新工科背景下非測繪專業(yè)測量學(xué)教學(xué)改革探索

張曉春　陳俊濤　鄧念武　劉任莉　嚴鵬

［摘 要］新工科大背景下，測繪學(xué)科快速發(fā)展，非測繪專業(yè)的測量學(xué)課程本科教育教學(xué)面臨挑戰(zhàn)。測量學(xué)課程實踐性強的特點為工科類專業(yè)提供了較好的實踐教育基礎(chǔ)，然而當(dāng)前非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)面臨著課時縮減、教學(xué)手段和模式落后、學(xué)生實踐能力不足等問題，為此，文章從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實踐教學(xué)組織模式等方面提出了具體的改革實施方法，并探討了測量學(xué)課程教學(xué)改革的思政建設(shè)意義，以期為非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)提供新的思路。

［關(guān)鍵詞］新工科；非測繪專業(yè)；測量學(xué)；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）04-0050-04

新工科是新時代工程教育的新方向，新工科建設(shè)是主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。自“新工科”這一概念提出以來，武漢大學(xué)水利水電學(xué)院實施了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，采取了“工科試驗班”大類招生等一系列措施。實踐教學(xué)是卓越工程師培養(yǎng)的核心，而測量學(xué)是一門實踐性非常強的學(xué)科，因此測量學(xué)課程是新工科背景下非測繪工科類專業(yè)教學(xué)的重要組成部分[2]。工程教育專業(yè)認證是國際通行的保障工程教育質(zhì)量的基本制度[3]，而測量學(xué)課程是非測繪工科類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，因此需要對其教學(xué)內(nèi)容和方式進行改革。同時，測量學(xué)課程是新工科背景下具有交叉學(xué)科特點的關(guān)鍵課程，也是提升本科教育的新切入點，因此測量學(xué)課程在非測繪專業(yè)的本科教育中面臨時代新需求和機遇。

武漢大學(xué)水利水電學(xué)院非測繪專業(yè)的測量學(xué)課程是為水利和土木工程建設(shè)服務(wù)的專業(yè)基礎(chǔ)測量課，內(nèi)容包括普通測量學(xué)和部分工程測量學(xué)[4]。測量工作貫穿于一項工程建設(shè)的始終，水利及土木工程人員必須掌握必要的測量科學(xué)知識和技能，才能承擔(dān)工程勘測、規(guī)劃設(shè)計、施工及管理等任務(wù)[5]。在新工業(yè)工程發(fā)展趨勢下，根據(jù)目前工程教育特點，探索工科學(xué)生的專業(yè)核心能力，對新工科背景下的課程體系改革具有重要現(xiàn)實意義和前瞻價值[6]。因此新工科背景下，應(yīng)對非測繪專業(yè)測量學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實踐教學(xué)進行調(diào)整和改革，從而達到增強教學(xué)效果和提升教學(xué)質(zhì)量的目的。由于測量學(xué)具有實踐性強、責(zé)任性要求高的特點，因此測量學(xué)課程可激發(fā)大學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)大學(xué)生精益求精的大國工匠精神和職業(yè)道德，對培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和解決復(fù)雜工程問題的能力具有舉足輕重的作用[7-8]。本文圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，對武漢大學(xué)水利水電學(xué)院非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和實踐教學(xué)組織模式的改革進行介紹，并對測量學(xué)課程教學(xué)改革的思政建設(shè)意義進行探討，以期測量學(xué)課程教學(xué)更好地為水利、土木工程教育等非測繪專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)的達成提供有效的支撐。

一、目前非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)面臨的問題

以武漢大學(xué)水利水電學(xué)院測量學(xué)課程為例，該課程是面向非測繪專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課。新工科背景下，學(xué)院探索專業(yè)核心課程與學(xué)生能力培養(yǎng)的關(guān)系，探討專業(yè)核心課程對培養(yǎng)創(chuàng)新思維及創(chuàng)新實踐能力、工程思維及工程實踐能力的作用，這也是非測繪專業(yè)測量學(xué)課程必須弄清楚的問題。當(dāng)前，非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)主要面臨課時縮減、教學(xué)手段和模式落后、學(xué)生實踐能力不足等問題。

