面向現(xiàn)代測繪技術(shù)的土建類《工程測量》教學(xué)改革研究*

李瓔昊 齊慶會(huì) 張 甲

（沈陽城市建設(shè)學(xué)院土木工程學(xué)院 遼寧沈陽 110000）

《工程測量》課程是土建類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，是本校的一門量大面廣的專業(yè)課，包括土木、道橋、給排水、工程管理、工程造價(jià)等土建類學(xué)科的多個(gè)專業(yè)，能夠?yàn)閷W(xué)生后續(xù)開展專業(yè)學(xué)習(xí)和就業(yè)奠定較好的基礎(chǔ)。近年來伴隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及地球空間技術(shù)迅猛發(fā)展，工程測量學(xué)科也已經(jīng)進(jìn)入了多學(xué)科融合發(fā)展的階段，課程研究內(nèi)容和知識(shí)體系需要不斷地更迭變化[1]。基于無人機(jī)、航天航空攝影測量，三維激光掃描（LiDAR）技術(shù)及成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（InSAR）等新興測量設(shè)備為代表的三位一體的測繪作業(yè)模式，基于大范圍、大尺度的實(shí)時(shí)空間地理信息獲取技術(shù)，基于 ArcGIS、Envi、Google Earth 等軟件為代表的空間信息數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，正在深刻地變革我們改造世界的思維模式，逐漸取代傳統(tǒng)測繪模式。新理論與新技術(shù)的變革，對(duì)于高校土建類《工程測量》課程教學(xué)也帶來了強(qiáng)烈的沖擊，只有深刻的教學(xué)改革，才能符合當(dāng)今現(xiàn)代測繪技術(shù)發(fā)展的潮流[2]。

一、課程教學(xué)中存在的主要問題

（一）知識(shí)體系未及時(shí)更新導(dǎo)致學(xué)生喪失專業(yè)自信心

在現(xiàn)代信息的加持下，滯后的教學(xué)內(nèi)容容易使學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生乏味感和對(duì)專業(yè)失去信心。陳舊的內(nèi)容會(huì)讓學(xué)生對(duì)專業(yè)產(chǎn)生懷疑，認(rèn)為自己所學(xué)的內(nèi)容不如其他專業(yè)具有“高精尖”的技術(shù)，產(chǎn)生專業(yè)“自卑感”，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合當(dāng)今測繪發(fā)展主流趨勢，才能給學(xué)生一定的引導(dǎo)，給予學(xué)生一定專業(yè)自信心，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系。

教師對(duì)受教育學(xué)生的心理變化不敏感，知識(shí)內(nèi)容調(diào)整不及時(shí)。伴隨社會(huì)的高速發(fā)展，高校學(xué)生心理特點(diǎn)也發(fā)生了巨大的變化，作為與互聯(lián)網(wǎng)共同成長的一代人，在多變多元的社會(huì)思潮、功利色彩鮮明的應(yīng)試教育影響下，他們的學(xué)習(xí)和生活方式都具有信息化工具使用嫻熟、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、學(xué)習(xí)目標(biāo)多元等明顯的時(shí)代特征；對(duì)測繪工程專業(yè)而言，由于其知識(shí)體系受市場、前沿技術(shù)等因素影響較大，學(xué)生特點(diǎn)的變化會(huì)直接影響到培養(yǎng)效果，因此受到的影響相對(duì)更大。

（二）傳統(tǒng)測繪技術(shù)與現(xiàn)代測繪信息技術(shù)日益沖突

據(jù)查閱相關(guān)資料，國內(nèi)高校（含民辦）院校中非測繪專業(yè)開設(shè)《工程測量》課程的約 20 個(gè)[3]。綜合分析課程教材，內(nèi)容有緒論、水準(zhǔn)測量、角度測量、距離測量與直線定向、誤差基本理論、控制測量、地形圖的基本知識(shí)、大比例地形圖的測繪、建筑施工測量、道路橋梁施工測量及變形觀測等[4-5]。

教材編寫需要一定的時(shí)間，然而測繪技術(shù)正在朝著信息化發(fā)展，變化日新月異，因而存在一定的滯后性。常規(guī)教學(xué)內(nèi)容以高程測量、角度測量及距離測量為基礎(chǔ)，以傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀的原理和操作為主，輔以誤差理論和平差方法。但是，現(xiàn)代測繪地理信息理論內(nèi)容卻未曾涉及，比如基于機(jī)載LiDAR、機(jī)載三維激光掃描儀、無人機(jī)等大尺度數(shù)據(jù)獲取在現(xiàn)代的地形圖測繪中的重要應(yīng)用[6]。

（三）實(shí)踐教學(xué)設(shè)備陳舊未能與行業(yè)發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)

先進(jìn)測量儀器設(shè)備不僅在測繪行業(yè)占比越來越大，在相關(guān)測繪行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛。鑒于眾多院校的測量設(shè)備滯后于行業(yè)生產(chǎn)單位，較多的現(xiàn)代化測量儀器并未應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中，多數(shù)還處于傳統(tǒng)儀器采集數(shù)據(jù)、簡單的數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和專注度不足[7]。

