后疫情時代虛擬仿真技術在 “測量學” 課程中的應用研究

陳曉輝，田 慧，王慧慧

（1.吉林建筑科技學院，吉林 長春 130000；2.廣州南方測繪科技股份有限公司，北京 100000）

0 引言

“測量學” 作為土木類專業及其他相關專業的專業基礎課，不只重視實際性的學習和把握，更加重視學生的實踐操作能力，作為專業基礎課，也是后續專業課程的主要前導課程。雖有后期的先修課程，如初等數學、物理等根底學科，但這些前序常識以實際計算為主， “測量學” 課程則更重視動手操作實踐與理論相結合，學生在學習過程當中會覺得十分費勁，這也將直接影響后續各專業課程的學習，使教學效果大打折扣。在后疫情背景下，線上線下混合式教學模式中，將虛擬仿真技術與混合式教學模式相結合有益于提高學生的學習興趣與處理實踐測量問題的才能。

1 混合式教學模式存在的問題

隨著互聯網技術的迅猛發展，2021年，我國基本完成了人人皆學、處處能學、時時可學的國家教育部十三五規劃發展目標，國家教育現代化相適應的教育信息化體系已基本建設完成?；緦崿F教育信息化在促進學生全面發展、支持深化教育領域綜合改革、促進教育創新優質發展中的作用；基本形成具有國際先進水平的中國特色教育信息化發展道路，信息技術與教育融合創新發展的新局面［1］。

因為新冠疫情的產生，全國范圍內教學活動在疫情時期基本都以線上教學為主要方法，長達數月的線上教學，極大地增加了教師教學網絡資源的使用才能和線上講課的教學經驗。傳統的線上線下混雜教學模式存在以下幾個問題：首先，教師在常識測量儀器的構造和使用過程中，常常花費大量時間對常識點和測量儀器操作進行講解，學生在講堂上的參與度不高、積極性較低。其次，因為 “測量學” 是專業基礎課程，學生并沒有相應的常識儲備，對所學內容并沒有明晰的觀點，僅僅經過實際知識的講解，很難調動學生對學習的興趣和熱情［2］。因為 “測量學” 是土木類專業的基礎課，實驗課時部分是重中之重，僅僅依托線上講解和課后理解做題，難以使學生準確掌握儀器操作和測量實際操作步驟，很難將實際所學與任務所用很好地融合貫穿，這就導致學生處理實踐問題的才能有限。綜上所述，現有的教學模式沒法充分調動學生的主觀學習能動性，同時也不符合應用型人才培養的要求。只有對該門課程實行有效的教學變革，優化教學資源，合理運用測量虛擬仿真軟件等辦法，才能理解抽象的測量儀器操作步驟，才能解決實踐任務中的問題，成為合格的應用型人才［3］。

2 基于虛擬仿真的教學設計及施行

信息技術的不斷深化改革使得虛擬仿真逐漸成為高校教師展開教學活動的一種主要支持技術手段［4］。 “測量學” 的學習過程是一個理解測量概念，掌握測量儀器的構造和操作的過程，經過虛擬仿真軟件實行測量任務的模仿與操作，不僅可以使學生愈加直觀地理解教師課上講解的原理和實際工程測量中的過程，并且虛擬仿真軟件的使用也是對有限課時的實踐部分的延長，做到隨時可以操作練習。在 “測量學” 課程教學中引入測量虛擬仿真軟件，既改良了教學方法，又將實際應用與實踐相結合，使得學生以練帶學，把握常識，提高教學質量。

2.1 虛擬仿真實驗輔課堂教學

為解決處理 “測量學” 實際知識點枯燥、難以理解等問題，可在教學過程中綜合應用多種教學方法，將虛擬仿真技術帶進講堂。線上教學中，教師可以在實際講課過程中配合教學內容，運用虛擬仿真軟件對測量過程和測量數據的獲取處理進行演示，學生可以隨時對實際儀器操作過程和數據處理等學習重點或難點提出疑義，并實時應用虛擬仿真軟件進行操作演示、講解實際操作中容易出現的問題和解決辦法。

