讓工程案例虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化。通過設(shè)計測繪工程技術(shù)、公路施工與養(yǎng)護(hù)等專業(yè)的“數(shù)字測圖”實踐教學(xué)方案，開展教學(xué)實踐。本文以實踐授課計劃和實踐計劃安排為例，驗證該方法的可行性和可靠性。

（一）實踐授課計劃

“數(shù)字測圖”實踐教學(xué)項目主要以1︰500大比例尺虛擬仿真場景地形測量為主，采用GPS-RTK和全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，以實際生產(chǎn)為目的，是一個集成式的操作過程。如果按照原來的教學(xué)設(shè)計，會嚴(yán)重制約實踐教學(xué)成果。職業(yè)院校地理信息系統(tǒng)仿真技能大賽的重點(diǎn)要求是數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)繪圖及查閱規(guī)范，為達(dá)到“以賽促練，寓練于賽，練賽融合”的效果，調(diào)整實踐教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)與生產(chǎn)實習(xí)之間增加過渡階段。具體實踐授課安排如下。

1.安裝軟件。（1）虛擬仿真系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行；（2）AutoCAD2017、SouthMap安裝運(yùn)行。

2.虛擬仿真全站儀實操訓(xùn)練。（1）全站儀架設(shè)；（2）全站儀建站與后視；（3）全站儀碎部采集；（4）數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出。

3.虛擬仿真RTK實操訓(xùn)練。（1）基準(zhǔn)站架設(shè)；（2）設(shè)置基準(zhǔn)站；（3）移動站架設(shè)；（4）RTK點(diǎn)校正（求轉(zhuǎn)換參數(shù)）；（5）RTK圖根控制測量；（6）RTK碎部采集。

4.SouthMap內(nèi)業(yè)繪圖。（1）SouthMap軟件界面介紹；（2）虛擬仿真數(shù)據(jù)的導(dǎo)入；（3）平面圖的繪制；（4）等高線的繪制；（5）地形圖的編輯與注記；（6）圖廓繪制。

5.成果質(zhì)量評定與提交。（1）地形圖成果質(zhì)量的評定；（2）地形圖圖廓整飾的評定；（3）成果提交。

虛擬仿真實踐授課計劃安排以鍛煉學(xué)生三維能力為目標(biāo)，有助于著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的工作意識，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和動手能力，相對于常規(guī)授課計劃，更為全面、具體、細(xì)致、科學(xué)。

（二）實踐計劃安排

虛擬仿真實踐授課日程安排如表1所示。

三、教學(xué)實踐

（一）項目概括

采用虛擬仿真平臺，開展1︰500大比例尺地形測量項目的數(shù)字測圖任務(wù)，主要內(nèi)容為：（1）利用南方測繪虛擬仿真數(shù)字測圖軟件，在虛擬仿真環(huán)境下完成外業(yè)圖根點(diǎn)布設(shè)及碎部測量的數(shù)據(jù)采集工作；（2）利用SouthMap數(shù)字化成圖軟件完成線劃圖的繪制工作。

（二）考核標(biāo)準(zhǔn)

1.技術(shù)指標(biāo)。（1）《1︰500 1︰1 000 1︰2 000 外業(yè)數(shù)字測圖技術(shù)規(guī)程》（GB/T 14912—2005）；

（2）《國家基本比例尺地圖圖式第一部分1︰500 1︰1 000 1︰2 000地形圖圖式》（GB/T 20257.1—2017）；（3）《城市測量規(guī)范》（CJJ/T 8—2011）；（4）《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》（GB/T 24356—2009）。

2.評定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及競賽要求制定評定標(biāo)準(zhǔn)，利用評價標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果反饋到教學(xué)實踐過程中，可以促使實踐成果質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，形成教學(xué)管理與成果考核的良性循環(huán)機(jī)制。虛擬仿真評定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

（三）教學(xué)成效

在綜合實踐中，學(xué)生的實踐技能主要通過實習(xí)時間、返工率、測量技能運(yùn)用表現(xiàn)和實操考核（操作熟練度）用時反映出來，在安排虛擬仿真測圖實踐教學(xué)后，學(xué)生實踐技能表現(xiàn)與以往實踐學(xué)生差異如表3所示。

