测绘新时代下《测量学》课程教学改革探讨

2021-06-15康红霞韦刚王崴

高教学刊 2021年4期

康红霞　韦刚　王崴

摘要：测绘新时代背景下对测量学课程内容、教学方法和教学保障提出了更高的要求。文章通过介绍课程特点和面临的挑战，详细分析了教学内容和教学方法。最后，作者从实验室建设、实习场地建设和虚拟实训软件三个方面提出了教学保障措施。

关键词：测量学;课程教学;改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）04-0134-04

Abstract： In the new era of surveying and mapping， higher requirements are put forward for the course contents， teaching methods and teaching guarantee. The paper analyzes the content and method of the course by introducing the characteristics and challenges. Finally， the teaching guarantee measures are put forward from three aspects： laboratory construction， practice area construction and virtual training software.

Keywords： surveying; course teaching; reform

一、测量学课程特点及面临的挑战

（一）测量学课程的重要性

随着国家经济建设的快速发展，各行业对测绘专业复合型人才的需求量不断增大，对测绘类专业人才培养提出了新的要求。目前我国从事测绘工程本科人才培养的院校约150所。[1]截止2002年，在全國一千余所普通高校中，有四百所以上开设测量学课程。[2]同时，文献[2-3]指出测绘教学与生产脱节、测绘教学落后于测绘学科发展、实习仪器质量低、数量少，软件缺乏，实习基地不完善，学生实习随意性大，缺乏检查机制，教学质量难以保证。同时，指出在实际工作中全站仪和GPS的应用占据了主导地位。从近十年文献中可以了解到，不管是测绘专业还是非测绘专业，本科层次还是大专层次，测量学都是一门非常重要的必修类基础课，对后续专业课程有着非常重要的作用，关系着学生毕业后的实际生产能力。在各个非测绘专业类探讨教学改革中，文献[4-6]，指出了不同应用专业的测量学课程突出矛盾问题是，课时压缩带来的质量问题，并提出必须对教学和实习课内容合理规划。

（二）测量学课程特点

测绘专业和非测绘专业中的测量学课程主要内容都是针对普通测量学，即研究地球表面较小区域内测绘工作的基本理论、技术、方法和应用的学科，主要研究基础测绘仪器的原理、操作和应用、图根控制网的建立，地形图测绘。由于测量学的主要成果是地形图，以大比例尺数字测图为目标开展图根控制网和碎步测量展开，相应的仪器操作和软件数据处理和成图都纳入到测量学教学体系中。测量学课程具有理论性、系统性、实践操作性和应用多样性。其理论性和系统性体现在地图投影理论、地面点确定的理论与方法、水准测量原理、角度测量原理、距离测量原理、误差传播原理、控制测量的原理与方法、大比例尺地图测绘原理与方法等。测量学的工程技术特性使得教学内容实践操作性强，在理论课后必须配合仪器操作、数据处理才能达到教学目标。而实践课操作的内容依各学校教学对象、教学目标、实验仪器、软件配备而有所不同。应用多样性是指测量学在建筑、桥梁、管线、地质勘探、矿山等行业应用广泛，是这些行业中测绘工程技术人员必须掌握的一门基础课。

（三）新时代下测量学课程面临的挑战

测绘理论及技术已经涵盖了全球卫星导航系统（GNSS）、遥感（RS）及地理信息系统（GIS）等相关学科，形成了更加丰富、先进的现代测绘科学。测量理论方法技术不断的革新，测绘类仪器也发生了翻天覆地的变化，各生产部门测绘仪器也逐渐转变为新仪器新设备，这必然要求院校教学围绕着新仪器设备进行教学，除了传统的水准仪、经纬仪、全站仪基础上增加高端测量仪器，比如精密水准仪、彩屏全站仪，陀螺全站仪、RTK实时差分仪器。要求院校必须紧跟新时代，教学中要合理安排教学内容，采用不同的教学方法和模式，让学生既掌握老的仪器方法的操作，又掌握新技术、新方法以及新仪器的操作。

再者，随着社会的不断发展，教育信息化的进程也在不断加快，如今，教学的各个层面与各个环节都不同程度地应用到了信息化技术，并对现代教学模式产生了巨大的影响。推动信息技术与教育教学深度融合，引导和激发课程教学模式改革，提升课堂教学质量和效果，应用创新教学方法手段，拓展教学时间空间，教学过程中可以探索虚拟仿真实训辅助教学新模式，推动由“教为中心”向“学为中心”转变，由“课堂教学为主”向“多种学习融合”转变，由偏重“知识传授”向注重“能力培养”转变。

二、教学内容与教学方法

（一）教学内容分析

测量学课程基本内容和课时建议，如表1所示。

从表1可以看出：

1. 测量学实习课时远远多于理论课时。实习课的改革、创新，实验条件建设和实验室建设也是很多院校近年来的关注点。

2. 地形图测绘这一部分内容是现代测绘仪器集中应用的体现，实验室仪器数量、质量以及相关计算机数量和软件保障情况直接影响着教学质量，成图的质量也是实习课质量评价主要依据之一。

