基于融合學科與技術前沿的本科生現代監控量測新技術課程建設

趙璐 袁永博 許福友 杜海 任亮

摘? 要：新時代卓越工程師計劃與新工科建設客觀上需要根據學科發展及國家經濟社會發展需求，不斷完善和優化課程體系建設，以加強學生創新實踐能力的培養。大連理工大學土木工程專業聚焦新時期發展理念，不斷加強教學改革，優化實驗教學體系，匯聚優勢學科資源，依托面向卓越工程師培養的工程實踐（土木）及創新平臺建設項目，在國內非測繪類專業率先開設了現代監控量測新技術課程，取得了良好的教學效果，在國內同類高校專業具有重要的推廣價值。

關鍵詞：工程監測? 本科生課程? 學科交叉? 課程建設

中圖分類號：O43-4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0183-03

Abstract： The outstanding engineer program in the new era and new engineering discipline construction objectively need to continuously improve and optimize the curriculum system construction according to the development of disciplines and the needs of national economic and social development， so as to achieve the purpose of strengthening the cultivation of students' innovative practical ability. The civil engineering specialty of Dalian University of Technology focuses on the development philosophy of the new era， continuously strengthens the reform of teaching， optimizes the system of experimental teaching， and gathers resources from superior disciplines， and relying on engineering practice （civil engineering） and innovation platform construction project for excellent engineers. Dalian University of Technology has taken the lead in setting up modern monitoring and measurement technology courses in non-surveying and mapping majors in China， and achieved good teaching results. it has important promotion value in similar domestic colleges.

Key Words： Engineering monitoring; Undergraduate course; Interdisciplinary; Curriculum construction

2010年，國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目——“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）[1-3]，旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略，2017年，教育部積極推進實施新工科建設[4]，構建了新工科專業新結構，更新工程人才知識體系，創新工程教育方式與手段，探索新工科自主發展、自我激勵機制。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。新工科建設基于現有工程教育改革成果，轉變觀念，調整思路，拓展改革內涵;從適應產業需求轉變為引領未來發展與滿足產業需求并重，加強多學科的交叉融合;將教育改革提升到國家戰略的高度[5]。隨著新工科研究與實踐項目的發布，新工科建設正在引領高等工程教育的深刻變革[6]。“新工科”建設應探索多學科交叉融合的人才培養模式，包括開設跨學科課程，組建跨學科教學團隊、跨學科項目平臺，推進跨學科合作學習[7]。土木工程專業是傳統的工科專業，最應該根據新理念進行學科融合與交叉，加強適合新時代發展的課程建設。

1? 課程建設思路

我國已經成為名副其實的工程教育大國。然而，大而不強、多而不精，工程教育普遍缺乏創新性和實踐性。工程一線領軍人才十分稀缺，已經成為制約我國新型工業化進程的關鍵因素。截止到2010年，開設工科專業的本科高校已達1000多所，占本科高校總數的90%，在校本科生達到371萬人、研究生47萬人，全國的工程科技人員總保有量超過1400多萬。實踐環節難以達到預期效果，專業教育與經濟建設和學科發展脫節，學生創新能力薄弱。亟需解決以下問題：（1）行業企業深度參與本科教學培養過程;（2）學校按照通用標準和行業標準培養工程人才;（3）強化培養學生的工程能力和創新能力。

大連理工大學土木水利實驗教學中心平臺建設和實驗教學內容建設均達到國內領先水平。中心支撐的土木工程、水利水電工程、港口航道與海岸工程專業均為國家特色專業和卓越工程師計劃試點專業。2013年開始啟動“面向卓越工程師培養的工程實踐（土木）及創新平臺建設項目”，項目旨在為卓越工程師培養過程中工程實踐知識的積累和創新素質的養成搭建平臺。在“工程實踐教育中心”建設和實踐教學改革的實踐平臺建設過程中，力爭達到國內一流;在國內相關專業實踐教學體系建設中，起到引領和示范作用。

“現代監控量測新技術”課程自2013年開始籌備，獲得了大連理工大學實驗室重點建設項目、土木水利學科經費、土木工程專業建設經費的支持，依托面向卓越工程師培養的工程實踐（土木）及創新平臺的建設，購置了支撐本門課程實驗部分的先進儀器設備，多位專家教授研討設立了《現代監控量測新技術》課程的教學大綱及實驗教學大綱。2016年正式面向全學部本科生開設，面向土木類、水利類等專業大學三年級學生。負責本課程的教授團隊共5人，其中教授2人，副教授、高級工程師、工程師各1人，合作編寫課程相關講義與課件。本課程現已開設四年。

