精品课程“工程测量”的课程特征
“面向新世纪，建设土木测量学新课程”
教学改革研究总结报告
广东工业大学建设学院
张坤宜
杜宏彪
2000年6月15日
“面向新世纪，建设土木测量学新课程”
教学改革研究总结报告
广东工业大学建设学院
张坤宜
杜宏彪
一、研究背景
八十年代以来，测量学科的新理论、新仪器、新方法日异月新。测绘科学在从传统技术走向现代技术的道路上发生着深刻的变化。测量学课程在土木工程专业中的重要地位已明显表现出来。但是由于历史原因和传统技术观念影响，测量学课程中存在的问题不少。特别在改革开放以来，以大型化、精密化、网络化为特征的土木工程建设发展很快，同时向土木测量学课程提出新的要求。实践证明，旧测量学课程已暴露出适应性不足的弊端。一方面，土木测量技术作为土木工程建设的基本技术得到重视，土木工程领域关注着测量学科的发展，应用现代测绘技术的速度已明显加快。另一方面，各种因素的影响，土木测量学课程的教学体系、内容、方法等方面并未及时跟上形势的需要。在现代科技时代，土木测量学课程面临严峻的挑战。紧跟现代科技，改造旧测量学课程，建设新的土木测量学课程是一件迫切的任务。
1992年以来，我们在校院的党政领导下，认真学习邓小平教育改革理论，根据广东省在我校创办交通土建专业的需要，开展以建设土木测量学新课程为目标的教学改革研究。经过几年的调查研究和试验，探索土木测量学新课程，取得进展。随后于1997年正式通过学校、省高教厅立项“面向新世纪，建设土木测量学新课程”的教学改革研究，开展建设新课程改革试验。
二、土木测量学新课程的体系特征
调查研究和试验表明，改造旧课程体系，建设土木测量学新课程体系是首当其冲的艰巨的系统工程，是振兴土木测量学课程的必由之路。1993年，我们开始以交通土建专业为试点，首先从现代土木工程测量技术内容的教学入手，逐步拓宽专业技术面向，探索改造旧体系的可能性，逐步摸索建立新体系的思路。土木测量学新课程体系总结了我国测量学教学的经验，吸取国内外的测量学教学的先进成果，新的体系有其重要的特征。
1. 核心特征。
土木测量学新课程体系的核心特征是地面点定位，或者说，土木测量学课程的教学思想基础是地面点定位。历史告诉我们，测量科学是以人类土木工程建设的定位需要发展起来的重要学科。当代科学技术的飞速发展，测量科学有着更为广泛的发展前景。然而土木工程实践一再证明，作为测量学的概念核心----地面点定位与土木工程建设技术关键----工程点位确定，在定位技术范畴上的一致性没有改变。土木工程测量的确定工程点位技术是土木工程建设的基本需要，土木测量技术作为土木工程建设主要导向技术的性质没有改变。
例如，桥梁中心点的确定，楼房轴线点的标定，都是以附近控制点为基准。控制点是什么？如何获得控制点？指的是以控制测量技术确定工程基准点，属于工程点位确定的基础。又如，施工测量实际上是测定点位的技术过程指挥施工，保证工程优质的重要步骤。指的是土木工程师以测量定点技术指挥施工的本领，有属于点位确定的目的。现代测绘定位技术惊人的社会、经济效益已经引得各行业的关注。现代测绘技术发展加强了地面点定位的概念核心地位，极大地促进了现代测量定位技术在土木工程的应用。
长期以来，我国测量学的教学工作常常有“以测图为中心”，还是“以测设为中心”，“以学会基本测量工作为中心”，还是“以应用测绘信息为中心”的讨论。以地面点定位的核心特征，比较客观地回答这类讨论的问题，同时使土木测量课程从历史的长河中找到归宿。确立测绘科学“地面点定位”为核心特征的课程体系，在教育思想上很容易把测量技术与土木工程建设的定位技术需求结合起来，增强测量技术在土木专业的地位，增强受教育者学习测量技术的积极性。“地面点定位”的核心特征为拓宽新课程的技术面向提供依据，符合宽口径土木工程专业的教学改革需要。
2.工程特征。
