测绘地理信息类课程虚拟仿真实训教学体系探索.pdf

收稿日期：2023-01-16作者简介：魏向辉（1986-），男，汉，河北石家庄人，硕士，讲师，研究方向测绘工程领域工程。111第22卷第2期石家庄铁路职业技术学院学报VOL.22 No.12023 年 6 月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAYTECHNOLOGYJun.2023测绘地理信息类课程虚拟仿真实训测绘地理信息类课程虚拟仿真实训教学体系探索教学体系探索魏向辉张京弟孙亮张宝金刘康（石家庄铁路职业技术学院河北石家庄050041）摘要：摘要：针对当前职业院校测绘地理信息类专业实训教学过程中存在的问题，结合职业院校学生个性化、信息化、智能化、泛在化学习需求，提出测绘地理信息类课程虚拟仿真实训教学模式，以实带虚、以虚助实、虚实结合方式，覆盖实训全过程，确保实训的质量和水平。通过实践，运用虚拟仿真技术培养测绘地理信息类教学新模式将丰富实训教学内容、提升学生实训的积极性、突破实训环境设备限制、突破时空限制、提升实训质量与水平等方面具有显著优势，也可为其他专业的实训教学改革提供借鉴与参考。关键词：关键词：虚拟仿真；测绘地理信息类；实训；教学体系中中图分类号图分类号：H191文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1673-1816(2023)02-0111-05近年来，为推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、广泛化实验教学新模式，教育部2017年印发了关于20172020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知，计划到2020年遴选出 1000 项示范性虚拟仿真实验教学项目。职业教育法第三十一条提出支持运用信息技术和其他现代化教学方式，开发职业教育网络课程等学习资源，创新教学方式和学校管理方式，推动职业教育信息化建设与融合应用。各高校掀起了积极开发应用虚拟仿真教学项目的热潮。该文针对测绘地理信息类课程实训教学中存在的问题，通过虚拟仿真实训教学融合虚拟现实、人机交互和网络通信等多种先进技术，通过模拟高度仿真的高端测绘仪器、学生无法到达的实训环境和真实施工过程，使学生能不受地点和环境限制在虚拟环境中开展重大项目实训，使学生熟练掌握测绘高精尖端仪器设备，掌握高难度特定场地环境下的测绘过程，在后疫情时代全面掌握实训过程考核，让学生对学习有更高关注度，从而获得更好学习成效。测绘地理信息类课程实训教学中存在的问题测绘地理信息类课程实训教学中存在的问题1.1 实训设备单一，缺少高精尖端设备操作实训设备单一，缺少高精尖端设备操作测绘地理信息类课程的实训课程主要依靠的是测绘仪器设备，在实训过程中一般使用的仪器都是常规仪器，比如水准仪、经纬仪、全站仪。随着科学技术的发展，测绘仪器设备越来越先进、越高端，同时存在设备实训危险性高、设备昂贵等问题。学生人数众多与贵重仪器稀缺使实训教学面临困境。如三维激光扫描仪、无人机、激光雷达等，设备昂贵，投入数量少，有的单价高达百万，石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 2 期112而无人机在飞行过程中存在坠机风险，还会对生命和财产安全造成威胁。开展虚拟仿真实训教学能突破测绘仪器的成本和数量瓶颈，使学生可以在任意时间、任意地点，通过互联网进行实训。1.2 实训场景难实现，特殊环境复杂多变实训场景难实现，特殊环境复杂多变测绘领域的很多项目需要在特定环境下进行，存在可行性、成本、安全性等一系列问题，并且在现实实训中无法开展。例如，铁路桥隧施工测量，需要在特定环境下开展并且工期较长；地震监测、滑坡监测、泥石流监测、海洋测绘、极地测绘等实验需要在高危环境下开展。利用虚拟仿真等多种方式构建山川海洋等自然地理环境及高楼大坝等人工建筑，能让学生仿佛身临其境，完成真实实训实践难以完成的步骤，并降低成本、规避安全风险，弥补教学空白。1.3 实训课时不足，小组工种单一实训课时不足，小组工种单一测绘实训过程需要团队共同完成，在现实实训考核中小组成员共完成实训任务，以小组为单位提交考核结果，得出的成果为小组共有，难以评定每个成员的考核结果。有时因为实训课时不足，不能保证每名学生全部操作和计算，导致部分学生掌握不全面。测通过虚拟仿真平台可用单人作业替代小组多人作业，能够充分提供给学生进行实操、实训，让学生能够在理论和实践相结合的教学中更容易掌握专业知识，有效掌握每个人的实训成果，评定每个人的实践能力。教师通过虚拟仿真管理平台、线下综合实训了解学生对知识点、技能点的学习情况，作为学生成绩考核的重要依据。2虚拟仿真平台建设虚拟仿真平台建设虚拟仿真可以重复再现原理与算法的实现过程，可人机交互，实验环节可视，实验过程输入输出可控，能体现关键步骤的流程，这与传统测量实训及软件模拟有着本质的不同。针对测绘地理信息类课程实训教学存在的问题及应用需求，采用“系统构建、凸显重点、广泛共享、可持续发展”思路，充分发挥我校测量及在虚拟仿真与三维可视化等方面的学术、科研、装备及师资优势，以虚拟现实与三维可视化仿真技术、信息化测绘技术为支撑，构建了由虚拟仿真实训教学平台体系（见图 1），可实现分项虚拟、分阶段培养、多层次提升、全覆盖培训、虚实互补优化的空天地一体化虚拟仿真实训教学体系。图 1空天地一体化虚拟仿真实训教学体系虚拟仿真实训系统主要由基础型实训、综合应用型实训模块构成（见表 1），实训模块的设置旨在将学生置身于虚拟环境、基于面向任务的实训教学模式之中，基于项目导向、任务驱动的教学方法，将测绘地理信息生产实践中的任务分解成若干个仿真实训项目来完成。