梁月吉

摘 要 工程測(cè)量課程是非測(cè)繪工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，課程理論抽象、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多。由于課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少，且實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作復(fù)雜，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合能力。通過(guò)分析傳統(tǒng)工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的一些問(wèn)題，經(jīng)虛擬仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建基于虛擬仿真技術(shù)的工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，充分整合課程資源，發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，給學(xué)生提供更為直觀的儀器操作體驗(yàn)環(huán)境，為進(jìn)入實(shí)際測(cè)量實(shí)踐奠定良好的基礎(chǔ)。該平臺(tái)的建立將有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)“理論扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)”的測(cè)量技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞 工程測(cè)量；虛擬仿真技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）22-0056-03

Research on Experimental Teaching of Engineering Survey based on Virtual Simulation Technology//LIANG Yueji

Abstract Engineering measurement is a basic compulsory course of

non-surveying and mapping engineering， and the course theory is ab-

stract and experiments are complex. Because of the less time of ex-

periment and the complicated operation of experimental equipment， the traditional experimental teaching mode is not conducive to im-

prove the quality of experimental teaching and students comprehen-

sive ability. Analyzing some problems existing in the teaching model of traditional engineering surveying， the experimental teaching platform of engineering measurement based on virtual simulation technology is constructed to fully integrate the curriculum resources，

and play the advantages of virtual simulation technology. The plat-

form can provide students with a more intuitive instrument opera-ting experience environment， and lay a good foundation for entering

the actual measurement practice. The platform will help improve stu-

dents ability of innovation and practical， and train of the measure-ment technology talent with solid theory and stronger practical ability.

Key words engineering survey； virtual simulation technology； expe-

rimental teaching

1 引言

在國(guó)務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》后，“雙一流”建設(shè)已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)和談?wù)摰臒狳c(diǎn)。在這個(gè)大背景下，如何更好地開展工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也是值得思考的問(wèn)題。工程測(cè)量課程是非測(cè)繪工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，也是對(duì)實(shí)踐能力要求較高的一門課，學(xué)生實(shí)踐操作能力的高低直接關(guān)系到他們的專業(yè)學(xué)習(xí)和未來(lái)就業(yè)。隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，測(cè)繪儀器的更新?lián)Q代較為迅速，加上實(shí)驗(yàn)課時(shí)減少，使得傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段難以滿足課程教學(xué)的要求，“理論偏重實(shí)踐偏少”往往不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和消化，以及實(shí)踐操作能力的提高，因此需要探索一種更為有效的工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

2 課程現(xiàn)狀

工程測(cè)量課程是桂林理工大學(xué)部分工程類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。開設(shè)該課程的專業(yè)主要有風(fēng)景園林工程、資源勘查工程、環(huán)境工程、土木工程等10余個(gè)[1]。該課程共設(shè)置32學(xué)時(shí)，其中理論課22學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課10學(xué)時(shí)。課程開設(shè)至今已有50余年，課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、結(jié)構(gòu)體系等已得到一系列改革[1-2]。其中，實(shí)驗(yàn)課主要分為六大專題：

1）經(jīng)緯儀的檢視與使用，主要包括經(jīng)緯儀的構(gòu)造與作用及對(duì)中、整平、瞄準(zhǔn)與讀數(shù)等內(nèi)容；

2）測(cè)回法水平角觀測(cè)，主要包括經(jīng)緯儀安置，水平角觀測(cè)、記錄與計(jì)算等內(nèi)容；

3）水準(zhǔn)儀的檢視與使用，主要包括水準(zhǔn)儀的構(gòu)造與作用及安置、整平、瞄準(zhǔn)與讀數(shù)等內(nèi)容；

4）普通水準(zhǔn)測(cè)量，主要包括水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)觀測(cè)、記錄與計(jì)算；

5）全站儀的使用，主要包括全站儀安置、測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)設(shè)置、測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量；

6）豎直角觀測(cè)，主要包括經(jīng)緯儀安置，豎直角觀測(cè)、記錄與計(jì)算。

3 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足endprint

現(xiàn)實(shí)教學(xué)中往往體現(xiàn)出[3]：教學(xué)內(nèi)容與測(cè)繪科技發(fā)展之間的不適應(yīng)，教學(xué)手段與現(xiàn)代教育理念之間的不適應(yīng)，學(xué)時(shí)壓縮與知識(shí)量增長(zhǎng)之間的不適應(yīng)。對(duì)于非測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器操作成為主要難題，有限的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)往往難以達(dá)到教學(xué)的預(yù)期效果，存在以下主要問(wèn)題。

