一、引言
《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2011-2020）》中指出：信息技术对教育发展具有革命性作用，必须予以高度重视。教育信息化的核心是教学信息化。建设虚拟仿真教学资源是我国职业院校实现教育信息化、现代化的有效途径。我国相关教育部门鼓励职业院校充分利用现代信息科学技术、虚拟仿真技术，开发虚拟实验等进行虚拟实践教学。
测量基础课程是学校水工专业的专业核心课，实践性非常强，对学生的综合能力要求高。它要求学生不仅要掌握必要的理论知识，更要会操作仪器完成典型工作任务。它要求学生具备一定的数学基础，并具有一定的动手能力。在实际工程施工中，测量员、监理员都必须要熟练操作仪器完成各种测量任务、能熟练进行数据处理工作，并且在遇到新问题时具有分析和解决问题能力。
二、以虚拟仿真软件为基础的测量信息化教学的实施过程
依托虚拟仿真软件使测量教学向信息化教学方向转变，教学上以虚拟仿真软件为辅助工具、基于学生为主体的的教学理念设计教学环节；按照“虚实结合，能实不虚”的原则，结合测量教学特点，整体设计课程计划，着重培养学生的工程实践能力、分析及解决实际问题的能力。
测量课程的设置“虚实结合，能实不虚”。课前课后“虚”：充分利用虚拟仿真软件的特点，将部分学习内容放在课前及课后学习，减少教学成本。如全站仪的认识、测回法测量水平角等知识点的学习。课中“实”：把课中时间交给学生，让学生操作仪器动手实践，避免教师过多讲授。做到课中实践练习—发现问题—解决问题—再次练习的完整循环。
下面以“全站仪虚拟仿真实训系统”在〈〈全站仪极坐标法放样〉〉中的应用为例，简要阐述如何将虚拟仿真软件应用于测量的信息化教学中。
首先，课前学生通过“全站仪虚拟仿真实训系统”的学习模式，初步学习“全站仪极坐标法”，掌握后进入练习模式，复习巩固，最后进入考核模式，检验课前学习效果。教师可后台查看学生训练数据，掌握学生学习情况。
之后，课上教师重点结合课前学生训练数据进行针对性讲解。如教师查看任务完成情况，教师发现学生易出现如下问题：转动已固定的照准部或望远镜、盘左放样坐标点错误、马虎导致的坐标输入问题等。教师引导学生分析错误操作会导致的问题，并探讨避免错误操作的方法。学生明确操作中的注意事项后完成课上的实操任务。
最后，课后教师可再次安排学生利用“全站仪虚拟仿真实训系统”进行考核，检验已学知识。
三、虚拟仿真软件在测量教学中使用的意义
（一）有效解决测量教学中的难点问题
1.降低测量仪器的损耗，节约成本
在以往的测量教学中，由于学生操作不正确，导致全站仪上功能螺旋的损耗率极大，使用“全站仪虚拟仿真实训系统”可不断强化学生正确操作意识，提高学生对安全操作及安全生产的重视度，使学生在实际操作中减少错误操作，提高仪器使用率，大大节约教学成本。
2.实现典型工作任务的操作练习
某些典型工作任务，如民用建筑施工测量中的2—4层测量放线等，学生无法进行实地的测量，借助虚拟仿真软件可实现真实场景的操作练习。
3.系统完成某一工程全部测量工作
受教学条件和时间限制，学生不可能在一学期的测量学习中系统的完成某一工程的建设。利用“工程测量三维仿真实训”软件，学生可结合学校实训楼建设，完整地参与施工测量的全过程；学生可在虚拟的环境中对工作现场的环境生产设施设备及安全生产要求等有一个认识，从而在一定程度上帮助学生熟悉自己的岗位工作环境；对整个工程的建设有完整系统的认识，有助于学生将来更好的就业。
(二)突破重难点知识，优化教学流程
1.将抽象知识可视化，实现精准教学
