摘要：为增强学生的实践能力和创新能力，本文以道路工程测量实习课程为例，针对各类学校的土木工程专业的测量实习课程课时有限，实训资源和实训平台的匮乏，探讨采用虚拟实验和真实实验相结合的实验教学模式，弥补传统实验教学的弊端，更好地激发学生的学习热情和主动性。
关键词：工程测量;实验教学;虚拟实验;教学模式
在构建新工科人才培养体系的大背景下，增强学生的实践能力和创新能力至关重要。实习教学与理论教学相比在培养学生创新能力方面具有明显的优势。随着市场对于道路工程领域人才的技能素质的要求也越来越，这对学校人才培养的教学设施和条件提出了更高的要求。但是对于很多工程类专业，实训资源和实训平台的匮乏，为教学带来不小的难题，影响了新工科人才的培养。
一、课程现状
传统工程测量实习教学模式是学校需要为学生提供实习设备、实验材料物质条件等，以让每个学生都有动手学习和练习的机会，学生在教师的指导下进行现场实际操作，从而提高学生的动手能力和理论联系实际的能力[1，2]。但是当前的实习教学模式也面临着一些实际问题：实践、实训操作场地有局限性，涉及高危或极端的大型综合性场景难以构建;由于运行成本等原因，实训操作设备数量也难以满足要求;学生只能在特定的时间、特定的场合接触和使用测量仪器设备，难以达到反复练习、提升技能的需求;实践角色定位单一，重复操作，实训内容枯燥;实践操作考核标准难以规范化，考核结果难以有效记录。探索基于虚拟现实技术，建立桥隧三维实体模型，实现工程测量操作与工程进度交互的实时效果，解决学生桥隧施工放样实训困难的问题，这在同类的课程建设中是具有创新性的思路。
二、技术背景
虚拟现实（Virtual Reality）技术是上个世纪末兴起的一种综合性的信息技术，该技术融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。它可以在计算机上建立一个部分代替或全部代替传统实验操作环节的相关软硬件操作环境，利用计算机综合处理图像、声音、动画等素材，构建生动逼真的二维和三维场景，具有形象、生动、直观、高效的特点，用户可以像在真实环境中一样完。
随着信息技术和大数据的进步，尤其是卫星定位和航测技术的进步，让基础地理数据库更加完备，这就使基于虚拟现实技术对工程项目实施测量成为可能，协同技术的发展，让测量工作不必局限在施工现场。针对施工测量工作的实时性，交互性和贯穿项目设计，施工，竣工和使用监测全过程的特点，基于虚拟现实技术的仿真实训平台可让学生在较短时间内了解掌握施工测量过程的全部要素。
土木工程项目施工是一个的复杂时变系统，将虚拟现实技术应用于项目施工生产和管理中，具有重要的科学意义和应用价值。加强测绘类专业教学中的信息化建设，对于普通高等院校、职业院校培养高质量应用型人才具有很大的促进作用。
三、实现路径
针对各高校的土木工程专业的测量实习课程课时有限，实训操作不足的情况，工程测量实习课程探索基于虚拟现实技术，可以建立虚拟测绘实习系统，摆脱了实体硬件设备限制，可以为师生提供“即时可学、随处可学”的虚拟学习环境，辅助教师组织完成在传统教学环境下无法完成的复杂危险的实践教学活动。该系统包含内容如下。
（1）虚拟测区
虚拟测区是基于参数化和三维可视化的测区，可以对测绘作业进行真实的“再现”。系统内的虚拟测区应该包含城区、道路、山丘、高原等仿真场景，所有特征场景相连组成的超大型沙盒内容，场景具备符合测绘地理信息专业实践教学特点的虚拟实验环境、从根本上克服了传统实训中无法呈现“理想”的测区环境的弊端。
（2）虚拟操作
在系统内可以了解认知设备、掌握从架设到操作、再到读数这样的流程;可依据测绘目的、踏勘情况，自主性地选择测绘设备和测绘方法;并使用仪器模拟真实测量，完成一系列如选点、基准站建设、图根点采集、数据导出传输、棱镜架设、垂直微动、建站设置、碎部测量;还辅助数据处理，内业计算，图形绘制等功能模块。从根本上克服了传统实训中器材资源的限制。
（3）施工案例
围绕道路工程对测绘的要求，虚拟构建施工案例及对应的测绘工作所需的应对方法，提升学生实训能力。依托虛拟现实技术，通过建立桥隧等三维实体模型，实现工程测量操作与工程进度交互的实时效果。将该内容纳入测量实习课程教学大纲，可以解决学生桥隧施工放样实训困难的问题，解决一些复杂案例难以呈现的困难，提高学生学习兴趣。
（4）评价反馈
系统可以实现反馈追踪测绘过程的正确性、测绘成果的质量性。并对操作结果生成实训报告，对操作进行科学评价、科学反馈，依据学生完成任务的情况来评定学生成绩。教师从后台端还可了解学生的练习程度和不足之处，并在实际教学中加以弥补。
四、课程组织形式的改变
教学内容的改变必然带来教学组织形式和教学方式的相应改变。如果采用虚拟仿真实验和实地实习教学相结合的模式，可以达到教学效果最大化的目的。具体优点如下：
依托虚拟实习系统可以实现实习教学的开放性。在虚拟实习系统中，学生可以自由地在三维场景中任意漫游，通过模拟真实的现实空间数据获取仪器，自主完成综合性的虚拟实训操作。。
依托虚拟实习系统可以进行自主性学习。虚拟实习系统不计成本，可反复演练，实际实习开始前，同学们还可以通过虚拟实习系统来准备现场实习。同学们事先经过虚拟实习，实际测试时就是在做实战演练，实现学生由课堂到课外实训的顺利过渡。
依托虚拟实习系统可以提高学生的参与性，在虚拟实习系统中，学生可以充当实习过程的各种角色，依据需要放大操作细节或加快项目进度，从而提高学习效率，增强教学效果。
结语
因此采用虚拟实验和真实实验相结合的模式，实验前同学们先通过自学，采用虚拟仿真实验进行实验模拟，了解实验过程，掌握实验误区，并在虚拟实验中得到纠正;然后在真实实验中真实操作，提高动手能力，加深学习兴趣;课后再采用虚拟实验进行巩固，提高学习的效率，也为教育数字化提供了一种新鲜有效的模式。
作者简介
于哲夫（1975.6.29—），男，辽宁省大连市，博士，副教授，工程图学。
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