“四等水準測量”教學設計分析

王婷，張磊 （陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000）

1 引言

高職院校學生動手能力強，但學習自主性較差，如何讓學生充分利用課堂時間有效地掌握相關專業(yè)知識，是值得每一位教師認真思考的問題。教學設計是教師在授課前對每一堂課進行教學內容分析、學情分析，教學目標及重難點的設置，教學方法及教學手段的運用，以及教學過程的細化、課堂評價、作業(yè)布置等內容的提前設計[1-5]，這對于每一堂課起著指導性的作用，并對于教學質量及學生知識點的掌握程度有著重要的影響。因此，本文以“四等水準測量”[6]為例，探討分析教學設計的形成過程。

2 教學分析

本講的內容是“四等水準測量”，較之前一講所學的“五等水準測量”（也可以稱為“等外水準測量”）而言，“四等”的等級更高，測量的相關技術要求更嚴格，外業(yè)觀測和內業(yè)計算的流程也更復雜。針對高職學生動手能力強的特點，教學過程中利用水準儀、黑紅雙面尺、三腳架、尺墊等測量儀器，采用現(xiàn)場演示的方法，可加深學生對本講課相關知識點的理解。

3 教學目標及重難點分析

教學目標包括知識目標、能力目標和素養(yǎng)目標。知識目標主要有以下四點。第一，認識四等水準尺，即黑紅雙面尺；第二，掌握四等水準測量的主要技術要求；第三，掌握四等水準測量的外業(yè)觀測流程；第四，掌握四等水準測量的內業(yè)計算方法。能力目標是使學生掌握利用測量儀器通過四等水準測量測高差的方法。素養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生的團隊合作能力及認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

由于學生在前一講課中所學的“五等水準測量”中，一測站外業(yè)觀測數(shù)據(jù)只有2個，內業(yè)計算也只有1步，而“四等水準測量”中一測站外業(yè)觀測數(shù)據(jù)有8個，內業(yè)計算有10步，相對復雜很多，因此將該講課的重難點設置為外業(yè)觀測及內業(yè)計算。

4 教學方法分析

針對教學重難點，本講課采取講授法、問答法、討論法、演示法等教學方法。在教學過程中讓學生積極參與進來，老師在旁指導，學生自己動手，按照外業(yè)觀測流程現(xiàn)場觀測，觀測完成后按照內業(yè)計算方法進行數(shù)據(jù)處理。

5 教學過程設計

5.1 知識引入（5min）

通過回顧上一講的知識引出新知識。教師提問學生在五等水準測量中一測站水準測量的操作流程，待學生回答完畢后，教師總結四等水準測量和五等水準測量的原理相同，都需擬定水準路線、選點、埋石、觀測等程序，不同的是四等水準測量的精度要求更高，所用到的配套儀器有雙面尺，其外業(yè)觀測流程和內業(yè)計算過程較之五等水準測量也更復雜。接下來認識一下四等水準尺。

5.2 認識四等水準尺（15 min）

首先教師拿一把五等水準尺，提問學生五等水準尺的讀數(shù)方法，隨后拿出四等水準尺，讓學生觀察四等水準尺，找出其特點。一般情況下，學生能找到一些明顯的特點，例如，四等水準尺是兩把尺子湊成的一對尺子，兩把尺子都存在黑、紅兩面，并且兩把尺子紅面尺底刻度均不為零且數(shù)據(jù)不一致等。接下來教師總結學生的回答，然后針對兩把尺子紅面尺底的刻度值4.687m和4.787m進行補充講解。最后教師講解四等水準尺的讀數(shù)方法，并讓學生利用水準儀和水準尺在現(xiàn)場進行讀數(shù)演示。

