虛擬仿真技術的土木工程測量教學改革

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摘要:隨著測繪科技的快速發(fā)展，對工程測量人員的專業(yè)素質(zhì)越來越高，傳統(tǒng)的工程測量實踐教學模式已經(jīng)不能滿足對人才培養(yǎng)的需求，通過分析傳統(tǒng)教學模式的不足，提出應用虛擬仿真技術作為一種創(chuàng)新教學模式進行教學改革，有效提高學生的實踐和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)更專業(yè)的測量技術人才。

關鍵詞:工程測量；虛擬仿真技術；實踐教學：教學改革

1前言

工程測量課程是土木工程專業(yè)的必修基礎課程，其課程目標是培養(yǎng)學生掌握測繪的基本理論和測量儀器的操作，及計算方法和應用技能，以解決實際工程建設過程中出現(xiàn)的各類測繪問題的能力。由此可見，工程測量是一門實踐性很強的課程，圍繞測量儀器開展的實踐教學是教學的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際培養(yǎng)學生動手操作能力的有效途徑。近年來，隨著測繪科學技術的快速發(fā)展，測繪行業(yè)傳統(tǒng)的測量工具更新迭代，外業(yè)數(shù)據(jù)采集手段快速且多樣化，這對工程人才的需求和工程技能素質(zhì)要求，在隨著行業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)同步增長勢態(tài)。在此推動下原有傳統(tǒng)的工程測量實踐教學方法和手段已不能適應測繪學科的發(fā)展，轉(zhuǎn)變教學方式，培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的技能型創(chuàng)新人才是開展實踐教學改革的當務之急。本文基于南方測繪仿真實訓平臺，提出應用虛擬仿真技術作為一種創(chuàng)新教學模式，對工程測量的實踐教學進行較大的教學改革，有效提高學生的動手和創(chuàng)新能力。

2目前工程測量實踐教學存在的問題

2.1實踐教學設備、經(jīng)費不足與教學經(jīng)費的平衡性問題

教學經(jīng)費的總量是一定的，對于測量行業(yè)來說，由于經(jīng)費的不足，儀器的更新迭代速度遠遠超出教學儀器的更新，嚴重滯后于生產(chǎn)和科研單位，甚至許多院校常用儀器數(shù)量的配置也有限，課間實驗往往3~4人一組，測量實習一般5~6人一組，學生只能在特定時間、特定場合接觸和使用儀器設備，難以實現(xiàn)對理論原理和實踐技能熟練掌握的教學目標。

2.2教材的更新速度落后于新技術的發(fā)展速度

隨著科技的發(fā)展，新的測量技術和測量方法層出不窮，測量數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理技術越來越先進，如全站儀、無人機、數(shù)字測圖技術等，傳統(tǒng)的教學內(nèi)容變得滯后，原有的教材已經(jīng)無法滿足對新時代條件下人才培養(yǎng)的需求，這就需要我們引入更先進的教學手段。

2.3實踐操作場地不規(guī)范

工程測量實多設在校園或?qū)W校周邊地區(qū)，這樣的實習環(huán)境地貌單一，教學環(huán)境和場地難以構建復雜或極端的大型綜合性場景，學生得不到更好的鍛煉，難以完全滿足該課程的實踐需求。

2.4實踐教學內(nèi)容枯燥，教學手段單一

實驗教學內(nèi)容、方法、和手段與時代脫節(jié)，受傳統(tǒng)教學模式的影響，目前仍沒有完全擺脫以教師為中心的教學模式，在實驗中學生按老師布置的任務做，通常對單一內(nèi)容進行重復操作，耗費大量的時間和精力，往往學生是被動的，缺乏主動性、挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性，讓學生失去了實訓的興趣與激情。基于以上原因，這就需要我們改變傳統(tǒng)的教學方法和教學手段，通過引入新方法來滿足對人才培養(yǎng)的需求。

