杜晓圆，宁永香，陈胜华

(山西工程技术学院，山西阳泉 045001)

虚拟仿真技术，又称虚拟现实（virtual reality）技术，简称VR[1],以构建全系统统一、完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制众多的实体，实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。虚拟仿真技术是伴随多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技的迅速发展，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。

2015年，教育部、国家发展改革委、财政部联合印发《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，为地方普通高校的转型发展打开新的思路，提出了创新应用型技术型人才培养模式、不断推进深化人才培养方案和课程体系改革，将现代信息技术全面融入教学改革，推动信息化教学、虚拟现实技术、数字仿真实验等广泛应用，科学统筹各类实践教学资源，合理构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的专业类或跨专业类实验教学平台[2]。2018年，教育部印发《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》，提出虚拟仿真实验室建设是各省市级大专院校适应信息化条件下知识获取方式和传授方式、教和学关系等发生革命性变化的要求，促进信息技术与教育教学深度融合，强化能力为先的人才培养理念，突出应用驱动、资源共享，将实验教学信息化作为高等教育系统性变革的内在变量，以高质量实验教学助推高等教育教学质量变轨超车，助力高等教育强国建设目标的顺利实现[3]。

山西工程技术学院测绘工程专业作为地方性新型本科院校工科类专业，面对新形势，务必抓住机遇迎难而上，将新型虚拟仿真信息技术融入教育教学实践当中，加快虚拟仿真实验室建设，探索新的教学模式。

1 新建地方应用型本科院校建立测绘工程虚拟仿真实验室的优势

1.1 探索适合地方应用型高校的教学模式

从学校的角度讲，测绘工程虚拟仿真实验室的建设探索地方性本科院校的发展出路，积极响应国家号召，向应用型本科转型，在提高实践课程比例的同时，探索一种新的实践教学模式。

从教师的角度讲，测绘专业课程如果依照传统的先大量理论教学后短课时实践教学的模式，一个方面课时不均衡，另一方面理论和实践教学间隔教学，既影响学生理解掌握理论知识，又影响学生实践动手能力的培养，使教学效果大打折扣。虚拟仿真实验可以在提升实验教学效果中发挥作用，通过虚拟仿真技术可以将学科理论知识直观呈现，反复模拟，解决了理论课程缺乏直观操作效果的问题，真正做到理论联系实际。

从学生的角度讲，改革学生学习模式，传统的测绘专业的实践课程基本都是室外实践动手性很强的课程，虚拟仿真实验把学生放到一个虚拟的三维环境中，自己面对问题、分析问题、解决问题，更好地提高学生的自主学习性，也大大提升了学习效果。

1.2 加快构建实践和理论于一体的在线共享课程

近年来全国各高校都在大力建设在线共享课程，但主要集中在理论教学领域，传统的实践课程由于其较强的现实操作性，很难实现线上教学，使得线上教学理论与实践相脱节。虚拟仿真实验室的建设，把只有在现实环境可操作的实验项目搬到线上，这种教学模式能够满足新形势下的教学需求，将开放式的虚拟仿真实验室与课程资源的共享平台密切结合，进而实现优质资源的实时共享。

1.3 有效促进学生对测绘工程专业知识一体化的理解

测绘工程专业是一门实践性较强的应用型学科。测绘工程专业培养的人才，涉及房屋建筑、矿产勘查、交通运输、海洋工程等行业。同时，这也对测绘工程专业学生的知识体系提出了较高的要求，即要求其可以熟悉包括绘学的理论、工程建设、项目管理等在内的各类知识。其中，对学生而言，掌握多元化的知识是有难度的[4]。在教学中，将虚拟仿真技术引入教学中，可以促进学生对较难知识点的理解，使得抽象知识具象化，使学生在相对真实的情境下理解把握专业知识，通过虚拟仿真实践教学提升学习兴趣，一定程度上达到融会贯通的目的，实现对测绘专业知识一体化的理解。

1.4 促进实验、实习项目融合，使其成为有机统一的整体

为了达到教育部提出的应用型高校实践课比例30%以上的要求，基本所有的专业课程都开设了实践课，但这样必然存在实践课项目零散不连贯和交叉的情况，学生普遍反映学习效果较差，虚拟仿真实验室可以较好地整合实验项目，将多门专业课的实验、实习项目放到统一的外业环境中，使得控制网选点、布设、无人机航测、地形测量、工程测量等相关实验、实习项目都可以统一连贯地展开，在提高实验效率、促进实验、实习项目融合的同时，加强学生对测绘工程专业项目性和工程性概念的理解。

1.5 解决实践课程时间、空间、设备、师资不足的问题

随着测绘技术的迅速发展，仪器更新换代较快，传统测绘专业实验教学模式不断需要大量资金投入购买新的设备，可能造成极大的资金浪费，由于地方院校资金不足，从而使得专业设备更新较慢，很难达到人手一台仪器。另外，测绘专业的野外实践性，一直以来对学生、仪器有较高的安全性要求，针对不同实验项目需要有不同条件的实验场地；由于野外实践教学学生较为分散，需要配备多名教师，对师资也是一个极大的挑战[5]。虚拟仿真实验教学的出现，使得以上问题迎刃而解。

