基于一流課程的“土木工程測量”實(shí)踐教學(xué)改革探究

鄭秀梅，張大利，朱文邦，寧作君

（喀什大學(xué)a.土木工程學(xué)院；b.交通學(xué)院，新疆 喀什 844000）

0 引言

土木工程測量工作貫穿于施工建設(shè)全過程，是現(xiàn)場技術(shù)人員必需熟練掌握的重要基本技能。在建設(shè)項(xiàng)目勘察設(shè)計階段，需要測繪大比例尺現(xiàn)狀地形圖，為工程規(guī)劃、合理選址及初步設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐；在施工建設(shè)階段，進(jìn)行建（構(gòu)）筑物的定位與放樣，主要內(nèi)容包括基坑（槽）開挖、基礎(chǔ)、梁、板、柱、墻體、門窗洞口的位置放樣，并在關(guān)鍵部位設(shè)置變形觀測點(diǎn)進(jìn)行變形觀測，有力保障建（構(gòu)）筑物的質(zhì)量與安全；在竣工驗(yàn)收與運(yùn)營維護(hù)階段，土木工程測量也發(fā)揮著重要作用。“土木工程測量”課程的主要教學(xué)內(nèi)容包括施工建設(shè)全過程的所有測量工作，而實(shí)踐教學(xué)則是實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生技能的重要手段。從一流課程的本質(zhì)[1]出發(fā)，遵循“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的標(biāo)準(zhǔn)與要求進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的改革研究，并在應(yīng)用中不斷改進(jìn)，培養(yǎng)面向未來需要的優(yōu)秀工程技術(shù)人才。

1 “土木工程測量”課程實(shí)踐教學(xué)存在的問題

對施工企業(yè)、畢業(yè)生及在校生進(jìn)行土木工程測量實(shí)踐教學(xué)的調(diào)研反饋中，得到諸多有效建議與信息，歸納起來就是：“土木工程測量”課程實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生新測量儀器與新測量技術(shù)的學(xué)習(xí)；盡可能多組織學(xué)生參與社會實(shí)踐與工程應(yīng)用；提高學(xué)生的交流與專業(yè)表達(dá)能力；進(jìn)一步提高抗壓能力與工程領(lǐng)導(dǎo)能力。通過調(diào)研信息反思，目前“土木工程測量”實(shí)踐教學(xué)中主要存在以下問題：一是教學(xué)目標(biāo)層次低，未能將專業(yè)前沿內(nèi)容、思政育人理念融入教學(xué)過程，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的目的及責(zé)任感缺乏。二是教學(xué)內(nèi)容更新不及時，教學(xué)儀器、設(shè)備陳舊，學(xué)生所學(xué)內(nèi)容無法和實(shí)際工程應(yīng)用接軌，學(xué)習(xí)的創(chuàng)新度低。三是教學(xué)方法枯燥單一，依然以教學(xué)演示、學(xué)生被動學(xué)為主，缺少對困難問題的探究、分析及解決過程訓(xùn)練，師生、生生間互動較少；以教師發(fā)布任務(wù)、小組完成為主，沒有形成組織監(jiān)控網(wǎng)，學(xué)生間的關(guān)聯(lián)度也較低，導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)付式完成實(shí)踐任務(wù)，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的挑戰(zhàn)度。四是考核模式固化，考核僅以學(xué)生上課考勤、上交的成果報告為依據(jù)，忽略實(shí)踐教學(xué)過程中學(xué)生的全面表現(xiàn)。

2 “土木工程測量”課程實(shí)踐教學(xué)改革的具體實(shí)施

2.1 高標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

學(xué)生的學(xué)習(xí)成果是檢驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的最有效標(biāo)準(zhǔn)，而教學(xué)目標(biāo)如燈塔指引著課程的正確方向。由于“土木工程測量”課程的強(qiáng)實(shí)踐性，基于整體課程教學(xué)目標(biāo)（見表1）的改革創(chuàng)新基礎(chǔ)上，將實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)單獨(dú)設(shè)計，并根據(jù)測量儀器及技術(shù)的更新持續(xù)改革各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具體目標(biāo)（見表2）。