2? 課程建設內容和效果

2.1 課程目標

本課程是土木類和水利類專業的選修課，理論與實踐共計20學時。課程目標是使學生通過學習認識測量先進儀器的原理與應用，了解橋梁抗風研究意義及主要技術手段，熟悉PIV測試技術原理、系統搭建以及實驗應用技巧，掌握結構健康監測的基本概念及結構健康監測的常用傳感器和測量技術。通過課程的各教學環節，培養學生的分析問題、解決問題的能力。要求學生了解現代土木工程監測與檢測的最新發展，并培養學生具有挑戰非接觸測量新技術的興趣。

2.2 教學內容

本課程主要包括了4個方向的主要內容：了解現代先進測量技術的發展，學習3D激光掃描儀、非接觸式應變位移測量儀、測量機器人及GPS的原理與使用方法;了解橋梁風毀事故、橋梁風研究，掌握大跨度橋梁抗風研究的內容及過程;了解粒子圖像測試技術在攝影測量中的應用特點，掌握PIV系統的基本搭建技巧;了解結構健康監測基本概念以及基本的虛擬儀器編程技巧，掌握多類傳感器數據同步采集儀的使用方法。

2.3 教學過程

本課程的教學環節主要包括：課堂講授、學生自學、實際操作、問題答疑、期末測驗。通過本課程的各教學環節，培養學生的分析問題解決問題的能力。本課程涉及到3D激光掃描儀、非接觸式應變位移測量儀、測量機器人、高頻測力天平、三維脈動風速測速儀、PIV激光流場測速系統以及光纖光柵傳感器等先進的儀器設備。教學過程是先理論后實踐，各方向教師從理論知識傳授到實踐分組操作親自指導，讓學生動手實踐掌握先進儀器的使用方法。使學生了解現代工程監測技術的最新發展，掌握目前最新的量測技術和監控手段。

2.4 學生反饋

“現代監控量測新技術”課程開設4年來，得到了大量來自學生的意見反饋。大部分學生通過課程的學習，了解到了現代工程監測設備與方法，使用了專業課程里未涉及到的先進儀器，他們通過理論知識的學習，并親自動手操作實驗儀器設備，完成先進量測設備、橋梁抗風、PIV編程以及結構健康監測各方向使用到的儀器實驗，更加深入地了解到了先進的儀器設備及其在實際工程監測中的作用。培養了學生動手能力及理論實踐相結合的能力。另外，在學習過程中，尤其是實驗操作過程中，學生也提出了不少寶貴的建議。例如由于實驗設備臺套數限制，每次實驗耗時較長，可以根據學生自身空閑時間靈活機動選擇時間。

3? 教學特色

國內本科課程首次融合測繪工程、橋梁工程、數字圖像處理、結構工程四個學科方向內容，教師團隊師資力量雄厚，集工程管理專業、測繪工程專業、地理信息系統專業、防災減災工程與防護工程專業、結構工程專業、信號與信息處理專業、橋梁與隧道工程專業等方向教師于一體，為本科生進行工程監測前沿學科講解與實驗指導。師資團隊與實驗儀器配備均達到國內領先水平。

通過各專業融合、跨學科交叉達到為共同目標解決問題，更好地解決了結構工程監測的問題，擴大了學生的知識層面與眼界，同時也增強了教師之間的合作與交流。激發了教師與學生的積極性、創造力與活力;本門課程的設立與開展能夠使不同學科間更好地融合促進，進而生成更多新的研究與教育增長點。

4? 結語

借助3D激光掃描儀、測量機器人、PIV激光流場測速系統、三維脈動風速測速儀以及光纖光柵傳感器等先進的儀器設備，對結構開展非接觸測量、健康監測等，使學生了解現代工程監測技術的最新發展，掌握目前最新的量測技術和監控手段，并培養學生的動手能力和運用現代檢測設備和方法解決實際工程問題的能力，是現代監控量測新技術課程建設的基礎與目的，建設優質的本科生課程，讓學生獲得更多的學科交叉知識與實際解決問題的能力。

參考文獻

[1] 教育部.國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）[Z].2010.

[2] 教育部.國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）[Z].2010.

[3] 教育部.教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[Z].2011.

[4] 教育部.關于開展新工科研究與實踐的通知[Z].2017.

[5] 黃英，李保國，雷菁，等.新工科的專業核心能力探索及課程體系構建[J].大學教育，2020（5）：20-22.

[6] 郝莉，馮曉云，宋愛玲，等.新工科背景下跨學科課程建設的思考與實踐[J].高等工程教育研究，2020（2）：31-40.

[7] 吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設引領高等教育創新變革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7，61.

[8] 尹毅，李思琦.以“新工科”建設引領高等工程教育創新與變革[J].高等建筑教育，2019，28（4）：1-6.