必威手机官网登录（27）｜石家庄铁路职业技术学院：测绘地理信息类虚拟仿真实训的探索与实践

测绘地理信息类虚拟仿真实训的探索与实践

摘要

测绘地理信息类虚拟仿真实训教学融合虚拟现实、人机交互和网络通信等多种先进技术，通过模拟高度仿真的高端测绘仪器、学生无法到达的实训环境和真实施工过程，使学生能不受地点和环境限制远程在虚拟环境中开展重大项目实训，使学生熟练掌握测绘高精尖端仪器设备，掌握高难度特定场地环境下的测绘过程，全面掌握实训过程考核，让学生对学习有更高关注度实现终身学习，从而获得更好学习成效。

亮点

4.推动测绘文化传播功能，建成了省级科普示范基地。完成13项课题，受益达30000人天数。

一、案例背景

近年来，为推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、广泛化实验教学新模式，教育部2017年印发了关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知，计划到2020年遴选出1000项示范性虚拟仿真实验教学项目。《职业教育法》第三十一条提出支持运用信息技术和其他现代化教学方式，开发职业教育网络课程等学习资源，创新教学方式和学校管理方式，推动职业教育信息化建设与融合应用。各高校掀起了积极开发应用虚拟仿真教学项目的热潮。

二、案例介绍及做法

测绘与地理信息技术的结合是现代测绘服务于社会的重要形式。由于传统实训教学方式存在着高精尖测绘仪器造价高、真实测绘工程项目实训难以实施、测绘知识原理难以观测想象等问题，石家庄铁路职业技术学院测绘工程系紧紧围绕解决测绘地理信息类课程实训教学中存在的这些问题，通过虚拟仿真实训教学融合虚拟现实、人机交互和网络通信等多种先进技术，通过模拟高度仿真的高端测绘仪器、学生无法到达的实训环境和真实施工过程，使学生能不受地点和环境限制在虚拟环境中开展重大项目实训，使学生熟练掌握测绘高精尖端仪器设备，掌握高难度特定场地环境下的测绘过程。通过虚拟仿真技术建设线上资源平台，营造了“远程”不远，就在身边的氛围，创设了学习“无时不在、无处不在”的新模式。有利于学生直观形象地理解抽象原理和知识，有利于进一步突破仪器设备在时间和空间上的限制，为教师和学生提供远程开放式交流平台，有利于激发创新思维、提高学习兴趣，有利于开展终身学习，有利于获得更好学习成效，有利于发挥石家庄铁路职业技术学院在相关专业职业教育中的引领作用。

针对测绘地理信息类课程实训教学存在的问题及应用需求，采用“系统构建、凸显重点、广泛共享、可持续发展”思路，充分发挥我校测量及在虚拟仿真与三维可视化等方面的学术、科研、装备及师资优势，以虚拟现实与三维可视化仿真技术、信息化测绘技术为支撑，构建了由虚拟仿真实训教学平台体系，可实现分项虚拟、分阶段培养、多层次提升、全覆盖培训、虚实互补优化的空天地一体化虚拟仿真实训教学体系。

虚拟仿真实训系统主要由基础型实训、综合应用型实训模块构成，实训模块的设置旨在将学生置身于虚拟环境、基于面向任务的实训教学模式之中，基于项目导向、任务驱动的教学方法，将测绘地理信息生产实践中的任务分解成若干个仿真实训项目来完成。

基础型实训模块是测量仪器构造及操作和测量工法的组合。涉及电子水准仪、全站仪、GNSS、无人机、三维激光扫描仪等尖端测量仪器设备，以及二等水准测量、四等水准测量、测回法、方向角观测法、距离放样、导线测量、碎部测量、极坐标放样、偏心测量、一井定向测量、二井定向测量、RTK静态测量、RTK坐标放样等10余类测量工法。着力培养学生测量基本专业技能。

综合应用型实训模块包含：GNSS测量虚拟仿真、无人机摄影测量虚拟仿真、数字化测图虚拟仿真3个系统，着力培养学生的工程实践及综合处理问题的能力。

三、建设成效

1.校企共建“一体系一中心”。

面向学生和社会学习者，以测绘、建筑和交通领域职业岗位群的测绘职业能力培养为主线，根据测绘基本技能和专业技能要求，校企共建“多层次、系统化、共享式”空天地一体化虚拟仿真实训教学体系。建设虚拟仿真教学资源，对测绘地理信息技术、工程测量技术、无人机测绘技术、建筑工程技术、铁道工程技术等专业核心课开展虚拟仿真教学开发，科学安排虚实结合实训体系所需的课程时长和教学内容，构建虚实结合的实训课程体系，依托智慧虚拟实训云平台门户，应用人工智能技术和大数据分析技术，实现部分虚拟仿真实训项目练习、实训和考核功能，利用平台可通过线上线下同步的学习方式全面培养学生综合能力。通过大数据分析技术智能甄别学生技能掌握熟练程度，形成学生终身学习档案。同时建成了空天地一体化测绘地理信息中心并成功入选河北省创新发展行动计划（2019—2021年）并在绩效考核中名列全省第二。依靠实训方案，将其贯穿到实训、学生自主学习、终身学习过程中，各类学习者均可以通过虚拟仿真平台，自主选择进行系统化、个性化的学习。通过平台自主学习，激发了学生学习的积极性，实现时时、处处、灵活地学习进行实操实训。

