虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)院?！皵?shù)字測(cè)圖”實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

談秋英　甘霖

［摘 要］ 新時(shí)代對(duì)職業(yè)教育內(nèi)涵式發(fā)展提出了新的要求，亟須利用信息化手段提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。隨著現(xiàn)代教育信息化技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)已逐漸融入職業(yè)教育教學(xué)實(shí)踐?！皵?shù)字測(cè)圖”作為測(cè)繪類專業(yè)的綜合性核心課程，具有基礎(chǔ)性、專業(yè)性和實(shí)踐性的突出特點(diǎn)。立足當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，通過(guò)分析存在的問(wèn)題，提出“虛實(shí)結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實(shí)踐教學(xué)模式，創(chuàng)新地引入虛擬仿真軟件，將“教、學(xué)、做”一體化思想貫穿實(shí)踐教學(xué)始終，讓工程案例虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化。結(jié)合在浙江公路技師學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐，該方法在一定程度上解決了實(shí)踐教學(xué)存在的課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求脫節(jié)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備與實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地有限、缺少重大工程項(xiàng)目支撐等問(wèn)題，取得了較好的效果。此外，提出了虛擬仿真技術(shù)在提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量方面的可行性建議，可以為同類院校相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革提供參考。

［關(guān)鍵詞］ 數(shù)字測(cè)圖；虛擬仿真；實(shí)踐教學(xué)；職業(yè)教育

［作者簡(jiǎn)介］ 談秋英（1990—），女，河北邢臺(tái)人，學(xué)士，浙江公路技師學(xué)院路橋系講師（通信作者），主要從事測(cè)繪地理信息專業(yè)教育研究；甘 霖（1996—），女，吉林白城人，碩士，浙江南方測(cè)繪科技有限公司教育事業(yè)部經(jīng)理，主要從事教育事業(yè)培訓(xùn)和測(cè)繪地理信息應(yīng)用研究。

［中圖分類號(hào)］ G420 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）07-0161-04 ［收稿日期］ 2022-04-08

引言

進(jìn)入新時(shí)代，發(fā)展職業(yè)教育的重要性和緊迫性進(jìn)一步凸顯。建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量充分就業(yè)，都迫切需要職業(yè)教育再上一個(gè)臺(tái)階?！秶?guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）明確提出要加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育，提升職業(yè)學(xué)?；A(chǔ)能力。《規(guī)劃》還提出要提升職業(yè)學(xué)校辦學(xué)條件特別是實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)條件和“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)水平，提升專業(yè)建設(shè)和課程開發(fā)。在此背景下，2019年國(guó)務(wù)院出臺(tái)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，提出了要完善職業(yè)教育和培訓(xùn)體系，做好改革組織實(shí)施工作。各地職業(yè)院校紛紛自我轉(zhuǎn)型，推進(jìn)內(nèi)涵式發(fā)展，強(qiáng)調(diào)技能學(xué)習(xí)是科技發(fā)展的關(guān)鍵。培養(yǎng)優(yōu)秀的技能人才離不開理論的指導(dǎo)，更離不開實(shí)踐鍛煉［1］。虛擬仿真平臺(tái)因其虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，在室內(nèi)設(shè)計(jì)、材料成型、安全、醫(yī)療、化學(xué)等專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革中扮演了重要角色［2］?！皵?shù)字測(cè)圖”是公路施工專業(yè)、測(cè)繪專業(yè)等工科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，根據(jù)數(shù)字地形測(cè)量員、數(shù)字地籍測(cè)量員及地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集員等工作崗位的職業(yè)技能要求，以及其他測(cè)量課程的需求設(shè)立，具有很強(qiáng)的基礎(chǔ)性、專業(yè)性和實(shí)踐性［3］。然而，當(dāng)前該課程實(shí)踐教學(xué)課程體系無(wú)法滿足人才培養(yǎng)需求，亟須依托虛擬仿真技術(shù)引入成熟的數(shù)字測(cè)圖軟件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革。面對(duì)職業(yè)教育內(nèi)涵式發(fā)展新常態(tài)，業(yè)內(nèi)一些單位積極探索，線上線下相結(jié)合的個(gè)性化、智能化、泛在化教學(xué)模式已逐漸形成［4］，在提高職業(yè)院校教學(xué)質(zhì)量方面具備一定的可行性。