表1 “土木工程測量”課程目標(biāo)

表2 “土木工程測量”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

將課程目標(biāo)中的知識與能力目標(biāo)相融合，提煉出每項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)的具體目標(biāo)，并結(jié)合課程目標(biāo)的素質(zhì)目標(biāo)賦予實(shí)踐教學(xué)的綜合素質(zhì)目標(biāo)[2]。在具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目標(biāo)下，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)組織的設(shè)計。在知識與能力目標(biāo)中明確使用工程用最新儀器與技術(shù)及達(dá)到的高階要求，將課程目標(biāo)中的素質(zhì)目標(biāo)[4]進(jìn)一步分解細(xì)化，使課程實(shí)驗(yàn)的社會責(zé)任與使用充分體現(xiàn)出來。

2.2 創(chuàng)新性教學(xué)內(nèi)容編制

根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐環(huán)節(jié)[3]，將課程教學(xué)內(nèi)容整合為8 個單元，在每個單元下，與理論學(xué)習(xí)同步設(shè)置相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，課內(nèi)主要為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（見表3），對每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的環(huán)境及目標(biāo)分為認(rèn)識性實(shí)驗(yàn)、理實(shí)一體性實(shí)驗(yàn)和任務(wù)式實(shí)驗(yàn)三種。

表3 “土木工程測量”教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐環(huán)節(jié)

2.2.1 認(rèn)識性實(shí)驗(yàn)

認(rèn)識性實(shí)驗(yàn)主要在課程開課之初對施工現(xiàn)場觀摩，對土木工程測量的主要作用與內(nèi)容了然于心，形成整體構(gòu)架，以利于學(xué)生課程的學(xué)習(xí)與思維的深度發(fā)展。在施工現(xiàn)場，主要觀摩全站儀基礎(chǔ)放線、基坑高程放樣、樓層主控線投測與室內(nèi)放線，通過現(xiàn)場的觀摩認(rèn)知與施工技術(shù)人員的講解，學(xué)生明確土木工程測量學(xué)習(xí)的目標(biāo)與意義，對于學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)與激發(fā)有較好的作用。另外，施工現(xiàn)場測量工作觀摩的同時，學(xué)生也了解了土木工程專業(yè)中建筑工程的工作內(nèi)容與概要流程，對于專業(yè)的學(xué)習(xí)將有極大的促進(jìn)作用。

2.2.2 理實(shí)一體教學(xué)

理實(shí)一體教學(xué)實(shí)驗(yàn)主要有3 個內(nèi)容，分別是自動安平水準(zhǔn)儀的認(rèn)識與使用、電子經(jīng)緯儀的認(rèn)識與使用、綜合數(shù)據(jù)分析誤差實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)均在室內(nèi)課堂進(jìn)行，這3 個實(shí)驗(yàn)與理論學(xué)習(xí)相互融合，借助儀器使用及數(shù)據(jù)分析進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，理實(shí)結(jié)合緊密。在自動安平水準(zhǔn)儀及電子經(jīng)緯儀的認(rèn)識與使用學(xué)習(xí)中，每小組分別領(lǐng)取1 臺自動安平水準(zhǔn)儀，隨理論學(xué)習(xí)的同時進(jìn)行儀器各部件的認(rèn)識與使用，當(dāng)理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生對儀器的使用也有了實(shí)質(zhì)的掌握，為閉合水準(zhǔn)路線測量及水平角度測量實(shí)驗(yàn)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。這種理實(shí)一體的教學(xué)避免了理論學(xué)習(xí)的枯燥，讓實(shí)踐性較強(qiáng)的課程理論學(xué)習(xí)看得見、摸得到、用得著，在教師的引導(dǎo)下，課堂中充滿討論與互助，促進(jìn)課堂有效的深度學(xué)習(xí)。

2.2.3 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選配實(shí)驗(yàn)儀器，并確定實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為已知的結(jié)果，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)則是對明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行設(shè)計、探索研究的一種科學(xué)性的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)一流課程的內(nèi)涵及實(shí)踐教學(xué)的高階目標(biāo)，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及性質(zhì)進(jìn)行改革創(chuàng)新。詳見表4 與表5 所示。

