測量實驗教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與創(chuàng)新

　　摘要：傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式嚴(yán)重阻礙了學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力的培養(yǎng)，必須構(gòu)建新的實驗教學(xué)模式以適應(yīng)國家對人才培養(yǎng)的要求。增設(shè)綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新精神的有效途徑。
　　關(guān)鍵詞：測量實驗；水準(zhǔn)測量；實踐教學(xué)
　　
　　一、問題的提出
　　高等工科院校的主要任務(wù)之一是為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供大量的既懂理論又有較強(qiáng)動手能力的工程技術(shù)人才。長期以來，由于教育者和受教育者都普遍存在著重理論輕實踐的思想觀念，對實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)重視不夠。無論從實踐教學(xué)的形式上還是內(nèi)容上乃至于手段上都落后于理論教學(xué)，甚至落后于實際的工程應(yīng)用實踐。這不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。
　　首先，高校實踐教學(xué)落后于實際的工程應(yīng)用實踐。先進(jìn)的儀器設(shè)備不在高校實驗室而在工程設(shè)計和施工單位，這給高等工程教育要把握學(xué)科前沿，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，發(fā)展科學(xué)理論，推動技術(shù)進(jìn)步帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)；先進(jìn)的生產(chǎn)工藝不在高校實驗室而在施工現(xiàn)場，一些實用而簡便的施工放樣方法在建筑施工現(xiàn)場已普遍使用，而我們在教學(xué)中還在安排學(xué)生做那些陳舊且落后的實驗內(nèi)容和操作方法。如我們給學(xué)生講了用皮數(shù)桿來控制每層砌磚的高度和墻體的標(biāo)高，有一個學(xué)生不太理解，回家問搞建筑施工的父親，父親告訴他這種方法施工現(xiàn)場己不再使用，給他介紹了一種更為簡便且實用的方法。由此引發(fā)了學(xué)生對教師教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)疑。
　　其次，實驗項目多為驗證性實驗。測量學(xué)實驗多為驗證性實驗，一般為儀器的認(rèn)識實驗或某一測量原理及測量技能的訓(xùn)練。其目的是通過實驗驗證有關(guān)測量原理，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，因此，驗證性實驗教學(xué)就從屬于理論教學(xué)，理論沒有講到，實驗就不能做。
　　最后，實驗過程程序化。傳統(tǒng)的實驗是一種再現(xiàn)式的教學(xué)模式，一般都編印了詳細(xì)的實驗指導(dǎo)書，從實驗?zāi)康?，實驗原理，實驗所需儀器設(shè)備，到實驗方案，實驗步驟都作了詳細(xì)的介紹，學(xué)生只需按實驗指導(dǎo)書上的步驟“照葫蘆畫瓢”，就可以得到實驗結(jié)果，整個實驗過程，學(xué)生處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?br/>　　
　　二、開設(shè)綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗的條件
　　為了激發(fā)我校大學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高他們的科研能力，根據(jù)國家高等教育質(zhì)量工程的要求，我校對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)作了一系列的改革，采取了一些有力的措施，為開設(shè)綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗創(chuàng)造了必要的條件。
　　1.科研和教改立項
　　近三年來，我們積極申請了省級科研或教改項目4項，校級科研和教改項目13項。根據(jù)這些項目合同書所要求完成的內(nèi)容和預(yù)期取得的成果以及完成項目的工作計劃，我們結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)，把研究內(nèi)容整合成綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗，讓學(xué)生來完成。
　　2．實驗室管理體制改革
