測繪新時代下《測量學(xué)》課程教學(xué)改革探討

康紅霞　韋剛　王崴

摘 ?要：測繪新時代背景下對測量學(xué)課程內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)保障提出了更高的要求。文章通過介紹課程特點和面臨的挑戰(zhàn)，詳細(xì)分析了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。最后，作者從實驗室建設(shè)、實習(xí)場地建設(shè)和虛擬實訓(xùn)軟件三個方面提出了教學(xué)保障措施。

關(guān)鍵詞：測量學(xué);課程教學(xué);改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）04-0134-04

Abstract： In the new era of surveying and mapping， higher requirements are put forward for the course contents， teaching methods and teaching guarantee. The paper analyzes the content and method of the course by introducing the characteristics and challenges. Finally， the teaching guarantee measures are put forward from three aspects： laboratory construction， practice area construction and virtual training software.

Keywords： surveying; course teaching; reform

一、測量學(xué)課程特點及面臨的挑戰(zhàn)

（一）測量學(xué)課程的重要性

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，各行業(yè)對測繪專業(yè)復(fù)合型人才的需求量不斷增大，對測繪類專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的要求。目前我國從事測繪工程本科人才培養(yǎng)的院校約150所。[1]截止2002年，在全國一千余所普通高校中，有四百所以上開設(shè)測量學(xué)課程。[2]同時，文獻(xiàn)[2-3]指出測繪教學(xué)與生產(chǎn)脫節(jié)、測繪教學(xué)落后于測繪學(xué)科發(fā)展、實習(xí)儀器質(zhì)量低、數(shù)量少，軟件缺乏，實習(xí)基地不完善，學(xué)生實習(xí)隨意性大，缺乏檢查機(jī)制，教學(xué)質(zhì)量難以保證。同時，指出在實際工作中全站儀和GPS的應(yīng)用占據(jù)了主導(dǎo)地位。從近十年文獻(xiàn)中可以了解到，不管是測繪專業(yè)還是非測繪專業(yè)，本科層次還是大專層次，測量學(xué)都是一門非常重要的必修類基礎(chǔ)課，對后續(xù)專業(yè)課程有著非常重要的作用，關(guān)系著學(xué)生畢業(yè)后的實際生產(chǎn)能力。在各個非測繪專業(yè)類探討教學(xué)改革中，文獻(xiàn)[4-6]，指出了不同應(yīng)用專業(yè)的測量學(xué)課程突出矛盾問題是，課時壓縮帶來的質(zhì)量問題，并提出必須對教學(xué)和實習(xí)課內(nèi)容合理規(guī)劃。

（二）測量學(xué)課程特點

測繪專業(yè)和非測繪專業(yè)中的測量學(xué)課程主要內(nèi)容都是針對普通測量學(xué)，即研究地球表面較小區(qū)域內(nèi)測繪工作的基本理論、技術(shù)、方法和應(yīng)用的學(xué)科，主要研究基礎(chǔ)測繪儀器的原理、操作和應(yīng)用、圖根控制網(wǎng)的建立，地形圖測繪。由于測量學(xué)的主要成果是地形圖，以大比例尺數(shù)字測圖為目標(biāo)開展圖根控制網(wǎng)和碎步測量展開，相應(yīng)的儀器操作和軟件數(shù)據(jù)處理和成圖都納入到測量學(xué)教學(xué)體系中。測量學(xué)課程具有理論性、系統(tǒng)性、實踐操作性和應(yīng)用多樣性。其理論性和系統(tǒng)性體現(xiàn)在地圖投影理論、地面點確定的理論與方法、水準(zhǔn)測量原理、角度測量原理、距離測量原理、誤差傳播原理、控制測量的原理與方法、大比例尺地圖測繪原理與方法等。測量學(xué)的工程技術(shù)特性使得教學(xué)內(nèi)容實踐操作性強(qiáng)，在理論課后必須配合儀器操作、數(shù)據(jù)處理才能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。而實踐課操作的內(nèi)容依各學(xué)校教學(xué)對象、教學(xué)目標(biāo)、實驗儀器、軟件配備而有所不同。應(yīng)用多樣性是指測量學(xué)在建筑、橋梁、管線、地質(zhì)勘探、礦山等行業(yè)應(yīng)用廣泛，是這些行業(yè)中測繪工程技術(shù)人員必須掌握的一門基礎(chǔ)課。