测量教学中，某些知识点在教师的抽象讲解下，学生并不完全理解，即使理解也很难正确应用于测量工作中，利用虚拟仿真软件可有效解决此问题。
例如：视差，需要学习的知识点有产生原因、怎样检查、如何消除，产生原因是理论知识，对学生的要求较低，但学生必须掌握在使用仪器时如何检查及消除视差。实际操作中学生常常忘记检查视差，这是导致测量结果不符合精度要求的原因之一。利用“全站仪虚拟仿真实训系统”，学生在每次观测前，系统都会提示要检查视差，并且演示如何检查，经过反复的正向强化，学生印象深刻。
再例如：学生在初次使用仪器进行观测时，较难明确怎样精确照准。这里涉及到三个重要操作点，一是十字丝中心照准棱镜中心或测钎最底部，二是从望远镜处看目标要清晰，且十字丝要清晰，三是没有视差。传统测量教学中，教师很难监测到学生操作的每个步骤，并对学生进行提示与纠正。学生只听教师讲解很难理解怎样做到精确照准目标。使用虚拟仿真实训系统，教师可直观看到学生的操作，更加便捷的对学生做出及时的提示，使得精准教学初步实现。
2.及时解决学生问题，使教与学更高效
传统的测量教学中，教师讲解操作知识点后，学生分组进行练习。但由于学生能力差，往往会出现各种重复性问题，教师很难兼顾到所有学生。部分学生因为长时间得不到教师解答，而产生操作错误，导致结果不正确，这极大地降低了学生的学习兴趣，甚至部分学生放弃学习。教师教与学生学的效率都低。
使用“全站仪虚拟仿真实训系统”，在关键点上学生操作错误有提示，操作步骤有提示，具体操作方法有提示，极大地提高了学生的学习效率，使得教师有更多的时间关注到每一个学生，使得教育更加公平。
3.促进测量教学由传统向信息化方向转变
传统的测量教学模式是教师先在教室进行理论知识讲解，下次课再组织学生进行实验课，开展实操练习。这种方式使得知识的获取不连贯，教师在实验课中需要重复讲解理论知识，但是受环境等因素影响，学生学习效果往往差强人意，知识获取率低。
采用虚拟仿真软件辅助教学，教师可将理论知识的讲解同学生的实操练习在同一学习场景中结合起来，使得学生获得连续完整的知识，有助于学生理解记忆并掌握，提高学生学习效率。助力测量教学由传统教学方式向信息化教学方式的转变。
（三）发挥学生优势，激发学习兴趣
虚拟仿真软件模拟真实的工作场景，使得学生在操作时有身临其境的感觉；及时的考核与评价激励学生之间互相比、学、赶、帮、超；操作鼠标、控制电脑进行学习的方式发挥了学生的优势，使得他们更容易掌握，增强了自信。
（四）为教师调整教学策略提供数据支撑
传统的测量教学中，教师很难对每个学生的操作过程进行监控及评价，只能通过观察学生、检查学生测量成果进行评价，这种方式主观性强且不全面。而且，当测量结果不符合精度要求时，教师只能根据学生测量成果及询问学生关键步骤的操作方法来推测分析学生产生错误原因，无法实现精准教学。
虚拟仿真软件可记录每个学生关键步骤是否错误，可统计班级全部学生的易错点。教师可根据学生学习数据进行针对性讲解，可为每个学生提供针对性指导。这使得教师更加明确教学的重难点在哪里，为教师及时正确地调整教学策略提供依据。
四、测量教学对虚拟仿真软件的开发需求
以上为学校目前已有虚拟仿真软件在测量教学中的应用，结合实际教学工作，分析如何设计出更符合本学科教与学的、实用性更强的虚拟仿真软件。
（一）针对性强，与教学设计结合
虚拟仿真软件是教学强有力的辅助工具，它的设计应该针对教学中的重难点及受各种条件限制不容易实现的典型工作任务。设计之初，教师应该对工程测量岗位进行充分调研，依据实际岗位工作要求设计本专业的人才培养方案、本课程的教学计划及课程标准，确定好整门课的教学设计。之后，提取出全部课程中的典型工作任务和重难点知识，在这个基础上再进行虚拟仿真软件的设计，以保障软件确实能为教学所用。
