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测绘工程专业课程实践教学改革

期刊目录网建筑设计论文发表2021-09-08 10:00关注(1)

  针对测绘工程专业课程改革中综合实践能力培养不足的问题,提出了一种测绘工程专业课程群半实物仿真实践教学模式。以大学校园内地物与地形分布情况合理构建实践教学半实物仿真区,利用GIS技术构建相应的桌面式仿真平台,实现重复性虚拟实践训练、多样化实践技术手段、仿真化生产实践,同时解决综合性测量实验难以开出的难题,为提升测绘工程专业实践教学效果进行了改革探索。

测绘工程专业课程实践教学改革

  关键词:测绘工程;实践教学;教学改革

  数字地形测量学、大地测量学基础、GNSS原理及其应用、工程测量学(简称测绘工程专业课程群)是高等学校测绘工程专业非常重要的专业基础课与专业课,是集理论和实践为一体的测绘工程专业课程群。这些课程均要求理论教学与现场实践紧密相结合,从而加深学生对测绘专业基本理论的理解,培养学生分析问题和解决实际测绘工程问题的能力。近些年,我国测绘教育工作者为了取得更好的实践教学效果做出了不懈努力[1-4],其中,工程测量学课程改革研究较多[5-15],众多研究从工程测量学课程的教学与改革[6]、教材建设和教学方法[7]、课程内容设置和教学中的突出问题研究[8]、BTEC理念的引入[9]、实践教学[10-11]、教学中的思考与建议[12]、理念体系优化[13]等方面做了探讨与分析,给出了不同的建议与教学实践,同时,还有利用校园地物进行工程测量实践教学的探索活动[14]及基于虚拟仿真技术的工程测量实验教学探讨[15]。这些教学活动的推进,为持续提升测绘工程专业实践教学效果奠定了理论与实践基础。总结前人经验,结合作者多年实践教学工作,本文提出利用校园地物与地形分布状况,构建测绘工程专业课程群半实物仿真实践教学模式,设计测绘工程实践教学半实物仿真区,主要包括角度测量仿真区、水准测量仿真区、导线测量仿真区、数字测图仿真区、GNSS控制网仿真区、工程放样仿真区。同时,利用GIS技术研制相应实践模块的桌面式虚拟仿真平台,与半实物仿真区共同组建测绘工程专业课程群半实物仿真实践教学平台,用于测绘工程专业课程群实践教学,提升教学效果。

  1测绘工程专业课程群实践教学改革的必要性

  1.1时代发展的需要

  随着推进虚拟现实在我国高等教育教学中深入应用的政策文件频繁推出,如《国家创新驱动发展战略纲要》《教育信息化“十三五”规划》和《国家信息化发展战略纲要》等,在2018年2月11日教育部办公厅发布的《2018年教育信息化和网络安全工作要点》明确指出推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用,虚拟现实在高等教育教学中成为未来视听教育的必然发展趋势。相对于虚拟现实仿真技术,半实物仿真技术是在虚拟仿真回路中接入部分实物的仿真,经济性、真实度更高,自20世纪60年代问世以来,应用广泛。

  1.2面向生产实际教学的需要

  从测绘类高校近些年来测绘工程专业毕业生的就业情况及生产单位反馈信息得出,生产单位更看重学生的动手能力。在实践教学环节,提升学生动手能力水平,缩小实践内容与生产现场之间的差异,培养优秀的测绘工程技术人才,是测绘工程专业实践教师在教学中应考虑并着重解决的问题。

  1.3系统性实践训练的需要

  测绘工程专业课程群是测绘工程专业基础课与专业课的集成,是测绘工程专业学生毕业后面向生产时直接应用的支撑课程。受实践场地的地形、地物和场地面积等客观条件约束,以及仪器设备和实验时间的限制,众多实践内容很难在校园内全面开展,这对学生系统性理解与掌握测绘科学技术体系带来一定的制约。综合时代发展对测绘科学技术的冲击与促进,测绘工程专业学生需要以更全面、更系统性的专业技能知识投入生产过程,实践教学中存在的不足使得测绘工程专业课程群实践教学改革势在必行。

