測繪類專業線上教學新模式的思考

許君利

近年來，科學技術不斷革新，尤其是信息技術的發展，加速了各行業的改革與創新，已然成為推動人類社會前進的重要驅動力，為此，各國都將發展與應用信息技術作為國家重點發展戰略之一。自1959年美國IBM公司研制成功第一個計算機輔助教學系統（CAI）以來，其在教育領域的應用深受政府的高度重視和民眾的廣泛青睞[1]。1984年，鄧小平同志提出“計算機普及要從娃娃抓起”[2]，促使很多學校開始關注計算機教育。目前，許多學校的教學方式發生了轉變，由傳統板書講授、多媒體教學（如PPT 講授）、離線教育（微課和慕課等），向在線互動教學（空中課堂和騰訊課程等）轉變。王梁華在分析線上教學優缺點時指出，在借助直播的方式開展授課、討論和答疑等教學環節時，教師由課堂演講者轉變為“網絡主播”，會使學生產生好奇心和新鮮感，在一定程度上提高學生的學習興趣[3]。王文君在探討思政課程線上教學創新路徑時指出，線上教學可以為教師和學生搭建溝通的橋梁，促使現實生活中不敢和不善于展現自我的學生在虛擬空間內可以勇敢表達，學生的發言和探討變得積極活躍[4]。但線上教學也存在一些不足，尤其表現在機械、醫療、烹飪和測繪等需要動手操作的學科的教學中[5]。

一、線上教學實施與存在的問題

（一）線上教學的實施

線上教學指異地師生以互聯網為媒介，借助網絡平臺和資源，遠距離開展教學活動的教學模式，具有開放性、自主性和交互性等特點[6]。利用互聯網和計算機軟件（騰訊會議、釘釘課堂等），在師生間構建互動橋梁，將教材內容和網絡資源相整合，可以不受地域限制地進行線上教學。具體表現為，教師進行具體的教學方式、教學平臺、教學資源的遴選，借助視頻會議和第三方視頻軟件進行直播，講授PPT 或者配合第三方發布的教學視頻，與學生在線上進行互動，從而完成教學工作。并在此過程中，通過線上評課監督和對學生進行問卷調查等，及時修改教學方案，以保障線上教學質量。

（二）線上教學存在的普遍問題

對于習慣了線下課堂教學的教師而言，直播教學過程中充滿了許多不確定性和挑戰，在組織教學、準備上課、與學生互動、過程性考核等環節都遇到了新的問題。教師難以通過觀察學生的課堂反應了解學生的學習情況，并及時調整教學內容和教學方式。對學生而言，線上教學相對自由，利于思考，但缺乏課堂氣氛和監督，小組討論或探究式學習難以實現，學習中易受周圍環境、家人、網絡等因素的影響。另外，線上教學也逐漸暴露出了學生課前預習質量難以監控，教師課后對學生的問題難以及時解決等問題[7]。

良好的校園底蘊和宿舍文化能促進大學生綜合素質的提高，同時教師也對大學生的人格塑造和學習態度的培養起到至關重要的作用。構建良好的師生關系不僅有助于增進師生感情，提高學生的學習積極性，還有助于開展課程思政教育，教師利用自身經歷或身邊各種案例激發學生學習與創新的熱情，培養他們的發散性思維。然而，線上教學在一定程度上限制了師生關系的培養，學生無法與教師面對面接觸，師生對彼此的直接印象僅停留頭像、聲音上。

（三）測繪類專業線上教學存在的問題

測繪類專業課程由理論課、上機實習和儀器操作實訓三大類課程組成。其中，理論課程，如“測繪學概論”“誤差理論與測量平差基礎”“大地測量學基礎”等類似課程，可在線上通過PPT 或視頻教學完成。上機實習課程，如“攝影測量學實驗”“地理信息系統實驗”“計算機輔助制圖”等，因涉及軟件版權或學生電腦配置等問題而無法給學生進行遠程安裝。因此，可以借助Windows 系統自帶的“遠程桌面連接”功能，利用學校機房電腦完成教學，但此過程中涉及軟件操作教學及機房電腦的運行維護。授課教師不僅需要進行線上演示教學，還需要對機房電腦進行合理維護。儀器操作課程因各高校培養模式不同，開設的課程可能存在一定差異，但幾乎都包含全站儀、水準儀和測繪無人機操作等基礎實訓課程。因儀器操作實踐過程中涉及實物儀器，導致線上教學難以通過講述或“遠程操作”等方式加強學生的體驗感，也難以培養學生儀器操作的動手能力以及操作過程中針對實際問題的應對能力。事實上，線上教學中面臨實訓操作困難的課程不僅限于測繪類專業課，諸如機械制造、醫學解剖和船舶工程等專業的線上教學也存在類似問題。

二、測繪類專業課程線上教學模式

（一）虛擬仿真教學

為推進實踐教學與現代信息技術的高度融合，教育部印發了《教育部辦公廳關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》和《關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》。虛擬仿真實踐教學是在傳統實踐教學的基礎上，借助計算機平臺搭建高度仿真的虛擬空間，提供人機交互體驗，促使學生擁有身臨其境般感受的教學方法[8]，它具有漫游、演示和人機交互等功能[9]。將虛擬仿真技術與測繪類專業的實踐教學相結合，在虛擬3D 環境中對測繪儀器的操作過程和場景進行構建，使學生在網絡環境中能夠遠距離對各類測繪儀器進行實訓操作。這不僅突破了傳統實訓時間和空間的界限，更為關鍵的是緩解了特殊情況下沒有實物儀器和無法開展現場教學的難題。

