基于校園邊坡監(jiān)測實驗室的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究

楊 斌 何國修 崔 杰 向貴府 宋懷慶

(1. 國家遙感中心綿陽科技城分部, 四川 綿陽 621010;2. 西南科技大學(xué)基建處, 四川 綿陽 621010 3. 西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 四川 綿陽 621010)

0 引言

根據(jù)教育部和國務(wù)院學(xué)位委員會聯(lián)合發(fā)布的《學(xué)位與研究生教育發(fā)展“十三五”規(guī)劃》有關(guān)精神和要求,在新時期環(huán)境下要全面提高研究生教育質(zhì)量。伴隨著新時期國家“雙一流”方案的實施和不斷深入推進(jìn),地方高校如何利用學(xué)校現(xiàn)有教學(xué)資源和條件不斷提升研究生創(chuàng)新實踐能力,提升研究生工程實踐能力已成為教育界思考的話題[1-2]。校園實驗室的提出,就是在此背景下,依托于校園自身所具備的客觀條件,為解決相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)科學(xué)問題、深度開展教學(xué)實踐活動而設(shè)立的跨學(xué)科、多領(lǐng)域融合的學(xué)習(xí)與研究平臺[3-4]。西南科技大學(xué)青義校區(qū)環(huán)龍山面涪江而建,校園環(huán)境屬于典型的斜坡侵蝕地貌,近年來，隨著學(xué)校工程建設(shè)的不斷發(fā)展,對邊坡擾動更為強(qiáng)烈,高切坡、高填方等類型邊坡散布于校區(qū),保障校園邊坡安全與穩(wěn)定性成為關(guān)系到學(xué)校的重大責(zé)任。

西南科技大學(xué)校園邊坡監(jiān)測實驗室的建設(shè)是以西南科技大學(xué)校園范圍內(nèi)現(xiàn)有的各類建筑工程邊坡為主要研究對象,安裝校園邊坡安全監(jiān)測的軟硬件設(shè)備,利用北斗、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為傳輸手段,采用地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)手段實現(xiàn)遠(yuǎn)程快速的信息獲取與分析,為校園安全提供科學(xué)有效的第一手觀測數(shù)據(jù)[5-6]。實驗室建設(shè)過程中,其硬件和軟件不僅能為工程建設(shè)與校園安全防護(hù)提供支撐,還可為相關(guān)專業(yè)研究生和本科生課程建設(shè)與創(chuàng)新實踐能力提升發(fā)展提供校內(nèi)便捷的教學(xué)平臺。

1 校園邊坡監(jiān)測實驗室的定位及價值

校園實驗室是在新時期全新的教育理念指引下,利用學(xué)校建設(shè)與發(fā)展過程中的軟硬件資源,梳理現(xiàn)有教學(xué)體系,提煉相關(guān)課程實踐環(huán)節(jié),依托校園內(nèi)部條件為課程與專業(yè)建設(shè)提供支撐平臺[7-8]。西南科技大學(xué)校園邊坡監(jiān)測實驗室定位于解決學(xué)校建設(shè)發(fā)展過程中,由于邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致地形形變加速,傳統(tǒng)的觀測手段和方法無法提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù),通過安裝地表位移監(jiān)測墩、自動預(yù)警測縫計、測斜管、自動測斜儀及北斗定位等裝置,構(gòu)建“空-天-地”一體化的監(jiān)測系統(tǒng)平臺[9-10],該系統(tǒng)平臺提供的硬件和軟件為相關(guān)專業(yè)學(xué)生課程實踐實習(xí)提供校內(nèi)場所,從而達(dá)到校園資源利用效益最大化(圖1)。

圖1 校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)原理方案圖

校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)分兩個階段,第一個階段以硬件系統(tǒng)建設(shè)為主,重點建立邊坡安全監(jiān)測硬件設(shè)備與初步監(jiān)測數(shù)據(jù)分析平臺,實現(xiàn)對校園內(nèi)部多個相關(guān)邊坡逐步開展硬件設(shè)施建設(shè);第二階段通過物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位傳輸技術(shù),實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)端和手機(jī)端兩種方式的在線訪問,以圖表方式展示,可通過地下水位、測斜儀觀測數(shù)據(jù)、雨量計觀測數(shù)據(jù)、位移加速度、水平散點分布圖和空間坐標(biāo)分布數(shù)據(jù)等進(jìn)行定量分析,為校園安全保駕護(hù)航提供定量決策分析數(shù)據(jù)支撐。

