虚拟仿真技术在职业院校“数字测图”实践教学中的应用

谈秋英　甘霖

［摘 要］ 新时代对职业教育内涵式发展提出了新的要求，亟须利用信息化手段提升实践教学质量。随着现代教育信息化技术的发展，虚拟现实仿真技术已逐渐融入职业教育教学实践。“数字测图”作为测绘类专业的综合性核心课程，具有基础性、专业性和实践性的突出特点。立足当前实践教学现状，通过分析存在的问题，提出“虚实结合、线上线下协同”的实践教学模式，创新地引入虚拟仿真软件，将“教、学、做”一体化思想贯穿实践教学始终，让工程案例虚拟化、立体化、结构化。结合在浙江公路技师学院的教学实践，该方法在一定程度上解决了实践教学存在的课程标准与行业需求脱节、实训设备与实训场地有限、缺少重大工程项目支撑等问题，取得了较好的效果。此外，提出了虚拟仿真技术在提升实践教学质量方面的可行性建议，可以为同类院校相关专业实践教学改革提供参考。

［关键词］ 数字测图；虚拟仿真；实践教学；职业教育

［作者简介］ 谈秋英（1990—），女，河北邢台人，学士，浙江公路技师学院路桥系讲师（通信作者），主要从事测绘地理信息专业教育研究；甘 霖（1996—），女，吉林白城人，硕士，浙江南方测绘科技有限公司教育事业部经理，主要从事教育事业培训和测绘地理信息应用研究。

［中图分类号］ G420 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）07-0161-04 ［收稿日期］ 2022-04-08

引言

进入新时代，发展职业教育的重要性和紧迫性进一步凸显。建设现代化经济体系，实现高质量充分就业，都迫切需要职业教育再上一个台阶。《国家教育事业发展“十三五”规划》（以下简称《规划》）明确提出要加快发展现代职业教育，提升职业学校基础能力。《规划》还提出要提升职业学校办学条件特别是实习实训条件和“双师型”教师队伍建设水平，提升专业建设和课程开发。在此背景下，2019年国务院出台《国家职业教育改革实施方案》，提出了要完善职业教育和培训体系，做好改革组织实施工作。各地职业院校纷纷自我转型，推进内涵式发展，强调技能学习是科技发展的关键。培养优秀的技能人才离不开理论的指导，更离不开实践锻炼［1］。虚拟仿真平台因其虚拟化、立体化、结构化的特点，在室内设计、材料成型、安全、医疗、化学等专业的实践教学改革中扮演了重要角色［2］。“数字测图”是公路施工专业、测绘专业等工科专业的核心基础课，根据数字地形测量员、数字地籍测量员及地理信息系统数据采集员等工作岗位的职业技能要求，以及其他测量课程的需求设立，具有很强的基础性、专业性和实践性［3］。然而，当前该课程实践教学课程体系无法满足人才培养需求，亟须依托虚拟仿真技术引入成熟的数字测图软件进行实践教学改革。面对职业教育内涵式发展新常态，业内一些单位积极探索，线上线下相结合的个性化、智能化、泛在化教学模式已逐渐形成［4］，在提高职业院校教学质量方面具备一定的可行性。

一、“数字测图”实践教学现状与问题

从2021年度首届全国测绘地理信息职业院校大学生虚拟仿真测图大赛中看，全国至少有288所院校开设了数字测图类课程。“数字测图”实践教学的关键在于如何理论联系实际、如何引入测绘规范、如何融入工程项目思想等。常规实践教学方式难以满足当前测绘与地理信息市场，以及职业教育人才培养模式改革的需要，亟须利用虚拟仿真技术完善现有常规教学内容，主要體现在以下几个方面。