（三）新時代下測量學(xué)課程面臨的挑戰(zhàn)

測繪理論及技術(shù)已經(jīng)涵蓋了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）、遙感（RS）及地理信息系統(tǒng)（GIS）等相關(guān)學(xué)科，形成了更加豐富、先進(jìn)的現(xiàn)代測繪科學(xué)。測量理論方法技術(shù)不斷的革新，測繪類儀器也發(fā)生了翻天覆地的變化，各生產(chǎn)部門測繪儀器也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾聝x器新設(shè)備，這必然要求院校教學(xué)圍繞著新儀器設(shè)備進(jìn)行教學(xué)，除了傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀基礎(chǔ)上增加高端測量儀器，比如精密水準(zhǔn)儀、彩屏全站儀，陀螺全站儀、RTK實時差分儀器。要求院校必須緊跟新時代，教學(xué)中要合理安排教學(xué)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)方法和模式，讓學(xué)生既掌握老的儀器方法的操作，又掌握新技術(shù)、新方法以及新儀器的操作。

再者，隨著社會的不斷發(fā)展，教育信息化的進(jìn)程也在不斷加快，如今，教學(xué)的各個層面與各個環(huán)節(jié)都不同程度地應(yīng)用到了信息化技術(shù)，并對現(xiàn)代教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的影響。推動信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，引導(dǎo)和激發(fā)課程教學(xué)模式改革，提升課堂教學(xué)質(zhì)量和效果，應(yīng)用創(chuàng)新教學(xué)方法手段，拓展教學(xué)時間空間，教學(xué)過程中可以探索虛擬仿真實訓(xùn)輔助教學(xué)新模式，推動由“教為中心”向“學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，由“課堂教學(xué)為主”向“多種學(xué)習(xí)融合”轉(zhuǎn)變，由偏重“知識傳授”向注重“能力培養(yǎng)”轉(zhuǎn)變。

二、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

測量學(xué)課程基本內(nèi)容和課時建議，如表1所示。

從表1可以看出：

1. 測量學(xué)實習(xí)課時遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于理論課時。實習(xí)課的改革、創(chuàng)新，實驗條件建設(shè)和實驗室建設(shè)也是很多院校近年來的關(guān)注點。

2. 地形圖測繪這一部分內(nèi)容是現(xiàn)代測繪儀器集中應(yīng)用的體現(xiàn)，實驗室儀器數(shù)量、質(zhì)量以及相關(guān)計算機(jī)數(shù)量和軟件保障情況直接影響著教學(xué)質(zhì)量，成圖的質(zhì)量也是實習(xí)課質(zhì)量評價主要依據(jù)之一。

3. 測繪專業(yè)類測量學(xué)內(nèi)容廣泛，各應(yīng)用領(lǐng)域工程測量都必須掌握，而實習(xí)場景和場地?zé)o法完全滿足的情況下可以采用虛擬實訓(xùn)軟件施訓(xùn)，或者在校外建立實訓(xùn)基地。

（二）教學(xué)方法探討

1. 應(yīng)用多種教學(xué)方法，提高理論課教學(xué)質(zhì)量

理論課可以采用探究式、啟發(fā)式、互動式、探討式等多種教學(xué)方法，結(jié)合傳統(tǒng)板書、多媒體動畫、視頻進(jìn)行講解。比如，高斯克呂格地圖投影，投影分帶這部分內(nèi)容比較抽象，可以應(yīng)用動畫將枯燥的不容易理解的內(nèi)容進(jìn)行展示。對于不同的大地坐標(biāo)系統(tǒng)也可以通過立體的動畫展示出不同坐標(biāo)系中坐標(biāo)原點、坐標(biāo)軸指向不同，增強(qiáng)學(xué)生直觀感受，提高學(xué)習(xí)興趣。又比如介紹儀器的內(nèi)容可以結(jié)合儀器實物，儀器內(nèi)部組成和主要軸線可以應(yīng)用多媒體動畫展示，儀器操作可以通過操作視頻講解，儀器錯誤操作也可以通過視頻播放。總之，除了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在教學(xué)方式上，要根據(jù)教學(xué)不同內(nèi)容，多種方式幫助學(xué)生理解原理，理解儀器操作過程，整個教學(xué)過程貫穿以“學(xué)生為中心”“教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，充分發(fā)揮各種信息技術(shù)和手段提高教學(xué)質(zhì)量。