在土木测量学新课程建设中，测绘基本理论与技术原理在课程占有很大的成分，如何正确处理好是土木测量学新课程建设的关键。工程特征，即具有土木工程技术需求特色的测量课程体系特征，或者说以“地面点定位”核心特征为指导的土木化的测量课程体系思想。土木化课程体系思想强调测量技术在土木工程的重要地位，强调测量技术原则的土木化表现形式，强调测绘技术原理在土木工程的应用，强调测量技术方法与土木工程的密切关系，正确处理了测量技术的落足点、立足点和应用问题。土木化课程体系思想，“立足土木，结合土木，服务土木”，比较全面反映测量技术发展现状，显示本书的土木工程基本技术特色。
3.主干特征。
指的是土木测量学新课程体系的技术主干思想，重点在土木工程测量技术。土木工程形式多样，等级丰富，工程测量技术方法繁杂。总结我国土木工程测量技术教学经验，研究适应宽口径土木专业改革需要，新课程的主干特征注重土木工程测量技术特点，强调综合，突出发挥举一反三、触类旁通功能，尽量避免面面俱到的弊端。在教学内容安排中采取二个措施：1)按技术用途设分支，即设“工程用图、测设方法、工程测量、变形测量、仪器检验”五个分支。2)按工程特征定类型，定“线路工程、路面工程、桥址工程、建筑工程、隧道工程”五种类型。
4.渐进特征。
土木测量学新课程体系的渐进特征，是以现代测绘新技术为主导，按循序渐进规律构思课程知识结构新框架，寻找现代土木测量技术课程的新面貌。渐进特征强调以现代测绘技术为主导的渐进创新思路，摈弃传统渐进教学流程。在测绘基本技术的编排上，确立“角度测量、距离测量、高程测量、全站测量”的现代呼应联系，注重新课程中现代测量技术原理、方法的新型逻辑关系、连续关系、互补关系，认真寻找、挖掘课程新体系的完整知识框架，开拓土木测量课程的技术视野，展示土木测量技术的最新发展。
5.严密特征。
严密特征既反映在教学内容体系结构的密切关系，同时反映现代测量基本理论和技术原理应用于现代土木工程的必要性和完整性。这是确立土木测量学新课程体系的重要原则，也是确立土木测量学新课程体系的主要难点之一。土木测量学新课程体系的严密特征主要反映是：
1) 合理引入大地测量、测量平差和精密测量等严密性内容；
2) 引入矩阵理论，扩展现代数学基础，加强测量计算技术应用；
3) 恰当处理新技术与常规技术的关系，优化知识结构；
4) 注意土木测量技术概念规范化，防止简单化。
6.时代特征。
本改革研究瞄准21世纪发展需要，确立新的教育思想，关注教育改革的新发展新要求，努力适应大土木专业改革等要求。以当代光电测量新技术为重点，增强全站测量技术、GPS技术、测绘数字化技术等新内容，力求充实最新技术素材，增强测绘新技术在教材的地位。新教材注重教学内容“全面、适当、先进、简明”的编写原则，科学优化的叙述方法，防止长篇大论，力求深入浅出，扩大新技术的潜在空间。探索教学新方法，简化教学过程。尤其工程实践上比较繁杂的数据处理问题，在教学中力求实现电算方法，提供程序，促进训练，增强学习效果。吸取土木工程有关学科的成果，促进学科知识交融。
三、教材建设的创新
1．旧教材的问题。
我国土木工程测量技术教学有着非同寻常的历史，100学时的教学量及一个月的实习，可见当初人们对土木测量技术的重视。情况的变化，尤其是测绘学科曾经有过的起落现象的波及，留下的测量技术教学简单化等落后现象比较突出。土木测量技术课程落后的主要表现在教材，主要是：
1)体系老化，从未改变。从收集的20余种测量学教材中可见，现有的旧测量学教材体系基本上以“老三件”为基础形成的，几十年的旧体系弊病没有变化。
2)内容陈旧，脱离实际。例如光学安置仪器技术在用已20余年，旧测量学教材仍然是老式的垂球安置方法。有的不恰当的技术叙述，在一些教材中雷同保存着。旧体系禁锢下的测绘技术内容没有跟上时代的发展。
3)结构失调，方法落后。近些年来，一些测量学教材也补充一些新内容，由于原有问题没有根本变化，知识结构上顾此失彼也比较突出，旧内容无法摈弃，新内容也难以体现新面貌。
实践证明，旧测量学教材不便反映现代土木测量技术状况，不便土木测量技术教学，不便土木工程领域了解和应用现代测量技术。
2．教材建设的特色。