通過縱橫向比較，虛擬仿真測圖系統(tǒng)應(yīng)用于實踐教學(xué)中，從教師和學(xué)生兩方面來看，提升和促進(jìn)實踐教學(xué)的效果與質(zhì)量都較為顯著，尤其是在對學(xué)生的實踐技能培養(yǎng)上，明顯體現(xiàn)在動手能力和細(xì)致程度上，相對以往有了較大提高。

通過上述實踐的積累，在“南方測繪杯”首屆全國測繪地理信息職業(yè)院校大學(xué)生虛擬仿真測圖大賽中，我院學(xué)生榮獲一等獎兩個、二等獎一個，團(tuán)體榮獲一等獎。虛擬仿真技術(shù)為職業(yè)院校人才培養(yǎng)以及技能競賽提供了可行性。虛擬仿真實踐內(nèi)容可以檢驗學(xué)生基礎(chǔ)知識和實踐能力的掌握水平，也可以運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)掌握測繪的實踐能力，提高測繪工程實際問題的綜合能力水平。

針對當(dāng)前職業(yè)院校測繪類專業(yè)“數(shù)字測圖”課程實踐教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)中融入“教、學(xué)、做”一體化思想，借助虛擬仿真技術(shù)，提出了“虛實結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實踐教學(xué)新模式。通過在浙江公路技師學(xué)院的教學(xué)實踐，證明了該方法能夠在一定程度上解決課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求脫節(jié)、實訓(xùn)設(shè)備與實訓(xùn)場地有限、缺少重大工程項目支撐等問題。虛擬仿真技術(shù)以虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化的形式展示了專業(yè)測繪設(shè)備及工程案例，為職業(yè)院校人才培養(yǎng)和技能競賽提供了可行性。

雖然虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用能夠提高教學(xué)質(zhì)量，但仍存在一些不足之處：（1）虛擬仿真軟件評分規(guī)則不可見，過度依賴專家評分。（2）系統(tǒng)場景庫數(shù)據(jù)量多，地物種類豐富，但不支持自定義工作場景功能。（3）在第一人稱“沉浸式”虛擬工作場景中，受個體差異影響，長時間操作容易出現(xiàn)3D眩暈等不適癥狀。

針對上述不足，為進(jìn)一步提升實踐教學(xué)質(zhì)量，提出以下建議：（1）平臺集成或提供測量平差程序，實現(xiàn)操作評分的過程化和可視化。（2）進(jìn)一步擴(kuò)充和優(yōu)化模型庫，提供可供三維場景自主導(dǎo)入的接口，真正做到實景化、個性化。（3）引入三維場景詳細(xì)等級（LOD）動態(tài)變化技術(shù)，在滿足施測仿真的情況下，根據(jù)場景分辨率的變化實現(xiàn)LOD動態(tài)調(diào)整，提升運(yùn)行效率和用戶體驗。

參考文獻(xiàn)

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Application of Virtual Simulation Technology in Practical Teaching of Digital Mapping

in Vocational Colleges

TAN Qiu-yingGAN Lin

（1.Road and Bridge System， Zhejiang Highway Technician College， Hangzhou， Zhejiang 310023， China; 2. Education division， Zhejiang Nanfang Surveying and Mapping Technology Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： In the new era， the new requirements for the connotative development of vocational education have been put forward. It is urgent to use information methods to improve the quality of practical teaching. With the development of modern educational information technology， virtual simulation technology has been gradually integrated into the teaching practice of vocational education. As a comprehensive core curriculum for surveying and mapping majors， digital mapping has prominent characteristics of foundation， professionalism and practicality. Based on the current situation of practical teaching， by analyzing the existing problems， this paper puts forward the practical teaching mode of “combination of virtual and real， collaboration of online and offline”. This method innovatively introduces the virtual simulation software， runs through the practical teaching with the integration of “teaching， learning and doing”， and makes the engineering? cases virtualized， three-dimensional and structured. Combined with the teaching practice in Zhejiang Highway Technician College， this method solves the problems existing in practical teaching， such as the disconnection between curriculum standards and industry needs， the limited training equipment and site， and the lack of support for major engineering projects， and has achieved good results. In addition， the paper puts forward the feasible suggestions of virtual simulation technology in improving the quality of practical teaching， which can provide reference for the practical teaching reform of related majors in similar institutions.

Key words： digital mapping; virtual simulation; practical teaching; vocational education