（一）课程标准与行业需求脱节

通过对多家合作企事业单位进行深入调查，大部分院校普遍存在课程标准与行业标准、技能鉴定标准和技能竞赛标准不相融合等问题。

（二）实训设备与实训场地有限

常规实践教学涉及的设备一般比较昂贵且更新速度比较快，学生每年实践时都有仪器损坏或设备不够用的问题，维修仪器需要一定的时间和财力。多数职业院校因占地面积小，所以难实施、受限制，不能满足复杂环境下的实训要求以及学生安全要求。

（三）缺少重大工程项目支撑

重大工程项目的亲历实践一般不具备可操作性，不具备真实的实训场地或实际运行困难，涉及高危或极端环境，常规的测图需要漫长的过程，学生从理论学习到实际操作缺少中间过渡环节。教师在现场指导多名学生操作时，很多学生围着一台仪器，教学效果不理想。

针对以上现状，我校确定了相关企业提出的人才需求，确定了本门课程面向的岗位主要有数字地形测量员、数字地籍测量员及地理信息系统数据采集员等。依托广州南方测绘科技股份有限公司研制的虚拟仿真训练软件，提炼真实的测绘生产项目，以项目的分任务驱动法实施教学，教学过程中体现以学生为中心，充分利用信息技术，让学生体验真实的工作场景。同时，培养学生基于团队协作的外业实践操作能力，以及基于个体独有的内业数据、图件处理能力，进而为测绘相关的企事业单位输送高技能专门人才。

二、基于虚拟仿真技术的实践教学设计

结合浙江公路技师学院的专业设置情况，提出“虚实结合、线上线下协同”的实践教学模式，创新地引入虚拟仿真软件，设计“以赛促练，寓练于赛，练赛融合”的工作思路，将“教、学、做”一体化思想贯穿实践教学始终，让工程案例虚拟化、立体化、结构化。通过设计测绘工程技术、公路施工与养护等专业的“数字测图”实践教学方案，开展教学实践。本文以实践授课计划和实践计划安排为例，验证该方法的可行性和可靠性。

（一）实践授课计划

“数字测图”实践教学项目主要以1︰500大比例尺虚拟仿真场景地形测量为主，采用GPS-RTK和全站仪进行外业数据采集，以实际生产为目的，是一个集成式的操作过程。如果按照原来的教学设计，会严重制约实践教学成果。职业院校地理信息系统仿真技能大赛的重点要求是数据采集、内业绘图及查阅规范，为达到“以赛促练，寓练于赛，练赛融合”的效果，调整实践教学内容，在理论教学与生产实习之间增加过渡阶段。具体实践授课安排如下。

1.安装软件。（1）虚拟仿真系统的安装、运行；（2）AutoCAD2017、SouthMap安装运行。

2.虚拟仿真全站仪实操训练。（1）全站仪架设；（2）全站仪建站与后视；（3）全站仪碎部采集；（4）数据导入导出。

3.虚拟仿真RTK实操训练。（1）基准站架设；（2）设置基准站；（3）移动站架设；（4）RTK点校正（求转换参数）；（5）RTK图根控制测量；（6）RTK碎部采集。

4.SouthMap内业绘图。（1）SouthMap软件界面介绍；（2）虚拟仿真数据的导入；（3）平面图的绘制；（4）等高线的绘制；（5）地形图的编辑与注记；（6）图廓绘制。

5.成果质量评定与提交。（1）地形图成果质量的评定；（2）地形图图廓整饰的评定；（3）成果提交。

虚拟仿真实践授课计划安排以锻炼学生三维能力为目标，有助于着重培养学生理论联系实际的工作意识，激发学生对专业的学习兴趣和动手能力，相对于常规授课计划，更为全面、具体、细致、科学。

（二）实践计划安排

虚拟仿真实践授课日程安排如表1所示。

三、教学实践

（一）项目概括

采用虚拟仿真平台，开展1︰500大比例尺地形测量项目的数字测图任务，主要内容为：（1）利用南方测绘虚拟仿真数字测图软件，在虚拟仿真环境下完成外业图根点布设及碎部测量的数据采集工作；（2）利用SouthMap数字化成图软件完成线划图的绘制工作。