3. 测绘专业类测量学内容广泛，各应用领域工程测量都必须掌握，而实习场景和场地无法完全满足的情况下可以采用虚拟实训软件施训，或者在校外建立实训基地。

（二）教学方法探讨

1. 应用多种教学方法，提高理论课教学质量

理论课可以采用探究式、启发式、互动式、探讨式等多种教学方法，结合传统板书、多媒体动画、视频进行讲解。比如，高斯克吕格地图投影，投影分带这部分内容比较抽象，可以应用动画将枯燥的不容易理解的内容进行展示。对于不同的大地坐标系统也可以通过立体的动画展示出不同坐标系中坐标原点、坐标轴指向不同，增强学生直观感受，提高学习兴趣。又比如介绍仪器的内容可以结合仪器实物，仪器内部组成和主要轴线可以应用多媒体动画展示，仪器操作可以通过操作视频讲解，仪器错误操作也可以通过视频播放。总之，除了传统的教学方法，在教学方式上，要根据教学不同内容，多种方式帮助学生理解原理，理解仪器操作过程，整个教学过程贯穿以“学生为中心”“教师为主导”的教学理念，充分发挥各种信息技术和手段提高教学质量。

2. 明确实习课操作流程，规范教学组织方法

实习课教学目标应符合人才培养方案和课程标准的总体要求。课前强调操作技能的能力要求、仪器规范操作和注意事项、人员保障和环境及配套保障方面的要求、人员协同的要求等。在下达实习任务科目时，教师必须下达实验内容、实验目的和要求、实验仪器保障、实验分组、实验过程操作、实验已有数据情况。对于单人仪器操作实习和多人协同测量科目内容和考核标准有差别。水准仪、经纬仪、全站仪仪器的操作与使用，经纬仪和全站仪角度测量这些科目适合单人操作练习，可以通过操作规范性、流畅性、数据的质量进行考核。水准测量、全站仪导线测量以及数字测图等经典测量实习都是协同科目，不但要操作规范，更注重多人配合，完成测量科目所花费的时间和提交成果精度是考核实习效果的依据。近年来，每年组织的省级和国家级职业技能测量大赛操作技能科目主要考核选手的技能水平和团队合作能力。总之，合理分配实验时间、人员分工，成果的提交、高质量实验报告的撰写对提升测量实习效果有很大帮助。

三、教学保障措施

（一）加强实验室建设，保持教学内容先进性

实验室软硬件条件建设是保證实习教学开展的基础。近年来，随着测绘新理论、新技术以及仪器的发展，尤其是以“3S”（GPS、GIS、RS）为代表的空间测绘科学技术、计算机技术、多传感器技术迅速发展和逐渐推广普及，现代测绘实际上已成为以“3S”技术为核心内容的高新测绘科技体系。[7]要求实验室建设既能满足当前传统测绘对实验室软硬件的保障，也能满足未来一段时期测绘发展对实验室功能的需求。

1. 紧跟测绘技术发展，更新实验仪器

支撑测量学实验的仪器如表2所示。

水准仪、经纬仪、全站仪是测量学实验课开展的必备仪器，实验科目所占比重大，对于非测绘类测量学，这三种仪器基本满足了需求，但是对于测绘类专业，测地型GPS接收机、RTK GPS都是市场主流测量仪器。随着仪器生产厂家逐渐开发和生产高端仪器，从表2可以看出，传统的测绘仪器逐渐被电子仪器替代，实验室仪器必须紧跟市场发展配备相关仪器，保证学生实习操作和毕业从事生产有效地接轨。

2. 加强计算机及网络软硬件条件建设

首先需要强调的是，计算机及网络软硬件条件建设绝不局限于仅支撑测量学课程的实验开展。根据文献[1]最新测绘科学技术发展报告中显示，目前我国大比例尺测图新技术发展为多种技术多种手段的数据获取和处理，比如无人机测绘、倾斜摄影测量等都需要进行快速数据处理、多维建模和分析，航空摄影测量以及遥感成图都离不开遥感软件的支持。新时代测绘技术，必然对计算机硬件、专业软件以及网络建设有了更高的要求。应用计算机及网络条件可以完成测量学课程两方面内容支撑。一是以全站仪和RTK GPS为代表的地面大比例尺数字测图都离不开计算机软硬件的支持。全站仪、RTK GPS接收机数据获取、数据处理和成图都需要数字测图软件以及GIS软件的支持。这些数据成果都将成为后续GIS课程的数据来源之一，可以在此基础上进行空间分析和三维建模，能极大地提高学生学习兴趣，多门课统一规划，形成系统性强的实习课课程体系。二是先进、成熟的网络体系不但支撑软件操作教学，更是开展虚拟仿真实训辅助教学的基础保证。通过虚拟仿真和最先进的计算机软件技术搭建各应用专业实训软件，让每项理论课程都能够在平台实现实践操作。