一、“數(shù)字測(cè)圖”實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀與問(wèn)題

從2021年度首屆全國(guó)測(cè)繪地理信息職業(yè)院校大學(xué)生虛擬仿真測(cè)圖大賽中看，全國(guó)至少有288所院校開設(shè)了數(shù)字測(cè)圖類課程?！皵?shù)字測(cè)圖”實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵在于如何理論聯(lián)系實(shí)際、如何引入測(cè)繪規(guī)范、如何融入工程項(xiàng)目思想等。常規(guī)實(shí)踐教學(xué)方式難以滿足當(dāng)前測(cè)繪與地理信息市場(chǎng)，以及職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革的需要，亟須利用虛擬仿真技術(shù)完善現(xiàn)有常規(guī)教學(xué)內(nèi)容，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求脫節(jié)

通過(guò)對(duì)多家合作企事業(yè)單位進(jìn)行深入調(diào)查，大部分院校普遍存在課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)和技能競(jìng)賽標(biāo)準(zhǔn)不相融合等問(wèn)題。

（二）實(shí)訓(xùn)設(shè)備與實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地有限

常規(guī)實(shí)踐教學(xué)涉及的設(shè)備一般比較昂貴且更新速度比較快，學(xué)生每年實(shí)踐時(shí)都有儀器損壞或設(shè)備不夠用的問(wèn)題，維修儀器需要一定的時(shí)間和財(cái)力。多數(shù)職業(yè)院校因占地面積小，所以難實(shí)施、受限制，不能滿足復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)訓(xùn)要求以及學(xué)生安全要求。

（三）缺少重大工程項(xiàng)目支撐

重大工程項(xiàng)目的親歷實(shí)踐一般不具備可操作性，不具備真實(shí)的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高?；驑O端環(huán)境，常規(guī)的測(cè)圖需要漫長(zhǎng)的過(guò)程，學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到實(shí)際操作缺少中間過(guò)渡環(huán)節(jié)。教師在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)多名學(xué)生操作時(shí)，很多學(xué)生圍著一臺(tái)儀器，教學(xué)效果不理想。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，我校確定了相關(guān)企業(yè)提出的人才需求，確定了本門課程面向的崗位主要有數(shù)字地形測(cè)量員、數(shù)字地籍測(cè)量員及地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集員等。依托廣州南方測(cè)繪科技股份有限公司研制的虛擬仿真訓(xùn)練軟件，提煉真實(shí)的測(cè)繪生產(chǎn)項(xiàng)目，以項(xiàng)目的分任務(wù)驅(qū)動(dòng)法實(shí)施教學(xué)，教學(xué)過(guò)程中體現(xiàn)以學(xué)生為中心，充分利用信息技術(shù)，讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的工作場(chǎng)景。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生基于團(tuán)隊(duì)協(xié)作的外業(yè)實(shí)踐操作能力，以及基于個(gè)體獨(dú)有的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)、圖件處理能力，進(jìn)而為測(cè)繪相關(guān)的企事業(yè)單位輸送高技能專門人才。

二、基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合浙江公路技師學(xué)院的專業(yè)設(shè)置情況，提出“虛實(shí)結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實(shí)踐教學(xué)模式，創(chuàng)新地引入虛擬仿真軟件，設(shè)計(jì)“以賽促練，寓練于賽，練賽融合”的工作思路，將“教、學(xué)、做”一體化思想貫穿實(shí)踐教學(xué)始終，讓工程案例虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化。通過(guò)設(shè)計(jì)測(cè)繪工程技術(shù)、公路施工與養(yǎng)護(hù)等專業(yè)的“數(shù)字測(cè)圖”實(shí)踐教學(xué)方案，開展教學(xué)實(shí)踐。本文以實(shí)踐授課計(jì)劃和實(shí)踐計(jì)劃安排為例，驗(yàn)證該方法的可行性和可靠性。

（一）實(shí)踐授課計(jì)劃

“數(shù)字測(cè)圖”實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目主要以1︰500大比例尺虛擬仿真場(chǎng)景地形測(cè)量為主，采用GPS-RTK和全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，以實(shí)際生產(chǎn)為目的，是一個(gè)集成式的操作過(guò)程。如果按照原來(lái)的教學(xué)設(shè)計(jì)，會(huì)嚴(yán)重制約實(shí)踐教學(xué)成果。職業(yè)院校地理信息系統(tǒng)仿真技能大賽的重點(diǎn)要求是數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)繪圖及查閱規(guī)范，為達(dá)到“以賽促練，寓練于賽，練賽融合”的效果，調(diào)整實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)之間增加過(guò)渡階段。具體實(shí)踐授課安排如下。