首先，非測繪專業(yè)測量學(xué)課程教學(xué)面臨著課時縮減與課程內(nèi)容增多的矛盾。目前“工科試驗班”教學(xué)模式強調(diào)厚基礎(chǔ)，需要學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容多而廣，因此測量學(xué)的課時相應(yīng)地就減少了[9]。但是測繪學(xué)科已全面進入地球空間信息科學(xué)技術(shù)新時代，成為一門多學(xué)科交叉的學(xué)科[10-11]。非測繪專業(yè)對測繪學(xué)科的需求也日益增多，如土木工程對三維信息技術(shù)的需求、水利工程對地理信息和遙感技術(shù)的需求等。因此，需要構(gòu)建一套適合非測繪專業(yè)的新工科測量學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系。

其次，新工科背景下的工程教育專業(yè)認證核心理念之一是“以學(xué)生為中心”，而目前測量學(xué)課程的教學(xué)模式主要還是“填鴨式”教學(xué)模式，雖然已從傳統(tǒng)的“黑板”模式升級為“PPT”模式，但依然是以教為主。因此，教學(xué)模式應(yīng)向“以學(xué)為主，教學(xué)相長”的模式轉(zhuǎn)變。

最后，武漢大學(xué)作為綜合性大學(xué)，學(xué)生普遍具備較強的理論性知識學(xué)習(xí)能力，但是實際操作能力明顯不足。在當(dāng)前新工科和工程教育專業(yè)認證的大背景下，必須對測量學(xué)課程的實踐教學(xué)組織模式進行改革，使學(xué)生能夠在有限的學(xué)時內(nèi)快速地掌握實踐教學(xué)內(nèi)容，并提高工程實踐能力[12]。

二、測量學(xué)課程教學(xué)改革的具體實施

（一）課程教學(xué)內(nèi)容改革

測量學(xué)課程內(nèi)容繁雜，涉及測量學(xué)基本原理、誤差理論、儀器的使用方法、基本計算方法等，具體的教學(xué)內(nèi)容包括緒論、水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)測量、全站儀的使用、角度測量、坐標(biāo)測量、距離測量及坐標(biāo)定向、小地區(qū)控制測量、大比例尺數(shù)字化測圖、地形圖應(yīng)用、施工放樣和測量誤差等。目前該課程的教學(xué)知識結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)比較完整，內(nèi)容豐富全面，重點清晰突出，理論結(jié)合實際。但就培養(yǎng)新工科需要的卓越工程師目標(biāo)定位而言，還需對測量學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進行取舍、精選和更新，進一步優(yōu)化課程體系，為培養(yǎng)學(xué)生的實際工程實踐能力奠定良好的理論基礎(chǔ)。

由于測繪科學(xué)不斷發(fā)展、多種新電子儀器普遍使用，加上非測繪專業(yè)測量學(xué)課程課時數(shù)減少，因此課程教學(xué)內(nèi)容改革主要圍繞新電子儀器使用與課程教學(xué)內(nèi)容的精選和更新進行，主要分以下3個教學(xué)模塊進行（見圖1）。