3工程測量虛擬仿真教學優(yōu)勢

虛擬仿真又稱模擬技術或虛擬現(xiàn)實技術，其本質(zhì)就是用一個虛擬的系統(tǒng)來模擬另一個真實系統(tǒng)的技術[2]。虛擬仿真技術是由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構成的高度仿真三維信息人工虛擬環(huán)境，可以逼真地模擬現(xiàn)實世界存在的事物，或創(chuàng)造不存在的事物和環(huán)境[1]?；谔摂M仿真技術，工程測量實驗教學模式是以人物為驅(qū)動、問題的解決為教學活動主線，以學生的學為中心，倡導探究式、資源型、協(xié)作化的學習模式，更加注重學生信息能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。將虛擬仿真技術引入工程測量實踐教學中，可以有效解決目前傳統(tǒng)教學中存在的問題，完善和提高工程測量教學質(zhì)量。

3.1克服設備落后的技術難點，提高實踐教學深度

通過虛擬仿真技術構建測繪虛擬仿真實訓平臺，采用多終端應用，擺脫了實體硬件設備限制，可提供“即時可學、隨處可學”的虛擬學習環(huán)境：理論到實踐、理解到強化、模仿到獨立、知識面由小到大的實訓學習過程，是學生課堂知識鞏固、提升實踐操作技能的實訓工具庫。通過虛擬仿真教學系統(tǒng)提供的測量設備的認知、操作、架設等功能，學生可以任意選擇，自由操作和架設儀器設備，學生在虛擬場景中人機交互，真實的體驗儀器的應用，通過對虛擬設備的認識、操作，降低了實際操作過程中因理論或?qū)嵺`知識掌握不足，造成的設備損壞和安全事故的發(fā)生，并且擺脫了教學設備及實驗環(huán)境的限制，改善了測量設備有限的狀況，為教學提供更多的方式，教師可以安排教學中所需的任何實踐操作內(nèi)容，大大提高了實踐教學質(zhì)量。

3.2實踐教學虛擬化，激發(fā)學生的學習興趣

虛擬仿真技術在實踐教學應用中，對工程測量的場景、設備、實驗項目等各個環(huán)節(jié)進行真實的模擬仿真，如圖1所示。學生在逼真三維場景中，通過模擬真實空間數(shù)據(jù)獲取儀器，并使用儀器模擬真實測量，完成選點、基準站建設，導線測量、碎部點測量、繪圖等。通過工程測量虛擬仿真實驗教學，改變了傳統(tǒng)枯燥生硬的教學方式，將抽象的理論知識生動的直觀地表現(xiàn)出來，提高了學生的感觀認識，開拓了學生視野，讓煩瑣的實踐教學課程變高效、簡單，讓教學知識點深入淺出的被學生掌握，激發(fā)了學生的學習興趣和熱情[3、4]。

4結語

隨著測繪技術和測量設備的快速發(fā)展，工程測量實踐教學改革已勢在必行，針對傳統(tǒng)的工程測量的教學模式的不足，運用虛擬仿真技術進行課堂教學改革，通過構建虛擬仿真技術的工程測量實踐教學平臺，輔助教師組織完成在傳統(tǒng)教學環(huán)境下無法完成的實踐教學活動，激發(fā)學生學習興趣，提高教學質(zhì)量，為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才。

參考文獻：

[1]王衛(wèi)國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

[2]劉倩宏.虛擬仿真技術的應用[J].黑龍江科學，2017，8（21）：124-125

[3]黃長軍.等.金課計劃推動下的工程測量實驗教學改革探討[J]，教育現(xiàn)代化2019（77）：64-65

[4]梁月吉.基于虛擬仿真技術的工程測量實踐教學初探[J]，中國教育技術裝備2017（22）：56-57

[5]張巍,李海濤,王坤,等.工程測量在深基坑施工中的應用探索構架[J].磚瓦,2020(11):118-119.

作者：鄧建俊 單位：魯東大學土木工程學院