2. 明確實習(xí)課操作流程，規(guī)范教學(xué)組織方法

實習(xí)課教學(xué)目標(biāo)應(yīng)符合人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)的總體要求。課前強(qiáng)調(diào)操作技能的能力要求、儀器規(guī)范操作和注意事項、人員保障和環(huán)境及配套保障方面的要求、人員協(xié)同的要求等。在下達(dá)實習(xí)任務(wù)科目時，教師必須下達(dá)實驗內(nèi)容、實驗?zāi)康暮鸵?、實驗儀器保障、實驗分組、實驗過程操作、實驗已有數(shù)據(jù)情況。對于單人儀器操作實習(xí)和多人協(xié)同測量科目內(nèi)容和考核標(biāo)準(zhǔn)有差別。水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀儀器的操作與使用，經(jīng)緯儀和全站儀角度測量這些科目適合單人操作練習(xí)，可以通過操作規(guī)范性、流暢性、數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行考核。水準(zhǔn)測量、全站儀導(dǎo)線測量以及數(shù)字測圖等經(jīng)典測量實習(xí)都是協(xié)同科目，不但要操作規(guī)范，更注重多人配合，完成測量科目所花費(fèi)的時間和提交成果精度是考核實習(xí)效果的依據(jù)。近年來，每年組織的省級和國家級職業(yè)技能測量大賽操作技能科目主要考核選手的技能水平和團(tuán)隊合作能力?？傊?，合理分配實驗時間、人員分工，成果的提交、高質(zhì)量實驗報告的撰寫對提升測量實習(xí)效果有很大幫助。

三、教學(xué)保障措施

（一）加強(qiáng)實驗室建設(shè)，保持教學(xué)內(nèi)容先進(jìn)性

實驗室軟硬件條件建設(shè)是保證實習(xí)教學(xué)開展的基礎(chǔ)。近年來，隨著測繪新理論、新技術(shù)以及儀器的發(fā)展，尤其是以“3S”（GPS、GIS、RS）為代表的空間測繪科學(xué)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、多傳感器技術(shù)迅速發(fā)展和逐漸推廣普及，現(xiàn)代測繪實際上已成為以“3S”技術(shù)為核心內(nèi)容的高新測繪科技體系。[7]要求實驗室建設(shè)既能滿足當(dāng)前傳統(tǒng)測繪對實驗室軟硬件的保障，也能滿足未來一段時期測繪發(fā)展對實驗室功能的需求。

1. 緊跟測繪技術(shù)發(fā)展，更新實驗儀器

支撐測量學(xué)實驗的儀器如表2所示。

水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀是測量學(xué)實驗課開展的必備儀器，實驗科目所占比重大，對于非測繪類測量學(xué)，這三種儀器基本滿足了需求，但是對于測繪類專業(yè)，測地型GPS接收機(jī)、RTK GPS都是市場主流測量儀器。隨著儀器生產(chǎn)廠家逐漸開發(fā)和生產(chǎn)高端儀器，從表2可以看出，傳統(tǒng)的測繪儀器逐漸被電子儀器替代，實驗室儀器必須緊跟市場發(fā)展配備相關(guān)儀器，保證學(xué)生實習(xí)操作和畢業(yè)從事生產(chǎn)有效地接軌。

2. 加強(qiáng)計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)軟硬件條件建設(shè)

