基于一流課程的“土木工程測量”實踐教學改革探究

鄭秀梅，張大利，朱文邦，寧作君

（喀什大學a.土木工程學院；b.交通學院，新疆 喀什 844000）

0 引言

土木工程測量工作貫穿于施工建設全過程，是現場技術人員必需熟練掌握的重要基本技能。在建設項目勘察設計階段，需要測繪大比例尺現狀地形圖，為工程規劃、合理選址及初步設計提供數據支撐；在施工建設階段，進行建（構）筑物的定位與放樣，主要內容包括基坑（槽）開挖、基礎、梁、板、柱、墻體、門窗洞口的位置放樣，并在關鍵部位設置變形觀測點進行變形觀測，有力保障建（構）筑物的質量與安全；在竣工驗收與運營維護階段，土木工程測量也發揮著重要作用?！巴聊竟こ虦y量”課程的主要教學內容包括施工建設全過程的所有測量工作，而實踐教學則是實現教學內容轉化為學生技能的重要手段。從一流課程的本質[1]出發，遵循“高階性、創新性、挑戰度”的標準與要求進行實踐教學的改革研究，并在應用中不斷改進，培養面向未來需要的優秀工程技術人才。

1 “土木工程測量”課程實踐教學存在的問題

對施工企業、畢業生及在校生進行土木工程測量實踐教學的調研反饋中，得到諸多有效建議與信息，歸納起來就是：“土木工程測量”課程實踐教學中，應加強學生新測量儀器與新測量技術的學習；盡可能多組織學生參與社會實踐與工程應用；提高學生的交流與專業表達能力；進一步提高抗壓能力與工程領導能力。通過調研信息反思，目前“土木工程測量”實踐教學中主要存在以下問題：一是教學目標層次低，未能將專業前沿內容、思政育人理念融入教學過程，導致學生學習的目的及責任感缺乏。二是教學內容更新不及時，教學儀器、設備陳舊，學生所學內容無法和實際工程應用接軌，學習的創新度低。三是教學方法枯燥單一，依然以教學演示、學生被動學為主，缺少對困難問題的探究、分析及解決過程訓練，師生、生生間互動較少；以教師發布任務、小組完成為主，沒有形成組織監控網，學生間的關聯度也較低，導致學生應付式完成實踐任務，無法實現實踐教學的挑戰度。四是考核模式固化，考核僅以學生上課考勤、上交的成果報告為依據，忽略實踐教學過程中學生的全面表現。

2 “土木工程測量”課程實踐教學改革的具體實施

2.1 高標準教學目標設計

學生的學習成果是檢驗課程教學質量的最有效標準，而教學目標如燈塔指引著課程的正確方向。由于“土木工程測量”課程的強實踐性，基于整體課程教學目標（見表1）的改革創新基礎上，將實踐教學目標單獨設計，并根據測量儀器及技術的更新持續改革各項實驗具體目標（見表2）。

表1 “土木工程測量”課程目標

表2 “土木工程測量”實驗項目教學目標

將課程目標中的知識與能力目標相融合，提煉出每項實踐教學的具體目標，并結合課程目標的素質目標賦予實踐教學的綜合素質目標[2]。在具體的實驗項目目標下，進行教學內容、教學方法、教學組織的設計。在知識與能力目標中明確使用工程用最新儀器與技術及達到的高階要求，將課程目標中的素質目標[4]進一步分解細化，使課程實驗的社會責任與使用充分體現出來。

2.2 創新性教學內容編制

根據課程教學目標設計教學內容與實踐環節[3]，將課程教學內容整合為8 個單元，在每個單元下，與理論學習同步設置相應的實踐環節，課內主要為實驗環節（見表3），對每個實驗項目根據其實現的環境及目標分為認識性實驗、理實一體性實驗和任務式實驗三種。

表3 “土木工程測量”教學內容與實踐環節

2.2.1 認識性實驗

認識性實驗主要在課程開課之初對施工現場觀摩，對土木工程測量的主要作用與內容了然于心，形成整體構架，以利于學生課程的學習與思維的深度發展。在施工現場，主要觀摩全站儀基礎放線、基坑高程放樣、樓層主控線投測與室內放線，通過現場的觀摩認知與施工技術人員的講解，學生明確土木工程測量學習的目標與意義，對于學習興趣的培養與激發有較好的作用。另外，施工現場測量工作觀摩的同時，學生也了解了土木工程專業中建筑工程的工作內容與概要流程，對于專業的學習將有極大的促進作用。

