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发布时间：2021-03-12 16:17所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：虚拟仿真实验是疫情背景下测量学实验教学的主要模式，是实验教学智能化的重要环节。文中结合南方测绘虚拟仿真教学系统，以东华理工大学测绘工程专业基础核心课程测量学为例，从虚实融合的混合式实验教学模式和课程考核模式两个方面对疫情背景下测量学
摘要：虚拟仿真实验是疫情背景下测量学实验教学的主要模式，是实验教学智能化的重要环节。文中结合南方测绘虚拟仿真教学系统，以东华理工大学测绘工程专业基础核心课程—“测量学”为例，从虚实融合的混合式实验教学模式和课程考核模式两个方面对疫情背景下“测量学”实验教学进行了改革。实践结果表明，混合式实验教学能有效增强学生的实训兴趣与激情，通过线上反复练习、线下实操，显著提高学生的实践技能，为后疫情时代“测量学”实验教学课程改革提供新模式。
关键词：测量学;实验教学改革;虚拟仿真实训平台;混合式实验教学
“测量学”是测绘专业的基础核心课程，在测绘工程课程体系中占举足轻重的地位[1-2]。实验教学是巩固理论教学、强化动手能力、培养实践创新能力的重要环节[3]。传统实验教学是以教师为主导，根据课堂讲授，安排实验内容，却忽视了学生的主体性和能动性，不利于学生实践创新能力的培养。
同时，传统实验教学面临实习条件易受天气、疫情等外界环境影响;仪器操作以组为单位，难以保证组内成员全部掌握;学生实习分布范围广，难以有效跟踪定位指导等问题[4-5]。这些原因都让实验教学受到较大的影响，但目前推广的虚拟仿真实验教学则可以很好地解决这些问题[6]。虚拟仿真实验教学以沉浸式+体验性教学为主体，采用虚拟方式开展实训内容，突破时空场景的限制，是线下实验教学方式的有效补充[7-8]。
《教育部办公厅关于2017—2020年开展示范化虚拟仿真实验教学项目建设的通知》指明了虚拟仿真实验可以作为线上实验教学的新途径。此外，受新冠疫情的影响，今年上半年线下实验教学无法大规模聚集性开展。虚拟仿真实验教学为疫情期间的实验教学提供可能性。鉴于虚拟仿真实验教学的优势及线上实验教学的迫切性，南方测绘适时提供虚拟仿真实验教学系统，为一般院校虚拟仿真实验教学的开展提供了平台。因此，本文基于南方测绘虚拟仿真实验教学系统，针对东华理工大学测绘工程专业“测量学”课程实验，探讨虚实融合的混合式实验教学新模式。
1南方测绘虚拟仿真实训平台
南方测绘仿真实训平台是由南方测绘开发的智能化实验教学系统。目前面向用户开放二等水准测量和数字测图仿真系统，满足“测量学”实验教学的需求。
1.1水准测量虚拟仿真实训系统
水准测量是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差，精确测定地面点高程[9-10]。依据水准测量的原理、仪器操作、测量方法等内容，水准测量虚拟仿真实训系统具备以下功能模块：1)设备认知：外观高度逼真，并且外形尺寸与真实南方DL-2003A水准仪相同，用户可点击仪器设备的不同部位，显示仪器的部件信息;2)仪器架设：安放脚架、安装仪器等仪器架设操作步骤与方法;3)线路测量：使用水准仪完成线路测量的步骤与方法;4)二等水准测量：使用水准仪完成二等水准测量的步骤与方法。
5)数据输出：导出数据格式兼容COSA软件;6)智能考核：具备闯关功能，对学生的每步操作的正确性、规范性进行自动记录、评估、计分，并输出和提交详细的考核记录单。通过上述功能，该套软件系统可对学生水准测量操作技能进行全面考核、提升学生专业技能。此外类似于游戏的闯关模式设计极具趣味性，能够提高学生实验兴趣，增强自主学习能力。图1为水准测量虚拟实训场景。
1.2数字测图仿真实训软件演示
数字测图是以计算机及其软件为核心在外接输入输出设备的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统[11-13]。依据数字测图的基本原理、仪器操作和测量方式，数字测图仿真实训软件具备以下功能模块：1)设备认知：外观高度逼真，并且外形尺寸与南方NTS340系列全站仪相同，当鼠标移动到零部件时，自动高亮显示部件和名称;2)仪器架设：安放脚架、安装仪器、锁紧仪器、调节对中、整平、照准、镜头调节等仪器架设操作步骤与方法;