  2测绘工程专业课程群实践教学改革

  2.1实践教学模式的现状与不足

  目前,针对测绘工程专业课程的教学改革模式众多,其中,CDIO工程教育模式应用与成果较多[16-18]。CDIO工程教育模式是国际工程教育改革的最新成果,取得了良好的教学效果,培养出深受企业欢迎的学生[18]。然而,测绘工程专业课程群实践教学的难点并不在学生对实践内容的理解,而在于抽象的理论与现场实践之间的衔接,进而达到理论与实践的有效统一,在实践中培养解决复杂工程问题的能力。测绘工程专业课程群的课堂实验课时通常偏少,每个实验两个课时,学生从认识、学习、练习到完全掌握相关知识的时间受限,尤其是综合性实验更是很难在两个课时内完成。教师在指导过程中受时间限制很难关注到每位学生的学习情况,这对自学能力较差的学生掌握实践知识带来挑战。因此,传统的测绘工程专业课程实践教学模式无论采取过程化管理,还是强调考核的重要性,抑或引入新的理念,均无法从根本上解决学生实践能力培养与提升的问题。

  2.2半实物仿真实践教学模式

  为了实现理论与实践学习之间的有效衔接,本文提出一种半实物仿真实践教学模式。该模式由“半实物仿真实践教学功能区+桌面式虚拟仿真实践教学平台”组成,利用大学校园内地物、地形分布现状综合考虑设计实践环节半实物仿真场地,以GIS技术为支持,研制对应半实物仿真场地的桌面式虚拟仿真平台。通过半实物仿真与虚拟仿真组合的实践教学模式,在虚拟仿真平台完成综合性实验预学习与重复练习,之后在半实物仿真区对照学习现场测量步骤,通过虚拟与现实之间的对接,以缩小的半实物仿真场地支撑虚拟学习现实化,从而达到教与学有效结合。同时,桌面式虚拟仿真平台还可以解决实验课时不足而无法完成学习的问题,学生在现场实验之前先在虚拟仿真平台完成实验认识、学习、练习,并通过重复练习达到掌握整个知识环节,从而解决课堂实验课时不足、实验老师指导不足与实践知识掌握达标之间的矛盾问题。

  3测绘工程专业课程群半实物仿真实践教学模式

  3.1半实物仿真实践教学功能区

  半实物仿真实践教学功能区利用大学校园内地形、地物分布现状,对照不同测绘实践内容的现场情况,选择整个校区作为GNSS控制网仿真区;利用校园道路作为水准测量仿真区、角度测量仿真区、导线测量仿真区;利用校园内具有高差起伏、地物复杂的区域作为数字测图仿真区;利用运动场作为工程放样仿真区。建立测绘工程专业课程群半实物仿真实践教学功能区,在课堂实验环节开展仿真生产现场的测绘实践教学,从而改善实践教学质量。

  3.2桌面式虚拟仿真实践教学平台

  以GIS平台为基础,以高分辨率遥感影像、DEM数据构建校园三维可视化,以图形、图像、视频、动画为基础数据,以过程模拟、重点讲解、人机交互等方式,以测绘工程专业实践教学半实物仿真区为目标区,对照完成水准测量、角度测量、导线测量、数字测图、GNSS控制网建立、工程施工放样等综合性实验的虚拟仿真,基于ArcGIS二次开发平台研制测绘工程专业课程群实践教学桌面式半实物虚拟仿真平台,用于辅助实践教学,丰富现有教学手段,改进实践教学效果。桌面式虚拟仿真实践教学平台主界面设计如图1所示。和生产实习完成,成本低廉,并可以按照不同学校教学大纲的设置自行定制开发,具备良好的自主性和扩展性。

  4结论

  本文所提出的半实物仿真实践教学模式可以打破目前测绘工程专业生产实践时间对学生的限制,实现学生“理论学习→感性认识→桌面式虚拟实践→半实物仿真实践→再次虚拟实践→系统化生产实习→生产实际”能力培养的完美衔接。桌面式虚拟仿真实践教学平台借助于计算机、地理信息系统、多媒体、人机交互等技术,构建了一个简洁仿真的桌面式实验环境和实验对象,不需要购置专门的虚拟环境支撑设备,学生在任意一台计算机上安装软件即可进入桌面型虚拟环境开展实践学习,达到实践教学要求。在不增加实践经费、新设备、实践场地的前提下,成为解决复杂测量综合实践环节的有效技术途径。同时,在虚拟仿真平台上可以提供多种仪器设备的选择,这为弥补目前实践教学中受仪器种类的限制而方法单一提供了支持。地理信息系统原理课程及其实践教学同样是测绘工程专业的必修环节,这对研究与扩展桌面式虚拟仿真平台提供了良好的理论与技术背景,可以根据不同的教学目标订制不同实践内容组合,建立不同仿真区与仿真平台,减少开发经费投入。而研究成果又可以扩展到地理信息系统原理、3S技术基础等课程教学与实践教学中,丰富这些课程的教学内容,并锻炼学生解决实际问题的能力,具有良好的促学效应。

  作者:张明媚 相兴华 薛永安

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