“測量學”的教學方法探索與實踐

摘要：測量學是一門需要密切結合理論與實踐的應用科學，它不僅是其他相關學科學習的基礎，同時也是一門實用性極強、應用范圍廣泛的學科。而在我國高校“測量學”的教學中，除了面向測繪專業開展相關教學，“測量學”也作為理工科的一門基礎學科，針對“非測繪”專業開展相關課程。其中“測量學基礎”是筆者所在院校地球物理工程專業在本科階段所開設的一項大類必修課，本文針對“測量學基礎”課程在地球物理學科中的教學方法進行探索與實踐，并對教學經驗進行總結，為測量學課程在其它相關“非測繪”類專業課程的教學提供一些思路，有助于進一步提高專業人才培養水平。

關鍵詞：測量學；地球物理學；本科教學；教學方法

一、課程簡介與目前教學問題

地球物理專業是地球科學的重要專業分支，以地球為研究對象，通過定量的物理方法，對地球內部進行深部探測[1]。通過高度專業化的研究和實踐，地球物理學為地質勘探、自然資源探測以及地震預警等領域提供了不可或缺的工具和方法，對人類社會的可持續發展產生著深遠的影響。根據最新的中國教育在線統計數據，國內目前共有22所高校提供地球物理專業，其中包括了一些頗具聲望的學府，為學生提供了豐富的學術資源和實踐平臺，培養了一大批在地球物理領域取得杰出成就的專業人才。地球物理學涵蓋多個分支，其中包括地球動力學、大地測量學、水文地理學等。這些不同的分支相互交融，共同構建了對地球內部和外部的全面認識。地球動力學關注地球內部的運動和演變，通過對地殼、地幔等結構的研究，揭示了地球形成和演化的奧秘。大地測量學則通過精密的儀器和技術，測量地球表面的形狀、重力場等參數，為地質勘探和資源探測提供了精準的數據支持。水文地理學則關注地球上水文循環和水資源的分布狀況，為合理利用水資源提供科學依據。

測量學又稱測繪學，測量學主要研究的是與地理空間分布有關的各類幾何、物理等信息，因此測量學也被視為地球科學的一個衍生學科。例如清華大學向土木系、環境系等專業的本科生開設“測量學”專業基礎課程[2]。測量學對于測量實踐能力的要求很高，因此無論是在測繪專業或非測繪專業的課堂授課之外，掌握實踐能力至關重要[3]。實踐是測量學學科中不可或缺的一環，不僅用于驗證理論知識，更通過科學的測量實踐為學生提供了深入了解和掌握知識的機會[4]。學生在實際測量操作中鞏固和強化理論知識的同時，也能夠更好地理解知識之間的邏輯關系，提升綜合運用知識的能力。此外，實踐不僅僅是對理論知識的應用，更是一種科學訓練，有助于培養學生的嚴謹科學態度。通過實際操作，學生能夠培養精準觀察、分析問題的能力，從而養成科學研究中必不可少的嚴密思維習慣。這種實踐中鍛煉出的技能和態度，將為學生未來的學術和職業發展奠定堅實的基礎。

目前筆者教學所使用教材為崔希民教授主編的《測量學教程》，教學內容主要涉及測量的基本知識、角度測量、高程測量、距離測量等內容，其知識結構體系完整，重點突出，且理論結合實際，學生能從課堂中學習到較強的理論性知識。然而，作為非測繪專業，這門課對于地球物理專業的學生來說，課程內容較為繁雜，課程學時較少，有些學生對于這門非本專業基礎課的學科興趣欠缺，未能真正領會其重要性，導致在學習過程中存在了囫圇吞棗的現象，因而可能會在應用實踐中感到困擾。對于非測繪專業的測量學課堂教學方式一般為室內講授，進行綜合教學實習的時間較短，這樣的教學方式可能對于培養學生的實際操作能力存在一定的制約。學生在短時間內難以深入實踐，缺乏充足的實際經驗，難以將理論知識轉化為實際技能，從而影響了他們在地球物理專業實際應用中的綜合能力發展。依據學生的課程評價，部分學生難以對測量學知識有深入的理解，很難在地球物理專業的學習中運用好測量學的課程知識。課程規劃在專業建設中起著至關重要的作用，核心課程的質量直接影響其未來的發展方向[5]。一個全面、科學的課程規劃不僅僅關乎當前學科的傳承，更關系到未來專業的持續繁榮和應對不斷變化科技環境的能力。在測繪技術手段迅猛發展、廣泛運用的今天，為了使學生能在未來更多地參與到科研科技創新中去，應結合地球物理專業與測繪專業的特點，加強測量基礎技能的實踐教學，推出“寓教于練”的實踐教學模式[6]。