首先需要強(qiáng)調(diào)的是，計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)軟硬件條件建設(shè)絕不局限于僅支撐測量學(xué)課程的實驗開展。根據(jù)文獻(xiàn)[1]最新測繪科學(xué)技術(shù)發(fā)展報告中顯示，目前我國大比例尺測圖新技術(shù)發(fā)展為多種技術(shù)多種手段的數(shù)據(jù)獲取和處理，比如無人機(jī)測繪、傾斜攝影測量等都需要進(jìn)行快速數(shù)據(jù)處理、多維建模和分析，航空攝影測量以及遙感成圖都離不開遙感軟件的支持。新時代測繪技術(shù)，必然對計算機(jī)硬件、專業(yè)軟件以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有了更高的要求。應(yīng)用計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)條件可以完成測量學(xué)課程兩方面內(nèi)容支撐。一是以全站儀和RTK GPS為代表的地面大比例尺數(shù)字測圖都離不開計算機(jī)軟硬件的支持。全站儀、RTK GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和成圖都需要數(shù)字測圖軟件以及GIS軟件的支持。這些數(shù)據(jù)成果都將成為后續(xù)GIS課程的數(shù)據(jù)來源之一，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空間分析和三維建模，能極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，多門課統(tǒng)一規(guī)劃，形成系統(tǒng)性強(qiáng)的實習(xí)課課程體系。二是先進(jìn)、成熟的網(wǎng)絡(luò)體系不但支撐軟件操作教學(xué)，更是開展虛擬仿真實訓(xùn)輔助教學(xué)的基礎(chǔ)保證。通過虛擬仿真和最先進(jìn)的計算機(jī)軟件技術(shù)搭建各應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)軟件，讓每項理論課程都能夠在平臺實現(xiàn)實踐操作。

（二）建立標(biāo)準(zhǔn)化實驗場地，規(guī)范實習(xí)條件

1. 校園實習(xí)場地保障

規(guī)范化的實驗場地是開展各種測量實習(xí)的必要條件，滿足多種儀器的操作。比如，對于開展控制測量和數(shù)字測圖的要求，必須有一定密度的高精度的控制網(wǎng)。但是，由于樹木遮擋，GPS實習(xí)往往不能開展，需要到開闊地域，但是可以開展導(dǎo)線測量，這就需要規(guī)范區(qū)域的控制網(wǎng)布設(shè)，以便于對每組實驗小組成果檢核。經(jīng)緯儀、全站儀的水平角、豎直角的測量、全站儀的交會測量、坐標(biāo)測量的實習(xí)場地，需要建立固定場地，場地標(biāo)有儀器架設(shè)的固定位置和固定的地標(biāo)點，可以為單人儀器操作提供規(guī)范場地和數(shù)據(jù)，高標(biāo)準(zhǔn)實驗場地、起始數(shù)據(jù)，使得測量學(xué)實習(xí)納入了規(guī)范化教學(xué)，教師可以隨時檢查學(xué)生實驗數(shù)據(jù)，避免操作出錯，既提高了效率，也保證了教學(xué)開展的質(zhì)量。[7]除了為單人儀器實習(xí)操作建立的固定場地和地標(biāo)點外，多樣的地理環(huán)境要素能豐富大比例尺地形圖測繪實習(xí)內(nèi)容，比如，一般校園環(huán)境都有道路、林地、草地、建筑物等地理要素，有的實習(xí)場地還有人工湖、山丘，教師可以劃區(qū)域分小組組織實施?？傊?，校園的實習(xí)場地組織實施快，是測量學(xué)實習(xí)課的主要操作場地。

2. 校企聯(lián)合實訓(xùn)基地建設(shè)

對于測繪專業(yè)的學(xué)生，土木、建筑、道路橋梁、管線等行業(yè)都是未來就業(yè)的方向。通過測量學(xué)這門課程的學(xué)習(xí)要打好測量基礎(chǔ)，相應(yīng)的實習(xí)內(nèi)容安排，實習(xí)場地保障都必須符合行業(yè)實際需求，普通校園實習(xí)場地未必能滿足實習(xí)需求。近年來，一些企業(yè)、測繪儀器廠商都和院校建立了聯(lián)合培養(yǎng)人才模式，這種借助企業(yè)培養(yǎng)的模式對測繪專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)和社會服務(wù)向高質(zhì)量發(fā)展產(chǎn)生了積極作用，產(chǎn)教融合模式、校企共建共享實習(xí)實訓(xùn)平臺可實現(xiàn)校企雙方共贏共利。通過校企聯(lián)合培養(yǎng)，依托企業(yè)豐富的實習(xí)場地和工程任務(wù)，完善實習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)的專業(yè)素質(zhì)定會符合職業(yè)發(fā)展和市場需求。

