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虚拟仿真技术在土木工程测量教学中的应用

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：陈洪

[导读] 摘要：随着科学技术的快速发展，虚拟仿真技术在土木工程测量教学中的应用具有较好的反馈，相比传统教学模式，虚拟仿真技术有利于增加教学趣味性，激发学生学习兴趣与热情。

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        摘要：随着科学技术的快速发展，虚拟仿真技术在土木工程测量教学中的应用具有较好的反馈，相比传统教学模式，虚拟仿真技术有利于增加教学趣味性，激发学生学习兴趣与热情。本文重点探讨虚拟仿真技术在土木工程测量教学中的应用。
        关键词：虚拟仿真技术；土木工程；测量教学；应用
        引言
        虚拟仿真技术就是将多媒体技术、网络通信技术、虚拟现实技术进行有效结合，技术应用中交互性、沉浸性、真实性等特征较为明显，在土木工程测量教学中合理应用能有效优化传统灌输式教学模式中存在的不足之处，有助于强化实践教学，帮助学生将理论知识点引入到实践活动中。教育发展新时期，对传统教学模式进行创新至关重要，虚拟仿真技术应用到工程测量教学中，能全面提升教学水平。
        1土木工程测量教学问题概述
        目前有部分教师受到自身实习实践活动经验限制，不能全面掌握建筑工地生产作业模式，不能合理应用土木工程施工作业方法，对工程测量教学活动实效性影响较大。近些年我国高等教育体制改革深入发展，有诸多大学开始转为综合大学，设置的教学专业与教学院系较多，对综合性实训场地需求在不断提升。但是由于受到办学条件以及多项因素限制，课程教学中可以应用的设备仪器较少，加上土木工程测量此类课程实践教学特殊性较强，涉及到较多施工设备。有诸多学校不能有效满足此项课程基本实践要求。在土木工程测量教学过程中去各个项目工地现场进行参观学习能让学生加深专业知识理解，有助于提升学习质量。但是部分学校在组织学生到施工现场进行参观的时间不合理，学生学习系统化水平较低，大多数学生仅仅能学习到施工某环节知识，加上施工现场安全影响要素较多，导致实践教学活动开展受限。
        2虚拟仿真技术与教学的结合
        虚拟仿真技术又称模拟技术或虚拟现实技术，其本质就是用一个虚拟的系统来模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真技术主要利用三维图形构造技术、多传感交互技术以及可视化技术，生成三维的虚拟现实环境，使用者利用键盘、鼠标头盔、数据手套等传感设备作为输入设备，进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，同时能够感知和操作三维虚拟现实环境中的各种对象，产生身临其境的体验和感受。关于虚拟仿真技术与教学的结合，国内相关研究已经有很多。刘烨在《虚拟仿真技术在高职物流管理专业实训教学中的应用》中将虚拟仿真技术应用到高职物流管理专业的实训教学中，建立了物流虚拟仿真实训室；黄晟在《对虚拟现实技术与室内设计专业教学的整合研究》中提出了虚拟现实技术与室内设计专业教学的整合途径，包括了虚拟空间的营造和教学过程的辅导两大过程。虚拟仿真教学系统目前主要分为桌面式虚拟仿真系统、沉浸式虚拟仿真系统、分布式虚拟仿真系统和增强式虚拟仿真系统四类。桌面式虚拟仿真系统是以普通计算机和低级工作站为依托来实现仿真功能，用户通过计算机的屏幕了解虚拟环境，通过计算机的键盘和鼠标等相关设备与虚拟环境互动。这种系统特点是真实感不足，但是成本较低，容易实现，因此得到了广泛的应用。沉浸式虚拟仿真系统，是通过使用头盔和手柄等电子设备让用户和虚拟环境进行互动，用户是虚拟环境中的参加者，这种方式沉浸性较强，目前在很多游戏中应用较广。分布式虚拟仿真系统不是用户参与的虚拟仿真，而是在不同地理位置的多个用户通过网络相连，共同分享信息。增强式虚拟仿真系统是以真实的环境为基础，同时结合虚拟环境来共同模拟所需的真实环境和系统。