綜上所述，測量學課程在非測繪類專業的教學過程中存在內容繁雜、實踐性弱、學生積極性不夠等諸多問題，這都為課程教學帶來困難。針對以上情況，筆者在教學過程中進行實踐探索，進一步分析問題所在，提煉解決方案，在此介紹在教學過程中采取的一些措施、教學特點以及與此適應的考核方式。最后就“測量學”在地球物理學科教學中的方法探索與實踐進行了總結。

二、教學方法探索

目前，全國有上百所高校開設測量課程教學。在測繪專業的培養方案中，主要可分為學術型培養和行業特色培養兩大類，分別以武漢大學和中國礦業大學為代表。然而，這兩類培養方案，都是為了系統培養本專業學生的測繪知識與技能應用，在教學內容上主要以測量學以及其它相關的測繪專業課程作為基礎[7]。對于地球物理專業的學生來說，他們隸屬于非測繪專業，對于測量學課程的學習目標、知識結構體系以及學時分配上應當進行改進與調整，不能生搬硬套測繪專業的教學方案進行課程學習。此外，由于課程改革，目前筆者所在院校的地球物理專業的測量學授課時長為32學時，在短時間內想要讓學生既能打下較為扎實的基礎，又要盡快融會貫通于本專業，是目前在地球物理專業教學中一大困難。綜上所述，參考周鶴峰等人[7]的改革經驗，提出面向地球物理專業的測量學課程的教學思路，即“理論融入實踐、專業融入通識”。

（一）理論融入實踐

地學研究需要對地表進行詳細的觀測和測量，以獲得準確的地理空間數據，而測繪技術能夠提供詳盡的地表乃至地下信息，因此掌握測量技能對地球物理專業學生尤為重要。測量學一直以來是一門注重動手能力的學科，它要求學生學習到的知識要能夠付諸實踐，不能只停留在紙上談兵。通常測量學教學計劃是將大量課時放在前期基礎知識講解階段，而對于地球物理專業此類非測繪專業教學課時較短的情況，花費大量時間進行基礎知識鋪墊顯然不現實。因此，我們選擇在課堂教學中進行高效、快速的知識點精講，設定教學內容的方向以傳統的測繪理論為引導，借助各種現代測量技術和儀器等技術手段，著眼于培養學生運用測量學理論知識的能力，使其能夠迅速適應測量原理并靈活應用于實際儀器操作[7]。對于知識的滲透，則通過課程實踐進行深入學習，加強理論與實踐的聯系，營造課程理論知識貫穿實踐的實驗條件，任課教師應注重應用于地球物理專業的實踐技能要求，引導學生發現測量學在地球物理專業中應用的關鍵點，緊跟地球物理專業領域理論與技術的發展前沿，將最新的地球物理理論和技術前沿融入教學中。激發學生的學習興趣，這樣可以幫助學生理解測量學在實際問題解決中的價值，并培養他們將理論應用于實際的能力。此外，培養學生的實踐技能也是教學的重點之一，通過讓學生進行實際的測量操作，熟悉各種測量儀器的使用方法，以及對實驗結果的分析和解讀，可以幫助學生更好地理解測量學的原理和應用，并提升他們在地球物理專業中運用測量技術的能力。通過高效精講、實踐與理論結合、引導學生發現關鍵點和培養實踐技能等教學方法和策略，可以幫助學生快速掌握測量學的理論知識，并且同時培養學生自主實踐、儀器操作、實驗結果分析的能力，有助于深化他們對測量學相關理論的認識，進而錘煉學生理論聯系實際的能力，并拓展他們在分析解決地球物理專業實際問題上的應用技能。

（二）專業融入通識

地球物理專業屬于理學范疇，因此對于測量學專業知識的講解不能一味地按照針對測繪專業學生定制的教學方案進行常規教學，需要根據自身專業的特點和需求進行定制化的教學，講授的內容應當滿足背景專業的特定需求。在展現出測繪專業的學科特色的同時，要兼顧地球物理專業內容的特點，打通測量學專業培訓與非測量學專業間通識教育的鏈路[7]。作為教師，應當著重選取與地球物理專業緊密相關的測量學基礎知識作為引子，在激起學生興趣的同時將測量學與地球物理進行有機結合，使得學生更好地理解和運用這些知識，實現雙重教學目標的實現。

在地球物理專業中，測量學的重要性在于提供準確的地理空間數據，以支持地學研究的深入。因此，教師在課堂上應著重介紹地球物理數據的測量與處理，通過講解測量學中的數據采集技術，如現代的3S、激光測距等技術，以及這些技術在地球物理學中的具體運用：包括如何使用GPS數據研究地殼運動，如何利用激光測距技術獲取地表高程數據等，這樣的教學方法有助于強調測量學在地球物理研究中起到的關鍵性作用。并引導學生思考地球物理測量中的各種因素對數據的影響，認識到誤差的存在，在教學過程中，教師應讓學生更加謹慎地開展測量實踐，促使學生深入思考測量的可靠性和準確性，有利于培養學生對于專業研究和測量的謹慎態度，通過實踐活動，如實地測量和實驗室實踐，學生可以親身參與測量過程，加深對測量學理論的理解，并培養他們運用測量技術解決實際問題的能力，為他們未來的職業發展奠定堅實的基礎。

