时代背景下土木工程测量教学改革研究与实践

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　　摘  要：工程测量是一门应用性很强的课程，也是土木工程专业大类的一门重要必修课。新的时代背景下，知识的爆炸，技术的革命，使工程测量技术以前所未有的发展速度不断进步，同时也带来了社会对人才培养的更高要求。该文从当前土木工程测量教学的实际情况出发，针对教学过程中客观存在的问题，结合第一线的教学经验和现代化教学手段，提出了土木工程测量理论教学与实践教学的若干改革方案，并付诸了实践。
　　关键词：时代背景  两个导向  MOOC  SPOC  两个深化
　　中图分类号：TU198-4;G642.0   文献标识码：A            文章编号：1672-3791（2019）06（c）-0105-03
　　在新的时代背景下，我国大规模的基础建设方兴未艾，遍地开花，而各种工程建设工作都离不开工程测量技术。笔者学校土木工程专业培养大类所有本科生均开设了《工程测量》这门重要的专业基础课程，其目的在于加强土建类专业学生的实践动手能力和工程测绘能力[1]。通过该课程的学习，能使学生具有工程测量的基本理论知识和专业实践技能，为以后从事建筑、道路、水利、地铁等行业的规划、设计、施工和运行管理工作奠定基础[2]。
　　近年来，随着科技的进步，测绘技术方法与测绘生产工具都得到了飞速的发展，测绘技术已经从传统的手工机械手段向数字化、自动化、智能化方向发展[3]，一直延续的工程测量学课程体系已经远不能适应现实需求。毕业生在工作中暴露出了知识面窄、知识体系陈旧、适应能力差等问题。如何打破传统的教学模式， 充实现代测绘技术， 使工程测量与信息科学有机结合， 成为当前土木工程专业测量学课程改革的重要工作[4]。
　　1  当前教学现状分析
　　1.1 课时少，教学内容多
　　随着高等学校教学改革的不断深入，各个高校逐步压缩了必修课的课内学时数[5]。例如笔者承担的《工程测量》课程，目前总课时仅为32学时，包括24个学时的理论讲授和8个学时的课内实验。在如此少的课时之内，一方面教学内容不可能覆盖教材所有章节和知识点，大纲的知识点设置受到极大限制;另一方面，教师在课堂上对于该课程理论、方法阐述的深入程度也无法保证，往往为了顺利完成大纲规定的教学内容，在课堂上从头讲到尾，疲于奔命，难以实现课程教学的生动性和趣味性，学生自然無法对该课程知识进行融会贯通。此外，教学大纲内容更新频率较慢，严重滞后于行业技术发展，已难以适应社会需要。
　　1.2 教学内容陈旧，更新频率低
　　从一定意义上讲，课程教学大纲的知识点设置是同教学课时的分配紧密联系在一起的，在大纲制定的过程中，其教学内容的选取很大程度上要受到课程总分配课时的限制。在有限的课时之内，教学内容不可能覆盖教材所有章节和知识点，因此在教学大纲编写时必然要在各知识点之间进行取舍，并且要对经典理论方法和新技术、新方法的教学内容方面设置较为合适的比例。随着测绘行业的飞速发展，近年来技术革新的速度越来越快，很多旧的技术不断被淘汰、被取代，而《工程测量》课程教学大纲主要内容多年不变，是难以适应社会发展与行业需求的。
　　1.3 实践教学条件有限，与工程实际结合性差
　　作为非测绘专业，该校测量实验室的建设经费是较为有限的，其工程测量实践教学的仪器设备更新远远跟不上行业的发展。由于学生人数众多，实验室的建设经费往往无力批量购买代表当今测绘技术发展的先进仪器设备，仅能满足学生对于传统低端测绘仪器的认识和学习，而很多老式的仪器甚至已经停产或被市场淘汰，实用性不强。而新仪器的购买和补充，要达到教学要求的数量和质量，尚需一个相对较长的时期，从而使得实验设备的先进性始终滞后于行业发展的现状。此外，学校也缺乏专门的工程测量实践教学基地。