表4 2020年實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息

表5 2023年實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息

2023 年最新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息表顯示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為五項(xiàng)，較2020 的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目減少兩項(xiàng)，其中將2020 年版的實(shí)驗(yàn)四與實(shí)驗(yàn)五進(jìn)行重新組合，并創(chuàng)新為建筑高度測量實(shí)驗(yàn)；方向法測量水平角在工程中較少使用，因此刪除2020 年版的實(shí)驗(yàn)三方向法測量水平角項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面也有較大的創(chuàng)新，對于實(shí)驗(yàn)二測回法水平角測量，2020 年版中為教師指定一固定角，小組成員按測回法測量水平的方法分別測量一測回，求得各測回角值，最后小組所有成員的角度值求總平均即是此角的最終角值。因?yàn)轵?yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無挑戰(zhàn)性可言，小組成員按部就班的測量即可，因每位成員的角度值均就相等，數(shù)據(jù)可以編造，從而使學(xué)生出現(xiàn)懈怠。針對類似問題，2023 年版的測回法水平角測量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容則更改為各小組沿自選區(qū)域設(shè)計與成員數(shù)量相同的多邊形，并在地面進(jìn)行定點(diǎn)，每位組員負(fù)責(zé)一個內(nèi)角的水平角測量，分別得出每個內(nèi)角的水平角值，相加以后與此多邊形的理論內(nèi)角和(n-2)×180°相比較，計算測量誤差，若在誤差允許范圍內(nèi)則符合要求，否則重新測量。創(chuàng)新測回法測量水平角后，每個小組的實(shí)驗(yàn)積極性空間高漲，小組間互相比試，看誰的誤差最小，成員間也相互溝通協(xié)作，為符合要求的目的共同努力。在內(nèi)容創(chuàng)新的同時，也提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)性，按工程規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，難度增加，也更接近于工程實(shí)際。同時在實(shí)驗(yàn)中也促進(jìn)了學(xué)生的精益求精的工匠精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度及良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合素質(zhì)。

將2020 年版的豎直角測量與距離測量重新組合為2023 年版的建筑物高度測量，其內(nèi)容與方法又是一次創(chuàng)新，較大程度增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)性。2020 年版的堅直角與距離測量均為驗(yàn)證性且彼此獨(dú)立，較簡單且實(shí)驗(yàn)枯燥無任務(wù)挑戰(zhàn)性。而創(chuàng)新后的內(nèi)容則將豎直角測量與距離測量結(jié)合起來，運(yùn)用幾何知識求解待測建筑物高度。在測量建筑物高度過程中，由于實(shí)驗(yàn)的難度大幅提高，學(xué)生普遍遇到由于距離近仰角限制而無法瞄準(zhǔn)目標(biāo)、距離遠(yuǎn)視距測量時讀數(shù)不清晰、建立計算模式錯誤等問題，在小組間與小組內(nèi)及教師的引導(dǎo)下，認(rèn)真分析并有效的解決了遇到的相關(guān)問題，挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)成功，學(xué)生均認(rèn)識到有難度的實(shí)驗(yàn)對他們能力和素質(zhì)培養(yǎng)的重要性，希望教師能多發(fā)布一些有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

2.3 多樣性教學(xué)方法運(yùn)用

改革創(chuàng)新后的“土木工程測量”課程實(shí)踐教學(xué)方法豐富多樣，以小組教學(xué)法為基礎(chǔ)，在教學(xué)過程中融入探究法、討論法、演示法等。在實(shí)踐教學(xué)過程中引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析與解決問題，質(zhì)疑、探究、提出新方法并實(shí)踐，在培養(yǎng)遵守規(guī)則的科學(xué)態(tài)度，又有探索創(chuàng)新的思維意識。

小組教學(xué)法。班級同學(xué)依據(jù)興趣愛好、性格特點(diǎn)及是否同宿舍等情況，自由組成6～7 人的測量小組，共同完成各項(xiàng)小組任務(wù)。實(shí)行組長負(fù)責(zé)制，在實(shí)驗(yàn)過程中，每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均由不同的學(xué)生負(fù)責(zé)，組長進(jìn)行協(xié)調(diào)組織、督促及總負(fù)責(zé)，保證每名組員的學(xué)習(xí)效果均達(dá)標(biāo)。教學(xué)班級設(shè)置一名課程助理，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各組及其他任務(wù)。