第 2 期魏向辉，等测绘地理信息类课程虚拟仿真实训教学体系探索113基础型实训模块是测量仪器构造及操作和测量工法的组合。涉及电子水准仪、全站仪、GNSS、无人机、三维激光扫描仪等尖端测量仪器设备，以及二等水准测量、四等水准测量、测回法、方向角观测法、距离放样、导线测量、碎部测量、极坐标放样、偏心测量、一井定向测量、二井定向测量、RTK 静态测量、RTK 坐标放样等 10 余类测量工法。着力培养学生测量基本专业技能。综合应用型实训模块包含：GNSS 测量虚拟仿真、无人机摄影测量虚拟仿真、数字化测图虚拟仿真 3 个系统，着力培养学生的工程实践及综合处理问题的能力。表 1空天地一体化虚拟仿真实训教学体系序号虚拟仿真类别体系内容1测量仪器设备使用及测量工法基础实训模块水准仪仪器构造电子水准仪的基本构造。仪器操作电子水准仪设备的主要功能操作。3测量工法二等水准测量实现过程。4测量工法四等水准测量实现过程。6全站仪仪器构造全站仪的基本构造。7仪器操作全站仪的主要功能操作。8测量工法测回法测水平角9测量工法方向角观测法测水平角10测量工法距离放样11测量工法坐标放样12测量工法坐标测量13测量工法导线测量14测量工法碎部测量15测量工法极坐标放样16测量工法一井定向测量17测量工法二井定向测量18测量工法偏心测量19GPS-RTK仪器构造GPS-RTK 设备的基本组成和构造。20仪器操作GPS-RTK 设备的主要功能操作。21测量工法GPS-RTK 静态测量22测量工法GPS-RTK 坐标放样23无人机仪器构造无人机及附属设备的基本组成和构造。24仪器操作无人机的主要功能操作。25三维激光扫描仪仪器构造三维激光扫描仪及附属设备的基本构造。26仪器操作三维激光扫描仪的主要功能操作。27综合应用模块无人机摄影测量虚拟仿真系统实训应用实现无人机完成校园摄影测量实施过程的虚拟仿真。以大疆无人机 M210 为原型。28GPS 测量虚拟仿真系统实训应用以南方银河 6 为原型，实现 GPS 静态网型布设、观测、调度、内业数据处理过程。29数字化测图虚拟仿真系统实训应用选取典型任务场景，使用数字化成图软件，完成 GPS/全站仪采集数据的内业处理过程。3改革成效改革成效石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 2 期1143.1 校企合作，创建校企合作，创建“多层次、系统化、共享式多层次、系统化、共享式”虚拟仿真实践教学体系虚拟仿真实践教学体系以“紧跟学科发展，立足社会需求，夯实实践能力，强化工程技能，培育团队精神”的教学理念，将虚拟仿真教学作为实践能力和创新能力培养的重要环节融入实践教学体系之中，校企合作创建“多层次、系统化、共享式”空天地一体化虚拟仿真实践教学体系。构建基础实训型、综合实训型等多层次虚拟仿真实训内容，按照“虚实一体、虚实交叉融合”的思想，组织虚拟仿真实训资源，将其贯穿到实训、学生自主学习过程中，全面培养学生综合能力。3.2 融合学科发展成果，形成融合学科发展成果，形成“空天地空天地”立体化虚拟仿真资源立体化虚拟仿真资源以“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设原则，校企合作将最新的科研成果融入到虚拟仿真资源建设中。将企业的大型工程案例转化成虚拟仿真系统，拓展虚拟仿真教学内容。利用虚拟现实、多媒体交互等信息化技术，集成“空天地”立体化虚拟仿真实践教学资源，提升学生的数据处理分析、工程实践、自主学习及创新能力，在全国测绘地理信息相关高职院校中起到引领示范作用。3.3 校企联动，引领测绘地理信息虚拟仿真实训教学的发展校企联动，引领测绘地理信息虚拟仿真实训教学的发展校企联动共建机制，将企业的先进技术、市场需求、行业经验、已有的虚拟仿真资源和工程实际案例引入虚拟仿真实训教学中，实现校企全方位、多层次的深度合作，打造一个高水平的以教学、研发、培训为一体的虚实相结合人培养平台，并通过网络平台向社会开放共享，加强了学生学科群基础促进跨学科复合型人才的培养，引领测绘地理信息虚拟仿真实验教学的发展。3.4 加强师生交流，促进教学模式的创新加强师生交流，促进教学模式的创新运用虚拟仿真实训平台，让教学不再局限于课堂讲述的方式，教师能够更灵活生动地帮助学生巩固和理解课堂知识，为教学模式改革提供新的可能。3.5 提高学习效率，促进学生专业技能提高学习效率，促进学生专业技能互动虚拟仿真实训教学平台，能有效提升学生动手操作兴趣，强化对理论知识的理解和记忆，提高学生的学习效率，为技术技能型人才的培养打下坚实的基础。4结语结语空天地一体化虚拟仿真实训教学体系研究，是一项长期的工程研究，没有现成的经验可供参考，还需要利用虚拟现实、多媒体、人机交互、网络等技术，整合线下线上资源，通过虚拟技术直击教学难点，将最新的科研成果、企业的大型工程案例、真实实训难完成或者高成本的空天地测绘实训项目搬到线上，创建“多层次、系统化、共享式”空天地一体化测绘虚拟仿真实践教学体系，实现多维仿真和真实场景模拟，使学生、企业职工、社会学习者，在“沉浸式、交互式”的虚拟三维场景中，自主学习测量数据的获取处理应用的全过程，通过网络技术辅助学习者课下练习、及时巩固知识，实现单人训练、多人竞赛和互动交流，提高学习者学习的积极性；通过数据库技术跟踪学习者学习轨迹，实现对学习者知识点掌握情况的统计与分析，提高教学评价的科学性，为测绘行业培养实践与创新人才贡献力量。参考文献：参考文献：1 郭宝宇,武百超,于坤,等.基于虚拟仿真试验平台的数字测 图实践教学改革J.测绘通报,2021(1):152-1562 吴伶.基于学习循环理论的高职混合式教学探析J.教育与职业,2022(6):100-1033 吴霞.实验课程线上线下相结合的教学模式设计与实践J.实验室研究与探索,2019,38(6):173-176,1994 袁德宝,孙文彬，蒋金豹,等.