测量实验教学内容的优化与创新

来源:用户上传      作者: 周德辉

　　摘要：传统的实验教学模式严重阻碍了学生创新精神和工程实践能力的培养，必须构建新的实验教学模式以适应国家对人才培养的要求。增设综合性、设计性和创新性实验项目，激发学生的求知欲望，是培养学生工程实践能力和创新精神的有效途径。
　　关键词：测量实验；水准测量；实践教学
　　
　　一、问题的提出
　　高等工科院校的主要任务之一是为社会经济发展提供大量的既懂理论又有较强动手能力的工程技术人才。长期以来，由于教育者和受教育者都普遍存在着重理论轻实践的思想观念，对实践性教学环节重视不够。无论从实践教学的形式上还是内容上乃至于手段上都落后于理论教学，甚至落后于实际的工程应用实践。这不利于学生创新能力和工程实践能力的培养。
　　首先，高校实践教学落后于实际的工程应用实践。先进的仪器设备不在高校实验室而在工程设计和施工单位，这给高等工程教育要把握学科前沿，培养学生的创新能力，发展科学理论，推动技术进步带来了严重的挑战；先进的生产工艺不在高校实验室而在施工现场，一些实用而简便的施工放样方法在建筑施工现场已普遍使用，而我们在教学中还在安排学生做那些陈旧且落后的实验内容和操作方法。如我们给学生讲了用皮数杆来控制每层砌砖的高度和墙体的标高，有一个学生不太理解，回家问搞建筑施工的父亲，父亲告诉他这种方法施工现场己不再使用，给他介绍了一种更为简便且实用的方法。由此引发了学生对教师教学内容的质疑。
　　其次，实验项目多为验证性实验。测量学实验多为验证性实验，一般为仪器的认识实验或某一测量原理及测量技能的训练。其目的是通过实验验证有关测量原理，加深学生对基础理论的理解，促进学生对知识的掌握，因此，验证性实验教学就从属于理论教学，理论没有讲到，实验就不能做。
　　最后，实验过程程序化。传统的实验是一种再现式的教学模式，一般都编印了详细的实验指导书，从实验目的，实验原理，实验所需仪器设备，到实验方案，实验步骤都作了详细的介绍，学生只需按实验指导书上的步骤“照葫芦画瓢”，就可以得到实验结果，整个实验过程，学生处于被动的学习状态，这不利于培养学生的实验能力。
　　
　　二、 开设综合性、设计性和创新性实验的条件
　　为了激发我校大学生的创新意识，提高他们的科研能力，根据国家高等教育质量工程的要求，我校对实践教学环节作了一系列的改革，采取了一些有力的措施，为开设综合性、设计性和创新性实验创造了必要的条件。
　　1.科研和教改立项
　　近三年来，我们积极申请了省级科研或教改项目4项，校级科研和教改项目13项。根据这些项目合同书所要求完成的内容和预期取得的成果以及完成项目的工作计划，我们结合培养目标，把研究内容整合成综合性、设计性和创新性实验，让学生来完成。
　　2．实验室管理体制改革
　　从2001年起，我校开始对实验室管理模式进行改革，其重点内容是以教学院(系)为单位组建实验中心，到2003年此项工作已基本结束。目前我校形成了以学校管理的省级重点实验室及工程实训中心、院(系)管理的院(系)实验中心和少部分专业面较窄且与教研室关系密切的实验室三级实验教学体系。实现了资源的重新配置和优化，为实行实验室开放奠定了基础，从而为结合科研开设实验创造了必要条件。同时我校还专门设立了开放式实验专项经费，鼓励和支持实验中心（室）业余时间免费向大学生开放。
　　3.实施大学生科研训练计划
　　根据《贵州大学SRT管理办法》，采取立项的方式，学校每年投入50万元经费为本专科生提供科研训练机会，06、07年共为学生立项400多项，参加学生1300多人次，已取得了较好的效果。
　　4.实施大学生创新性实验项目计划
　　从2007年起我校每年投入45万元经费实施实施大学生创新性实验项目计划，本年度122个项目已顺利启动，这批项目的实施对加强学生动手能力的培养和充实实验教学内容将直到积极的作用。
　　
　　三、 优化和创新测量实验教学内容的具体措施
　　第一，结合实验基础建设，设计系列实验。根据实验教学的需要，我们决定在校园内建立永久性的测量实习场地，为此我们把实验场地的基础建设与学生课间实验、集中实习结合起来，并利用学生实验成果建立了一套完整的实验资料，将原来的9个独立实验(每个实验2学时)改为由下列四个部分组成的系列实验。即:（1）高程控制测量，包括水准仪认识实验(课外)、四等水准测量外业(4学时)和四等水准测量内业(课外，在教师指导下进行内业计算)；（2）平面控制测量，包括经纬仪认识实验(课外)、水平角观测实验(4学时)、边长丈量实验(2学时)和导线测量内业(课外，在教师指导下进行内业计算)；（3）地形图的测绘(6学时)；（4）地形图的应用，包括读图(2学时)、用求积仪进行面积测量(课外)。之后，我们就分阶段把水准仪、经纬仪、求积仪借发给学生，水准仪、经纬仪每班3一4台，求积仪每2人一台。这样就可以把水准仪、经纬仪的认识实验和用求积仪测量面积实验放在课外进行，而对于控制测量的内业计算必须在教师对其外业测量数据检查无误后方可进行。这样做可避免学生在误差超限时采用涂改实验数据的方法来满足精度要求，同时还可防止学生因用超限的实验数据进行计算而致浪费时间。
　　第二，结合生产，设计系列实验。我们曾利用学生测量课间实验，完成了我校青教公寓１:５００地形图的部分测绘任务。教师先在拟测区范围内埋设满足密度要求的水泥桩，然后要求学生在设计控制网时，必须经过２一３个水泥桩(将来作为测图控制点)，其它点则由各组自己选定且各组互不相同，这样可以防止学生抄袭别组的测量数据，以保证测量数据的真实性。经过０４级各专业学生课间实验的测量，我们得到了几十组平面控制和高程控制的测量数据，通过对这些测量数据的整理、分析，剔除有错误的小组测量数据后，便得到一套精度较高的平面和高程控制测量材料。
　　第三，结合学生自己的科研项目，自主设计实验。学生根据自己的科研项目目标，自主设计实施方案，自己组织仪器设备，自己选择观测方法，实验的过程完全由学生自己控制。教师的任务只是审查学生设计的方案是否有严重的原则性错误和解答学生实验过程中出现的问题。
　　第四，结合教师的科研或教改项目，开设创新性实验。实施程序为：（1）学生根据项目需要完成的内容、预期要取得的成果和工作计划，自行收集资料，进行文献研究；（2）在充分交流讨论的基础上，进行课题的总体方案设计；（3）交教师审阅。在无原则性错误的情况下，尊重学生的设计方案；（4）经教师审阅后，学生自己设计实施的具体方案；（5）按实施方案组织实施；（6）分析观测结果；（7）写出课题研究报告和结题报告并进行结题验收。
　　
　　四、 加强实验数据的处理，培养学生的综合分析能力
　　以学生参与教师科研项目“贵州大学蔡家关校区第三实验楼沉降分析”为例说明。
　　1.分析实验数据
　　水准测量成果计算中，我们要求学生自己设计程序来完成各点沉降量计算，要编制出一个运算程序，同学们首先必须弄清楚计算原理和计算步骤，通过上机反复调试才能得出正确的计算结果。在测量成果的计算中引入计算机这一计算手段，使学生加深了对测量计算原理和计算步骤的理解，培养了学生的计算能力，激发了学生学习的兴趣。同时我们要求他们对测量误差存在的原因以及误差的大小对测量成果的影响进行分析，以提高学生分析、解决实际工程问题的能力。分析计算中超限的数据和结果，培养学生严谨治学的精神。我们要求将各个沉降点连接成为闭合水准线路，各个测站的误差均在规定的限差内，但最后的线路闭合差却超过了限差，有时竟达到分米级。