1.儀器的構(gòu)造及使用模塊

擬用目前工程中普遍采用的電子水準(zhǔn)儀代替微傾式水準(zhǔn)儀，用全站儀代替之前的光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀、測距儀等一系列儀器，使教學(xué)內(nèi)容與實際工程應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，不與時代脫節(jié)。因此，在儀器的構(gòu)造及使用模塊，可以刪除微傾式水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀的介紹內(nèi)容。對于電子水準(zhǔn)儀，除了介紹儀器本身構(gòu)造，在使用方面還要介紹儀器電池安裝和充電方法，以及瞄準(zhǔn)條形碼尺的方法。對于全站儀，除了介紹儀器本身構(gòu)造，還要介紹儀器電池安裝和充電方法。對于全站儀的安置和對中方法也不需要介紹垂球?qū)χ蟹?，?yīng)重點介紹光學(xué)對中法和激光對中法。對于采用激光對中和瞄準(zhǔn)目標(biāo)的全站儀，還應(yīng)明確告知學(xué)生要注意安全，不要用激光照人的眼睛。

2.測量方法及原理模塊

目前教學(xué)中使用了新的儀器，因此有些舊的測量方法就可以刪減和優(yōu)化。根據(jù)目前大批量采用的電子水準(zhǔn)儀和全站儀兩種儀器的實際，刪減和優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容主要包括水準(zhǔn)測量、距離測量、角度測量三種方法和原理。

對于水準(zhǔn)測量方法，由于采用電子水準(zhǔn)儀進行水準(zhǔn)測量，水準(zhǔn)尺不再是以前微傾式水準(zhǔn)儀所配備的帶刻劃的紅黑面尺，而是條形碼尺，因此四等水準(zhǔn)測量方法就不能采用紅黑面讀數(shù)進行測站檢核，而應(yīng)采用改變儀器高法來進行測站檢核。對于距離測量方法，由于采用全站儀代替皮尺、鋼卷尺、測距儀進行距離測量，因此刪除皮尺丈量、鋼卷尺測量、視距測量等過時內(nèi)容，重點講解全站儀測距方法——電磁波測距的原理和方法。對于角度測量方法，由于采用全站儀代替經(jīng)緯儀進行角度測量，因此在進行多測回水平角測量時，不需要強制要求盤左第一個目標(biāo)的水平度盤讀數(shù)為略大于0度或90度等。

3.綜合實驗和測圖模塊

綜合實驗和測圖模塊主要包括坐標(biāo)測量、地形測圖和坐標(biāo)放樣方法方面的教學(xué)內(nèi)容改革。對于坐標(biāo)測量，相對于過去的平板測圖，在用全站儀進行數(shù)字化測圖時，坐標(biāo)測量是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，應(yīng)著重講述全站儀坐標(biāo)測量的原理，并給學(xué)生說明全站儀坐標(biāo)測量實際上是坐標(biāo)正算。對于地形測圖，過去如果沒有實測控制點，在進行碎部測量之前還需要用羅盤儀進行地形圖定向，但羅盤儀使用起來很不方便，因此在進行地形測圖時可以改用手機中自帶的指南針對導(dǎo)線的起始邊進行定向。對于坐標(biāo)放樣，由于目前已經(jīng)用全站儀全面代替了鋼卷尺和測距儀進行放樣，因此可以刪除距離放樣、角度放樣方法的內(nèi)容，著重講解極坐標(biāo)放樣法的原理以及全站儀坐標(biāo)放樣的原理和方法。

以上是對本科課程內(nèi)容的更新和刪減，為了應(yīng)對當(dāng)前非測繪專業(yè)對測繪技術(shù)的更高要求、提高新工科教育水平，還應(yīng)通過其他方式豐富測量學(xué)課程內(nèi)容。例如，開放測量實驗室，讓學(xué)生自主選擇實驗，由教師指導(dǎo)進行實驗；通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目來對希望進一步學(xué)習(xí)測繪技術(shù)的學(xué)生進行指導(dǎo)；通過測量大賽的形式讓學(xué)生能夠更深層次地接觸新的測繪科學(xué)技術(shù)等。

（二）課程教學(xué)模式改革

為改進新工科背景下工程人才的培養(yǎng)模式，需要分析非測繪專業(yè)測量學(xué)課程的教學(xué)需求，對現(xiàn)有的教學(xué)模式進行改造和升級[13]，進一步打破單一被動的教學(xué)模式，把課堂還給學(xué)生，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生解決實際問題。