　　從2001年起，我校開始對實驗室管理模式進(jìn)行改革，其重點內(nèi)容是以教學(xué)院(系)為單位組建實驗中心，到2003年此項工作已基本結(jié)束。目前我校形成了以學(xué)校管理的省級重點實驗室及工程實訓(xùn)中心、院(系)管理的院(系)實驗中心和少部分專業(yè)面較窄且與教研室關(guān)系密切的實驗室三級實驗教學(xué)體系。實現(xiàn)了資源的重新配置和優(yōu)化，為實行實驗室開放奠定了基礎(chǔ)，從而為結(jié)合科研開設(shè)實驗創(chuàng)造了必要條件。同時我校還專門設(shè)立了開放式實驗專項經(jīng)費，鼓勵和支持實驗中心（室）業(yè)余時間免費向大學(xué)生開放。
　　3.實施大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃
　　根據(jù)《貴州大學(xué)SRT管理辦法》，采取立項的方式，學(xué)校每年投入50萬元經(jīng)費為本?？粕峁┛蒲杏?xùn)練機(jī)會，06、07年共為學(xué)生立項400多項，參加學(xué)生1300多人次，已取得了較好的效果。
　　4.實施大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目計劃
　　從2007年起我校每年投入45萬元經(jīng)費實施實施大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目計劃，本年度122個項目已順利啟動，這批項目的實施對加強(qiáng)學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和充實實驗教學(xué)內(nèi)容將直到積極的作用。
　　
　　三、優(yōu)化和創(chuàng)新測量實驗教學(xué)內(nèi)容的具體措施
　　第一，結(jié)合實驗基礎(chǔ)建設(shè)，設(shè)計系列實驗。根據(jù)實驗教學(xué)的需要，我們決定在校園內(nèi)建立永久性的測量實習(xí)場地，為此我們把實驗場地的基礎(chǔ)建設(shè)與學(xué)生課間實驗、集中實習(xí)結(jié)合起來，并利用學(xué)生實驗成果建立了一套完整的實驗資料，將原來的9個獨立實驗(每個實驗2學(xué)時)改為由下列四個部分組成的系列實驗。即:（1）高程控制測量，包括水準(zhǔn)儀認(rèn)識實驗(課外)、四等水準(zhǔn)測量外業(yè)(4學(xué)時)和四等水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)(課外，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行內(nèi)業(yè)計算)；（2）平面控制測量，包括經(jīng)緯儀認(rèn)識實驗(課外)、水平角觀測實驗(4學(xué)時)、邊長丈量實驗(2學(xué)時)和導(dǎo)線測量內(nèi)業(yè)(課外，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行內(nèi)業(yè)計算)；（3）地形圖的測繪(6學(xué)時)；（4）地形圖的應(yīng)用，包括讀圖(2學(xué)時)、用求積儀進(jìn)行面積測量(課外)。之后，我們就分階段把水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、求積儀借發(fā)給學(xué)生，水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀每班3一4臺，求積儀每2人一臺。這樣就可以把水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀的認(rèn)識實驗和用求積儀測量面積實驗放在課外進(jìn)行，而對于控制測量的內(nèi)業(yè)計算必須在教師對其外業(yè)測量數(shù)據(jù)檢查無誤后方可進(jìn)行。這樣做可避免學(xué)生在誤差超限時采用涂改實驗數(shù)據(jù)的方法來滿足精度要求，同時還可防止學(xué)生因用超限的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算而致浪費時間。
　　第二，結(jié)合生產(chǎn)，設(shè)計系列實驗。我們曾利用學(xué)生測量課間實驗，完成了我校青教公寓１:５００地形圖的部分測繪任務(wù)。教師先在擬測區(qū)范圍內(nèi)埋設(shè)滿足密度要求的水泥樁，然后要求學(xué)生在設(shè)計控制網(wǎng)時，必須經(jīng)過２一３個水泥樁(將來作為測圖控制點)，其它點則由各組自己選定且各組互不相同，這樣可以防止學(xué)生抄襲別組的測量數(shù)據(jù)，以保證測量數(shù)據(jù)的真實性。經(jīng)過０４級各專業(yè)學(xué)生課間實驗的測量，我們得到了幾十組平面控制和高程控制的測量數(shù)據(jù)，通過對這些測量數(shù)據(jù)的整理、分析，剔除有錯誤的小組測量數(shù)據(jù)后，便得到一套精度較高的平面和高程控制測量材料。
　　第三，結(jié)合學(xué)生自己的科研項目，自主設(shè)計實驗。學(xué)生根據(jù)自己的科研項目目標(biāo)，自主設(shè)計實施方案，自己組織儀器設(shè)備，自己選擇觀測方法，實驗的過程完全由學(xué)生自己控制。教師的任務(wù)只是審查學(xué)生設(shè)計的方案是否有嚴(yán)重的原則性錯誤和解答學(xué)生實驗過程中出現(xiàn)的問題。