1.安裝軟件。（1）虛擬仿真系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行；（2）AutoCAD2017、SouthMap安裝運(yùn)行。

2.虛擬仿真全站儀實(shí)操訓(xùn)練。（1）全站儀架設(shè)；（2）全站儀建站與后視；（3）全站儀碎部采集；（4）數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出。

3.虛擬仿真RTK實(shí)操訓(xùn)練。（1）基準(zhǔn)站架設(shè)；（2）設(shè)置基準(zhǔn)站；（3）移動(dòng)站架設(shè)；（4）RTK點(diǎn)校正（求轉(zhuǎn)換參數(shù)）；（5）RTK圖根控制測(cè)量；（6）RTK碎部采集。

4.SouthMap內(nèi)業(yè)繪圖。（1）SouthMap軟件界面介紹；（2）虛擬仿真數(shù)據(jù)的導(dǎo)入；（3）平面圖的繪制；（4）等高線的繪制；（5）地形圖的編輯與注記；（6）圖廓繪制。

5.成果質(zhì)量評(píng)定與提交。（1）地形圖成果質(zhì)量的評(píng)定；（2）地形圖圖廓整飾的評(píng)定；（3）成果提交。

虛擬仿真實(shí)踐授課計(jì)劃安排以鍛煉學(xué)生三維能力為目標(biāo)，有助于著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工作意識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力，相對(duì)于常規(guī)授課計(jì)劃，更為全面、具體、細(xì)致、科學(xué)。

（二）實(shí)踐計(jì)劃安排

虛擬仿真實(shí)踐授課日程安排如表1所示。

三、教學(xué)實(shí)踐

（一）項(xiàng)目概括

采用虛擬仿真平臺(tái)，開展1︰500大比例尺地形測(cè)量項(xiàng)目的數(shù)字測(cè)圖任務(wù)，主要內(nèi)容為：（1）利用南方測(cè)繪虛擬仿真數(shù)字測(cè)圖軟件，在虛擬仿真環(huán)境下完成外業(yè)圖根點(diǎn)布設(shè)及碎部測(cè)量的數(shù)據(jù)采集工作；（2）利用SouthMap數(shù)字化成圖軟件完成線劃圖的繪制工作。

（二）考核標(biāo)準(zhǔn)

1.技術(shù)指標(biāo)。（1）《1︰500 1︰1 000 1︰2 000 外業(yè)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)規(guī)程》（GB/T 14912—2005）；

（2）《國(guó)家基本比例尺地圖圖式第一部分1︰500 1︰1 000 1︰2 000地形圖圖式》（GB/T 20257.1—2017）；（3）《城市測(cè)量規(guī)范》（CJJ/T 8—2011）；（4）《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》（GB/T 24356—2009）。

2.評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及競(jìng)賽要求制定評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，利用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果反饋到教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，可以促使實(shí)踐成果質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，形成教學(xué)管理與成果考核的良性循環(huán)機(jī)制。虛擬仿真評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

（三）教學(xué)成效

在綜合實(shí)踐中，學(xué)生的實(shí)踐技能主要通過(guò)實(shí)習(xí)時(shí)間、返工率、測(cè)量技能運(yùn)用表現(xiàn)和實(shí)操考核（操作熟練度）用時(shí)反映出來(lái)，在安排虛擬仿真測(cè)圖實(shí)踐教學(xué)后，學(xué)生實(shí)踐技能表現(xiàn)與以往實(shí)踐學(xué)生差異如表3所示。

通過(guò)縱橫向比較，虛擬仿真測(cè)圖系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中，從教師和學(xué)生兩方面來(lái)看，提升和促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的效果與質(zhì)量都較為顯著，尤其是在對(duì)學(xué)生的實(shí)踐技能培養(yǎng)上，明顯體現(xiàn)在動(dòng)手能力和細(xì)致程度上，相對(duì)以往有了較大提高。