2.通过先远程后实操的手段，取得多项成果。

专业教师利用中心的虚拟仿真资源改革教学方法，获得全国职业院校教师能力大赛国家二等奖1项、省一等奖1项、省三等奖2项；相关成果还获得了河北省教学成果一等奖3项，二等奖2项，三等奖3项，测绘地理信息职业教育教学成果奖二等奖，国家测绘地理信息局教学成果奖三等奖；建成了国家级教学资源库《高速铁道技术专业资源库》和河北省创新发展行动计划《测绘工程技术专业资源库》项目，建成《道路线路施工测量》国家资源共享课、《测量基本技能》河北省精品在线开放课程、河北省职业教育优秀虚拟仿真实训课3门。专任教师获得全国职业学校南方高铁杯铁路工务作业虚拟仿真技能竞赛三等奖5项。学生利用中心虚拟仿真资源，通过“先虚拟后实操”快速掌握实践技能，获金砖国家职业技能大赛无人机操作赛项一等奖、佛山挑战赛二等奖，互联网+创新创业大赛铜奖，全国大学生无人机测绘技能竞赛特等奖2项、二等奖1项，全国大学生高速铁路精测精调大赛团体特等奖1项、二等奖2项。

3.服务跨专业交叉实训，开发育训一体的虚拟仿真课程资源。

充分考虑跨专业交叉实训和社会培训不同的特点，优化人才培养方案，兼顾实训课程的专业性和兼容性，调研测绘地理信息及铁路、智慧城市行业企业，从实训教学中难点痛点出发，针对北大卫星定位、三维激光扫描仪、无人机智能测绘和遥感与地理信息建模等测绘新技术和高铁工程施工测量、智慧城市应用的新技术、新工艺、新规范，依托虚拟仿真技术、人工智能等信息技术开发了北斗卫星导航定位虚拟仿真实训系统、无人机智能测绘虚拟仿真实训系统、三维移动测量虚拟仿真实训系统、遥感与地理信息虚拟仿真实训系统、智慧城市虚拟仿真实训系统和高铁工程智能建造虚拟仿真实训系统等6个虚拟仿真课程资源，按照“系统—项目—任务”的逻辑顺序，每个系统下有若干虚拟仿真实训项目，每个项目开设若干虚拟仿真实训任务，形成“多层次、系统化、共享式”专业化虚拟仿真资源，建立可扩展、智能化、开放型的空天地一体化测绘地理信息虚拟仿真实训教学资源。

4.推动测绘文化传播功能，建成了省级科普示范基地。

拓展了虚拟仿真训练基地文化传播功能，面向社会公众开展测绘地理信息科学知识普及、宣传测绘地理信息科技发展和测绘文化；联合各级共青团及各类学校组织，开展北斗文化、无人机操控体验等测绘知识科普，推动测绘文化传播。完成厅局级以上课题3项，横向课题研究和技术服务项目10项，开展社会培训10000人天，开展测绘科普20000人天，被多家省级媒体宣传报道。

四、启示

空天地一体化虚拟仿真实训教学体系研究，是一项长期的工程研究，没有现成的经验可供参考，还需要利用虚拟现实、多媒体、人机交互、网络等技术，整合线下线上资源，通过虚拟技术直击教学难点，将最新的科研成果、企业的大型工程案例、真实实训难完成或者高成本的空天地测绘实训项目搬到线上，创建“多层次、系统化、共享式”空天地一体化测绘虚拟仿真实践教学体系，实现多维仿真和真实场景模拟，使学生、企业职工、社会学习者，在“沉浸式、交互式”的虚拟三维场景中，自主学习测量数据获取－处理－应用的全过程，通过网络技术辅助学习者课下练习、及时巩固知识，实现单人训练、多人竞赛和互动交流，提高学习者学习的积极性；结合虚拟仿真智慧云管理平台构建基于过程数据的教学质量评价指标，跟踪学习者学习轨迹，实现对学习者知识点掌握情况的统计与分析，提高教学评价的科学性，不断提升教学效果，提升人才培养质量，为测绘行业培养实践与创新人才贡献力量。

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