基于科研反哺教學的“變形測量”課程教學改革與實踐

吳瑞娟 宋鵬 鄭文兵 王芳

摘 要 在“空天地”智能感知技術迅猛發展背景下，本文針對測繪工程專業“變形測量”課程教學過程中存在的問題，提出科研反哺教學模式下的課程改革。通過科研成果進課堂、理論授課與工程實踐相結合、課程考核體系優化來實現，實踐表明通過課程改革，學生在測繪技能競賽、創新創業項目以及科研論文方面成果凸顯。

關鍵詞 科研反哺教學 變形測量 課程改革

中圖分類號：G424?????????????????????????????????文獻標識碼：A??DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.12.029

Abstract Under the circumstances of rapid space/air/ground-based intelligent sensing technologies development， some problems in the deformation monitoring course for surveying and mapping engineering major are obvious， therefore， curriculum reform based on scientific research-assisted education mode is proposed. The specific methods are as follows， adding scientific research results in the classroom， combining theoretical teaching with engineering practice， and the optimization of course assessment system. Curriculum practice results show that students have made outstanding achievements in surveying and mapping skills competitions， innovation projects and scientific papers improve obviously.

Keywords scientific research-assisted education; deformation monitoring; curriculum reform

0 前言

“變形測量”課程是測繪工程類專業的核心課程之一，“變形測量”課程主要介紹工程建筑物/構筑物等變形體的變形監測方案設計、監測網平差、變形監測技術、變形監測數據分析、變形預測預報以及典型工程案例等內容，旨在為測繪工程專業學生從事工程建設、地質災害監測工作打下基礎。教學與科研相互依存，相互促進，科研反哺教學模式是培養大學生創新思維和創新能力的有效手段。在“空天地”一體化智能感知技術發展和工程教育專業認證背景下，本文針對“變形測量”課程教學過程中的問題，利用科研反哺教學模式開展測繪工程類專業課程教學的創新實踐，培養學生的創新能力，提高人才培養質量。

1 “變形測量”課程教學現狀

1.1教材內容滯后，教學方法單一

在測繪地理信息行業新形勢下，變形測量技術發展為低空無人機等空基監測技術、合成孔徑雷達干涉測量（Interferometric Synthetic Aperture Radar， InSAR）等天基監測技術、以及全站儀、GNSS（Global Navigation Satellite System， 全球導航衛星系統）接收機等地基監測技術組成的“空—天—地”一體化監測技術。隨著無人機、衛星等新型搭載平臺及各類新式傳感器等新技術的發展，數據處理方式發生了深刻變革。目前出版的變形測量相關書籍較多，然而由于教材出版周期較長，導致教材涵蓋的新技術、新方法有限，往往滯后于科學前沿。教材內容與技術發展的不同步，是“變形測量”教學時遇到的問題之一。

變形測量課程一般采用多媒體教學，教師講授知識，并伴有一定程度的教學互動和簡單的校內實驗。實際上，學生走上工作崗位后應對的不是零散的知識，而是實際的工程項目，涉及一個復雜的監測過程。因此，以具體工程為對象，圍繞具體工程項目進行監測、分析、預測全過程，是學生就業面臨的實際情況。

1.2重理論知識教學，輕工程實踐操作

“變形測量”是一門理論和實踐并重的課程，目前該課程課時共48學時，其中理論部分32學時，數據處理部分16學時。由于實驗場地布設難度較大、先進儀器設備昂貴、應用型大學教研經費有限等因素，導致該課程教學過程中僅進行理論教學、變形監測數據處理兩方面教學內容，未開展工程實踐。因此，立足應用型大學的人才培養目標，提高學生的實踐操作能力，是變形測量課程需創新改革的內容。

1.3課程評價單一，缺乏綜合考核

目前“變形測量”課程成績由平時成績和期末成績構成，平時成績占比30%，期末成績占比70%，平時成績由考勤、平時作業、課堂表現三部分構成，期末成績由試卷成績得出。平時成績學生之間差異不大，最終成績主要取決于期末成績，而期末成績采用試卷難以全面考核學生對課程的掌握程度，目前課程評價較為單一。單一的評價方式難以有效激勵學生平時的學習主動性，因此建立綜合課程評價體系，是提高學生學習主動性、積極性的一種途徑。