1）實(shí)驗(yàn)人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足或型號(hào)老舊。測(cè)量實(shí)驗(yàn)課往往3～4人/小組，不同專業(yè)人數(shù)不同；實(shí)驗(yàn)小組少則10個(gè)小組，多則20多個(gè)小組。然而，實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師往往只有1～2人，給教學(xué)增加了困難。

2）實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)不足，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)較多。由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，難以保證學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高以及實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范的統(tǒng)一。

3）昂貴儀器，學(xué)生使用較少。有些貴重儀器，由于數(shù)量極少，難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)；且學(xué)生對(duì)于貴重儀器在使用過(guò)程往往會(huì)產(chǎn)生怕弄壞儀器的心理現(xiàn)象。

4）儀器類型多，不易實(shí)現(xiàn)全部操作。如水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，涉及儀器類型較多，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般只能讓學(xué)生掌握對(duì)某種儀器的認(rèn)識(shí)和操作，難以達(dá)到對(duì)其他儀器的融會(huì)貫通。

可見(jiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以保證學(xué)生更好地鞏固理論知識(shí)，缺乏實(shí)踐導(dǎo)致動(dòng)手能力不足，在一定程度上影響了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

虛擬仿真（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)誕生于美國(guó)，是一種由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的人工三維信息虛擬環(huán)境，能夠較為逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界存在的事物，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域[4]。隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)大規(guī)模進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必然的趨勢(shì)，將會(huì)改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[5]。

桂林理工大學(xué)測(cè)繪地理信息學(xué)院已建立區(qū)級(jí)虛擬仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，由于處于建設(shè)初級(jí)階段，大量實(shí)質(zhì)性工作有待努力開展?；谔摂M仿真技術(shù)，工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是通過(guò)以無(wú)人機(jī)航拍得到的雁山校區(qū)3D全景圖為基礎(chǔ)，逐步實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真和數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)，使得理論知識(shí)和實(shí)踐操作得到有效結(jié)合。學(xué)生只需要登錄該平臺(tái)，即可快速、便捷、直觀地體驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境，更加自主地理解和掌握課程知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

建立工程測(cè)量課程虛擬仿真平臺(tái)時(shí)主要采用的技術(shù)手段包括：通過(guò)Web技術(shù)[6]構(gòu)建開放式虛擬仿真平臺(tái)；采用VRML編程語(yǔ)言進(jìn)行場(chǎng)景建模[7]，以3ds Max輔助建模；通過(guò)Unity3D進(jìn)行交互式測(cè)量仿真操作；利用NET技術(shù)[8]結(jié)合工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建集教學(xué)、操作、成果評(píng)價(jià)等為一體的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

通過(guò)以上技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程測(cè)量虛擬環(huán)境和場(chǎng)景的構(gòu)建過(guò)程，在注重各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟細(xì)化的同時(shí)，更要注重中間過(guò)程實(shí)現(xiàn)的可視化。對(duì)于抽象的理論知識(shí)，如測(cè)量誤差、地圖投影、水準(zhǔn)測(cè)量、控制測(cè)量、土石方計(jì)算等內(nèi)容，采用文本、圖片、音頻、視頻和動(dòng)畫相結(jié)合方法，化抽象為生動(dòng)，將會(huì)大大加強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶能力。對(duì)于實(shí)驗(yàn)開展過(guò)程，如閉合水準(zhǔn)測(cè)量、角度測(cè)量、坐標(biāo)放樣等項(xiàng)目，以雁山校區(qū)3D全景圖為基礎(chǔ)，進(jìn)行過(guò)虛擬仿真整個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)方法、儀器操作、讀數(shù)、誤差檢驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)更為貼近實(shí)際的操作場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生的興趣和激情，快速適應(yīng)和開展實(shí)際的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

同時(shí)，在“雙一流”建設(shè)背景下，結(jié)合新技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用，更深層次地研究工程測(cè)量課程的教學(xué)體系設(shè)計(jì)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、實(shí)踐場(chǎng)地建設(shè)和施教方式等問(wèn)題，提出更為可行的方案，培養(yǎng)出具備科研和實(shí)踐創(chuàng)新能力的綜合型人才。工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建和實(shí)施，最終需要完成虛擬仿真軟件的研發(fā)和相關(guān)課件內(nèi)容的設(shè)計(jì)，并在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中逐步應(yīng)用、改進(jìn)和完善。

5 工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足，構(gòu)建基于虛擬仿真技術(shù)的工程測(cè)量課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，具有以下重要意義。