建设适应宽口径土木专业的土木测量技术新教材是一项创新工程，前无先例，很难一蹴而就，教学改革研究是新教材建设的基础。土木测量学新课程的教学改革研究从教学内容的更新开始，教材建设自然成为教学改革研究的重点，成为创新教学的重要任务。从1993年以来经历四阶段：调查研究，以补充材料更新教学内容，自筹计算机及时编印投入使用；全面试用新书稿并不断完善；新书稿经学校批准报送全国高校测绘类专业教学指导委员会和人民交通出版社评审征求意见，推荐出版；新教材实施推广应用。其中完成《实验指导书》、《实习指导书》5万余字，新教学材料约45万字，新教材《交通土木工程测量》52.2万字。
新教材《交通土木工程测量》按在改革研究中确立崭新体系，图1是《交通土木工程测量》教学框架，形成自身的鲜明特色有：
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图1 《交通土木工程测量》的教学框架
1)以测量学概念核心
----“定位”展开绪论的基本内容，恰当地把握绪论导向。
绪论抓住测量概念核心----“定位”，简要地展开说明测量学科的产生和发展，同时结合土木工程建设的客观实际回答现代测量科学在土木工程中的四个重要地位。“定位”引出三个基本内容，简明叙述高斯坐标系统和高程系统应用基础，提出测量技术工作四项定位原则。从“定位概念”到“定位原则”，标明深入学习和掌握测量技术的基本方向。
2)按课程新体系的要求，确立以测绘技术原理与方法的循序渐进新规律。
新教材以测绘技术方法渐进性过程抛弃 "老三件"的旧思路，构筑现代测绘技术条件下的“角度测量、距离测量、高程测量”连续结构，勾绘出现代测绘技术各种测量基本技术之间的新型逻辑关系。紧跟的“全站测量”把光电测角、全站仪、数字化测量及GPS技术等当今测量技术集中到现代“全站”意义上，显示出测量技术渐进性深化过程的最新发展。
3)注重测绘技术的严密性，加强交通土木工程测量技术的精密性。
以当代土木工程的技术需求为基础，适当引入大地测量技术、条件平差理论和精密工程测量技术，增强测绘基本理论与技术内容，解决了旧课程中严密性内容的空白状态，成为课程新体系的重要组成部分。
4)从课程完整性系统出发，健全知识结构，精练组合、扩充土木工程测量技术。
根据课程各章的技术特点和土木工程基本要求，认真健全知识结构，研究解决有关技术问题，精练组合、扩充土木工程测量技术内容。比较全面介绍地籍测量、竣工测量、激光的定向应用、路线测量、管线测量、道路施工测量、桥址工程测量、隧道测量、建筑轴线测量、垂直度测量、变形测量、水下地形测量、工程数字测量应用等技术，充分反映土木工程测量技术的发展。
5)合理利用技术进步成果，努力实现教学内容的先进性。
新教材中尽力吸取测绘最新土木测量技术成果，以光电测距、全站测量技术为重点，力求充实最新技术素材，着重提高测绘新技术在该课程中的地位。课程中引入了矩阵理论，简化有关理论公式推证原理，增强课程的数学基础，促进计算新技术的应用，促进了教学进步。吸取土木有关学科的成果，促进学科知识的结合，解决课程中的技术难点，使新教材测量技术原理的叙述和方法归纳等教学内容更加符合土木工程的要求。
四、加强教学内容组织措施与方法的研究
根据土木专业多面向的技术需要，改革后新教材应比较完善叙述测量学科基本理论和技术原理，提供适应性比较强的先进的各类土木工程测量方法，新教学内容将大幅度增加。显然，学时有限，加强教学内容组织措施与方法的研究，是教材建设的重要任务。
1．精心选用精心策划
精心选用精心策划是精选教学内容最起码的原则,是精炼教学必不可少的前提。精心选用精心策划的要求“用新弃旧，存精弃粗，选优弃劣”，深入研究处理好教学内容。如“方位角计算”，弃传统过时方法，精心选用选精炼技术原理，易于实现精炼教学过程。
2．加强交融与渗透，促进结合
新教材涉及现代数学、现代物理、电子技术、光电技术、计算机技术、航天技术、现代测绘技术和现代土木工程等技术。加强学科交融与渗透，促进结合，有利于提高课程的科技含量，扩大技术视野，体现新面貌，增强课程的技术效果。