1.6 增强学生学习自主性和创新性

虚拟仿真实验沉浸性的环境特点，使学生在一个封闭独立的教学环境中，既可以通过虚拟仿真实验环境验证实验结果，又可以通过设置实验条件、更改实验顺序、设计实验环节等手段进行具有开创性的实验实践[6]。在单个实验项目操作过程中，学生需要从始至终综合运用个人的理论知识去实践每一个操作步骤，锻炼学生独立思考、独立动手解决问题的能力，培养学生的创新意识，提高学生的实践水平，激发学生的学习探索欲。

1.7 提高实验设备的利用率和开放率

由于传统的实验课程受实验设备维护费用高、实验地点固定、指导教师人手紧张等问题的影响，不能随时随地地向学生开放，降低了实验室的利用率，学生不能随时进行实践操作练习，严重影响学生实践动手能力的培养。虚拟仿真实验室建设改变了传统实验室存在的昂贵仪器学生不敢操作、不得随意外借，实验场地不好找，师资紧张等尴尬处境，学生可以通过申请个人固定账户在线随时随地做实验，大大提高了实验设备、实验项目的利用率和开放率。

2 测绘工程专业虚拟仿真实验室建设存在的现实问题及建议

2.1 资金投入较大

由于前期虚拟仿真实验室建设需要购买大量的硬件，开发实验软件系统和实验信息管理系统，规划实验场地、培训实验教师队伍，一次性需要投入大量的资金。针对这些投入，对于学校某些管理者或实验教师而言，可能更倾向于开设真实实验教学，但是真实实验室随着仪器更新换代需要长年累月不断地投入，而虚拟实验室一次投入后只要做好维护即可，从长远来看可以大大节约实验资金成本。

2.2 较理想化，缺乏实物感

虚拟仿真实验室无论对于教师还是学生而言，都有很大的方便性，但对于测绘工程这类实践性很强的专业，部分实验项目的效果偏理想化，学生在练习过程中缺乏一定的实物感[7]，尤其涉及基本仪器操作、校准等基础实验方面和现实还是有一定差距，相较于真实实验不具备完全替代性，建议采取先虚后实、虚实结合的教学理念。

2.3 学习形式单一化，应变能力较差

由于虚拟仿真实验项目采取程序预先设计的方式，实验情景比较固定，大多数情况下学生需按固定操作程序进行实验，实验情景变数较小，但对于测绘工程专业等长期室外环境下作业的专业，实验课程练习形式和环境过于单一化，可变因子较少，这样培养的学生实际工作中应变能力较差。

2.4 教师传统实验观念的革新和信息技术应用能力的提升

虚拟仿真实验技术的出现，对于传统的真实实验模式造成一定的冲击。一方面，需要教师革新传统的实验观念，很多教师认为传统实验室的教学能让学生准确熟练地掌握实验仪器操作技能，有助于培养面对和解决突发事件的能力，在将来的实战工作中有更好的适应性，这些优势是虚拟仿真实验室所不能取代的。但是虚拟仿真实验室也存在明显的优势，首先能最大限度地降低学生室外操作带来的人身和仪器的安全隐患[8]；其次，虚拟仿真实验室可以做到随时开放，学生可以自由选择时间进行多次重复试验，直到自己熟练地掌握实验内容；再次，虚拟仿真实验室不需要花费大量资金购置昂贵且精密的实验仪器，大大降低实验成本，还能较好地锻炼学生操作能力。所以如何将传统实验室和虚拟仿真实验室的各自优点和长处融合兼并，需要教师在新时代的教育方式下进行积极探索和思考。

另一方面，需要教师不断改革授课方式，学习新的虚拟仿真技术。新时代背景下的虚拟仿真实验室是以电子信息技术为主导的新技术，相较测绘工程专业教师以往操作的仪器存在很大差别。虚拟仿真实验室的建设和使用都需要专业教师既具有扎实的专业知识，还需具备一定的信息技术。这就需要学校采取有效措施，加强对教师虚拟仿真平台操作技能的培训；通过政策激励，支持专业教师积极投入实验教学改革、实验模式创新和新技术应用研究。同时，制定相应的考核标准，对教师的信息技术素养和应用能力提出明确要求[6]。

3 结语

虚拟仿真技术以其特有的沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性为实践教育提供了良好的教学环境[4]。学生可以在掌握一定理论知识的基础上，借助虚拟仿真实验不断反复练习。在练习的过程中进一步强化理论知识，这个过程不受时间、空间以及外部自然环境的影响，增加了学生实践锻炼的机会，提升了学生实践操作技能，为他们将来步入社会顺利完成工作奠定了一定基础。

虚拟仿真技术将有力推进地方本科院校向应用型转型的速度，改变测绘类专业纯野外、高风险、高投入、单一的传统教学模式，探索新的实践教学模式。虚拟现实一体化教学方式可以大幅提高理论与实践教学的效果，帮助学生足不出户也能体验到野外的作业环境，使书本知识三维化，不断激发学生的学习兴趣和创新思维。