2 “變形測量”科研反哺教學的必要性

通過分析“變形測量”課程教學現狀得出，課程教學內容存在滯后性，實踐教學環節薄弱，以及教學評價機制較為單一。目前針對該課程教學過程中存在的問題，李培現等[1]在變形監測技術課程中重點開設案例式教學;張為成等[2]重點以學生為內部反饋，以企事業單位為外部反饋持續改進課程教學方案。為了順應變形監測技術的蓬勃發展，戴吾蛟等[3]建立了基本方法—新技術—模擬工程項目實例課程體系。

目前科研反哺教學在過程裝備與控制工程專業、[4]制藥工程專業、[5]生物工程專業、[6]生物分離工程專業等[7]已開展了相關課程體系的教學改革探索與實踐，提高了本科生創新創業能力、[8]開闊了學生視野、啟迪了科學思維等人才培養目標。為落實《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》（教高〔2018〕2號）文件精神，圍繞全面提高人才培養能力這個核心點，推進高水平人才培養體系建設，努力推動教學和科研良性互動、協調發展、共同提高，我校結合本科教學工作審核評估要求，擬定了科研促進應用型課程體系建設、鼓勵科研成果與教學實踐有機結合、鼓勵教師吸收學生參與其科研活動等十條科研反哺教學實施意見。

隨著智慧測繪技術的發展，涌現了一批新型的監測設備與技術，利用新型技術已獲得了大量的科研成果和產業化應用。將科研成果及時地融合教學過程中，利用科研反哺教學，是緩解課程教學現狀問題的有效途徑。因此，結合測繪工程類教學特點，“變形測量”課程非常有必要進行課程教學改革和教育教學實踐。

3 科研反哺教學的實踐

針對“變形測量”課程教學現狀問題，開展科研反哺教學模式下的課程改革創新實踐，實踐方案如圖1所示，具體舉措如下：

3.1 科研成果進課堂，教學手段多樣化

針對教材內容滯后，教學方法單一的問題，首先，確定一本內容比較基礎、結構相對全面的教材，使學生建立變形測量的基本知識結構。目前出版教材中有針對某一變形體的變形監測，如《滑坡變形雷達遙感監測方法與實踐》，[9]有針對一種技術或綜合幾種技術開展變形監測的教材，如《GNSS邊坡監測與變形分析》[10]《星載/地基雷達干涉變形監測方法與應用》，[11]也有理論技術和工程案例兼顧的教材，如《變形監測理論與應用》[12 ]《變形監測技術與工程應用》。[13]因此選擇教材時，應該選擇理論技術和工程案例兼顧的教材作為授課主要使用教材。其次，結合上述其他教材和測繪科學與技術學科主流的中英文期刊等資料，提供閱讀書目供學生自學。最后，立足四川區域特點，將教研室教師在山地滑坡災害監測、大壩等水利工程形變監測等研究成果融入教學中，充實工程案例教學部分，激發學生服務四川社會經濟發展的責任感。

以系統化、整體化的觀點對待課程內容，改變教材的呈現方式。工程案例教學中，在多源監測手段融合理念下，以監測體為對象開展項目式教學。如在講授地面沉降監測、水電站工程形變監測案例時，將InSAR技術、GNSS監測等新老技術的方法和思路進行比較和分析，得出幾種監測數據成果的共性和差異，使學生更好地理解基礎知識，并對新技術的改進和應用過程有更深入的理解和認識，幫助學生建立完整的知識體系結構。

該課程教學過程中，綜合利用多種教學手段，將講授法、演示法與小組討論法相結合。該課程教學改革實踐中，由理論講授、數據處理演示和工程實踐三階段構成，課程分配為理論講授24學時，工程實踐12學時，數據處理演示12學時，共48學時。（1）在理論講授階段，綜合考慮數據處理演示階段和工程實踐階段需要利用的理論知識，將這些理論知識作為課程講授重點，講解過程中，將一些抽象復雜的概念運用動畫、視頻等手段動態展示，便于學生理解領悟。（2）在工程實踐階段，以小組為單位，8人一組，共4組，以四處校內閑置的校舍為監測對象，利用GNSS監測設備布設監測網，設計監測方案，進行建筑物變形監測工程實踐。（3）在數據處理演示階段，分三個數據處理實踐，其一是校舍建筑物的變形監測，學生將建筑物監測獲得的數據利用Matlab軟件進行處理，分析監測結果，繪制監測點的形變圖，書寫成果報告。其二是利用筆者前期積累的水電站工程的安全穩定性監測數據，開展監測數據的讀取、去噪、擬合、預測等監測數據分析方法，對比分析不同的去噪、擬合和預測方法的異同點，書寫監測數據分析報告。其三是基于筆者前期積累的四川茂縣雷達影像，開展利用InSAR技術的滑坡識別實驗，按照理論講授課的InSAR技術基本流程，向學生進行演示操作，之后學生進行自主操作，完成實驗報告。

