后疫情時(shí)代虛擬仿真技術(shù)在 “測(cè)量學(xué)” 課程中的應(yīng)用研究

陳曉輝，田 慧，王慧慧

（1.吉林建筑科技學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000；2.廣州南方測(cè)繪科技股份有限公司，北京 100000）

0 引言

“測(cè)量學(xué)” 作為土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)及其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，不只重視實(shí)際性的學(xué)習(xí)和把握，更加重視學(xué)生的實(shí)踐操作能力，作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，也是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的主要前導(dǎo)課程。雖有后期的先修課程，如初等數(shù)學(xué)、物理等根底學(xué)科，但這些前序常識(shí)以實(shí)際計(jì)算為主， “測(cè)量學(xué)” 課程則更重視動(dòng)手操作實(shí)踐與理論相結(jié)合，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中會(huì)覺(jué)得十分費(fèi)勁，這也將直接影響后續(xù)各專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，使教學(xué)效果大打折扣。在后疫情背景下，線上線下混合式教學(xué)模式中，將虛擬仿真技術(shù)與混合式教學(xué)模式相結(jié)合有益于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與處理實(shí)踐測(cè)量問(wèn)題的才能。

1 混合式教學(xué)模式存在的問(wèn)題

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，2021年，我國(guó)基本完成了人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)的國(guó)家教育部十三五規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)，國(guó)家教育現(xiàn)代化相適應(yīng)的教育信息化體系已基本建設(shè)完成?；緦?shí)現(xiàn)教育信息化在促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展、支持深化教育領(lǐng)域綜合改革、促進(jìn)教育創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)發(fā)展中的作用；基本形成具有國(guó)際先進(jìn)水平的中國(guó)特色教育信息化發(fā)展道路，信息技術(shù)與教育融合創(chuàng)新發(fā)展的新局面［1］。

因?yàn)樾鹿谝咔榈漠a(chǎn)生，全國(guó)范圍內(nèi)教學(xué)活動(dòng)在疫情時(shí)期基本都以線上教學(xué)為主要方法，長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的線上教學(xué)，極大地增加了教師教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源的使用才能和線上講課的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的線上線下混雜教學(xué)模式存在以下幾個(gè)問(wèn)題：首先，教師在常識(shí)測(cè)量?jī)x器的構(gòu)造和使用過(guò)程中，常常花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)常識(shí)點(diǎn)和測(cè)量?jī)x器操作進(jìn)行講解，學(xué)生在講堂上的參與度不高、積極性較低。其次，因?yàn)?“測(cè)量學(xué)” 是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生并沒(méi)有相應(yīng)的常識(shí)儲(chǔ)備，對(duì)所學(xué)內(nèi)容并沒(méi)有明晰的觀點(diǎn)，僅僅經(jīng)過(guò)實(shí)際知識(shí)的講解，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和熱情［2］。因?yàn)?“測(cè)量學(xué)” 是土木類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)課時(shí)部分是重中之重，僅僅依托線上講解和課后理解做題，難以使學(xué)生準(zhǔn)確掌握儀器操作和測(cè)量實(shí)際操作步驟，很難將實(shí)際所學(xué)與任務(wù)所用很好地融合貫穿，這就導(dǎo)致學(xué)生處理實(shí)踐問(wèn)題的才能有限。綜上所述，現(xiàn)有的教學(xué)模式?jīng)]法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動(dòng)性，同時(shí)也不符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。只有對(duì)該門(mén)課程實(shí)行有效的教學(xué)變革，優(yōu)化教學(xué)資源，合理運(yùn)用測(cè)量虛擬仿真軟件等辦法，才能理解抽象的測(cè)量?jī)x器操作步驟，才能解決實(shí)踐任務(wù)中的問(wèn)題，成為合格的應(yīng)用型人才［3］。

2 基于虛擬仿真的教學(xué)設(shè)計(jì)及施行

信息技術(shù)的不斷深化改革使得虛擬仿真逐漸成為高校教師展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)的一種主要支持技術(shù)手段［4］。 “測(cè)量學(xué)” 的學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)理解測(cè)量概念，掌握測(cè)量?jī)x器的構(gòu)造和操作的過(guò)程，經(jīng)過(guò)虛擬仿真軟件實(shí)行測(cè)量任務(wù)的模仿與操作，不僅可以使學(xué)生愈加直觀地理解教師課上講解的原理和實(shí)際工程測(cè)量中的過(guò)程，并且虛擬仿真軟件的使用也是對(duì)有限課時(shí)的實(shí)踐部分的延長(zhǎng)，做到隨時(shí)可以操作練習(xí)。在 “測(cè)量學(xué)” 課程教學(xué)中引入測(cè)量虛擬仿真軟件，既改良了教學(xué)方法，又將實(shí)際應(yīng)用與實(shí)踐相結(jié)合，使得學(xué)生以練帶學(xué)，把握常識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)輔課堂教學(xué)

為解決處理 “測(cè)量學(xué)” 實(shí)際知識(shí)點(diǎn)枯燥、難以理解等問(wèn)題，可在教學(xué)過(guò)程中綜合應(yīng)用多種教學(xué)方法，將虛擬仿真技術(shù)帶進(jìn)講堂。線上教學(xué)中，教師可以在實(shí)際講課過(guò)程中配合教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用虛擬仿真軟件對(duì)測(cè)量過(guò)程和測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取處理進(jìn)行演示，學(xué)生可以隨時(shí)對(duì)實(shí)際儀器操作過(guò)程和數(shù)據(jù)處理等學(xué)習(xí)重點(diǎn)或難點(diǎn)提出疑義，并實(shí)時(shí)應(yīng)用虛擬仿真軟件進(jìn)行操作演示、講解實(shí)際操作中容易出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法。