（二）建立标准化实验场地，规范实习条件

1. 校园实习场地保障

规范化的实验场地是开展各种测量实习的必要条件，满足多种仪器的操作。比如，对于开展控制测量和数字测图的要求，必须有一定密度的高精度的控制网。但是，由于树木遮挡，GPS实习往往不能开展，需要到开阔地域，但是可以开展导线测量，这就需要规范区域的控制网布设，以便于对每组实验小组成果检核。经纬仪、全站仪的水平角、竖直角的测量、全站仪的交会测量、坐标测量的实习场地，需要建立固定场地，场地标有仪器架设的固定位置和固定的地标点，可以为单人仪器操作提供规范场地和数据，高标准实验场地、起始数据，使得测量学实习纳入了规范化教学，教师可以随时检查学生实验数据，避免操作出错，既提高了效率，也保证了教学开展的质量。[7]除了为单人仪器实习操作建立的固定场地和地标点外，多样的地理环境要素能丰富大比例尺地形图测绘实习内容，比如，一般校园环境都有道路、林地、草地、建筑物等地理要素，有的实习场地还有人工湖、山丘，教师可以划区域分小组组织实施。总之，校园的实习场地组织实施快，是测量学实习课的主要操作场地。

2. 校企联合实训基地建设

对于测绘专业的学生，土木、建筑、道路桥梁、管线等行业都是未来就业的方向。通过测量学这门课程的学习要打好测量基础，相应的实习内容安排，实习场地保障都必须符合行业实际需求，普通校园实习场地未必能满足实习需求。近年来，一些企业、测绘仪器厂商都和院校建立了联合培养人才模式，这种借助企业培养的模式对测绘专业建设、人才培养和社会服务向高质量发展产生了积极作用，产教融合模式、校企共建共享实习实训平台可实现校企双方共赢共利。通过校企联合培养，依托企业丰富的实习场地和工程任务，完善实习内容，培养的专业素质定会符合职业发展和市场需求。

（三）应用虚拟仿真实训，开展辅助教学新模式

实习教学活动中，高端仪器受实习场地和教学环境限制，以及雨雪天气无法开展户外测量实验，再加上仪器设备数量、运行成本等原因，学生只能在规定的实习操作学时内操作仪器，且由于课时限制，学生在一次实习课中通常承担角色单一，做重复操作，难以达到多角色练习反复练习的需求。引入计算机、虚拟仿真等现代技术，探讨采用应用仿真实训虚拟软件辅助教学实习，从教学设计、教学准备、组织实施、效果评估等方面，开展课堂教学模式改革。通过重构课堂组织形式、整合运用教学资源、创新教学方法手段，将信息技术贯穿到具体课堂教学各环节，改变了以往单一的教学模式。在教学过程中运用信息化的教学手段，让教学不再局限于课堂讲述的方式，教师能够更灵活生动的帮助学生巩固和理解课堂知识，为教学模式改革提供新的可能。

应用虚拟仿真实训辅助教学，能够在课上为学生提供系统化的技能知识点串联;课下为学生提供全天候的校内实习操作机会，剔除了以往学生实习的时间和空间限制，将理论与实习相融合，让学生更好地掌握教学内容，熟悉技能实际应用需求，从主观上提高学生的学习效率，提高学生岗位核心竞争力，为职业发展奠定良好的基础。

四、结束语

近年来，随着测绘技术的发展，测绘行业发生了天翻地覆的变化，新的测绘技术和测绘手段逐渐成为测绘产品生产的主流手段，在这样一个新时代测绘背景下，对测量学这门课来说，既是机遇也是挑战。测量学课程有其独有的特点，再加上各工科院校测量学课程开设的普遍性、应用的广泛性，都推动着测量学课程的建设和发展。

参考文献：

[1]中国科学技术协会，中国测绘地理信息学会.2016-2017测绘科学技术学科发展报告[M].北京：中国科学技术出版社，2018.

[2]汪祖民.对非测绘专业测量学课程教学改革的探讨[J].测绘通报，2002（8）：59-65.

[3]岳建平，方露.“测量学”课程教学现状调查与分析[J].测绘通报，2008（10）：76-77.

[4]梁栋栋，陆林.土地资源管理专业《测量学》课程的教學改革[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2007（04）：512-515.

[5]覃锋.土建类专业测量学课程实验教学分析和探讨[J].教育教学论坛，2017（49）：273-274.

[6]高二涛.自然地理与资源环境专业“测量学”教学改革探讨[J].教育教学论坛，2019（35）：109-110.

[7]郭保生，何瑞珍，张雅梅.加强测量学实习教学环节是提高教学质量的有效途径[J].实验室科学，2013，16（4）：162-164.

基金项目：中央军委训练管理部下达，军事职业教育在线虚拟训练课程建设项目“某型导弹装填运输在线虚拟训练课程”（编号：2019101）