2.2.2 理實一體教學

理實一體教學實驗主要有3 個內容，分別是自動安平水準儀的認識與使用、電子經緯儀的認識與使用、綜合數據分析誤差實驗，實驗均在室內課堂進行，這3 個實驗與理論學習相互融合，借助儀器使用及數據分析進行理論學習，理實結合緊密。在自動安平水準儀及電子經緯儀的認識與使用學習中，每小組分別領取1 臺自動安平水準儀，隨理論學習的同時進行儀器各部件的認識與使用，當理論學習結束后，學生對儀器的使用也有了實質的掌握，為閉合水準路線測量及水平角度測量實驗打下堅實基礎。這種理實一體的教學避免了理論學習的枯燥，讓實踐性較強的課程理論學習看得見、摸得到、用得著，在教師的引導下，課堂中充滿討論與互助，促進課堂有效的深度學習。

2.2.3 課程實驗教學

根據實驗項目教學目標，設計實驗內容，選配實驗儀器，并確定實驗性質。驗證性實驗為已知的結果，學生通過實驗進行驗證。設計性實驗則是對明確的實驗目的進行設計、探索研究的一種科學性的實驗。根據一流課程的內涵及實踐教學的高階目標，將實驗項目、內容及性質進行改革創新。詳見表4 與表5 所示。

表4 2020年實驗項目信息

表5 2023年實驗項目信息

2023 年最新的實驗項目信息表顯示實驗項目為五項，較2020 的實驗項目減少兩項，其中將2020 年版的實驗四與實驗五進行重新組合，并創新為建筑高度測量實驗；方向法測量水平角在工程中較少使用，因此刪除2020 年版的實驗三方向法測量水平角項目。在實驗內容方面也有較大的創新，對于實驗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。因為驗證性實驗，無挑戰性可言，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，數據可以編造，從而使學生出現懈怠。針對類似問題，2023 年版的測回法水平角測量的實驗內容則更改為各小組沿自選區域設計與成員數量相同的多邊形，并在地面進行定點，每位組員負責一個內角的水平角測量，分別得出每個內角的水平角值，相加以后與此多邊形的理論內角和(n-2)×180°相比較，計算測量誤差，若在誤差允許范圍內則符合要求，否則重新測量。創新測回法測量水平角后，每個小組的實驗積極性空間高漲，小組間互相比試，看誰的誤差最小，成員間也相互溝通協作，為符合要求的目的共同努力。在內容創新的同時，也提高了學生實驗的挑戰性，按工程規范的標準要求，難度增加，也更接近于工程實際。同時在實驗中也促進了學生的精益求精的工匠精神、嚴謹的科學態度及良好的團隊協作能力等綜合素質。

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，其內容與方法又是一次創新，較大程度增加了學生實驗的挑戰性。2020 年版的堅直角與距離測量均為驗證性且彼此獨立，較簡單且實驗枯燥無任務挑戰性。而創新后的內容則將豎直角測量與距離測量結合起來，運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，由于實驗的難度大幅提高，學生普遍遇到由于距離近仰角限制而無法瞄準目標、距離遠視距測量時讀數不清晰、建立計算模式錯誤等問題，在小組間與小組內及教師的引導下，認真分析并有效的解決了遇到的相關問題，挑戰實驗成功，學生均認識到有難度的實驗對他們能力和素質培養的重要性，希望教師能多發布一些有挑戰性的實驗任務。

2.3 多樣性教學方法運用

改革創新后的“土木工程測量”課程實踐教學方法豐富多樣，以小組教學法為基礎，在教學過程中融入探究法、討論法、演示法等。在實踐教學過程中引導、鼓勵學生發現問題、提出問題、分析與解決問題，質疑、探究、提出新方法并實踐，在培養遵守規則的科學態度，又有探索創新的思維意識。

小組教學法。班級同學依據興趣愛好、性格特點及是否同宿舍等情況，自由組成6～7 人的測量小組，共同完成各項小組任務。實行組長負責制，在實驗過程中，每個實驗項目均由不同的學生負責，組長進行協調組織、督促及總負責，保證每名組員的學習效果均達標。教學班級設置一名課程助理，負責協調各組及其他任務。