測量學(xué)課程教學(xué)模式的改革分為課前、課中、課后三個方面。在課前教學(xué)方面，教師可以在課前通過QQ課程群等線上交流平臺設(shè)置特定的問題，發(fā)放一些相關(guān)資料，讓學(xué)生提前通過查閱文獻資料尋找答案，并嘗試自己提前設(shè)計一些測量方案。在課中教學(xué)方面，課堂上教師可以巧設(shè)疑問讓學(xué)生思考，多與學(xué)生進行交流互動，提高學(xué)生的上課熱情；也可以組織學(xué)生以小組為單位進行討論，鼓勵學(xué)生多動腦、多思考，在測量方法上勇于創(chuàng)新探索新方法。在課后教學(xué)方面，教師可以布置一些與授課內(nèi)容有關(guān)的延伸性作業(yè)，讓學(xué)生針對某一個比較前沿性的問題，經(jīng)過資料收集、整理和思考，給出一個解決方案，啟發(fā)學(xué)生進行探究式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的探索精神。

以上教學(xué)模式的改革，能夠使學(xué)生從被動接受灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃舆M取，最大限度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促使學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（三）課程實踐教學(xué)組織模式改革

工科類的測量學(xué)課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，一般開設(shè)在大一第二學(xué)期和大二第一學(xué)期，這個階段的學(xué)生實際生活和動手能力普遍不強。但是測量學(xué)與實際工程聯(lián)系緊密，具有實踐性強、操作性強的特點[14]，所使用的儀器也比較貴重，要求學(xué)生具有高度的責(zé)任感和較強的實踐能力。因此，學(xué)生在面對實際的測量任務(wù)時，如果缺少對測量方案的整體設(shè)計思維，往往很難將理論知識與測量實踐結(jié)合起來。在新工科建設(shè)的大背景下，測量學(xué)課程實踐教學(xué)需要改革創(chuàng)新，使學(xué)生能夠解決工程建設(shè)中的相關(guān)測量問題，縮小學(xué)校教育與工程需求間的差距。

測量學(xué)課程實踐課教學(xué)分為單個測量實踐教學(xué)和綜合性測量實踐教學(xué)兩大類，本文對課程實踐教學(xué)組織模式改革方案的介紹將從這兩個方面進行，重點介紹綜合性測量實踐教學(xué)組織模式的改革內(nèi)容。

1.單個測量實踐教學(xué)組織模式

單個測量方法實驗主要有各種測量儀器的使用方法實驗、水準(zhǔn)測量實驗、角度測量實驗、距離測量實驗等。這些實驗往往只需單獨測量一個要素，單元之間的聯(lián)系不多，學(xué)生較容易掌握。單個測量方法實驗的目標(biāo)主要是使學(xué)生能夠熟練使用儀器，了解用儀器進行簡單測量的方法。在這種目標(biāo)的驅(qū)動下，在單個測量實踐教學(xué)中，在組織和安排實驗時，就不能安排很多人一組，可以安排2人一組進行測量，這樣便于一次性把所有相關(guān)儀器拿到實驗場地。

2.綜合性測量實踐教學(xué)組織模式

綜合性實驗的內(nèi)容有高程控制測量、平面控制測量、大比例尺數(shù)字化測圖、放樣施工測量等。這些實驗綜合性很強，數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用也是綜合的，并且更加貼近工程實踐。學(xué)生在面對這些綜合性實驗時，由于欠缺實際工程實踐所需的綜合能力，往往無從下手。