校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)第一個階段的定位是為觀測提供硬件條件支撐,也為實習(xí)實踐提供符合要求的環(huán)境,其功能在校園內(nèi)多個邊坡觀測點安裝設(shè)備,并提供符合教學(xué)要求的設(shè)備[11];第二個階段的定位是為觀測提供遠(yuǎn)程自動訪問條件,為實習(xí)實踐結(jié)果驗證提供參考借鑒,其功能是實現(xiàn)遠(yuǎn)程快速高效的訪問通道[12],并為變形監(jiān)測提供信息化渠道(表1)。

表1 校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)情況表

西南科技大學(xué)校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)選取了西南科技大學(xué)青義校區(qū)3處典型邊坡監(jiān)測點(編號為6207、6208、6209),如圖2所示,分別實時監(jiān)測學(xué)生公寓二期開挖建設(shè)過程邊坡變形情況、科大花園教師公寓東北側(cè)邊坡位移情況和學(xué)生公寓一期建設(shè)后邊坡穩(wěn)定性情況。建設(shè)過程中,充分體現(xiàn)最新監(jiān)測技術(shù),將北斗、物聯(lián)網(wǎng)傳輸、GIS數(shù)據(jù)分析以及深部位移監(jiān)測等手段結(jié)合一體,即對工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題能進(jìn)行實時監(jiān)測,也為相關(guān)工程類專業(yè)研究生創(chuàng)新實踐能力提升提供了校內(nèi)實踐實習(xí)場所。

圖2 校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)原理方案圖

2 校園實驗室建設(shè)與創(chuàng)新培養(yǎng)模式間耦合關(guān)系

校園實驗室建設(shè)過程中引入全方位教書育人和創(chuàng)新能力提升理念,從激發(fā)研究生專業(yè)興趣、校內(nèi)工程實踐教學(xué)、系統(tǒng)建設(shè)與專業(yè)教學(xué)、大數(shù)據(jù)融合分析四個方面詮釋校園實驗室建設(shè)與研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)系[13-14]。

(1)激發(fā)專業(yè)興趣：校園實驗室建設(shè)以獨特的理念,采用北斗等監(jiān)測設(shè)備,在校園建設(shè)過程中以打造校園精品為目標(biāo),建設(shè)過程中勢必引起學(xué)生廣泛注意力,在應(yīng)用過程中,將以實際案例為研究對象,工程建設(shè)服務(wù)為引領(lǐng),在教學(xué)育人環(huán)節(jié)中提供全新、獨特的架構(gòu),研究生能將實踐實習(xí)成果反饋于校園環(huán)境建設(shè)與發(fā)展,從而激發(fā)研究生的興趣和愛好。

(2)校內(nèi)工程實踐教學(xué)：校園實驗室的建設(shè)將面向工程類專業(yè)學(xué)生開展邊坡防治與監(jiān)控技術(shù)教學(xué),主要包括資源與環(huán)境類的地質(zhì)工程、安全工程、土木工程、測繪工程專業(yè)學(xué)生參與變形監(jiān)測和結(jié)構(gòu)安全等方面的工程實踐教學(xué)任務(wù),后端的網(wǎng)絡(luò)端和手機(jī)端,以及物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)的應(yīng)用,能將計算機(jī)專業(yè)、遙感科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)學(xué)生參與工程實踐開發(fā)環(huán)節(jié)。

(3)系統(tǒng)建設(shè)與專業(yè)教學(xué)：校園實驗室的建設(shè)初期由校園建設(shè)部門設(shè)計初衷和理念,并投入資金應(yīng)用于發(fā)展建設(shè)過程中,建設(shè)投入后系統(tǒng)建設(shè)不僅能為工程監(jiān)測提供實時科學(xué)有效第一手?jǐn)?shù)據(jù),還能將學(xué)院各專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)列入課程教學(xué)體系中,為人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)提供新的模式[9]。

(4)大數(shù)據(jù)融合分析：伴隨實驗室投入運行,地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)、深部位移觀測數(shù)據(jù)、雨量數(shù)據(jù)及北斗定位加速度等一大批數(shù)據(jù)集中存儲在校園服務(wù)器中,類型繁多、性質(zhì)不同的數(shù)據(jù)構(gòu)建了大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺,為學(xué)校開展數(shù)據(jù)集成開發(fā)應(yīng)用提供實踐條件。