（四）教學(xué)大綱中的教學(xué)內(nèi)容更新速度滯后于行業(yè)發(fā)展

眾多院校為穩(wěn)定教學(xué)秩序能有所保障，以便于檢核人才培養(yǎng)的成效，一般大綱內(nèi)容制定周期為四年，甚至更久。但是就目前測繪行業(yè)飛速發(fā)展的趨勢來看，更新速度略滯后于行業(yè)發(fā)展。本身教學(xué)內(nèi)容相對(duì)于行業(yè)發(fā)展就具備滯后性，這樣就導(dǎo)致比較嚴(yán)重的教學(xué)內(nèi)容脫離行業(yè)發(fā)展，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才來講，是很大的弊端。教學(xué)內(nèi)容中無法及時(shí)展現(xiàn)出新興的測量技術(shù)，然而在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生又只能在課堂上聽老師講解演示 DS3 型水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等小部分的傳統(tǒng)儀器。而類似于GNSS 等儀器的使用，由于受傳統(tǒng)教學(xué)大綱中的教學(xué)內(nèi)容的限制，教師在課堂中只能提及，很難講解明白。

（五）線上線下混合式教學(xué)模式銜接不清

在后疫情時(shí)代，教學(xué)影響較大，一方面高校學(xué)生來自祖國各個(gè)地方，疫情情況不一致，一方面疫情反復(fù)無常，諸多的不確定性導(dǎo)致高校師生這個(gè)特殊的群體上課時(shí)間和方式不確定，打破原有授課計(jì)劃，學(xué)校和教師需要靈活應(yīng)變。但也有線上和線下授課銜接不清的問題存在，教學(xué)信息不對(duì)稱、教學(xué)資源共享時(shí)效慢等問題就會(huì)出現(xiàn)，教學(xué)環(huán)境的頻繁切換也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的心理隨之變化，這些問題都需要解決。

二、深化教學(xué)改革

（一）課程體系改革

按照應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，設(shè)置非測繪專業(yè)新知識(shí)體系、新知識(shí)框架，將原有工程測量學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)、工程測量在土建類專業(yè)中的應(yīng)用及現(xiàn)代測繪技術(shù)三個(gè)模塊，并為三個(gè)模塊分別配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。原課時(shí)為32+8 的教學(xué)時(shí)長分配，在保持課時(shí)總量和理論與實(shí)驗(yàn)配比不變的前提下，做如下調(diào)整。具體可參見表1：

表1 基于課程內(nèi)容學(xué)時(shí)調(diào)整

壓縮基礎(chǔ)知識(shí)10 學(xué)時(shí)，補(bǔ)充至應(yīng)用工程測量和現(xiàn)代測繪技術(shù)部分，均衡配比三個(gè)模塊的學(xué)時(shí)，以基礎(chǔ)知識(shí)為主線，以應(yīng)用工程測量和現(xiàn)代測繪技術(shù)為輔線，以實(shí)驗(yàn)貫穿整個(gè)課程為引線，構(gòu)建三位一體化的教學(xué)新架構(gòu)，培養(yǎng)全面型測繪人才。

（二）教材、教學(xué)內(nèi)容改革

在信息化測繪發(fā)展的階段，現(xiàn)代測繪無論是在新技術(shù)還是新設(shè)備上，都在不斷地沖擊傳統(tǒng)工程測量學(xué)，在大環(huán)境下，非測繪的土建類專業(yè)也應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容上做出改變。在課程體系改革的前提下，調(diào)整工程測量授課內(nèi)容，對(duì)于易于掌握或落后的知識(shí)，可以讓學(xué)生自學(xué)，教學(xué)內(nèi)容調(diào)整，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)充分講授新的測繪知識(shí)，健全學(xué)時(shí)知識(shí)體系，使得學(xué)生盡快適應(yīng)當(dāng)今土建類對(duì)測量的新要求[8]。

在第二類工程測量應(yīng)用模塊中，針對(duì)不同專業(yè)對(duì)測量的需求，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)安排，做到因材施教。比如，對(duì)于土木工程專業(yè)來說，更傾向于工民建筑的施工放樣、軸線高程傳遞等問題，對(duì)于道路橋梁與渡河工程專業(yè)來講，更傾向于帶狀地形圖的繪制、道路斷面土石方量計(jì)算及道路施工放樣等問題。在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，依據(jù)不同專業(yè)增加更多的實(shí)際應(yīng)用和課題討論，并將測繪新技術(shù)始終貫穿課堂，如固定翼無人機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)全站儀或者RTK 模式測量帶狀地形圖、三維激光掃描儀在道路建模中的應(yīng)用等，幫助學(xué)生開闊眼界和思維。