3)坐标放样：安放脚架、安装仪器、锁紧仪器、调节对中、整平、照准、镜头调节等仪器架设操作步骤与方法;4)碎部测量：使用全站仪完成碎部测量的步骤与方法;5)数据输出：导出数据格式兼容CASS软件; 6)智能考核：具备闯关功能，对学生的每步操作的正确性、规范性进行自动记录、评估、计分，并输出和提交详细的考核记录单。此外，软件中还加入GPSRTK图根点测量功能，可以让学生根据数字测图场景需要灵活布设图根控制点。
2虚实融合实验教学改革
本文基于南方测绘仿真实训平台，以东华理工大学测绘工程专业核心基础课程-“测量学”为对象，从虚实融合的混合式实验教学模式和课程考核模式两个方面对疫情背景下“测量学”实验教学进行改革。
2.1虚实融合实验教学模式
在新冠疫情导致无法开展大规模线下教学的情形下，虚拟实验教学可以让教师实现实验教学演示，学生虚拟操练的目的，为后续实际测量奠定理论与实践基础。因此，笔者首先基于南方测绘虚拟教学系统开展线上实验教学，然后进行实习分组(4～5人/组)开展线下实际测量教学，实现虚拟和实际的有效衔接和相互补充。
3教学效果
为评价混合式实验教学效果，笔者采用问卷形式对65名18级(改革前)和63名19级(改革后)测绘专业学生“测量学”实习效果进行了调查统计，从设备认知度、仪器操作熟练度、实习参与度、实习达成度和实习效果满意度等五个方面进行综合分析，以评价实习效果。其中实习达成度是指学生通过实习是否具备独立完成测量实验任务的能力。
通过混合式实验教学，实习效果的各项评估指标较单一的传统实验教学均有较大程度提高。据调查反馈，学生通过线上闯关式虚拟实训练习，已达到对整个流程的完全掌握和理解，在线下实际分组测量实习时，已克服了对仪器操作的紧张心理，并熟悉仪器操作规范和观测流程，因此组内每个成员实习情绪高涨，实习不再是组长去了解实习任务和分工，仪器操作也不局限于某个固定组员，而是全员参与、轮流作业的一个合作过程。因此，学生的实习积极性和实践技能得到极大提高，学生对“测量学”实习满意度也得到显著提升。
4持续改进
本文基于南方测绘仿真实训平台，开展混合式实验教学改革，为疫情背景下“测量学”实习的顺利实施提供了保证，并取得了较显著的实习效果。但是通过混合式实习教学发现，在虚拟仿真教学平台和实际测量方面仍存在需改进之处。
首先，虚拟仿真教学系统方面，需在功能设置、实验细节方面进行适当改进，以提升用户体验度。根据学生实习反馈，建议如下：1)在GPS基站架设组件安装顺序方面，虚拟仿真系统里测高片直接安装在三脚架上面，实际测量过程中应在三角架上首先安装基座，然后依次安装连接杆、测高片、接收机;2)在全站仪对中方面，全站仪架设时仪器中心难以对准图根点位中心，当仪器在点位附近时，可加设强制对中功能;3)在水准尺立尺方面，水准尺前后视距无法估计，难以快速调整前后视距差，可加设前后距显示功能，或设置计步器。其次，实际测量实习方面，后续拟从仪器操作和成图质量两个方面进行改进：1)在仪器操作方面，实习结束时增加仪器考核环节，主要考核全站仪碎步测量流程，保证每位学生都能100%熟练操作仪器，并了解观测步骤;2)在数字成图方面，增加无人机正射影像底图，以便于学生对实习成果的自查，并及时补测和修正。
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5结束语
本文结合南方测绘仿真实训平台，以东华理工大学测绘工程专业核心基础课程-“测量学”为对象，从虚实融合的混合式实验教学模式和课程考核模式两个方面对疫情背景下“测量学”实验教学进行了改革。采用的虚拟仿真测量与实际测量虚实结合的实验教学模式，突破了疫情影响下“测量学”实验教学时间和空间的限制，极大的提高了学生的实习积极性，显著提升了学生的实践技能，为后疫情时代“测量学”实验教学课程改革提供了新模式。
参考文献：
[1]齐庆会.虚拟仿真技术在测绘工程学科教学中应用研究[J].测绘与空间地理信息，2020，43(6)：40-43.
[2]郑阔，李长青，薄志毅，等.结合物联网与云技术的测绘实训管理平台设计与实现[J].测绘通报，2019(1)：132-137.
[3]马春艳，徐传阳，沈成虎，等.基于虚拟现实仿真技术的测绘仪器模型设计开发[J].测绘通报，2013(8)：71-73.
[4]王志勇，解斐斐，刘健辰.“数字摄影测量学”在线开放课程建设与实践[J].测绘工程，2020，29(5)：77-80.
[5]周志富.虚拟仿真技术在“地下工程测量”实验教学中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2019，42(10)：233-235，238
作者：卢立果1，2，胡伟建2，鲁铁定2，许冬来3，吴汤婷1，2
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《疫情背景下基于仿真实训平台的“测量学”实验教学改革》