3.2 開放科研平臺與儀器，注重理論實踐相結合

針對教學重理論知識，輕工程實踐的問題，筆者設計“變形測量”課程從理論授課、工程實踐、數據處理演示三階段依次開展，三階段的開展相互聯系，環環相扣。理論和實踐課的比重為1：1，理論和實踐并重，實踐內容分為野外監測和室內解算兩類。理論和實踐內容的側重點，立足了地方院校的辦學理念，以及筆者所在教研室教師的成果積累，能夠保障理論和實踐階段的順利開展。另外，筆者與地方企事業單位開展了校地合作項目，可在課后時間帶領學生觀摩工程現場監測情況，在安全保障條件下，開展適量的項目工程監測實踐。

近幾年，筆者所在的學院相繼建立地理信息測繪博士工作站等科研平臺八個，購置了北斗教學實驗箱、無人機、GNSS監測設備，以及高性能數據處理服務器數臺。這些儀器設備除用于教師科學研究之外，也向學生開放。在課程教學過程中，在本科生中遴選時間較為充裕的學生進入科研平臺，結合科研課題開展科研訓練，培養學生的創新思維，學生可以結合科研訓練內容積極謀劃創新創業課題、學科競賽課題等;同時，學生有前期科研訓練基礎，能為畢業論文的開展提供有力保障。

3.3 建立評價指標體系，課程考核評價優化

針對課程評價單一，缺乏綜合考核的問題，筆者近幾年逐步改進課程考核機制。期末考核增加了開放性試題的比重，由之前的40%提高至60%。平時成績不再由考勤情況、平時表現等無差異化指標體現，而是由專題討論、個人匯報、研究報告三部分構成。專題討論是在理論授課階段，學生對山地滑坡災害監測、水電站形變監測、運營地鐵的安全性監測等不同的專題開展深入討論，集思廣益，課堂氛圍活躍。個人匯報是以小組為單位，與工程實踐階段分組保持一致，讓學生將工程實踐和數據處理成果進行分享交流。研究報告是工程實踐和數據處理兩個階段形成的成果報告。

4 科研反哺教學成效

隨著我院測繪工程專業科研反哺教學模式的教學改革，本科生的測繪實踐能力和創新能力獲得提升，近3年，我院測繪工程專業大三本科生在四川省大學生測繪技能競賽專業組上獲得一等獎1項，二等獎5項，三等獎6項，獎項的數量和級別有了顯著提升。另外，本科生積極參與創新創業項目，近3年測繪工程專業本科生獲批大學生創新創業訓練計劃項目19項，在科研項目資助下，發表科研論文29篇。另外，近3年測繪工程專業學生畢業人數78人，其中考取研究生15人，考研率19.23%，就業率100%。上述本科生人才培養質量的提升可以看出，科研反哺教學模式成效顯現。

5 結論

本文針對“變形測量”課程教材內容滯后，教學方法單一;重理論知識教學，輕工程實踐操作;課程評價單一，缺乏綜合考核等問題，利用科研反哺教學模式開展課程改革并提出了具體的改革措施，體現在科研成果進課堂，教學手段多樣化;開放科研平臺與儀器，注重理論實踐相結合;建立評價指標體系，課程考核評價優化。通過科研反哺教學的“變形測量”課程改革與實踐，近3年我院測繪工程專業本科生在測繪技能競賽、大學生創新創業訓練計劃項目、科研論文發表上明顯提升，良好的教學成效初步顯現。

基金項目：內江師范學院校級教育教學研究項目（JG202010）

參考文獻

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