　　1.4 师生互动、交流机会较少
　　心理学研究表明， 如果强迫学生学习， 学生对所学到的东西难以长久留在记忆中。对于学生来说，学习也只能是一种极为被动和消极的行为，没有主动性、挑战性和创造性， 学生的自我学习和自我管理能力得不到有效的锻炼[6]。如果仅仅只是教师一味地灌输知识，学生的学习效果是不会好的。因此，加强师生的互动，通过教师引导与彼此交流产生的思维碰撞来提高学生的学习主动性和积极性，对教学效果是具有良好的促进作用的。可现实的情况是，由于课时紧张，利用课堂时间进行师生互动交流和问题讨论基本不太可能。而由于学生排课也较满，学习任务重，占用学生课外时间组织课程问题讨论也不现实。
　　1.5 教学和考核模式单一
　　在《工程测量》教学和考核模式方面，长期以来主要形成了理论讲授—实践操作—课程考试三点一线的模式。从教学的层面来看，在有限的课堂教学时间之外，师生之间往往是“互不相干”的。而从考核的层面看，通常是通过课程闭卷考试成绩综合平时成绩与实验成绩得出一个期末总评成绩。平时成绩主要以课后作业为主，从目前的统计和评估来看，抄袭的现象不在少数;而课内实验主要是以小组为单位完成实验任务，以学生提交的实验报告为主要依据，要精准定位到个人实际表现存在一定困难（另有独立设置的《测量实习》教学环节，情况基本类似）。期末闭卷考试虽然从一定意义上来讲比较客观和公正，但也不排除有些“平时不学习，考试靠突击”的“考试型”学生，“考试分挺高，考完忘精光”，并没有深入掌握该课程的精髓。
　　2  理论教学体系的改革创新及实践
　　2.1 建立“两个导向”，优化教学内容
　　在有限的教学时间限制下，如何合理设置授课内容，是优化教学内容的关键。
　　“两个导向”，一是以社会对土木工程技术人才工程测量技能需求为导向，以制定具有行业针对性的培养方案;二是以行业最新发展为导向，使《工程测量》课程体系设置能与时俱进，既把握经典理论，又紧跟时代步伐。按照这个思路，可在一定社会调研的基础上，摒弃一些相对过时的知识，而代之以强调先进的测绘技术与方法，整体优化思路可归纳为“保留基本理论，弱化过时方法，去除无用知识，补充先进技术”四大原则。 　　（1）保留基本理论。对于原教学大纲中的工程测量基本原理方法应予以保留。如绪论、水准测量、角度测量、距离测量、控制测量、碎部测量等经典的理论、概念。
　　（2）弱化过时方法。对于一些早期的、现在基本被取代的方法，仅做简要介绍或一带而过，减少课时量。如钢尺量距、经纬仪视距测量、三角测量、经纬仪人工测图等。
　　（3）去除无用知识。此处的“无用”，意指对于土木专业学生而言，以后基本不会用到的知识。例如水准仪、经纬仪的检校，以及测量误差理论、坐标换带计算、地形图完整分幅等。
　　（4）补充先进技术。此部分可以说是教学内容优化的重点。当前的测绘新设备、新技术发展迅猛，在有限的课时中增加该部分内容，应有所侧重。例如，以北斗、GPS为代表的卫星定位测量技术，目前已应用广泛，可详细讲解;而三维激光扫描、无人机测绘、测量机器人等具有一定代表性，但应用范围较窄的新技术，可仅作功能、应用案例方面的简要介绍。
　　在上述优化思想指导下，对于教学大纲内容可设置为固定的部分和灵活变化的部分，其中固定部分主要为经典的原理、概念，在相当长的时期内可保持不变;而灵活变化的部分则应根据最新的技术发展动态适时调整。
　　2.2 工程测量网络在线开放课程建设，拓展教学资源，丰富教学手段和考核模式