變抽象為生動(dòng) 對(duì)于工程測(cè)量課程來(lái)說(shuō)，理論知識(shí)往往較為復(fù)雜、抽象，僅依靠課堂教學(xué)往往難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，且由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)人數(shù)、專業(yè)班級(jí)等方面限制，學(xué)生對(duì)所學(xué)理論沒(méi)有及時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以理解和消化，疑惑問(wèn)題過(guò)度積累極易產(chǎn)生排斥、厭學(xué)等現(xiàn)象。通過(guò)工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生登錄平臺(tái)，結(jié)合自身學(xué)習(xí)情況，能夠通過(guò)生動(dòng)的畫面對(duì)抽象的理論知識(shí)有最直觀的理解，進(jìn)而激發(fā)自主學(xué)習(xí)的熱情。

化被動(dòng)為主動(dòng) 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式往往是教師在實(shí)驗(yàn)基地對(duì)實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等進(jìn)行講解和操作，然后讓學(xué)生自行開展實(shí)驗(yàn)。此過(guò)程，學(xué)生的學(xué)習(xí)往往是被動(dòng)式的，且實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)往往較多，指導(dǎo)教師有限，難以及時(shí)對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。而且，往往每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為兩學(xué)時(shí)，不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握和提高實(shí)驗(yàn)效率。通過(guò)工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生完全可以在實(shí)驗(yàn)前或?qū)嶒?yàn)中自主去學(xué)習(xí)和研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等內(nèi)容，不僅充分發(fā)揮了自主學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)的能力，而且提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)對(duì)所學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以鞏固。此過(guò)程實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主開展學(xué)習(xí)，將被動(dòng)式化為主動(dòng)式，提升了自主學(xué)習(xí)的能力。

系統(tǒng)掌握、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 傳統(tǒng)的工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的規(guī)范要求和儀器設(shè)備的規(guī)范操作往往掌握較慢。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)不容易理解，且對(duì)于操作錯(cuò)誤和誤差超限難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)；對(duì)儀器設(shè)備的操作往往脫離規(guī)范化要求，甚至存在丟尺墊、儀器摔倒等現(xiàn)象。而且，一個(gè)教師往往需要指導(dǎo)十多個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)難以達(dá)到教學(xué)目的。工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)能夠讓學(xué)生從對(duì)實(shí)驗(yàn)的陌生到模仿實(shí)驗(yàn)，再到熟悉實(shí)驗(yàn)，最后掌握實(shí)驗(yàn)。這不僅讓學(xué)生系統(tǒng)掌握實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，熟悉各項(xiàng)規(guī)范要求，而且使得學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

舉一反三、融會(huì)貫通 工程測(cè)量課程的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類較多，如閉合水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，可采用DS03微傾水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀以及電子水準(zhǔn)儀等?，F(xiàn)代測(cè)繪科技的飛速發(fā)展及新技術(shù)新方法的應(yīng)用，測(cè)繪儀器設(shè)備品牌多、種類多。然而，受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、儀器設(shè)備等因素影響，對(duì)于每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以接觸到的儀器設(shè)備往往只有一種，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的拓展。隨著測(cè)繪儀器逐漸實(shí)現(xiàn)一體化、智能化，用人單位對(duì)畢業(yè)生測(cè)量技能方面的要求也在提高，不少單位甚至把能操作某種儀器設(shè)備作為基本要求。如果實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器跟不上，或?qū)W生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備掌握不夠，不僅達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果，而且培養(yǎng)出的人才與社會(huì)脫節(jié)，無(wú)法達(dá)到人才培養(yǎng)目標(biāo)。endprint

通過(guò)工程測(cè)量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，針對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)采用不同儀器可達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果，以及探索在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中（如平地、山地等）如何實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的開展和檢核。學(xué)生只需通過(guò)實(shí)驗(yàn)課掌握的某一類儀器設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)方法，即可通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)和掌握同一類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如何設(shè)計(jì)、如何操作、如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等知識(shí)，最終達(dá)到舉一反三，融會(huì)貫通。

充分利用虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)展開對(duì)工程測(cè)量課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新研究，有利于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改善空有理論教學(xué)而實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不足的缺陷，更好鞏固理論知識(shí)，達(dá)到更好的教學(xué)效果，全面、綜合提高學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力、實(shí)踐設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前社會(huì)需要實(shí)踐能力強(qiáng)的綜合人才，各招聘單位對(duì)畢業(yè)生的動(dòng)手能力放在首位。工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革勢(shì)在必行，開展基于虛擬仿真技術(shù)的工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)漫長(zhǎng)的摸索和不懈努力的過(guò)程，需要結(jié)合工程測(cè)量的特點(diǎn)和各專業(yè)實(shí)際情況，不斷在教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用、改進(jìn)和完善。平臺(tái)的建立將會(huì)不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激情，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和自主創(chuàng)新能力，使學(xué)生掌握的知識(shí)更加牢固、有條理和系統(tǒng)化，最終培養(yǎng)出更高質(zhì)量的測(cè)繪工程人才。

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