三、教學方法實踐

測量的基本工作是測距、測角和測高差。以角度測量為例，在被廣泛用于研究地球的形狀和地表地形的同時，角度測量也在地球運動和地殼變形的監測中扮演關鍵角色。通過追蹤地面或建筑物的角度變化，科學家可以了解地球運動、地震活動和地殼變形等現象。通過準確的角度測量，可以確保測量儀器在地面或水下的準確位置，有助于獲取更精確的地球物理數據。

隨著科技的不斷進步，測角儀器在測量領域發揮著日益重要的作用。測角儀器的發展主要經歷了以下幾個階段，第一代的經緯儀使用了金屬度盤，第二代改為使用玻璃度盤的光學度盤經緯儀，而最新的第三代電子經緯儀使用光柵度盤、編碼度盤，通過光電轉換技術，能自動顯示角度，標志著儀器技術的顯著進步。這一演進過程不僅反映了測量技術的發展歷程，也對于提高測量精度和效率起到了關鍵推動作用。深入了解這些發展階段，使學生能夠更好地理解科技變革對測量領域的影響，為未來創新提供更為廣闊的視野。作為培養現代科技應用型人才的高校，筆者在教學實驗設計時選擇最新的電子經緯儀進行角度測量實踐教學，以確保教學內容的先進性與實用性。

針對角度測量，分為兩次實驗進行實踐教學，實驗一側重于實驗儀器的認識與使用，實驗二則需要利用實驗儀器進行角度測量設計實驗，學生需要進行數據采集、處理與解釋，最后綜合分析得出結論。實驗一要求學生掌握經緯儀的基本構造，并熟悉儀器的組成部件及其功能，隨后要求學生分組進行對中、整平等操作練習并進行讀數與記錄，最后對精度做出要求，例如達成對中誤差＜3mm，整平誤差＜1格。課堂教學時，學生僅從課本文字內無法切身感知，儀器與人為操作的誤差對于生產生活造成的影響。簡單的儀器入門實驗，既讓學生體會到測量大地的樂趣，亦能基于測量學相關知識對具體地球形態問題進行合理分析，進一步理解地球物理勘探專業工程實際生產作業的困難，提升學生的責任感與使命感。實驗二設計測回法進行實際的角度測量，需要每位學生掌握測回法測量水平角的方法，并在實驗期間進行數據記錄以及相應的計算。實驗二對于操作的完整性以及精度都有了進一步的要求，上、下半測回角值之間的誤差以及各測回角值的互差均有規定。

在設計實驗內容時，需要特別注重合理性。考慮到地球物理專業不需要像測繪專業學生那樣對測量具有極高的專業性，實驗的內容設計并不復雜。盡管如此，通過系統的課堂學習和實際操作，學生對于角度測量知識建立了深刻的認識。在實驗過程中，學生不僅加深了對角度測量基礎知識的理解，還成功將這些理論知識應用于實際操作中。實踐教學不僅提升了學生的動手能力，更培養了他們運用知識解決實際問題的能力。這種合理的實驗內容設計旨在讓學生在輕松的氛圍中建立自信，同時培養實際操作的技能。考慮到現代科技的快速發展，實驗內容也強調將理論知識與科技創新相結合，使學生更好地適應未來科技挑戰。這樣的安排不僅有助于學生全面理解測量的重要性，也為他們未來在科研和技術領域中更深層次的發展奠定了堅實的基礎。

筆者在所有的教學過程中充分貫徹“理論融入實踐、專業融入通識”的教學思路，時刻關注學生能否在教學課時內達到教學目的，在這一思路的指導下，綜合地球物理專業特點與測量學知識，完成課堂教學任務并達到預期目標。

結語

本文以筆者所帶課程為例，調研了測量學課程在地球物理專業的教學現狀，并從優化改進教學方式、豐富原本的教學手段等方面入手[8]，提出面向地球物理專業的測量學課程的教學目思路，即“理論融入實踐、專業融入通識”。基于這一教學改革思路進行實際教學實踐，分析該教學改革思路的實施情況，結果發現取得了較好的教學效果，既使學生掌握了測量學的基礎知識，又能聯系地球物理專業內容，為學生在本專業學科的未來發展進步做好鋪墊，滿足當下需求，在培養學生的科研興趣和促進他們的科研積極性方面具有雙重的積極意義，同時也為其它非測繪專業的相關專業課程教學思路提供參考和借鑒。

參考文獻：

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[8]付紅云，王小美，張明媚.應用型高校攝影測量學教學改革[J].西部素質教育，2023，9（17）：161-164.

作者簡介：李康寧（1993—），女，漢族，安徽馬鞍山人，博士，研究方向：城市遙感。