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非测绘专业测量学课程教学改革的研究与探索

发布时间：2014年06月12日 09:46 点击： 896 发布：国防科学技术大学

非测绘专业测量学课程教学改革的研究与探索
周鹤峰^1,2，曾旸¹，华小强¹，龚佑兴¹，赵云¹，王文珂¹
(1. 国防科学技术大学气象海洋学院，湖南长沙，410073；

2. 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海，200240)

[摘要]教学改革是一项贯彻教学始终、艰巨复杂的任务。本文针对非测绘专业的学科特色和学习特点，从教学目标定位、教学内容设计以及教学方法改进三个方面对测量学课程教学改革进行了研究与探索。研究内容对解决非测绘专业测量学课程教学改革中存在的一系列问题具有重要借鉴意义。
[关键词]非测绘专业；测量学；教学改革
[基金项目]国家自然科学基金项目（11904406）
[作者简介]周鹤峰，(1987-),男，汉族，安徽池州，博士，国防科技大学气象海洋学院，助理研究员，主要从事测量学、地图学以及地理信息系统方面的教学与研究。
[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A
0 引言；测量在城乡规划、资源勘查、交通运输、水利建设、军事斗争等领域都发挥着重要作用。测量学是测绘专业的一门技术基础课，也是土木工程、地质工程、交通工程、环境工程、以及地球信息科学与技术等非测绘专业的必修课之一^[1]。该课程是研究地球整体及其表面和外层空间中与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文及其随时间变化-的信息的获取、处理、管理、更新和利用的科学与技术，可以极大地丰富学生的测绘相关知识，有助于学生掌握测图、读图、用图、放样等方面的技能，形成良好的实践动手能力^[2]。
参考资料显示，全国目前有一百多所本科院校开设了测量课程，还有大量的高职院校开设了测量相关课程。测绘专业的培养模式主要分为两类，一类是以武汉大学为代表的学术型培养方案，另一类是以中国矿业大学为代表的行业特色培养方案^[3]。这两类培养方案都是以包括测量学在内的大量必修课程和选修课程为基础，系统培养学生的测绘专业知识和应用技能。然而，对于非测绘专业的学生来说，由于知识结构、课程体系、培养目标、分配学时等方面与测绘专业的学生存在一定差异，显然不能直接套用测绘专业的培养方案来指导非测绘专业的测量课程学习^[4,5]。因此，根据非测绘专业的学科特色和学习特点，开展有针对性、集约高效的教学改革工作，是十分必要的^[6,7]。本文从教学目标定位、教学内容设计以及教学方法改进这三个方面进行了研究和探索。

1 教学目标定位

测量学是一门既强调书本知识又注重动手能力的课程。具体来说，测量工作的开展离不开正确的理论知识和严格的规范流程的指引，但是学生学到的知识不能仅仅停留在脑海中，而是要付诸实践去检验效果，进而形成测量能力。测量学也是一门既古老又年轻的学科。说其古老，是因为测量学具有悠久的历史，早在公元前14世纪，幼发拉底河与尼罗河流域的人们就开始了土地边界测量工作；说其年轻，是因为随着现代科学技术的进步，测量学逐渐发展形成了广泛集成电子技术、计算机技术、3S技术的现代测量学。此外，由于缺少大量与测绘相关课程的学习与实践锻炼，非测绘专业的学生在学习测量学课程时存在知识基础薄弱、实践经验匮乏、重视程度不够等问题，而有限的学时数进一步加大了保证教学质量的难度。
综合上述因素，非测绘专业测量学的教学目标定位应该以“理论与实践、经典与前沿、专业与通识”为基本思路。具体来说，“理论与实践”指的是理论知识与实践应用相结合，以理论来指导实践，用实践来巩固理论，使学生形成“内外兼修、手脑并用”的全面素质；“经典与前沿”指的是除了测量学的经典理论、经典方法和经典技术，还要反映相关领域的最新科技成果，使学生既“博古”又“通今”，能够了解新进展，熟悉新技术，掌握新方法；“专业与通识”指的是既要体现测绘专业的学科特点，又要兼顾非测绘专业测量教学的特殊要求，打通测量学专业培训与通识教育的链路。
按照这一指导思想，我们提出了本课程的教学目标：通过学习，并结合课内实践环节，获得测量学的基本概念、基本理论与基本方法，掌握常规测量设备的测量原理、使用方法、测量误差来源分析和测量结果的检验与校正，培养探索精神、创新意识和实际应用能力，为进一步学习相关课程及从事相关工作奠定必备基础。

2 教学内容设计

围绕制定的教学目标，教学内容的设置要以经典的测绘理论为牵引，通过相应的技术手段，尤其是现代测量技术和仪器，来满足背景专业的特定需求。由于出口应用方向不一定是测绘相关领域，所以教学内容要聚焦“强基础、重能力、宽应用”，即强化基础知识的掌握，注重实践能力的养成，拓宽课程应用的范围。总的来说，教学内容的设计要具备系统性、先进性和科学性。
以实验环节的设计为例，本课程实验以测量学理论知识的应用能力培养为总体考虑，使学生熟悉测量原理、仪器使用的实习应用，锻炼学生自己动手、分析设计实验、操作测量仪器的能力，深化学生对测量学相关理论的认识，锻炼学生理论联系实际的能力，拓展学生分析解决现实问题的能力。
本课程的教学内容主要包括测量学绪论、水准测量、角度测量、距离测量与直线定向、测量误差的基本知识、控制测量，学生应熟悉、了解或掌握不同知识单元的具体内容，完成水准仪测量、全站仪测量等内容的实验作业，达成课程标准的相应要求。具体内容如表1所示。