例如，傳統(tǒng)線上教學(xué)教師常常采取言語(yǔ)描繪和課上PPT來(lái)描繪測(cè)量控制點(diǎn)的選擇，而學(xué)生到線下實(shí)踐測(cè)量過(guò)程中常常對(duì)控制點(diǎn)的選擇要求不明白，控制點(diǎn)選取時(shí)必須通視，控制點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)比例不能過(guò)大等要求在虛擬仿真軟件操作時(shí)可以很容易理解接受。在四等水準(zhǔn)測(cè)量中要求測(cè)量前后視距大致相等，可以用步量來(lái)確定前后視距。學(xué)生通過(guò)虛擬仿真軟件可以很好理解前后視距需要相等的原因。

2.2 實(shí)驗(yàn)課程延長(zhǎng)

實(shí)驗(yàn)課是將所學(xué)測(cè)繪理論應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用的中間進(jìn)程。實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)課常常有著課時(shí)的限制，由于是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，所教受學(xué)生之前對(duì)儀器和操作進(jìn)程還逗留在講義和道理上，很難有效應(yīng)用集中的講堂實(shí)驗(yàn)時(shí)間。其次，即便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上完成該實(shí)驗(yàn)的操作，可是隨著后續(xù)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，導(dǎo)致對(duì)之前常識(shí)的遺忘。

經(jīng)過(guò)虛擬仿真軟件的使用可以打破實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，學(xué)生可以應(yīng)用虛擬軟件中的場(chǎng)景，做到隨時(shí)隨地的對(duì)操作進(jìn)程的操練，極大地減少真實(shí)操作中可能碰到的問(wèn)題，大大增加學(xué)生分析研究實(shí)踐過(guò)程和實(shí)踐實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.3 虛擬仿真技術(shù)在 “測(cè)量學(xué)” 課程中的成效及開(kāi)展瞻望

在 “測(cè)量學(xué)” 課程中，引入虛擬仿真軟件一方面可以將測(cè)量操作過(guò)程可視化，豐富了教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的努力性和主觀能動(dòng)性，使得本來(lái)單調(diào)煩瑣的常識(shí)點(diǎn)變得愈加真實(shí)；另外一方面即便是在實(shí)驗(yàn)前提有限的狀況下，采取虛擬仿真技術(shù)，也可不受時(shí)間、空間和硬件前提的限制，一切實(shí)驗(yàn)操作均在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。

與此同時(shí)，還可借助互聯(lián)網(wǎng)完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的資源同享，真正做到 “隨時(shí)隨地” “線上線下” 的測(cè)量實(shí)驗(yàn)操作。將虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)進(jìn)程，可以從課堂教學(xué)和理論操作兩方面臨模仿測(cè)量課程實(shí)行變革，從而使二者更好地交融在一起［5］。

“測(cè)量學(xué)” 虛擬仿真教學(xué)變革還可嘗試以教學(xué)內(nèi)容為根底，具有可視化、交互式、統(tǒng)一化的理論知識(shí)教學(xué)系統(tǒng)，仿真軟件中包括若干類(lèi)型的測(cè)量系統(tǒng)，如：不一樣修建物的放樣、不一樣地形的地形采集等，依據(jù)學(xué)生的實(shí)踐狀況與興趣點(diǎn)進(jìn)行自主地選擇測(cè)量的類(lèi)型與場(chǎng)景，以達(dá)到抽象知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)化、直觀化的效果。

2.4 虛擬仿真測(cè)量實(shí)驗(yàn)的效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選取土木工程專(zhuān)業(yè)347名學(xué)生2020—2021學(xué)年第二學(xué)期的 “測(cè)量學(xué)” 使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與2019—2020學(xué)年第二學(xué)期未使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的336名未進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)的 “測(cè)量學(xué)” 成績(jī)?yōu)闃颖荆M(jìn)行比較分析總結(jié)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)前后的 “測(cè)量學(xué)” 成績(jī)，成績(jī)分布情況如圖1和圖2所示，統(tǒng)計(jì)的成績(jī)?yōu)槠綍r(shí)成績(jī)30%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)30%和期末成績(jī)40%占比進(jìn)行計(jì)算。圖1為未使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)僅進(jìn)行課上線下實(shí)驗(yàn)的學(xué)生成績(jī)情況，學(xué)生及格率為61.98%，平均分63.57，優(yōu)秀率0.96%，標(biāo)準(zhǔn)差為13.33，標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)0.21，偏態(tài)值為0.58，基本符合正態(tài)分布。圖2為使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和線下實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)生成績(jī)分布情況，學(xué)生及格率為87.92%，平均分為76.55，優(yōu)秀率達(dá)到12.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為12.65，彼岸準(zhǔn)差系數(shù)0.17，偏態(tài)值-0.58，基本符合正態(tài)分布，相對(duì)于前一年成績(jī)，總體成績(jī)有了明顯提高。

圖1 未使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績(jī)分布

圖2使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績(jī)分布

4 結(jié)語(yǔ)

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于 “測(cè)量學(xué)” 講堂，是對(duì)現(xiàn)有的線上線下混合式教學(xué)的彌補(bǔ)和延長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)虛擬仿真系統(tǒng)課將抽象難懂的理論知識(shí)直觀地表現(xiàn)，將講堂講解與實(shí)踐操作實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的直觀性，大大增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的興趣，又可為學(xué)生實(shí)驗(yàn)課做好前期預(yù)備與后期的溫故知新。終極到達(dá)使用型人才培育的目標(biāo)，因而將虛擬仿真系統(tǒng)參加 “測(cè)量學(xué)” 的講堂，真正完成了學(xué)習(xí)與操作偏重，理論與實(shí)踐的結(jié)合。