（二）考核标准

1.技术指标。（1）《1︰500 1︰1 000 1︰2 000 外业数字测图技术规程》（GB/T 14912—2005）；

（2）《国家基本比例尺地图图式第一部分1︰500 1︰1 000 1︰2 000地形图图式》（GB/T 20257.1—2017）；（3）《城市测量规范》（CJJ/T 8—2011）；（4）《测绘成果质量检查与验收》（GB/T 24356—2009）。

2.评定标准。根据技术标准以及竞赛要求制定评定标准，利用评价标准的结果反馈到教学实践过程中，可以促使实践成果质量得到进一步提高，形成教学管理与成果考核的良性循环机制。虚拟仿真评定标准如表2所示。

（三）教学成效

在综合实践中，学生的实践技能主要通过实习时间、返工率、测量技能运用表现和实操考核（操作熟练度）用时反映出来，在安排虚拟仿真测图实践教学后，学生实践技能表现与以往实践学生差异如表3所示。

通过纵横向比较，虚拟仿真测图系统应用于实践教学中，从教师和学生两方面来看，提升和促进实践教学的效果与质量都较为显著，尤其是在对学生的实践技能培养上，明显体现在动手能力和细致程度上，相对以往有了较大提高。

通过上述实践的积累，在“南方测绘杯”首届全国测绘地理信息职业院校大学生虚拟仿真测图大赛中，我院学生荣获一等奖两个、二等奖一个，团体荣获一等奖。虚拟仿真技术为职业院校人才培养以及技能竞赛提供了可行性。虚拟仿真实践内容可以检验学生基础知识和实践能力的掌握水平，也可以运用虚拟仿真技术掌握测绘的实践能力，提高测绘工程实际问题的综合能力水平。

针对当前职业院校测绘类专业“数字测图”课程实践教学现状，在教学中融入“教、学、做”一体化思想，借助虚拟仿真技术，提出了“虚实结合、线上线下协同”的实践教学新模式。通过在浙江公路技师学院的教學实践，证明了该方法能够在一定程度上解决课程标准与行业需求脱节、实训设备与实训场地有限、缺少重大工程项目支撑等问题。虚拟仿真技术以虚拟化、立体化、结构化的形式展示了专业测绘设备及工程案例，为职业院校人才培养和技能竞赛提供了可行性。

虽然虚拟仿真技术在教学中的应用能够提高教学质量，但仍存在一些不足之处：（1）虚拟仿真软件评分规则不可见，过度依赖专家评分。（2）系统场景库数据量多，地物种类丰富，但不支持自定义工作场景功能。（3）在第一人称“沉浸式”虚拟工作场景中，受个体差异影响，长时间操作容易出现3D眩晕等不适症状。

针对上述不足，为进一步提升实践教学质量，提出以下建议：（1）平台集成或提供测量平差程序，实现操作评分的过程化和可视化。（2）进一步扩充和优化模型库，提供可供三维场景自主导入的接口，真正做到实景化、个性化。（3）引入三维场景详细等级（LOD）动态变化技术，在满足施测仿真的情况下，根据场景分辨率的变化实现LOD动态调整，提升运行效率和用户体验。

参考文献

［1］齐庆会.虚拟仿真技术在测绘工程学科教学中应用研究［J］.测绘与空间地理信息，2020，43（6）：40-43.

［2］邹全乐，张天诚，刘莹，等.基于虚拟仿真技术的安全评价教学改革途径［J］.高教学刊，2020（29）：114-117.

［3］杨泪朵.强化职业能力培养的课程教学体系构建研究：以数字测图技术为例［J］.测绘与空间地理信息，2018，41（11）：268-270.

［4］郭宝宇，武百超，于坤，等.基于虚拟仿真试验平台的数字测图实践教学改革［J］.测绘通报，2021（1）：152-156.

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