（二）软件易操作，交互性强
在学生使用虚拟仿真软件的体验中，软件易操作是能使学生继续学习下去的重要因素。因此，在设计软件时，必须要保证界面简洁美观，操作简单、易上手。另外，虚拟仿真软件的交互性强也是提高学生学习兴趣及效率的一大因素。
（三）评价激励系统完善、内容具体
虚拟仿真软件的作用之一即是能够记录下学生的操作过程，帮助教师实现真正的过程性评价。过程性评价一定要及时、客观、准确、具体。因此在设计时，一定要把教学中的重难点，关键步骤节点的评价都体现出来，尽可能细化评分点。
（四）学习场景与实际测量工作内容一致
虚拟仿真软件的一大特色就是把工作场地搬到教室中，学生利用电脑即可体验到实际工作中的场景。因此，软件中设计的学习场景必须要与实际测量工作一致，选取典型的工作任务进行设计，最好能达到学生在校学习后能直接完成相关工作内容的程度。另外，测量教学中，学生的仪器操作是重点。因此，软件中的仪器操作要细节化，与实际操作相符，这才能最大的体现虚拟仿真学习的价值。
五、对虚拟仿真软件的使用建议
（一）虚拟仿真软件与人工智能的结合
虚拟仿真软件不应只是实操前的模拟操作训练，而是能够记录下学生的所有学习数据，并与其他学习平台进行有效的数据连接。能够根据学生的学习效果、学习习惯，即时定制每个学生的个性化学习方案。如在测回法测水平角学习过程中，发现学生对已学知识“全站仪的构造”掌握不好，则即时推送“全站仪的构造”的相关资源，并将此内容纳入学生的学习笔记中。之后根据学生的记忆曲线适时提醒学生再次学习巩固。
将学生学习数据、学习习惯数据进行统计分析，提供分析报告给教师，便于教师根据已有数据进行教学设计及教学策略的调整，最大程度的实现因材施教、个性化教学。
虚拟仿真软件未来应该成为学生的“学习保姆”，知晓学生的一切学习问题，给出最优的解决方案，并督促学生达成学习目标。
（二）虚拟仿真软件的普及性
降低虚拟仿真软件的使用门槛，开发出多种应用端，如在电脑上运行的客户端，网页版及手机APP版，数据同步。这样可满足不同学生在不同地点的学习需求。
（三）虚拟仿真软件的后期维护
真正贴合测量教学需求和学生学习需求的优质虚拟仿真软件很难一次开发完成，在使用过程中往往会出现各种问题，如操作问题、设计问题等。这需要在使用期间，有开发人员继续跟进，及时解决使用中的技术问题；在每轮使用结束后，需要专业教师结合使用经验，与开发人员沟通合作进行软件的二次开发，对部分不合理设计进行调整，以增强虚拟仿真软件在教学设计、交互性、职业性及情境性等方面的功能，从而使虚拟软件软件真正成为教师教与学生学的得力助手。
（四）虚拟仿真软件的合理运用
虚拟仿真软件是教师教学的辅助工具，教师教学应以合理的教学设计为主，虚拟仿真软件的使用为辅，达到“虚实结合，能实不虚”的原则。应当谨慎它的不当使用，甚至是过度使用。高效的课堂离不开教师优秀的教学设计与课堂组织，要避免全程使用虚拟仿真软件，避免教师与学生无互动、无情感交流的课堂。
参考文献：
[1] 杨俊,虚拟仿真教学资源的建立及教学实践应用研究,吉林工程技术师范学院学报,第32卷第2期,2016.2
[2] 柳浩、万新、朱光俊、秦跃林，虚拟仿真实验教学探索与实践,中国冶金教育,2016年第6期
[3] 杨民生、李建奇、梅彬运,虚拟仿真实验教学体系的构建与实践,技术应用,2016.11
苏宇航，汉族，北京，生于1989.10，讲师，本科学历，研究方向：工程测量课程改革与实践。