在設計教學內容與過程之前，教師要依據培養目標進行課程內容的剖析和進度規劃，并了解學生虛擬仿真軟件操作過程中可能面臨的困難。依據學生的知識背景，逐步改進虛擬仿真實驗的過程性設計、準備，并完善設備庫中虛擬工具與儀器，提升虛擬場景質量。在仿真教學過程中，教師要注重基礎實驗（軟件的基礎知識、測繪設備的結構與調校等）、增強設計性實驗（如山區、城市和鄉村道路的測量、規劃與定位）和優化綜合性實驗（測繪工程案例剖析、虛擬仿真與現實測量的對比）等。并在虛擬仿真教學過程中增加“挑戰性”材料，如涉及無人機的虛擬仿真測繪，可以設置基準站架設、無人機組裝、航線規劃和無人機拍照等階段性比賽，提高學生的參與度和積極性。也可以引導學生參與行業有關的創新創業競賽或工程項目，提升學生對知識的綜合運用能力。課后加強師生互評，其中，教師對學生實驗報告中涉及的操作過程、結果以及設備回收放置等進行綜合評估，階段性考量學生的實踐技能并反饋給學生；學生對教師的課堂內容熟知程度、演示過程的正確性與規范性、實驗進度和答疑情況等方面進行系統評價，并反饋給教師。這能夠增強師生的交流，加強師生關系。

眾多測繪類虛擬仿真軟件已經得到了初步開發，如南方測繪仿真實訓平臺包含水準儀操作、全站儀操作、等導線測量、新農村數字地形圖測繪、無人機操作、光譜儀操作、標準地調查以及農林資源與環境綜合實驗場景等。其中設備認知模塊中各測量儀器外觀和尺寸大小極度逼真，儀器操作步驟（水準儀：布設腳架、安裝儀器、線路測量等。全站儀：布放腳架、儀器安裝、鎖緊儀器和鏡頭調節等）與智能考核相互結合，有效地提高學生儀器操作的正確性和規范性[10]。設備認知模塊不僅實現了實驗操作與動畫展示相結合、演示模式與操作模式相結合，還加入了背景音樂和語音提示，提高了實訓課程的趣味性和可操作性，有效提高了教學效率。

（二）教學效果的考核與認定

在強調過程性考核及培養實用型人才的背景下，為了滿足社會實際需求，探索測繪類專業在虛擬仿真教學中操作技能的異地線上考核方式，建議嘗試采取校際合作和校企合作等方式進行考核。

第一，校際合作式考核。截至目前，我國開設測繪類專業的本科院校近150 所，教師通過學術會議或科研項目合作等方式交流得相對頻繁。然而，受空間距離、教學設備資源和學校等級等因素限制，即使同一城市的高校，校際教學設備共享甚少，甚至同一院校不同院系之間教學設備的共享也存在困難。各個高校因師資配備變化和發展需要，對專業增減與培養模式可能會進行不同程度的調整，在此過程中，部分二級學院可能會出現儀器設備閑置和教師教學業務能力不足等現象，也有些二級學院會出現設備不足、教師匱乏等現象。

隨著網絡科技的不斷進步和大數據技術的不斷發展，盤活教師資源和儀器設備[11]，是節約辦學成本，提高測繪類專業實踐教學水平的有效手段。為此，建議通過有關部門搭橋、學校協商等方式，跨越學校等級，進行校際合作，充分利用學生所在地院校的閑置儀器，檢驗虛擬仿真教學的效果。這樣不僅可以實現儀器資源的最大化利用，還可以進行異地教學質量的在線考核，更可以促進校際交流與合作，提升師生理論水平和實踐操作能力，完善在線教學與考核體系，保障學生順利完成學業。

第二，校企結合式考核。在培養符合社會實際需求的人才的浪潮中，各高校紛紛探索并創新人才培養模式。校企合作是高校結合企業人才需求，有針對性地培養人才，結合市場導向，注重學生實踐技能，從而培養出社會需要的人才。做到學校與企業信息、資源共享，學校能夠利用企業提供的設備開展教學，企業也不必擔憂專業人才匱乏的問題，讓學校和企業實現優勢互補，節約了教育成本與企業培養人才的成本，而學生在學到知識和技術的同時，收獲了實訓操作的經驗，是一種三方共贏的模式（見圖1）。

圖1 校企合作三方共贏模式

為此，在大數據背景下，查詢相關企業的資質、規模和發展前景，以企業業務拓展和開發為契機，選擇各地有條件且有資質的測繪公司，在高校與企業合作培養人才的基礎上，深化高校教師與企業工程師全程協作的互補式教學與過程性考核。教師與工程師結合企業實際，在人才培養方案的基礎上，聯合制定教學方案，完善過程性考核機制[12]，實現高校教師提供理論，測繪工程師提供儀器和技術，確保學生測繪實訓課程教學與考核高質量順利進行。

網絡技術和虛擬仿真技術蓬勃發展的過程中，傳統的測繪類專業課程教學必須不斷革新，以適應當下的人才培養需求及學生的學習需求。多途徑、多模式教學的開展，是培養合格畢業生的前提，能夠應對新時代社會需求的不確定性。虛擬仿真教學在一定程度上契合當下高校異地教育需求，并可以實現異地測繪類專業實訓課程的開展。有效利用虛擬仿真技術進行課程建設，能夠培養學生創新能力和解決實際問題的能力，提高教學質量。合理開展校際和校企合作教學，不僅有助于師生理論與操作能力的提高，更可進一步了解社會需求，促進專業的轉型與發展。