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        3虚拟仿真技术在土木工程测量教学中的应用
        3.1创新教学模式，尊重学生教学主体地位
        现阶段，教师在土木工程测量教学中运用虚拟仿真技术时，应建立和谐、平等、友好的师生关系，充分尊重学生的教学主体地位，创新教学模式，如采用问题导向教学法、任务驱动教学法、合作探究教学法，旨在提高教学质量的同时培养学生创造性思维能力和批判性思维能力。在运用虚拟仿真技术进行教学设计时，应充分发挥各种信息资源作用，一改传统灌输式理论教学法，积极构建以学生为主体、以实践教学为核心的教学模式，实现虚拟仿真技术与课堂教学的完美结合。
        3.2提升教师综合素质，提高课堂教学质量
        教师作为教学的组织者、指导者，其自身的专业水平、综合素质对学生的听课效率、学习质量有很大的影响。虚拟仿真技术作为一种要求非常高、操作性非常强的技术，需要特殊的技术、材料以及设备，还需要教师具备较高的操作技能、业务水平以及综合素质。因此，在运用虚拟仿真技术之前，教师要加强学习，正确认识课堂教学的目的、内容，充分激发学生的学习参与性与主动性，引导学生独立思考、合作探究，全身心投入到课堂学习中去，为课堂教学指明方向，由此可见，让教师有针对性教、让学生有意识学至关重要。随着信息技术的快速发展，土木工程测量课堂教学面临严峻的挑战，需要教师积极转变教学观念，及时丰富自己的知识储备、提升综合素质，才能更好地让虚拟仿真技术在土木工程测量的教学中发挥作用，让学生能全面、系统掌握该课程需要学生掌握的知识，并在后续的工作中熟练运用。
        3.3构建科学知识体系，提高课堂教学趣味性
        获取知识是一个过程，并不是教师一味灌输就行，而是需要学生主动积极参与，让学生置身于良好的教学情境中，提供丰富的教学资源，从而引导学生主动构建自己的知识体系。在土木工程测量教学中运用虚拟仿真技术，不仅能激发学生的学习兴趣与热情，还能培养学生创造性思维能力，激发学生主动去发现问题，挖掘、探究其背后蕴含的价值。在开展土木工程测量教学过程中，教师要走下权威的神坛，摒弃传统的灌输式理论教学模式和死记硬背学习法，引导学生身临其境，有意识、有目的的去学习。如此一来，有利于培养学生主动思考、合作探究以及创造性思维能力。
        3.4开放式考核系统
        基于虚拟仿真技术的特点，开发契合土木工程项目的测量实训内容。将实验课成绩分为三部分。（1）实验出勤率（10%）：课前签到、课后签退，保证每个学生参加实训的时长。（2）实验课中操作（50%）：按照教学计划给定学生实训内容，学生根据理论课所学内容，自行设计实训流程，实训中观察学生设计流程的可行性以及虚拟仿真技术与实际操作仪器的结合程度。（3）实验流程的熟练程度（40%）：教师提前设计相应的考查项目，并将所有考查项目公布给学生，考试时由小组成员随机抽取一个实验项目完成，根据学生对实验流程掌握和数据处理的准确性评定成绩。
        4结语
        虚拟仿真技术的应用解决了工程测量实践教学中投入大、观摩难、实操难的问题，同时通过与虚拟模拟施工现场的交互，学生能够进行动手操作，提高了学习兴趣。虚拟现实技术的应用使得教学中所面临的问题能够一步步得到有效解决，也为工程测量实践教学基地的建设研究提供了新的可能。随着虚拟现实技术应用水平的逐步提升，它与教育教学的深度融合将会更加地紧密，对于提高教育教学水平、改善教学环境、丰富教学资源、优化教学过程，培养个性化、创新型的人才发挥更加重要的作用。
        参考文献：
        [1]王式太，殷敏.虚拟现实技术在测量实践教学中的应用探讨[J].测绘与空间地理信息，2018，35（1）.
        [2]姜胜辉，韩宗珠，林霖.虚拟仿真技术在海底探测教学中的应用[J].实验科学与技术，2019，13（5）.
        [3]孙晓明，成艳丽，吴国风，解观朋.虚拟技术在解剖实验课中的应用探讨[J].课程教育研究，2019（7）.