虚拟仿真在测量学教学中的实践和探索J.北京测绘,2019,33(5):604-607第 2 期魏向辉，等测绘地理信息类课程虚拟仿真实训教学体系探索1155 袁德宝,孙文彬,蒋金豹,等.GNSS 虚拟仿真教学系统设计与实现J.北京测绘,2020,34(5):728-7306 杨敏,汪云甲，顾和和,马昌忠.虚拟仿真平台下矿井联系测量实践教学模式探索J.科技教育,2021（05）：165-168.Exploration of Virtual Simulation Practical Training and Teaching Systemfor Surveying and Geographic Information CoursesWei Xianghui,Zhang Jingdi,Sun Liang,Zhang Baojin,Liu Kang(Shijiazhuang Institute of Railway Technology,Shijiazhuang,Hebei 050041)Abstract:In response to the challenges in the practical training of surveying and geographic informationcourses in vocational colleges,this paper proposes a virtual simulation practical training teaching modelthat integrates the characteristics of individualized,informatized,intelligent,and ubiquitous learning needsof vocational college students.The model combines real and virtual elements,leverages virtual assistancein real training,and covers the entire process of practical training to ensure its quality and effectiveness.Through the application of virtual simulation technology,the proposed model enriches the content ofpractical training,enhances students enthusiasm for practical training,overcomes limitations of trainingenvironment and spatiotemporal constraints,and improves the quality and effectiveness of practicaltraining.It also provides valuable insights and references for the reform of practical training in otherdisciplines.Key words:virtual simulation;surveying and mapping geographic information;practical training;teaching system（上接第 110 页）Construction of Blended Teaching Effect Evaluation Modelin Higher Vocational Colleges and Strategy StudyChenFeifei1,MaHongyue2,LiJing11.Shijiazhuang Istitute of Railway Technology，2.Hebei Vocational College of Rail TransportationAbstract:Based on the blended teaching model,the index system of blended teaching effect isestablished with the aim of improving the teaching effect.Based on the fuzzy analytic hierarchy process(AHP)of comprehensive weighting,the evaluation model of blended teaching effect is established byquantifying various indicators.This model is applied to the provincial fine online course Refrigeration andAir Conditioning Technology to carry out blended teaching effect evaluation,and put forward relevantimprovement strategies,so as to enrich the existing research results of the evaluation system and providereference for similar studies.Key words:Blended teaching;Teaching effect evaluation;Fuzzy analytic hierarchy process;Evaluationindex