因此，綜合性測量實踐教學(xué)可采用項目教學(xué)法，即提前對學(xué)生進行分組，每組選出一名組長，通過教師指導(dǎo)、分組討論并制訂方案來進行綜合性實驗。如，在大比例尺數(shù)字化測圖綜合實驗前，可以先讓學(xué)生切實掌握坐標(biāo)測量的原理，然后教師在具體測圖時在實地給每個組大致選擇不同的測圖區(qū)域，并在測圖時對具體問題進行指導(dǎo)和解答，但不給出具體控制點的位置和坐標(biāo)。這樣做是為了讓學(xué)生能夠緊密結(jié)合工程實踐，因為在實際工程實施過程中，工地現(xiàn)場一般沒有控制點。因此，為了讓學(xué)生掌握整個地形測圖過程，達到真正實踐實際工程的效果，可以不通過給出已知控制點的方式來定起始坐標(biāo)和起始方向。學(xué)生可用手機中自帶的指南針找到起始方向，也可根據(jù)測圖的區(qū)域和大小來自行確定圖形的起始坐標(biāo)。整個實驗過程中，教師通過各組組長進行現(xiàn)場全程管理和跟蹤，但是不代替學(xué)生來操作儀器，也不直接給出答案，而是在現(xiàn)場根據(jù)實際情況引導(dǎo)學(xué)生一步一步解決問題，讓學(xué)生能夠在面對全新而陌生的實踐領(lǐng)域問題時，提高全面系統(tǒng)地認識事物、處理問題的能力。

三、測量學(xué)課程教學(xué)改革的思政建設(shè)意義

在課程教學(xué)中應(yīng)當(dāng)堅持德育、智育和能力培育相結(jié)合的“三育人”課程教學(xué)理念[15-16]，因此測量學(xué)課程教學(xué)改革的思政建設(shè)具有重要意義。測量工作是工程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，貫穿整個工程建設(shè)過程，關(guān)系到工程質(zhì)量和工程的組織管理。測量學(xué)課程是新工科專業(yè)必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)課。測量學(xué)與大學(xué)新生之前接觸到的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等理論性較強的科目不同，其實踐性很強，數(shù)據(jù)測量要求學(xué)生具備較強的分析實際工程問題的能力。因此測量學(xué)課程是培養(yǎng)德才兼?zhèn)涔こ绦腿瞬诺闹匾緩健?/p>

測量工作的實踐性強，要求學(xué)生具備較強的責(zé)任感，主要體現(xiàn)在測量工作的每一個環(huán)節(jié)都要符合測量規(guī)范，要求學(xué)生精益求精、重視精度，不得篡改數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)真實可靠，這些都要求學(xué)生具備理論聯(lián)系實際的能力。測量實驗的設(shè)計理念要求反復(fù)進行野外試驗檢核和室內(nèi)計算復(fù)核，可以充分培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。測量實驗需要分組進行，整個過程可以讓學(xué)生充分體驗到團結(jié)協(xié)作和集體主義精神，這些很難從其他理論科目中體會得到。同時，測量實驗需要在野外環(huán)境下進行，測量環(huán)境比較艱苦，由此也可以培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞的優(yōu)秀品質(zhì)。此外，在測區(qū)進行測圖時，可教育學(xué)生不要隨便踩草坪，要愛護公物、依法文明測量、與測區(qū)相關(guān)人員和平相處，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德素養(yǎng)。

四、結(jié)語

本文對筆者在非測繪專業(yè)測量學(xué)課程中多年的教學(xué)經(jīng)驗進行了總結(jié)，基于新工科大背景，總結(jié)了測量學(xué)課程教學(xué)面臨的問題，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實踐教學(xué)組織模式三個方面闡述了教學(xué)改革的具體實施方法，并探討了測量學(xué)課程教學(xué)改革的思政建設(shè)意義。在今后的測量學(xué)課程教學(xué)中，筆者將緊跟測繪科學(xué)新發(fā)展，結(jié)合非測繪工科專業(yè)的新要求，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和方式，使學(xué)生所學(xué)與實際工程實踐建立起密切的聯(lián)系。

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［責(zé)任編輯：周侯辰］