5.3 四等水準測量主要技術要求（30 min）

老師對照主要技術要求表，結合現(xiàn)場儀器、PPT、板書等工具通過提問、討論等方式調動學生自己分析問題的積極性。例如，在講到“黑面、紅面讀數(shù)較差不超過3mm”這一技術要求時，老師拿出一對黑紅雙面尺，紅面對著學生，讓學生猜測這兩把尺子紅面的5.200m處背面所對應的黑面讀數(shù)，這時學生會結合四等水準尺的特點來分析計算，由于黑面尺底為0m，一把尺子紅面尺底為4.687m，另一把尺子紅面尺底為4.787m，因此兩把尺子紅面的 5.200m處背面所對應的的黑面讀數(shù)分別是0.513m（5.200m－4.687m）和 0.413m（5.200m－4.787m）。接下來老師總結通用公式，假設視線所在位置的紅面讀數(shù)為“紅”，黑面讀數(shù)為“黑”，根據(jù)黑、紅兩面視線到尺底距離相等列等式：黑-0m=紅-4.687m或黑-0m=紅-4.787m，簡化后得到通用公式為K+黑-紅=0，公式中K為尺常數(shù)4.687m或4.787m。由于在測量中誤差是不可避免的，“黑面、紅面讀數(shù)較差不超過3mm”這一技術要求即轉化為公式|K+黑-紅|≤3mm。

四等水準測量記錄表

再例如，在講解“黑紅面高差之差不超過5mm”這一技術時，老師將一測站示意圖畫好，測量方向為A點到B點，A點所立后視尺黑面讀數(shù)和紅面讀數(shù)分別記為a和a’，B點所立前視尺黑面讀數(shù)和紅面讀數(shù)分別記為b和b’，然后讓學生畫出A、B兩點之間的高差hAB，并分別用黑面讀數(shù)和紅面讀數(shù)來計算高差。由于四等水準尺尺底均為0m，結合之前五等水準測量的經(jīng)驗，學生很容易表示出A、B兩點的黑面高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)，即h黑=a-b，再結合示意圖，可得到A、B兩點的紅面高差=視線到后視尺尺底的鉛垂距離-視線到后視尺尺底的鉛垂距離，即h紅=（a’-K后）-（b’-K前）=a’-b’±0.1m。其中：當 K后=4.687m，K前=4.787m時，取“+”號；反之當K后=4.787m，K前=4.687m時，取“-”號。當學生采用兩種方法表示出A點到B點的高差后，繼而老師講解技術要求“黑紅面高差之差不超過5mm”，即為|h黑-h紅|≤5mm。

5.4 四等水準測量的外業(yè)觀測流程（15min）

這一環(huán)節(jié)采取老師在旁指導，學生現(xiàn)場演示的方法進行學習。首先，安排4位同學輔助教學，其中2位同學各選取一處合適的位置（分別命名為A點和B點）放上尺墊后各立一把水準尺，另外1位同學在A、B兩點的中間位置處安置水準儀準備觀測（觀測前進方向由A點到B點），最后1位同學在黑板上記錄觀測數(shù)據(jù)，當4位同學準備就位后老師指導學生觀測。四等水準測量的外業(yè)觀測流程概括為8個字：后后前前、黑紅黑紅。第一步，望遠鏡瞄準A點所立后視尺的黑面，精平后讀取中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為 1.384m、1.156m、1.614m；第二步，扶尺人員將A點所立后視尺翻轉為紅面，當望遠鏡瞄準A點所立后視尺的紅面并精平后，讀取中絲讀數(shù)為6.171m；第三步，觀測員將望遠鏡掉轉方向，瞄準B點所立前視尺的黑面，精平后讀取中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為0.551m、0.326m、0.774m；第四步，扶尺人員將B點所立前視尺翻轉為紅面，當望遠鏡瞄準B點所立前視尺的紅面并精平后讀取中絲讀數(shù)為5.239m。

