产教融合背景下基于虚实结合的测量实训平台构建与研究

柴新宇

(广东工贸职业技术学院，广东 广州 510510)

研究时运用产教融合、校企合作提供的培训和虚拟实训平台，采用能实不虚，虚实结合的方法进行测量实验教学改革，学生可以使用虚拟仿真系统进行课前预习和课后的实验只是巩固，有效解决理论教学与实物实训难以有效融合的问题，提升测量实验相关知识与实训操作的效率和效果，优化学生的学习体验[1]。

在教学理念上突出“自主式学习”和“以学生为中心”，在教学内容上既满足了传统教学中对理论教学中知识的学习和掌握，又满足了实际工作中对施工过程经济性的要求，更加贴近应用实际[2]。在教学手段上现场设备采用模拟测量的生产线方式，实现了企业资源本地化，现场无安全隐患，低成本地开展实验；
远程设备采用虚拟仿真分析工具，通过线上实验教学平台建立了在测量方案过程经济性仿真实验内容方面学生和线上教师的交互；
实现了泛在化的线上测量虚拟仿真实验。

传统的测量实验教学是以教师为主导，根据课堂讲授来具体安排实验内容，这个过程中忽视了学生的主体性和能动性，导致不利于学生实践创新能力的培养。虚拟仿真测量实验教学以“沉浸式+体验性”教学为主体，采用虚拟方式开展实训内容，突破时空场景的限制，是线下实验教学方式的有效补充。

1.1 设计思路

为了解决外业实际测量中受天气影响大，受仪器设备数量限制等问题，课程建设时融合虚拟仿真与互联网技术，建设测量虚拟仿真实验项目，通过构建高度仿真的虚拟实训环境和实验对象，有利于学生直观形象地理解抽象原理和知识、进一步突破仪器设备在时间和空间上的限制，引导学生自主学习，掌握数字测图技术与方法，增进学生的测绘地理创新思维、实践动手与科学研究的能力﹔也为教师和学生提供开放式交流平台，同时，实现了测绘专业优势实训教学资源的共享，进—步发挥工贸在测绘教育界的引领作用[3]。图1为“虚实结合”的测量实验课程实施技术路线图。

(1)项目建设坚持秉承“能实不虚”“虚实结合”的原则，将虚拟仿真实训教学作为培养实践能力和创新能力的重要环节，并融入实践教学体系，确定了“整合资源、聚集优势、注重研发、突出特色”的建设思路。

(2)资源开发在测量学虚拟仿真实训资源开发中，结合虚拟实训平台和网络社交软件，实现线上的“学-练-测”与“指导-交流-评价”为一体的完整实训教学活动，以实现“精细化指导”和“实时客观实验评价”的线上实验开展模式。

(3)教学开展在测量学实验的数字测图教学中，通过对“外业数据采集”和“数据处理、成果表达一内业数据处理流程”的虚拟仿真，将其线上实验和“数据处理、成果表达”的实际操作实验相结合，课堂理论讲解辅以生动的虚拟仿真场景演示，强调虚拟仿真实验与传统实操实验和课堂理论教学深度融合，构建“虚实一体、虚实交叉融合”的测量数字测图虚拟仿真实训教学模式。

在教学设计方面，借鉴了“情景教学模式”，围绕一个实践主题，建立“学、练、测”相结合的认知情境。

在“学”的阶段，软件重点关注仪器操作方法、测量工法流程，将重点和难点问题、科学划分为实际操作中的若干步骤和环节，强调细节的图像化呈现；
学生可以在不同步骤环节中自由跳转，针对薄弱环节重复学习，促进关键知识点的“形象化认知过程”实现。

图1 “虚实结合”的测量实验课程实施技术路线

在“练”的阶段，数字测图软件提供了浸入式操作环境，学生按照软件提供的分步骤提示、在交互场景中跟进操作；
目的是培养学生在仪器操作和工法实现过程的“点”和“度”，促进关键知识点的有效建构和内化。

在“测”的阶段，软件提供了开放式练习环境和测试环境；
系统根据制定好的评分标准自动对实际操作过程进行评分，并提供错误操作提示；
教师在进行检查学生操作实训时可以随时复制学生的实际操作过程，帮助教师发现学生在操作过程中存在的问题。常见问题可以一起引导，个别问题可以单独引导，为知识向技能的顺利转化奠定了坚实的基础[4]。

1.2 “虚实结合”教学方法

所建立的仿真系统采用“虚实结合、线上线下协同、即时量化评价”等实训教学方法，建设基于互联网在线共享的测量技术基础实训项目。实训项目采用虚拟仿真技术模拟测量技术基础仪器认知、学习、实训及项目实施过程。将《测量技术基础仿真教学课程体系》的具体实训内容拆分成若干知识点融到虚拟仿真场景，采用交互式操作手段，帮助学生掌握测量技术操作过程，完成相关仪器软件操作的演练，促进理论知识向实操技能的转化。系统自动记录用户在虚拟实践过程的各类操作行为，完成自动打分，并提供错误操作提示，帮助教师发现学生在操作过程存在的问题。用户可以通过互联网访问本系统，基于系统提供的线上学习、虚拟仿真交互学习环境，完成各实验项目的学习，符合现今的互联网+时代碎片化、在线即时学习的特征。项目坚持以学生为本，充分利用互联网和虚拟仿真技术，实现教学方式方法的多样性，主要体现在以下几个方面。