（三）應(yīng)用虛擬仿真實訓(xùn)，開展輔助教學(xué)新模式

實習(xí)教學(xué)活動中，高端儀器受實習(xí)場地和教學(xué)環(huán)境限制，以及雨雪天氣無法開展戶外測量實驗，再加上儀器設(shè)備數(shù)量、運(yùn)行成本等原因，學(xué)生只能在規(guī)定的實習(xí)操作學(xué)時內(nèi)操作儀器，且由于課時限制，學(xué)生在一次實習(xí)課中通常承擔(dān)角色單一，做重復(fù)操作，難以達(dá)到多角色練習(xí)反復(fù)練習(xí)的需求。引入計算機(jī)、虛擬仿真等現(xiàn)代技術(shù)，探討采用應(yīng)用仿真實訓(xùn)虛擬軟件輔助教學(xué)實習(xí)，從教學(xué)設(shè)計、教學(xué)準(zhǔn)備、組織實施、效果評估等方面，開展課堂教學(xué)模式改革。通過重構(gòu)課堂組織形式、整合運(yùn)用教學(xué)資源、創(chuàng)新教學(xué)方法手段，將信息技術(shù)貫穿到具體課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)，改變了以往單一的教學(xué)模式。在教學(xué)過程中運(yùn)用信息化的教學(xué)手段，讓教學(xué)不再局限于課堂講述的方式，教師能夠更靈活生動的幫助學(xué)生鞏固和理解課堂知識，為教學(xué)模式改革提供新的可能。

應(yīng)用虛擬仿真實訓(xùn)輔助教學(xué)，能夠在課上為學(xué)生提供系統(tǒng)化的技能知識點串聯(lián);課下為學(xué)生提供全天候的校內(nèi)實習(xí)操作機(jī)會，剔除了以往學(xué)生實習(xí)的時間和空間限制，將理論與實習(xí)相融合，讓學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，熟悉技能實際應(yīng)用需求，從主觀上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生崗位核心競爭力，為職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

近年來，隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，測繪行業(yè)發(fā)生了天翻地覆的變化，新的測繪技術(shù)和測繪手段逐漸成為測繪產(chǎn)品生產(chǎn)的主流手段，在這樣一個新時代測繪背景下，對測量學(xué)這門課來說，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。測量學(xué)課程有其獨有的特點，再加上各工科院校測量學(xué)課程開設(shè)的普遍性、應(yīng)用的廣泛性，都推動著測量學(xué)課程的建設(shè)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會，中國測繪地理信息學(xué)會.2016-2017測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)科發(fā)展報告[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2018.

[2]汪祖民.對非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)改革的探討[J].測繪通報，2002（8）：59-65.

[3]岳建平，方露.“測量學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J].測繪通報，2008（10）：76-77.

[4]梁棟棟，陸林.土地資源管理專業(yè)《測量學(xué)》課程的教學(xué)改革[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（04）：512-515.

[5]覃鋒.土建類專業(yè)測量學(xué)課程實驗教學(xué)分析和探討[J].教育教學(xué)論壇，2017（49）：273-274.

[6]高二濤.自然地理與資源環(huán)境專業(yè)“測量學(xué)”教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2019（35）：109-110.

[7]郭保生，何瑞珍，張雅梅.加強(qiáng)測量學(xué)實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)是提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑[J].實驗室科學(xué)，2013，16（4）：162-164.

基金項目：中央軍委訓(xùn)練管理部下達(dá)，軍事職業(yè)教育在線虛擬訓(xùn)練課程建設(shè)項目“某型導(dǎo)彈裝填運(yùn)輸在線虛擬訓(xùn)練課程”（編號：2019101）

作者簡介：康紅霞（1980-），女，漢族，陜西榆林人，碩士，講師，獨立主講測量學(xué)課程教學(xué)十余年，研究方向：測繪、地面導(dǎo)航教學(xué)與科研。