（三）教學(xué)模式改革

信息化時(shí)代，改變教學(xué)手段，充分利用線上教學(xué)資源和教學(xué)手段，增加現(xiàn)代教育技術(shù)在本門課程中的應(yīng)用比重，減少傳統(tǒng)的單一教師單向輸出模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生上課的積極性，提高學(xué)生的聽課率。受疫情影響，線上授課模式逐漸被接受，借助于互聯(lián)網(wǎng)教育資源和教育平臺(tái)，教師可以根據(jù)授課對(duì)象不同，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。借助網(wǎng)絡(luò)，師生之間可以實(shí)現(xiàn)在線交流，教師能夠及時(shí)把握學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和興趣點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。依托學(xué)習(xí)通平臺(tái)，可以在課堂中設(shè)置隨堂測驗(yàn)、搶答、隨機(jī)選人以及分組等活動(dòng)，豐富教學(xué)手段，加強(qiáng)師生之間的有效教學(xué)溝通，形成教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間幫助與互助，帶動(dòng)學(xué)困生共同進(jìn)步。在實(shí)際教學(xué)中增加在線答疑、在線審核等，通過課后作業(yè)、討論等方式使得考核內(nèi)容多樣化，要保持督促，并建立合理的獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制，如在線答題中，快速答對(duì)的學(xué)生有一定的平時(shí)成績加分。

（四）實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程中，在保證常規(guī)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備的基礎(chǔ)上，依據(jù)自身情況和基礎(chǔ)條件，采用多種方式、渠道進(jìn)行建設(shè)，爭取更多的資金支持，添置和更新現(xiàn)代化測量儀器，鑒于新型測量設(shè)備普遍造價(jià)較高的問題，可以采用分批次、廠商合作共建以及與其他院校資源共享等模式進(jìn)行，提高儀器設(shè)備利用率，滿足日常實(shí)踐教學(xué)開展的條件，契合教學(xué)內(nèi)容改革中的三個(gè)知識(shí)模塊，使學(xué)生熟悉學(xué)生對(duì)于現(xiàn)代測繪地理信息儀器。

在實(shí)驗(yàn)室管理模式上，實(shí)行100%開放管理制度，向?qū)W生實(shí)行全開放，學(xué)生在課上未完成的實(shí)驗(yàn)，可以利用課余時(shí)間自行借儀器練習(xí)，提高對(duì)儀器的熟練度。對(duì)于表現(xiàn)突出的學(xué)生，可以推薦參加不同級(jí)別的測繪技能大賽，例如兩年一次的遼寧省測繪地理信息之星大賽，激發(fā)學(xué)生的積極性。

在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容上，針對(duì)不同專業(yè)，實(shí)習(xí)內(nèi)容應(yīng)有所差別，調(diào)整后各專業(yè)的測繪實(shí)習(xí)內(nèi)容如表2：

表2 測量實(shí)習(xí)內(nèi)容

（五）線上線下混合式教學(xué)改革

基于學(xué)習(xí)通平臺(tái)完成了線上教學(xué)資源建設(shè)，主要包括課程自學(xué)輔助視頻及PPT、隨堂練習(xí)、單元測試、相關(guān)教學(xué)資料等模塊。截至目前，課程建設(shè)自學(xué)輔助視頻及PPT 25 講，共計(jì)時(shí)長1125 分鐘，隨堂練習(xí)、單元測試共25 套，拓展閱讀素材若干篇，豐富的線上課程資源為有效實(shí)施線上線下混合式教學(xué)提供了有力的保障。針對(duì)線下教學(xué)活動(dòng)建設(shè)線下課程資源，主要包括課程教案、教學(xué)PPT、教學(xué)案例、課程思政案例等。以土木工程專業(yè)2020 級(jí)學(xué)生為例，講課理論學(xué)時(shí)為32 學(xué)時(shí)，實(shí)踐學(xué)時(shí)8 學(xué)時(shí)。在2022 年春季學(xué)期，受疫情影響，線下授課學(xué)時(shí)為12 學(xué)時(shí)，線上學(xué)時(shí)為28 學(xué)時(shí)，含8學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，線上授課依托于超星課堂，基本滿足授課需求，學(xué)生學(xué)習(xí)效果反饋較好。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)依托于金創(chuàng)立虛擬仿真軟件平臺(tái)，完成了等外閉合水準(zhǔn)測量和測回法角度測量等實(shí)驗(yàn)。

結(jié)語

本文以現(xiàn)代測繪科學(xué)技術(shù)與非專業(yè)《工程測量》教學(xué)的現(xiàn)狀為背景，從現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)土建類專業(yè)的要求能力入手，對(duì)非測繪專業(yè)的《工程測量》課程進(jìn)行教學(xué)改革，在課程體系的構(gòu)建、教學(xué)和教材內(nèi)容改革、教學(xué)模式改革、實(shí)踐教學(xué)改革及混合式教學(xué)五個(gè)方面進(jìn)行闡述，明確指出土建類《工程測量》教學(xué)目前存在的主要問題。針對(duì)這些問題進(jìn)行教育教學(xué)改革，突出了土建類各專業(yè)在測量教學(xué)內(nèi)容上的差異化，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、自學(xué)和動(dòng)手的能力，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性明顯增強(qiáng)，對(duì)測繪新技術(shù)學(xué)習(xí)的積極性普遍提高。