虚拟仿真技术的土木工程测量教学改革

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摘要:随着测绘科技的快速发展，对工程测量人员的专业素质越来越高，传统的工程测量实践教学模式已经不能满足对人才培养的需求，通过分析传统教学模式的不足，提出应用虚拟仿真技术作为一种创新教学模式进行教学改革，有效提高学生的实践和创新能力，培养更专业的测量技术人才。

关键词:工程测量；虚拟仿真技术；实践教学：教学改革

1前言

工程测量课程是土木工程专业的必修基础课程，其课程目标是培养学生掌握测绘的基本理论和测量仪器的操作，及计算方法和应用技能，以解决实际工程建设过程中出现的各类测绘问题的能力。由此可见，工程测量是一门实践性很强的课程，围绕测量仪器开展的实践教学是教学的重要环节，是理论联系实际培养学生动手操作能力的有效途径。近年来，随着测绘科学技术的快速发展，测绘行业传统的测量工具更新迭代，外业数据采集手段快速且多样化，这对工程人才的需求和工程技能素质要求，在随着行业的发展出现同步增长势态。在此推动下原有传统的工程测量实践教学方法和手段已不能适应测绘学科的发展，转变教学方式，培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的技能型创新人才是开展实践教学改革的当务之急。本文基于南方测绘仿真实训平台，提出应用虚拟仿真技术作为一种创新教学模式，对工程测量的实践教学进行较大的教学改革，有效提高学生的动手和创新能力。

2目前工程测量实践教学存在的问题

2.1实践教学设备、经费不足与教学经费的平衡性问题

教学经费的总量是一定的，对于测量行业来说，由于经费的不足，仪器的更新迭代速度远远超出教学仪器的更新，严重滞后于生产和科研单位，甚至许多院校常用仪器数量的配置也有限，课间实验往往3~4人一组，测量实习一般5~6人一组，学生只能在特定时间、特定场合接触和使用仪器设备，难以实现对理论原理和实践技能熟练掌握的教学目标。

2.2教材的更新速度落后于新技术的发展速度

随着科技的发展，新的测量技术和测量方法层出不穷，测量数据的数字化处理技术越来越先进，如全站仪、无人机、数字测图技术等，传统的教学内容变得滞后，原有的教材已经无法满足对新时代条件下人才培养的需求，这就需要我们引入更先进的教学手段。

2.3实践操作场地不规范

工程测量实多设在校园或学校周边地区，这样的实习环境地貌单一，教学环境和场地难以构建复杂或极端的大型综合性场景，学生得不到更好的锻炼，难以完全满足该课程的实践需求。

2.4实践教学内容枯燥，教学手段单一

实验教学内容、方法、和手段与时代脱节，受传统教学模式的影响，目前仍没有完全摆脱以教师为中心的教学模式，在实验中学生按老师布置的任务做，通常对单一内容进行重复操作，耗费大量的时间和精力，往往学生是被动的，缺乏主动性、挑战性、创新性，让学生失去了实训的兴趣与激情。基于以上原因，这就需要我们改变传统的教学方法和教学手段，通过引入新方法来满足对人才培养的需求。

3工程测量虚拟仿真教学优势

虚拟仿真又称模拟技术或虚拟现实技术，其本质就是用一个虚拟的系统来模拟另一个真实系统的技术[2]。虚拟仿真技术是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的高度仿真三维信息人工虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界存在的事物，或创造不存在的事物和环境[1]。基于虚拟仿真技术，工程测量实验教学模式是以人物为驱动、问题的解决为教学活动主线，以学生的学为中心，倡导探究式、资源型、协作化的学习模式，更加注重学生信息能力、逻辑思维能力、创新意识与创新能力的培养。将虚拟仿真技术引入工程测量实践教学中，可以有效解决目前传统教学中存在的问题，完善和提高工程测量教学质量。

3.1克服设备落后的技术难点，提高实践教学深度

通过虚拟仿真技术构建测绘虚拟仿真实训平台，采用多终端应用，摆脱了实体硬件设备限制，可提供“即时可学、随处可学”的虚拟学习环境：理论到实践、理解到强化、模仿到独立、知识面由小到大的实训学习过程，是学生课堂知识巩固、提升实践操作技能的实训工具库。通过虚拟仿真教学系统提供的测量设备的认知、操作、架设等功能，学生可以任意选择，自由操作和架设仪器设备，学生在虚拟场景中人机交互，真实的体验仪器的应用，通过对虚拟设备的认识、操作，降低了实际操作过程中因理论或实践知识掌握不足，造成的设备损坏和安全事故的发生，并且摆脱了教学设备及实验环境的限制，改善了测量设备有限的状况，为教学提供更多的方式，教师可以安排教学中所需的任何实践操作内容，大大提高了实践教学质量。

3.2实践教学虚拟化，激发学生的学习兴趣

虚拟仿真技术在实践教学应用中，对工程测量的场景、设备、实验项目等各个环节进行真实的模拟仿真，如图1所示。学生在逼真三维场景中，通过模拟真实空间数据获取仪器，并使用仪器模拟真实测量，完成选点、基准站建设，导线测量、碎部点测量、绘图等。通过工程测量虚拟仿真实验教学，改变了传统枯燥生硬的教学方式，将抽象的理论知识生动的直观地表现出来，提高了学生的感观认识，开拓了学生视野，让烦琐的实践教学课程变高效、简单，让教学知识点深入浅出的被学生掌握，激发了学生的学习兴趣和热情[3、4]。

4结语

随着测绘技术和测量设备的快速发展，工程测量实践教学改革已势在必行，针对传统的工程测量的教学模式的不足，运用虚拟仿真技术进行课堂教学改革，通过构建虚拟仿真技术的工程测量实践教学平台，辅助教师组织完成在传统教学环境下无法完成的实践教学活动，激发学生学习兴趣，提高教学质量，为社会培养更多高素质人才。

参考文献：

[1]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[2]刘倩宏.虚拟仿真技术的应用[J].黑龙江科学，2017，8（21）：124-125

[3]黄长军.等.金课计划推动下的工程测量实验教学改革探讨[J]，教育现代化2019（77）：64-65

[4]梁月吉.基于虚拟仿真技术的工程测量实践教学初探[J]，中国教育技术装备2017（22）：56-57

[5]张巍,李海涛,王坤,等.工程测量在深基坑施工中的应用探索构架[J].砖瓦,2020(11):118-119.

作者：邓建俊 单位：鲁东大学土木工程学院