5.5 四等水準測量的內業(yè)計算方法（30min）

這一環(huán)節(jié)同樣讓學生完成。利用上一環(huán)節(jié)所測外業(yè)觀測的數(shù)據(jù)，利用相應的公式計算（9）～（18）共10個內業(yè)計算數(shù)據(jù)（所有公式在第（3）步——四等水準測量主要技術要求中已講解）。計算分為以下三部分。

①視距的計算及檢核。首先根據(jù)視距原理計算視距。后視距（9）=|上絲-下絲|×100=|1.156-1.614|×100=45.8m，前視距（10）=|上絲-下絲|×100=|0.326-0.774|×100=44.8m，前視距和后視距都小于100m，滿足技術要求中對視線長度的規(guī)定。視距差（11）=后視距-前視距=45.8m-44.8m=1.0m<5m，由于該測站為第一測站，第一測站累計視距差（12）=本測站的視距差=1.0m<10m，視距差和累計視距差均符合技術要求，這說明儀器基本位于A、B兩點中間位置。

②高差的計算與檢核。備注欄里標明1號尺尺常數(shù)K1=4.787m，2號尺尺常數(shù)K2=4.687m，而從方向及尺號可知本測站后視尺為1號尺，前視尺為2號尺。因此，后尺的黑、紅面讀數(shù)較差（13）=K1+黑-紅=4.787+1.384-6.171=0mm，前尺的黑、紅面讀數(shù)較差（14）=K2+黑-紅=4.687+0.551-5.239=-0.001m=-1mm，兩把尺子的黑、紅面讀數(shù)較差均未超過±3mm，讀數(shù)滿足要求。（15）=黑面后視讀數(shù)-黑面前視讀數(shù)=1.384-0.551=0.833m，該數(shù)據(jù)其實質為黑面高差h黑，（16）=紅面后視讀數(shù)-紅面前視讀數(shù)=6.171-5.239=0.932m，由于兩把尺子紅面尺底數(shù)據(jù)不一致，存在±0.1m的差值，因此數(shù)據(jù)（16）并不是紅面高差，紅面高差h紅=a’-b’±0.1m（公式中a’和b’分別是紅面后視讀數(shù)和紅面前視讀數(shù)），由上文可知，當K后=4.787m，K前=4.687m時，“±”取“-”號，因此h紅=a’-b’-0.1=（16）-0.1=0.832m，由此得到黑紅面高差之差（17）=h黑-h紅=0.833m-0.832m=0.001m=1mm<5mm，滿足技術要求。

③平均高差的計算。由h黑和h紅可計算出該測站黑面高差和紅面高差的平均值，即（18）=（h黑+h紅）/2=(0.833+0.832)/2=0.8325m。

5.6 課堂評價及課后安排（5min）

為了解本堂課設計是否合理，內容講解是否清楚，學生是否掌握所授知識等，教師可以通過云課堂等信息化教學手段進行調查。通過學生在系統(tǒng)中的反饋意見，可以明確各個教學環(huán)節(jié)的漏洞與不足，從而對教學設計各環(huán)節(jié)進行改進。結合教學目標，為鞏固加深學生對黑紅雙面尺、四等水準外業(yè)觀測及內業(yè)計算等知識點的理解，課后布置以下幾道題：畫出四等黑紅雙面尺（正反兩面）；詳細描述四等水準測量一測站的外業(yè)觀測流程；根據(jù)題目中給定的四等水準測量一測站的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)填進相應的記錄表里，并完成其余10個數(shù)據(jù)的計算。

6 結語

課堂是高職學生掌握專業(yè)知識的主陣地，提高課堂教學質量是每一位教師的責任與義務，而教學設計是提高教學質量的關鍵一步。因此，教師在授課前要認真設計好每一堂課，授課前認真分析教學內容，分析學情，明確教學目標，合理設置重難點，并根據(jù)重難點采取適當?shù)慕虒W方法與教學手段，合理設置教學過程，課后根據(jù)學生反饋不斷改進與修正，逐步完善逐步提升。