通過(guò)上述實(shí)踐的積累，在“南方測(cè)繪杯”首屆全國(guó)測(cè)繪地理信息職業(yè)院校大學(xué)生虛擬仿真測(cè)圖大賽中，我院學(xué)生榮獲一等獎(jiǎng)兩個(gè)、二等獎(jiǎng)一個(gè)，團(tuán)體榮獲一等獎(jiǎng)。虛擬仿真技術(shù)為職業(yè)院校人才培養(yǎng)以及技能競(jìng)賽提供了可行性。虛擬仿真實(shí)踐內(nèi)容可以檢驗(yàn)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力的掌握水平，也可以運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)掌握測(cè)繪的實(shí)踐能力，提高測(cè)繪工程實(shí)際問(wèn)題的綜合能力水平。

針對(duì)當(dāng)前職業(yè)院校測(cè)繪類專業(yè)“數(shù)字測(cè)圖”課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)中融入“教、學(xué)、做”一體化思想，借助虛擬仿真技術(shù)，提出了“虛實(shí)結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實(shí)踐教學(xué)新模式。通過(guò)在浙江公路技師學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐，證明了該方法能夠在一定程度上解決課程標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)需求脫節(jié)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備與實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地有限、缺少重大工程項(xiàng)目支撐等問(wèn)題。虛擬仿真技術(shù)以虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化的形式展示了專業(yè)測(cè)繪設(shè)備及工程案例，為職業(yè)院校人才培養(yǎng)和技能競(jìng)賽提供了可行性。

雖然虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用能夠提高教學(xué)質(zhì)量，但仍存在一些不足之處：（1）虛擬仿真軟件評(píng)分規(guī)則不可見，過(guò)度依賴專家評(píng)分。（2）系統(tǒng)場(chǎng)景庫(kù)數(shù)據(jù)量多，地物種類豐富，但不支持自定義工作場(chǎng)景功能。（3）在第一人稱“沉浸式”虛擬工作場(chǎng)景中，受個(gè)體差異影響，長(zhǎng)時(shí)間操作容易出現(xiàn)3D眩暈等不適癥狀。

針對(duì)上述不足，為進(jìn)一步提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，提出以下建議：（1）平臺(tái)集成或提供測(cè)量平差程序，實(shí)現(xiàn)操作評(píng)分的過(guò)程化和可視化。（2）進(jìn)一步擴(kuò)充和優(yōu)化模型庫(kù)，提供可供三維場(chǎng)景自主導(dǎo)入的接口，真正做到實(shí)景化、個(gè)性化。（3）引入三維場(chǎng)景詳細(xì)等級(jí)（LOD）動(dòng)態(tài)變化技術(shù)，在滿足施測(cè)仿真的情況下，根據(jù)場(chǎng)景分辨率的變化實(shí)現(xiàn)LOD動(dòng)態(tài)調(diào)整，提升運(yùn)行效率和用戶體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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Application of Virtual Simulation Technology in Practical Teaching of Digital Mapping

in Vocational Colleges

TAN Qiu-yingGAN Lin

（1.Road and Bridge System， Zhejiang Highway Technician College， Hangzhou， Zhejiang 310023， China; 2. Education division， Zhejiang Nanfang Surveying and Mapping Technology Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： In the new era， the new requirements for the connotative development of vocational education have been put forward. It is urgent to use information methods to improve the quality of practical teaching. With the development of modern educational information technology， virtual simulation technology has been gradually integrated into the teaching practice of vocational education. As a comprehensive core curriculum for surveying and mapping majors， digital mapping has prominent characteristics of foundation， professionalism and practicality. Based on the current situation of practical teaching， by analyzing the existing problems， this paper puts forward the practical teaching mode of “combination of virtual and real， collaboration of online and offline”. This method innovatively introduces the virtual simulation software， runs through the practical teaching with the integration of “teaching， learning and doing”， and makes the engineering? cases virtualized， three-dimensional and structured. Combined with the teaching practice in Zhejiang Highway Technician College， this method solves the problems existing in practical teaching， such as the disconnection between curriculum standards and industry needs， the limited training equipment and site， and the lack of support for major engineering projects， and has achieved good results. In addition， the paper puts forward the feasible suggestions of virtual simulation technology in improving the quality of practical teaching， which can provide reference for the practical teaching reform of related majors in similar institutions.

Key words： digital mapping; virtual simulation; practical teaching; vocational education