　　2.给出沉降结果
　　要求学生编制运行程序，输出各点沉降量，并绘制时间――沉降曲线。
　　3.进行稳定性分析
　　为了锻炼学生的综合分析能力，我们在学生进行观测之前，课题组教师先进行了2―3个周期的观测，并分别给出了各个观测周期的沉降量和时间――沉降曲线，这样学生每次作完观测后，要求学生将本次观测沉降结果与以前的沉降结果进行对比分析，对沉降出现异常的点(沉降量过大或过小的点)，要找出其原因，提出应采取的措施；并分析观测方案是否合理，比如选择的观测周期是否合适，若不合理，要求提出改进的方案。
　　
　　五、结论
　　结合科研项目开设实验，以真实的工程实践作为实验内容，避免传统的“模拟”真实工程实践过程来进行实验的教学模式，改“假戏真做”为“真戏真做”，培养学生探索真理、认真负责的工作态度，锻炼了学生团结协作的精神；结合科研进行实验，使学生尽早熟悉科研的基本程序和方法，激发学生探索未知领域的欲望，是培养学生学会学习并具有初步科研能力的有效方法；结合科研开设实验是更新、充实实验内容、优化实验教学体系，激励学生学习积极性，培养学生独立思考、开拓创新能力的有效途径。
　　以科研课题为内容开设研究性实验，其特点是只给任务和要求，实验方案和实验的组织均由学生自己设计，给学生自由发展的空间，能充分发挥学生的个性特长，调动学生学习和积极性、主动性。结合科研开设实验，其工作内容的质量和数量均比单纯进行实验的要求高了许多，并且实施的周期较长，这给实验的组织和成绩评定带来了较大的困难。建议学校给予一定的奖励学分并免修相应课程或实验的学习，以激励学生进行科研的积极性，学生根据自身特长和课题需要自由组合成立研究小组，研究小组中包括不同专业不同年级的学生，有利于各专业各年级学生的交流与融合。
　　由于研究型实验方案和内容的不确定性，在实验中会遇到很多新问题，这就要求实验指导教师不断拓展和延伸本学科的知识，建立起深广扎实的专业知识体系，提高科研实践能力，从而促进实验教师队伍整体素质的提高。
　　作者单位: 贵州大学
　　
　　参考文献：
　　[1]毛根海，章军军．自助式实验教学模式[J]．高等工程教育研究，2002，6：87-88.
　　[2]王伟廉．高等学校课程管理若干问题的探讨[J]．北京大学教育评论，2003，2：81-85.
　　[3]孟庆繁．探索性实验是创新型人才培养的有效途径[J]．实验室研究与探索，2004，1：85-88．
　　[4]陈新华．把实验变成培养高素质人才的摇篮[J]．煤炭高等教育，2004，1:57-59.

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