　　“大规模公开在线课程”（Massive Open Online Course，简称MOOC）为我们提供了一个从未有过的在线学习模式。SPOC（Small Private Online Course）则是一种比MOOC更精致、更小众的在线开放课程类型，它既融合了大规模在线开放课程的优点，同时也能弥补传统课堂教学的不足。SPOC的产生源于MOOC，被视为“后MOOC时代”的新模式，也可以视为MOOC与传统校园课程相互融合的产物。当前该校大力推行和支持MOOC、SPOC在线课程平台建设，为工程测量课程教学带来了福音。
　　网络在线课程的核心是微视频和互动学习。在课程平台中，教师可以上传自己的讲课微视频，每一个视频均为细化后的课程知识点单元，时长仅为1min左右，这是基于人的认知活动在10min内是最高效的原理来确定的。平台能够通过手机登录进行各项操作，学生便可充分利用课余的“碎片”时间通过课程视频的观看，有针对性地加强课程学习，灵活便利。教师通过在平台中上传各种课程相关的扩展资源，如视频、文献资料等，极大地开阔学生视野，激发学生学习兴趣，弥补课堂教学的不足。此外，平台还具备课程作业布置与批阅、课程答疑讨论、问卷调查、试卷题库、在线测试、教学邮箱等多个功能板块，可以说提供了一个良好的师生互动交流机制，极大地弥补了课堂教学的不足。一方面，教师利用该平台可以更加深入地了解到学生的课程学习状况;另一方面，学生通过平台提供的丰富课程信息，可及时地解决自己在课程学习中的各种问题。
　　网络在线开放课程的建设，其优越性显而易见。但作为一个新生事物，在初期的运行过程中，要让学生逐步了解和习惯，仍需要教师的合理引导。当前笔者已经完成了我校《工程测量》SPOC的建设工作并通过学校验收。在运行过程中，笔者将课后作业、课堂小测试、答疑讨论等传统教学环节全部放在SPOC平台中进行，并且与期末总评成绩挂钩，让学生从起初的被动使用，到逐步了解之后获得好的体验，最终转变为主动使用和学习。另外，SPOC的建设同时也丰富了期末考核的手段。自该平台运行以来，教学效果良好，学生的作业情况、期末考试通过率、学习兴趣和积极性等各方面均有了不同程度的改善。在该平台中所做的匿名问卷调查表明，已有相当一部分同学对该课程的学习由最初的“不重视”“无兴趣”转变为主动学习和积极学习。
　　3  实践教学环节的改革创新及实践
　　3.1 设计综合性实践任务，培养学生创新思维
　　在土木工程测量实践教学环节中，水准仪、经纬仪、全站仪、GPS等测量仪器的基本操作是基础，但针对具体工程问题如何设计科学的技术方案，从而选择合适的仪器设备，完成测量工作任务，才是我们更应该注重培养学生的技能。因此在实践教学内容安排上，应尽可能设计综合性较强，同时具有一定方案设计环节的实践任务，而避免采取教师固化工作内容，学生按部就班实施的教学模式。
　　举例说明，我們的实践教学中设计以下一项任务：教师给定地面2～3个控制点的平面坐标和高程，要求学生测量并计算得到远处某高楼特定观测点（如楼顶避雷针、楼角等）的平面坐标和高程。该任务需要学生自行设计方案和选定仪器，具有一定趣味性和创造性，不仅锻炼了学生的创新思维和灵活运用所学知识的能力，同时任务的完成涵盖前方交会、三角高程等理论方法，并需要综合运用距离测量、角度测量等手段，具备较好的综合性，使学生得到好的启发。
　　3.2 建立“两个深化”，扩展教学资源
　　“两个深化”，一是指深化科研教学相结合;二是深化校企合作与校际交流，广泛开展“协同创新”等活动。