表1 测量学教学内容

序号	标题	内容
1	测量学绪论	1. 了解地球的形状和大小，理解地面点位的表示方法，理解我国高程系统与坐标系统的建立方法。 2. 了解测量学的基本概念，掌握测量工作的基础知识，掌握测量工作的主要内容。
2	水准测量	1. 掌握水准测量的基本原理。 2. 掌握水准测量实施的方法及测量成果的计算方法。 3. 理解水准测量误差产生的原因，了解水准测量过程中的注意事项。
3	角度测量	1. 了解角度测量的概念，掌握角度测量的原理，了解测角仪器的构造。 2. 掌握水平角、竖直角测量的基本方法。 3. 理解角度测量误差的来源，掌握消除或减弱测角误差的基本方法。
4	距离测量与直线定向	1. 了解距离测量的概念，掌握视距测量的基本方法与计算公式、标准方向的种类及方位角的概念。 2. 掌握直线定向的方法与钢尺量距的一般方法，了解象限角的概念，理解电磁波测距的原理。
5	测量误差的基本知识	1．掌握测量误差的基本概念，掌握偶然误差的特性，了解测量误差的来源和分类。 2．掌握衡量精度的指标，掌握误差传播定律及其应用。 3．掌握算术平均值的概念及其中误差计算方法。
6	控制测量	1．了解控制测量的基本概念及基本程序。 2. 了解导线测量的等级及其技术要求，了解导线布设形式，掌握导线测量的原理和基本方法，掌握导线测量外业工作的基本程序。 3．掌握闭合导线及附合导线坐标计算的方法，了解交会定点法的测量与计算。
7	水准仪测量实验	了解水准仪的构造，掌握水准仪的测量原理及使用方法，掌握水准仪的基本检验与校正方法，掌握三、四等水准测量的技术指标与观测方法以及观测成果的整理方法。
8	全站仪测量实验	了解全站仪的构造，掌握全站仪的测量原理及使用方法，掌握全站仪水平角测量、距离测量、坐标测量、面积测量的方法，理解三角高程测量的原理、观测与计算。

3 教学方法改进

为了提升教学质量，增强学生对教学内容的理解吸收，必须要在教学方法上下功夫、做文章。传统的教学方法以教师课堂讲授为主，学生课后作业为辅。这是一种“单输入单输出”的教学模式。学生获取信息的渠道单一，教师得到的反馈信息片面，既不利于形成双向互动、教学相长的良性循环，也不利于学生综合素质的提升。
在“以人为本精准施教、以质为重改革创新”的思想指导下，可以从两方面改进教学方法：一是鼓励问题导向学习，通过提出现实问题、启发分析思路、引导构建模型、讨论测量与表示方法、经典案例参照研讨、反思问题求解成果等手段方法引导学生完成发现问题-分析问题-求解问题-思考问题的闭环过程，加强学生对测量学问题和方法技能的理解与应用；二是通过项目学习，例如设置测量实践项目，引导学生完成问题提出、项目界定、团队组建、项目分析与分解、项目方案实施以及项目答辩等环节，锻炼学生自主学习、团队合作以及解决现实问题等方面的能力。
以全站仪测量实践项目为例，教师可以提前录制或搜集整理20到30分钟的视频教程，将全站仪相关的基本知识点和操作要点传达给学生。接着教师结合视频中的内容与学生进行交流，针对学生的疑问和思考答疑解惑。然后教师布置测量基本任务，并将学生分成若干小组。学生接受任务后，在组内开展讨论、设计过程、任务分工、具体实施。在这一过程中，学生发现问题并探索解决途径，教师保持对各小组的密切关注和实时互动，及时解答学生在项目推进过程中遇到的问题。最后，学生在完成任务后认真总结成果和经验，撰写项目报告，选派代表向教师和全体学生进行汇报，并针对其他学生提出的问题进行解释和辩论。这种以学生为主导角色、教师做辅助角色的课堂翻转模式有助于激发学生的主观能动性，养成勤于学习和善于思考的良好学风。

4 结论

作为土木工程、地球信息科学与技术等非测绘专业的必修课之一，测量学对于学生具有十分重要的意义。本文针对非测绘专业的学科特色和学习特点，从教学目标定位、教学内容设计以及教学方法改进三个方面研究和探索了测量学教学改革的具体措施。改革举措的顺利实施将为培养新时代测量学领域的综合型高素质人才提供重要支撑。

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Study and Exploration on Teaching Reform of Surveying Course for Non-surveying and Mapping Majors
ZHOU He-feng^1,2, ZENG Yang¹, HUA Xiao-qiang¹, GONG You-xing¹, ZHAO Yun¹, WANG Wen-ke¹
(1. College of Meteorology and Oceanology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, Hunan;
2. State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, Shanghai)
Abstract: Teaching reform is an arduous and complicated task which is prosecuted to the end of teaching. According to the subject characteristics and learning characteristics of non-surveying and mapping majors, this paper studies and explores the teaching reform of surveying course from three aspects: the orientation of teaching objectives, the design of teaching content and the improvement of teaching methods. The research content has important reference significance for solving a series of problems in the teaching reform of surveying course for non-surveying and mapping majors.

Key words: non-surveying and mapping major; surveying; teaching reform

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