探究討論法。教師將每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)書發(fā)放至各組，錄制實(shí)驗(yàn)解析及要求的教學(xué)視頻，由各組長組織組員學(xué)習(xí)，探究、討論本組實(shí)驗(yàn)方案、組員分工及實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體設(shè)計，細(xì)化實(shí)驗(yàn)步驟。在實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題，先由組內(nèi)討論分析，仍未解決則請教其他組，若為各組共性問題則聯(lián)系教師指導(dǎo)解決。這樣的教學(xué)極大的鍛煉與培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力，并在解決問題過程中，每名同學(xué)都是盡全力去探索、思考，在提高實(shí)踐能力的同時也有效培養(yǎng)了深度思維能力。

實(shí)驗(yàn)演示法。課程中運(yùn)用的演示法，主要在于解決學(xué)生存在的困惑與難題，而不是在學(xué)生未實(shí)踐之前的演示講解。通過若干年土木工程測量教學(xué)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，若教師先演示儀器使用或?qū)嶒?yàn)過程，則學(xué)生很難集中注意力去關(guān)注學(xué)習(xí)，因?yàn)榇藭r學(xué)生對自己即將進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目尚未深入了解，即無明確的學(xué)習(xí)目的，因此演示效果并不好。在課程的實(shí)踐教學(xué)中，教師發(fā)布任務(wù)及解析視頻后，由學(xué)生研究、討論實(shí)驗(yàn)的步驟、過程及方法，然后進(jìn)行實(shí)施，在實(shí)施過程中遇到問題后，教師匯總各組需要解決的問題后，根據(jù)需要進(jìn)行演示。此時，學(xué)生帶著各自真實(shí)存在的問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，即目的明確的學(xué)習(xí)，演示及學(xué)習(xí)效果均良好。通常在演示后，多數(shù)學(xué)生會與教師再次進(jìn)行溝通、探討他們的想法與做法，實(shí)現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的深度學(xué)習(xí)。

2.4 多元化考核模式

課程總體考核分為形成性考核與終結(jié)性考核[5]，其中形成性考核占60%。形成性為教學(xué)過程中的各主要教學(xué)過程因素，包括單元測試、實(shí)踐項(xiàng)目、個人任務(wù)、小組任務(wù)（非實(shí)踐），其中實(shí)踐項(xiàng)目占形成性考核成績的50%，折合占總成績的30%，即30 分。將實(shí)踐教學(xué)的30 分，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)分值為5 分，劃分為實(shí)驗(yàn)過程成績及實(shí)踐結(jié)果成績，具體分值分配見表6。

表6 實(shí)踐教學(xué)考核分值分配表

對實(shí)踐教學(xué)考核劃分具體內(nèi)容與分值，并于課程開課前發(fā)布，學(xué)生清晰明了，同時也明確自己的責(zé)任，增加課程實(shí)踐學(xué)習(xí)的主動性及積極性。

3 “土木工程測量”課程實(shí)踐教學(xué)改革的實(shí)例

下面以2023 版實(shí)驗(yàn)二“測回法水平角測量”為例進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐探索。

3.1 任務(wù)發(fā)布

教師在學(xué)習(xí)通及班助群發(fā)布實(shí)驗(yàn)二任務(wù)書及解析視頻，學(xué)生打印任務(wù)書并觀看解析視頻。

3.2 定點(diǎn)與分工

在校園指定地點(diǎn)集合，教師再次明確此次實(shí)驗(yàn)任務(wù)的目標(biāo)。各小組抽簽決定實(shí)驗(yàn)區(qū)域。小組討論后踏勘定點(diǎn)，繪制草圖、明確分工。如2103 班05 小組共6 人，則需定6 個點(diǎn)組成六邊形，每位組面負(fù)責(zé)1 個測站點(diǎn)及對應(yīng)的水平角測量，非主測時協(xié)助組內(nèi)其他同學(xué)。05 組定點(diǎn)示意圖見圖1 所示，分工表見表7 所示。