　　（1）深化科研教学相结合。各研究表明，教学与科研的相互促进作用是显而易见的。教师通过吸纳部分学生参与科研工程项目，可让学生能够近距离接触实际生产过程，在解决实际问题的过程中，更深刻地理解课程知识。例如，笔者曾经承担过某公路控制网复测项目，组织了部分同学参与其中，项目结束后同学们纷纷表示获益良多，在同学之间也产生了较好的宣传效果，极大地提高了学习积极性。而教师将类似的项目实例利用案例教学、模拟教学等手段引入到实践教学环节，也能使学生更加了解生产实际，增强学习效果。
　　（2）深化校企合作与校际交流。目前国内很多测绘企业十分重视同高校的合作，也建立了自己的校企合作机制。开展校企合作可充分利用企业在测绘新技术、新装备方面无可比拟的优势。通过邀请企业技术人员开展技术讲座、组织学生赴企业参观、校企共建实训基地等多种形式，可扩展实践教学平台，开阔学生视野，让学生切实了解测绘新技术发展;而企业也扩大了自身的知名度和影响力。校际之间的合作则主要体现在教学方法、教学模式和教学成果的交流方面，通过校际之间的合作研究和探讨多样化的教学模式，可丰富教学手段，共享教学资源;通过参与企业赞助的校际之间测量技能竞赛，可进一步增进交流，提高《工程测量》课程的影响力，激发学生的学习兴趣。 　　3.3 建立科学的实践教学考核方式
　　实践教学环节是以小组为单位协作完成测量任务，传统的考核方法主要依据小组提交的整体成果先给出小组整体等次，再由个人提交的实验实习报告，在小组等次的基础上对个人成绩进行一定调整。从某种程度上看，该考核方式具有一定区分度，但是仍然存在一些片面性。报告写得好的同学，不一定就是掌握技能最娴熟、投入工作最积极、承担工作量最多的那一位。因此，在实践成绩考评时，还应综合考虑其他因素，对每个小组成员分别进行附加考核，如对每个同学进行实践仪器设备操作和实践某个环节进行现场抽查，并准备几个相关技术问题随机提问，将此部分成绩也作为总成绩的一部分。综合多方面因素，总实践成绩可由出勤、考核、报告及成果质量等几部分组成，分别按10%、30%、30%、30%的比例分配。
　　4  结语
　　时代在飞速发展，土木专业《工程测量》课程教学只有紧跟行业技术动态，与时俱进，才能更好地为土木类专业服务。对土木工程测量课程教学当前存在的问题，我们必须具有清醒的认识，并且制定明确的改革方向。有些客观条件的限制，在短期内我们可能没有办法直接从根源上予以解决，但是通过多种途径，充分整合和利用一切资源，从教学内容、教学手段、教学模式、教学理念等多个方面对各个教学环节进行优化，依然可以使工程测量课程教学效果得到极大的改善。该文结合土木工程测量一线教学实践经验，提出了一系列工程测量教学改革思路并进行了有益的实践，取得了一定的成效，但也还有一些方面，例如协同创新、校企合作等工作开展还不够深入，仍然有待进一步加强，这也是接下来继续努力的方向。
　　参考文献
　　[1] 余莹，赵海云.卓越计划下非测绘专业工程测量课程教学改革研究[J].测绘通报，2015（12）：122-124.
　　[2] 李爱民，闫超德，吴连成.工程测量课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2013（6）：324-325.
　　[3] 郭建，林轶红.《土木工程测量》课程教学改革与实践[J].四川建材，2017（1）：205-206.
　　[4] 孙晓.土木工程测量教学改革的实践与探索[J].长沙铁道學院学报：社会科学版，2009（1）：31-32.
　　[5] 陆付民.土木工程测量课程理论教学与实践教学改革研究[J].测绘与空间地理信息，2015（11）：62-65.
　　[6] 杨剑，吴浩，李书进，等.浅谈非测绘专业《工程测量》课程教学[J].中国科教创新导刊，2013（5）：178-179.
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