(1)“虚实结合”教学方式方法。生动了教师理论教学、实验演示的教学方法和教学内容，极大地提升教学效果﹔使得实训教学和理论教学中的“学-练-测”与“课前预习和课后复习”的整个教学活动落到实处，践行了以“实训教学质量为本”的过程教学。

(2)“线上线下协同”教学方式方法。突破了教与学的时空限制，不仅丰富了学生学习内容和学习方式的选择，强化了学生个性化和自主学习，而且使得教与学实现了双向互动，密切了师生关系。

(3)通过“虚实结合”和“线上线下协作”的教学方法更有利于教师进行有针对性的实践教学指导和讲解，突出学生在学习中的主体地位，培养学生自主学习能力，实现传统实践教学无法实现的过程精细化教学，有效提高测绘实训的教学效果。

2.1 实验教学的融合

(1)理论与实践相结合。将测绘相关知识、生产过程和具体操作技术相结合，用理论知识指导实践，理论与实践结合，在实践中加强对理论知识的掌握。

(2)虚拟与现实的融合。虚拟仿真教学特别注重“虚实结合，相辅相成，以虚助实”，学生的线上测量数字化测图中虚拟仿真实验操作与实际工程生产过程紧密结合，实现高度工程化的仿真。

图2 虚实结合的混合式教学实验研究内容

(3)室内与现场相融合。学校的地域优势给学生现场实训教学创造了良好条件，更加有利于室内的虚拟仿真操作与现场生产实际相统一，实现零距离对接。

(4)教学与科研相融合。实训实验室的大部分科研项目都是基于教学实际情况，实训室中的相关仿真教学设备和软件很好地适应了教学需要，真正实现了产学研紧密结合。

(5)校内与校外相融合。通过共建实训室、联合培养人才、技术合作与发展等方式，与校内校外相关单位密切沟通合作，实现实训中心、企业、社会的共赢。

2.2 实训教学的层次

(1)工程基础认知。进行测绘数字测图的基本知识及相关设备、原理等的讲解，培养学生对工程的基本认知，为后续学习和毕业后工作打牢基础。

(2)室内模拟仿真。借助线上仿真教学装备和软件App，在室内进行测绘流程的各种仿真操作训练，掌握测绘基本的实践操作技能和数据处理过程。

(3)现场仿真实训。在现场实训基地，利用仿真的场景和真实的生产作业设备，配套相关仿真教学软件，仿真与实际操作相结合，完成实习实训操作流程及操作技能实训。

(4)工程现场实操。在完成虚拟仿真训练基础上，利用真实实训场地和实训仪器设备、软件、数据等，在现场工程师教师的指导下，进行实操训练，实现与工程现场的零距离接触和真实反演。

2.3 实训教学模式

智能探索利用虚拟现实技术模拟相关的工业过程，用虚拟场景和设备代替物理对象，将各种训练场景(特别是危险场景)形成三维虚拟场景，实现对作业功能和过程的可视化模拟，可以在桌面上显示，提高学生的学习效率。同时，要有广阔的想象空间，拓宽认知范围。

虚实结合的混合式教学实验研究内容如图2所示。

2.4 虚拟仿真实训课程体系

依据国际标准和产业发展需求，按照专业群整体协调发展的需要，制定土木测绘专业群人才培养标准，重塑专业群课程体系，将课程划分为专业群共享课、专业技术平台课程和创新创业特色课程，建设专业虚拟仿真课程，适应学生的知识学习、技能拓展与个性化发展[5]。

对于土木建筑类专业群测绘及其他专业课程体系中，存在看不到、进不去、成本高、危险性大等特殊困难，进行虚拟仿真建设。

专业组群后，工程测量技术专业将发挥带头作用，带动群内专业的协调发展，发挥专业聚集效应，打破专业壁垒，优化专业人才培养模式与课程体系建设，校企共建测绘地理信息校企命运共同体，提升专业群的人才培养质量和核心竞争力。表1为测量学虚拟仿真课程建设内容。

表1 测量学虚拟仿真课程建设内容

虚拟仿真测量实训课程的评价体系测量实验考核主要是对专业知识、沟通交流、表达与思辨、团队协作能力、执行能力的考核。虚拟仿真实验中软件实现了学生的实验信息的跟踪、统计和分析等智能化管理功能，能够实时对学生开展的实验信息进行跟踪、统计、提示，捕捉每个学生知识点的掌握程度，全面分析学生实验的整体情况，实现传统测绘实践教学过程中无法实现的实时、精细的教学质量控制。虚实结合实训教学中，虚仿实验的实时精细化实验过程评价和传统实验的结果评价(实际操作、实验报告、实操考核)有机结合，使得实训教学评价更加客观合理，将实训教学的“过程评价”落在实处，更能客观真实地反映学生的实验技能水平和学习效果。以同一专业不同届学生学习测量时成绩进行对比，可以发现使用虚拟仿真实验可以有效提高实验成绩和课程成绩如图3所示。平均成绩由66.79提高为76.98，优秀率由6.9%提高为14.9%，标准差由12.96提高为14.96。

图3 “虚实结合”测量实验教学成绩分布

由此可见将虚拟仿真实训教学评价融入传统的实训教学评价中，形成了多元化实训教学评价方法，实现了实训教学过程精细化质量控制和评价。有效提高了学生学习兴趣和学习效果。