例如，傳統線上教學教師常常采取言語描繪和課上PPT來描繪測量控制點的選擇，而學生到線下實踐測量過程中常常對控制點的選擇要求不明白，控制點選取時必須通視，控制點之間的邊長比例不能過大等要求在虛擬仿真軟件操作時可以很容易理解接受。在四等水準測量中要求測量前后視距大致相等，可以用步量來確定前后視距。學生通過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 實驗課程延長

實驗課是將所學測繪理論應用到實際應用的中間進程。實際學習過程中，實驗課常常有著課時的限制，由于是專業基礎課，所教受學生之前對儀器和操作進程還逗留在講義和道理上，很難有效應用集中的講堂實驗時間。其次，即便學生在實驗課上完成該實驗的操作，可是隨著后續課程的進一步學習，導致對之前常識的遺忘。

經過虛擬仿真軟件的使用可以打破實驗課時的限制，學生可以應用虛擬軟件中的場景，做到隨時隨地的對操作進程的操練，極大地減少真實操作中可能碰到的問題，大大增加學生分析研究實踐過程和實踐實際問題的能力。

2.3 虛擬仿真技術在 “測量學” 課程中的成效及開展瞻望

在 “測量學” 課程中，引入虛擬仿真軟件一方面可以將測量操作過程可視化，豐富了教學內容，同時也調動了學生的努力性和主觀能動性，使得本來單調煩瑣的常識點變得愈加真實；另外一方面即便是在實驗前提有限的狀況下，采取虛擬仿真技術，也可不受時間、空間和硬件前提的限制，一切實驗操作均在計算機上進行。

與此同時，還可借助互聯網完成虛擬仿真實驗的資源同享，真正做到 “隨時隨地” “線上線下” 的測量實驗操作。將虛擬仿真技術引入教學進程，可以從課堂教學和理論操作兩方面臨模仿測量課程實行變革，從而使二者更好地交融在一起［5］。

“測量學” 虛擬仿真教學變革還可嘗試以教學內容為根底，具有可視化、交互式、統一化的理論知識教學系統，仿真軟件中包括若干類型的測量系統，如：不一樣修建物的放樣、不一樣地形的地形采集等，依據學生的實踐狀況與興趣點進行自主地選擇測量的類型與場景，以達到抽象知識點詳細化、直觀化的效果。

2.4 虛擬仿真測量實驗的效果評價

實驗系統選取土木工程專業347名學生2020—2021學年第二學期的 “測量學” 使用虛擬仿真實驗教學與2019—2020學年第二學期未使用虛擬仿真實驗的336名未進行虛擬仿真教學的 “測量學” 成績為樣本，進行比較分析總結虛擬仿真實驗前后的 “測量學” 成績，成績分布情況如圖1和圖2所示，統計的成績為平時成績30%，實驗成績30%和期末成績40%占比進行計算。圖1為未使用虛擬仿真實驗僅進行課上線下實驗的學生成績情況，學生及格率為61.98%，平均分63.57，優秀率0.96%，標準差為13.33，標準差系數0.21，偏態值為0.58，基本符合正態分布。圖2為使用虛擬仿真實驗和線下實驗相結合的學生成績分布情況，學生及格率為87.92%，平均分為76.55，優秀率達到12.5%，標準差為12.65，彼岸準差系數0.17，偏態值-0.58，基本符合正態分布，相對于前一年成績，總體成績有了明顯提高。

圖1 未使用虛擬仿真實驗教學成績分布

圖2使用虛擬仿真實驗教學成績分布

4 結語

將虛擬仿真技術應用于 “測量學” 講堂，是對現有的線上線下混合式教學的彌補和延長，經過虛擬仿真系統課將抽象難懂的理論知識直觀地表現，將講堂講解與實踐操作實現無縫銜接，提高了學生學習的直觀性，大大增加了學生對實驗操作的興趣，又可為學生實驗課做好前期預備與后期的溫故知新。終極到達使用型人才培育的目標，因而將虛擬仿真系統參加 “測量學” 的講堂，真正完成了學習與操作偏重，理論與實踐的結合。