圖1 2103 班05 組定點(diǎn)示意圖

表7 2103 班05 組實(shí)驗(yàn)二成員分工表

3.3 問題解決

在“測回法水平角測量”過程中，各小組均出現(xiàn)若干問題，其中有共性的重點(diǎn)問題有三個。

問題1：點(diǎn)位不通視，無法測量。如05 小組測至E測站時，因樹木擋住視線，無法與F點(diǎn)通視。

討論原因：定點(diǎn)時沒有考慮是否通視，認(rèn)為在路邊即可。

解決措施：重新確定E 點(diǎn)位置，檢查其他點(diǎn)位是否存在不通視現(xiàn)象；重新測量D、E、F 測站的水平角。

問題2：操作過程順序混亂，導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄錯誤。記錄表點(diǎn)號與定位點(diǎn)號不對應(yīng)，操作過程沒有按規(guī)范順序進(jìn)行。

討論原因：忽略測回法水平角測量的規(guī)范順序，沒有從盤左順時針開始，而是任意豎盤位置，任意時針。以B 點(diǎn)為例，張同學(xué)安置儀器后盤右位置瞄準(zhǔn)C 歸零，記錄員李同學(xué)記作A 點(diǎn)讀數(shù)為零，接下來的順序與記錄均發(fā)生錯亂。

解決措施：組長講解示范正確的操作過程，先盤左順時針，后盤右逆時針。記錄順序始終保持點(diǎn)號從左向右。如B 測站點(diǎn)，測量∠CBA，盤左瞄準(zhǔn)C，歸零，記錄；順時針轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)A，讀數(shù)記錄；換盤右位置，瞄準(zhǔn)A 讀數(shù)記錄（必須記錄在盤右的A 點(diǎn)位置），逆時針轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)C，讀數(shù)記錄。此時的記錄表點(diǎn)號順序?yàn)镃ACA，記錄的順序?yàn)镃AAC。

問題3：計算誤差過大，超過允許誤差限值。同一角值上下半測回誤差或全組閉合后的誤差值超限較多。

討論原因：儀器沒有對中整平、操作過程中碰到三腳架、瞄準(zhǔn)時非同一點(diǎn)或者目標(biāo)桿不垂直。

解決措施：重新測量，將產(chǎn)生達(dá)大誤差的原因一一克服。

3.4 實(shí)驗(yàn)成果

通過在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析及解決問題后，提交的視頻及報告成果均較好，各組均闡述了在此次實(shí)驗(yàn)中遇到的問題、產(chǎn)生的原因及如何解決，肯定了小組協(xié)作的作用及實(shí)驗(yàn)的收獲，對于精益求精的工匠精神也有所感悟。通過這樣的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)自己及團(tuán)隊(duì)的不足，認(rèn)識到理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐檢驗(yàn)理論。

4 結(jié)語

土木工程測量技術(shù)對于現(xiàn)場施工至關(guān)重要。本文針對“土木工程測量”課程傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中存在教學(xué)目標(biāo)層次低、內(nèi)容陳舊、方法枯燥、考核固化的等主要問題導(dǎo)致的學(xué)生畢業(yè)后不適應(yīng)工作崗位的需求、專業(yè)技術(shù)與實(shí)際工作膠脫節(jié)、溝通交流能力較弱、創(chuàng)新與應(yīng)用能力不強(qiáng)等現(xiàn)狀，通過對實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)的重新設(shè)計，并依據(jù)新的目標(biāo)確定教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，改革創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、教學(xué)方法及考核方式，有效提升了學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力與綜合素質(zhì)，尤其是提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出及分析解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及主動學(xué)習(xí)、深度思維能力。隨著社會與科技的發(fā)展，土木工程測量等相關(guān)技術(shù)與儀器、方法不斷更新?lián)Q代。因此，土木工程專業(yè)教學(xué)要面向未來發(fā)展需求，持續(xù)改進(jìn)與創(chuàng)新教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式，結(jié)合信息化、數(shù)字化時代的特點(diǎn)，培養(yǎng)能面向未來的工程人才。