　　第四，結(jié)合教師的科研或教改項目，開設(shè)創(chuàng)新性實驗。實施程序為：（1）學(xué)生根據(jù)項目需要完成的內(nèi)容、預(yù)期要取得的成果和工作計劃，自行收集資料，進(jìn)行文獻(xiàn)研究；（2）在充分交流討論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行課題的總體方案設(shè)計；（3）交教師審閱。在無原則性錯誤的情況下，尊重學(xué)生的設(shè)計方案；（4）經(jīng)教師審閱后，學(xué)生自己設(shè)計實施的具體方案；（5）按實施方案組織實施；（6）分析觀測結(jié)果；（7）寫出課題研究報告和結(jié)題報告并進(jìn)行結(jié)題驗收。
　　
　　四、加強(qiáng)實驗數(shù)據(jù)的處理，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力
　　以學(xué)生參與教師科研項目“貴州大學(xué)蔡家關(guān)校區(qū)第三實驗樓沉降分析”為例說明。
　　1.分析實驗數(shù)據(jù)
　　水準(zhǔn)測量成果計算中，我們要求學(xué)生自己設(shè)計程序來完成各點沉降量計算，要編制出一個運算程序，同學(xué)們首先必須弄清楚計算原理和計算步驟，通過上機(jī)反復(fù)調(diào)試才能得出正確的計算結(jié)果。在測量成果的計算中引入計算機(jī)這一計算手段，使學(xué)生加深了對測量計算原理和計算步驟的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的計算能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時我們要求他們對測量誤差存在的原因以及誤差的大小對測量成果的影響進(jìn)行分析，以提高學(xué)生分析、解決實際工程問題的能力。分析計算中超限的數(shù)據(jù)和結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的精神。我們要求將各個沉降點連接成為閉合水準(zhǔn)線路，各個測站的誤差均在規(guī)定的限差內(nèi)，但最后的線路閉合差卻超過了限差，有時竟達(dá)到分米級。
　　
　　2.給出沉降結(jié)果
　　要求學(xué)生編制運行程序，輸出各點沉降量，并繪制時間——沉降曲線。
　　3.進(jìn)行穩(wěn)定性分析
　　為了鍛煉學(xué)生的綜合分析能力，我們在學(xué)生進(jìn)行觀測之前，課題組教師先進(jìn)行了2—3個周期的觀測，并分別給出了各個觀測周期的沉降量和時間——沉降曲線，這樣學(xué)生每次作完觀測后，要求學(xué)生將本次觀測沉降結(jié)果與以前的沉降結(jié)果進(jìn)行對比分析，對沉降出現(xiàn)異常的點(沉降量過大或過小的點)，要找出其原因，提出應(yīng)采取的措施；并分析觀測方案是否合理，比如選擇的觀測周期是否合適，若不合理，要求提出改進(jìn)的方案。
　　
　　五、結(jié)論
　　結(jié)合科研項目開設(shè)實驗，以真實的工程實踐作為實驗內(nèi)容，避免傳統(tǒng)的“模擬”真實工程實踐過程來進(jìn)行實驗的教學(xué)模式，改“假戲真做”為“真戲真做”，培養(yǎng)學(xué)生探索真理、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，鍛煉了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神；結(jié)合科研進(jìn)行實驗，使學(xué)生盡早熟悉科研的基本程序和方法，激發(fā)學(xué)生探索未知領(lǐng)域的欲望，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)并具有初步科研能力的有效方法；結(jié)合科研開設(shè)實驗是更新、充實實驗內(nèi)容、優(yōu)化實驗教學(xué)體系，激勵學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、開拓創(chuàng)新能力的有效途徑。
　　以科研課題為內(nèi)容開設(shè)研究性實驗，其特點是只給任務(wù)和要求，實驗方案和實驗的組織均由學(xué)生自己設(shè)計，給學(xué)生自由發(fā)展的空間，能充分發(fā)揮學(xué)生的個性特長，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)和積極性、主動性。結(jié)合科研開設(shè)實驗，其工作內(nèi)容的質(zhì)量和數(shù)量均比單純進(jìn)行實驗的要求高了許多，并且實施的周期較長，這給實驗的組織和成績評定帶來了較大的困難。建議學(xué)校給予一定的獎勵學(xué)分并免修相應(yīng)課程或?qū)嶒灥膶W(xué)習(xí)，以激勵學(xué)生進(jìn)行科研的積極性，學(xué)生根據(jù)自身特長和課題需要自由組合成立研究小組，研究小組中包括不同專業(yè)不同年級的學(xué)生，有利于各專業(yè)各年級學(xué)生的交流與融合。
　　由于研究型實驗方案和內(nèi)容的不確定性，在實驗中會遇到很多新問題，這就要求實驗指導(dǎo)教師不斷拓展和延伸本學(xué)科的知識，建立起深廣扎實的專業(yè)知識體系，提高科研實踐能力，從而促進(jìn)實驗教師隊伍整體素質(zhì)的提高。
　　作者單位: 貴州大學(xué)
　　
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