3．注重原理概念，注重理论结果，突出技术要点。
土木工程测量技术与测绘等领域的理论密切相关，注重理论结果，突出技术要点，着眼应用方法，避免长篇大论，加强训练，利于掌握快速。例如，测量计算技术的条件平差，引用近代数学，强调方法的应用，简化教学过程。
4．扩大计算机的应用。
新教材中扩大计算机应用是技术进步的必须，也是优化教学过程的重要途径。特别在阐述工程测量数据处理等内容时，力求采用电算化的解决办法，收到减少教学环节，提高教学效率的明显教学效果。
5．正确解决重点，以期触类旁通。
土木工程类型多样，技术环节复杂，精练阐述土木工程测量技术是新教材难点之一。采取的步骤有：完善重点技术方向,选好突破口，改善技术思路；加强科学研究，促进难点突破；注意特点，理顺关系，明确教学内容扩展的主次要求，增强触类旁通功能。
6．强调教学的整体性，发挥技术互补，提高教学效率。
根据教材新体系，强调教学内容的整体性，体现在课程各种技术内容的有机结合，反映在教学方法上则是充分发挥各技术环节的互补性，“承前启后，循序渐进，步步深入”，充分提高教学的效率。
五、实行模拟生产的实习方式
分析以往实习教学的经验教训，比较各种实习方式的利弊，实习教学改革的的基本认任务是探索和研究模拟生产的实习方式，加强实习教学管理，强调测量技能训练，全面提高实习教学质量。模拟生产实习教学改革过程中的基本措施有：
1．模拟生产，采取多项目训练
模拟生产，是以仿真方式完成生产任务而进行的一种实习教学。实习的多项目既是模拟生产的任务要求，也是全面训练的必要安排，涉及的项目有土木工程经常涉及的导线测量、高程测量、地形测绘、路线测量、方格控制、工程放样等，同时涉及到多种测量仪器应用、计算机应用和绘图训练等内容。实习“以练为主”，一方面强调系统巩固土木测量的基本技术知识，加强学生工程测、算、绘能力的训练，加强地形基本模拟能力的训练；另一方面从土木工程要求出发，训练应用测量基本理论综合分析问题和解决问题的能力，训练严谨的科学态度和工作作风。
2．强调发挥学生实习主动性
模拟生产实习教学面对的学生，大多数缺乏体力劳动、野外作业、独立生产机会。对土木专业的首次实习教学，学生的初始想法多种多样。在实习时间有限的情况下，如何调动并发挥学生实习主动性，是搞好模拟生产实习的首要问题。在实习开始，强调实践的重要性，强调实习是教育面向实践的重要步骤，全体同学必须集中精力，充分准备，全力以付。在实习过程中，不断促进学生实习自觉性的提高。尤其应结合学生的实习收获，强调把“书本知识”变为“技能”必须通过实习各项任务的完成，在模拟生产实习中磨练自己。强调发挥学生实习主动性，实际上要把业务教育与思想教育结合起来，使实习教学成为坚持理论与实践相结合的生动活泼的教育过程。
3．促进学生学会自我管理
模拟生产土木测量实习教学改革的出发点，要求以一定的组织形式和管理机制，按一定的任务要求，使学生融入生产小集体中，促进学生养成适合集体生产的自我管理好习惯。
(1)建立责任组长制为基础实习组织体制。在实习队中设实习小组，每个小组4～5名学生。各组每天详细计划有当天责任组长承担，责任组长每天一换。责任组长安排小组成员的具体实习工作，指挥当天实习工作的进程。责任组长的设立要求学生既练技术又学指挥。
(2)加强其他辅助管理，如安全、资料、仪器设备管理等，做到人人参加管理，职责分明。
自我管理机制的目的在于促使学生真正促使动脑筋下功夫，加强对整个土木测量技能的掌握，学会综合分析问题和解决问题的能力。
4．充分准备，严格要求，深入引导
新实习方式存在实习项目多、时间紧、要求严等特点，搞好模拟生产测量实习，有待指导教师充分做好实习场地和实习教学文件准备，方法得当，确保模拟生产实习的顺利进行。
按生产组织形式开展实习，严格要求少不了。比如说，测量仪器安置，模拟生产实习就不只是要求掌握仪器安置方法和步骤，而且要速度，达到3～5分钟的要求。学生测量成果超出生产标准限度，为不合格，必须返工。