從以上四個方面可得出,校園實驗室建設(shè)資金投入效益高,創(chuàng)新模式獨特新穎,工程應(yīng)用價值大,專業(yè)實習(xí)實踐教學(xué)范圍廣,縱向綜合應(yīng)用領(lǐng)域深,能適用于高水平大學(xué)未來的發(fā)展建設(shè)。

3 校園實驗室與相關(guān)課程關(guān)系及作用

校園實驗室建設(shè)階段,需充分定位實驗室未來工程應(yīng)用功能,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合學(xué)校各學(xué)院專業(yè)特點,從專業(yè)發(fā)展定位出發(fā),構(gòu)建校園實踐環(huán)境下的實習(xí)實踐應(yīng)用平臺[15-16]。西南科技大學(xué)校園邊坡監(jiān)測實驗室就是在此背景下,以西南科技大學(xué)基建處工程應(yīng)用與建設(shè)發(fā)展為驅(qū)動,主要目標(biāo)是利用地表位移監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、雨量觀測、北斗定位等儀器設(shè)備,在校園內(nèi)選擇3處典型邊坡,構(gòu)建1個基準(zhǔn)站(編號6207)和2個觀測站(編號6208和6209)的三角網(wǎng)架構(gòu),采用物聯(lián)網(wǎng)和5G傳輸技術(shù),實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)觀測模式,為校園安全保駕護(hù)航。

在建設(shè)過程中,充分聽取環(huán)境與資源學(xué)院、土木與建筑工程學(xué)院相關(guān)專業(yè)教師在課程教學(xué)過程中所需要的實習(xí)實踐平臺環(huán)境,并結(jié)合其需求在監(jiān)測設(shè)備周邊安裝教學(xué)使用的觀測墩和深部傳感器。結(jié)合校園邊坡監(jiān)測實驗室建設(shè)過程中應(yīng)用,以環(huán)境與資源學(xué)院為例,梳理資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位點下各專業(yè)方向相關(guān)課程實習(xí)實踐環(huán)節(jié)在校園實驗室建設(shè)過程中的關(guān)系和作用,如表2所示。

表2 校園實驗室與資源環(huán)境專業(yè)各方向相關(guān)課程關(guān)系

通過上述分析,系統(tǒng)梳理環(huán)境與資源學(xué)院資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)位點測繪工程、地質(zhì)工程、地理信息科學(xué)、安全工程和環(huán)境工程5個專業(yè)方向的15個基礎(chǔ)課程、17個專業(yè)課程中有關(guān)實習(xí)實踐內(nèi)容,并通過基礎(chǔ)課程認(rèn)知培養(yǎng)和專業(yè)課程實習(xí)實踐培養(yǎng)模式如何作用于校園實驗室應(yīng)用和工程建設(shè)發(fā)展過程。由此可見,校園實驗室在人才培養(yǎng)和教學(xué)育人方面還能達(dá)到一定的優(yōu)勢,避免學(xué)校重復(fù)建設(shè),資源浪費。

4 結(jié)束語

校園實驗室作為高等學(xué)校全新的建設(shè)理念,將工程建設(shè)與教書育人緊密結(jié)合在一起。實驗室建設(shè)全過程均體現(xiàn)出文化育人的模式、專業(yè)育人的架構(gòu),校園實驗室的投入不僅能實際應(yīng)用于工程建設(shè)與發(fā)展,還能為專業(yè)建設(shè)、課程實習(xí)實踐提供校內(nèi)場所和平臺。

西南科技大學(xué)校園邊坡監(jiān)測實驗室選取校園內(nèi)起伏多變的地形特點,以典型邊坡作為研究對象,構(gòu)建遠(yuǎn)程實時監(jiān)測平臺,該實驗室的建設(shè)嘗試將校園安全監(jiān)測與環(huán)境與資源學(xué)院各相關(guān)專業(yè)課程實習(xí)實踐相結(jié)合,打造出校園文化建設(shè)精品項目,并從基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程體系入手分析與校園實驗室建設(shè)的相互關(guān)系,為新時期下全新的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供借鑒和參考。