摘要 土木工程 测 量 是 土 建 类 专 业 本 科 生 的 专 业 基 础课。该课程基于课堂理论知识的学习，重点在于实验仪器的操作。近几年，全国高校推崇新工科教育建设的新理念，在科技日新
土木工程 测 量 是 土 建 类 专 业 本 科 生 的 专 业 基 础课。该课程基于课堂理论知识的学习，重点在于实验仪器的操作。近几年，全国高校推崇新工科教育建设的新理念，在科技日新月异的时代优化传统工科教学方法。土木工程测量作为一门传统工科学科，在“复旦共识”，“北京指南”“天大行动”等方针的引导下，更应该主动探索新的出路，利用虚拟仿真技术优化教学理念、教学手段和教学技巧。依托虚拟现实与多媒体技术，通过对实验教学的各个环节进行模拟仿真，让繁琐的实践教学课程变得高效、简单，解决实践教学环境中不具备或者难以完成的教学功能。同时解决了一些复杂案例难以呈现或只能在线学习的局限性，以达到节约现实教学资源、共享教学设施，提高学生学习兴趣的目的。还可以根据仪器设备的差异性，制定专属统一化的交互逻辑，实现学生对各种仪器设备的认知。
目前，国内外土木工程测量的教学方式通常是采用课堂讲授、课后练习和课外实验相互结合的模式，课堂讲授与课外实验分开进行，无法充分发挥课堂学习中的余热。因此，如何围绕专业工程对测绘的要求，虚拟构建施工案例及对应的测绘工作所需的方法，将本专业和跨专业的各类知识连接在一起，提升学生实训能力。以及如何在讲授过程中利用虚拟仿真技术来实现随堂实战演练是一个值得探究的问题。
1 土木工程测量实验教学引入虚拟仿真技术的优势及必要性
1.1 可以节约资金投入、节省时间，提高安全性实际的仪器的购买需要大笔费用，而且试验周期较长，在野外实验更是具有一定危险性。土木工程测量实验所使用的仪器大部分比较昂贵，体积较大，并且需要定期维护，实验过程中也需要学生在较短时间内测绘不同位置，部分位置可能位于楼顶、河边，对人身安全具有一定威胁。引入虚拟仿真技术可解决类似问题，教师可利用现有的虚拟仿真软件在室内进行讲解并让学生进行操作，使整个实验过程不再抽象化。
1.2 有助于提高学生动手操作能力目前土木工程测量实验教学普遍存在以下几个方面的问题：仪 器 数 量 少、仪 器 型 号 陈 旧、仪 器 老 化 等。在课外实验教学中，一个小组6名同学才能分到一台仪器，这样 就 大 大 减 少 了 每 个 学 生 的 实 际 操 作 时 间。资源的不足可能导致学生的学习质量下降，使学生动手操作能力得不到锻炼。虚拟仿真技术恰能使得资源合理分配，在科技发达的今天，高校都设置有虚拟仿真实验室，而且几乎每个大学生都会有一台电脑，土木工程测量的虚拟仿真实验打破了空间限制，也消除了实验周的时间限制，给学生创造了更好的学习条件和学习环境，与时俱进的科学技术激发了学生动手操作的兴趣，让大家体验一个更好的实验过程。
1.3 有助于直观呈现老师课程讲解的知识土木工程测量课程虽然属于工科，但是书本理论知识较多，内容也较为抽象，所以老师要想让学生从书本和课件中联想到实验过程有一定难度。老师需要结合实验操作让学生牢记理论知识，而学生的实际操作也需要紧密联系理论知识。虚拟仿真技术的出现，恰恰解决了课堂理论知识和实际操作分离的难题，使得老师可以当堂讲授、学生当堂操作，学生在虚拟仿真中遇到问题可以及时向老师提出，老师进行答疑。老师可将较为典型的问题交给学生讨论，可大大提高学生处理现实操作中难题的能力。
2 土木工程测量虚拟仿真实验教学内容及过程设计
2.1 明确教学目的土木工程测量课程实验包括水准仪、经纬仪、全站仪等仪器的使用，数据的处理，图纸的绘制这几项基本内容。为了适应现代测量技术在工程建设中的应用，并且优化和改进传统实验课程教学的不足，于是产生了虚拟仿真实验结合课堂授课的新型教学方式。土木工程测量课程作为一门实验课，与理论课的教学方式不同，实验课需要老师讲授理论知识在先，接着是学生吸收老师讲授内容，最后是学生基于课堂所学内容，在老师的指导下操作仪器完成实验。在传统的教学方式加入虚拟仿真教学内容，达到随堂讲、随堂练，在很大程度上巩固了学生在课堂上所学的知识。应用虚拟仿真教学是为了加强学生对理论知识的运用与掌握，培养学生科学使用虚拟模型的能力，引导学生建立专业的思维模式，提高学生分析和解决问题的能力，使学生形成严谨的工作作风，养成团结协作的精神，为以后走向工作岗位打下扎实的基础。
2.2 建立案例场景并进行展示虚拟仿真实验来源于真实工程，结合实际工程中可能出现的大部分场景。例如与全站仪有关的虚拟仿真实验，软件通过动画模拟仪器内部构造、光线传播、信号传播、映射等，说明全站仪的构造和测量原理，让课本上抽象的二维画面转化为三维动画，使学生对全站仪构造和原理的印象根深蒂固。如图1所示为全站仪认知实验界面，学生可在课堂通过讲解和交互实现全站仪各部分的认知，使教学内容更易接。
2.3 虚拟仿真实验仪器操作及测量方法仪器操作模块可实现虚拟的测量仪器操作环境，让学生真 实 体 验 测 量 过 程，完 成 仪 器 操 作 模 拟 训 练。主要包含仪器的对中、整平以及其虚拟仿真模拟教学，涵盖了教学过程中各类测量仪器的基本功能练习。图1所示的全站仪虚拟操作面板，学生可利用实验平台进行全站仪的虚拟操作，仪器安置以动画和用户交互的操作方式，实现全站仪从开箱到架设好仪器的全部过程。另外系统设置了圆水准器和管水准器的气泡移动窗口，便 于 学 生 了 解 全 站 仪 粗 略 整 平 和 精 确 整 平 的情况。
3 结语
在新工科建设的理念下，充分利用虚拟仿真技术是改善传统教学方法中不足的一种手段。今后，理工科的学习不 再 是 以 往 的 背 概 念、做 习 题，而 是 动 手 去做、动脑去想的全新模式。经历过动手和动脑的学习后，学生在走向工作岗位才能发挥所学。通过近几年的初步实践，虚拟仿真技术在提高土木工程测量实验教学效果方面起了良好的作用。一是将实际问题呈现在老师和学生面前，需要大家一起解决，使所有人都融入教学环境中。二是可以使老师进一步整理课程中的重点和难点知识，从课程教学、课外实验活动、本科毕业设计等多方面着手，做好顶层建设，多角度、多方位实施“新 工 科”理 念，确 保 了 教 学 工 作 的 系 统 性、有效性。
参考文献
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《虚拟仿真技术在土木工程测量实验教学中的应用研究》来源：《现代商贸工业》，作者：顾展飞 孙庆珍 甘春景
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