每当实习问题得不到解决的时候，正是学生最需要老师的时候。教师要经常告诉学生“不怕错，怕不做；不怕慢，怕不干”，强调实践重复性的作用。有些学生有时辛辛苦苦一整天，得到的是不合格成果。对待这种情况，教师必须及时鼓励他们找原因，切忌包办代替。
5．量化评分，加强模拟生产实习考核的规范化进程
土木测量学课程的评分，反映的是掌握课程的基本水平。土木测量实习课程的评分，反映的是基本技术与技能的掌握程度。由于土木测量理论与实践的结合特性，普遍认为前者是基础，后者是集中表现。由于土木测量技术在工程中的重要作用，有关土木工程部门更关注后者，甚至有的以考核土木专业毕业生土木测量技术技能当做聘用或试用标准。因此，如何评价和反映学生土木测量实习课程的实际成绩，是值得研究的问题，量化评分就是在这种情况下提出来的。
量化评分方案中涉及到多项目的各种测量技能和实习材料，其中有观测技能现场考核及有关问题的处理规定，也涉及到考勤、纪律、安全等问题。量化评分方案规定，实习中不准造假，不准抄袭，包括“实习日记”都不能马虎。实习评分方案6项11目，集体、个人分别评分，量分清晰，目标明确，无形中把生产实习的各项严格要求告诉学生，进一步促进了学生的自我管理。量化评分加强了实习考核的规范化进程，避免片面因素，客观反映实习质量。评分，也评实习教学利弊，也评指导工作优劣，有利于实习教学工作的开展。
六、基本效果
1．土木测量学新课程已经建立起来。
几年来的实践表明，教学改革研究有效地促进了土木测量新教材建设，新教材建设促进了土木测量新课程的创新教学过程。
1)土木测量学课程新体系已经确立起来。体现土木测量学新课程鲜明特色的新教材体系思路新颖，主线清楚，改革方向明确，有效地带动了整个课程的教学改革。新体系打破了旧教材传统体系框架，为土木测量课程建立新教学系统，适应土木专业的改革需要。
2)根据新体系编著新教材《交通土木工程测量》，形成了科学严谨的知识结构，扩展了教材潜在教学空间，扩大了土木工程测量技术视野，有利于新技术内容的扩充。据统计，新教材清除过时无用旧知识，知识复盖面包含铁路工程、公路工程、建筑工程、城市规划、管线工程、地下隧道工程、岩土基础工程等专业方向。土木工程测量课程已经走出服务建筑工程的单一状态，步入全面适应土木专业拓宽口径多面向的教学要求。
2．新课程明显提高教学效果，学生收益深。
新课程与新教材《交通土木工程测量》在本校原交通土建专业连续实施九届，在城市规划、建筑工程等专业实施六届，在外校连续推广实施五届，在新土木专业实施二届，以本科为主，并扩展到大专、高职、成教各层次。历次学校教学检查评价“优秀”。参加改革试验的学生反应热烈，普遍认为，新教材有利于测绘新技术的掌握，有利于提高现代土木测量技术能力。在校学生对新教材52项教学内容改革优良评价率92%以上，认为《交通土木工程测量》好。
3.促进土木测量实习教学改革，加强基本技能的全面训练。
土木测量学新课程是一门在理论与实践密切结合的基本技术课程，新教材的土木工程测量技术面向宽阔，必然促使实习创新教学改革，从扩展技术面向要求出发，探索新的实习方式，强调全面训练，提高实习教学质量。模拟生产的实习方式正是在这种情况下提出来的。实践证明，新教材建设充分体现土木测量学新课程理论与实践密切结合的特点，促进了土木测量实习教学改革，保证学生基本技能的全面训练。
4．教学改革取得重大进展，获同行专家一致好评：
随着改革研究不断深化，1998年以来，在《测绘通报》、《中国高教研究》、《中国测绘》等刊物发表改革研究论文7篇。1998年12月，新教材改革研究获广东工业大学教学成果一等奖，同年新教材《交通土木工程测量》获全国测绘专业教学指导委员会审定通过，由人民交通出版社出版，已发行11000余册。1999年10月新教材获全国高校优秀测绘教材二等奖，改革研究成果和经验在国内引起积极反响，被誉为具有突破性、创新性的国内同行业率先成果，获国内高校同行专家一致好评。