探究討論法。教師將每項實驗的任務書發放至各組，錄制實驗解析及要求的教學視頻，由各組長組織組員學習，探究、討論本組實驗方案、組員分工及實驗過程，進行實驗項目的具體設計，細化實驗步驟。在實驗過程中遇到問題，先由組內討論分析，仍未解決則請教其他組，若為各組共性問題則聯系教師指導解決。這樣的教學極大的鍛煉與培養了學生解決問題的能力，并在解決問題過程中，每名同學都是盡全力去探索、思考，在提高實踐能力的同時也有效培養了深度思維能力。

實驗演示法。課程中運用的演示法，主要在于解決學生存在的困惑與難題，而不是在學生未實踐之前的演示講解。通過若干年土木工程測量教學實踐研究發現，若教師先演示儀器使用或實驗過程，則學生很難集中注意力去關注學習，因為此時學生對自己即將進行的實驗項目尚未深入了解，即無明確的學習目的，因此演示效果并不好。在課程的實踐教學中，教師發布任務及解析視頻后，由學生研究、討論實驗的步驟、過程及方法，然后進行實施，在實施過程中遇到問題后，教師匯總各組需要解決的問題后，根據需要進行演示。此時，學生帶著各自真實存在的問題進行學習，即目的明確的學習，演示及學習效果均良好。通常在演示后，多數學生會與教師再次進行溝通、探討他們的想法與做法，實現具有挑戰性的深度學習。

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性考核[5]，其中形成性考核占60%。形成性為教學過程中的各主要教學過程因素，包括單元測試、實踐項目、個人任務、小組任務（非實踐），其中實踐項目占形成性考核成績的50%，折合占總成績的30%，即30 分。將實踐教學的30 分，每項實驗分值為5 分，劃分為實驗過程成績及實踐結果成績，具體分值分配見表6。

表6 實踐教學考核分值分配表

對實踐教學考核劃分具體內容與分值，并于課程開課前發布，學生清晰明了，同時也明確自己的責任，增加課程實踐學習的主動性及積極性。

3 “土木工程測量”課程實踐教學改革的實例

下面以2023 版實驗二“測回法水平角測量”為例進行教學改革實踐探索。

3.1 任務發布

教師在學習通及班助群發布實驗二任務書及解析視頻，學生打印任務書并觀看解析視頻。

3.2 定點與分工

在校園指定地點集合，教師再次明確此次實驗任務的目標。各小組抽簽決定實驗區域。小組討論后踏勘定點，繪制草圖、明確分工。如2103 班05 小組共6 人，則需定6 個點組成六邊形，每位組面負責1 個測站點及對應的水平角測量，非主測時協助組內其他同學。05 組定點示意圖見圖1 所示，分工表見表7 所示。

圖1 2103 班05 組定點示意圖

表7 2103 班05 組實驗二成員分工表

3.3 問題解決

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

問題1：點位不通視，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點通視。

討論原因：定點時沒有考慮是否通視，認為在路邊即可。

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

問題2：操作過程順序混亂，導致數據記錄錯誤。記錄表點號與定位點號不對應，操作過程沒有按規范順序進行。

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

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號從左向右。如B 測站點，測量∠CBA，盤左瞄準C，歸零，記錄；順時針轉動望遠鏡瞄準A，讀數記錄；換盤右位置，瞄準A 讀數記錄（必須記錄在盤右的A 點位置），逆時針轉動望遠鏡瞄準C，讀數記錄。此時的記錄表點號順序為CACA，記錄的順序為CAAC。

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、瞄準時非同一點或者目標桿不垂直。

解決措施：重新測量，將產生達大誤差的原因一一克服。

3.4 實驗成果

通過在實驗過程中發現問題、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驗中遇到的問題、產生的原因及如何解決，肯定了小組協作的作用及實驗的收獲，對于精益求精的工匠精神也有所感悟。通過這樣的設計性實驗，學生會發現自己及團隊的不足，認識到理論指導實踐、實踐檢驗理論。

4 結語

土木工程測量技術對于現場施工至關重要。本文針對“土木工程測量”課程傳統實踐教學中存在教學目標層次低、內容陳舊、方法枯燥、考核固化的等主要問題導致的學生畢業后不適應工作崗位的需求、專業技術與實際工作膠脫節、溝通交流能力較弱、創新與應用能力不強等現狀，通過對實踐教學目標的重新設計，并依據新的目標確定教學內容及實踐教學內容，改革創新了實驗項目、教學方法及考核方式，有效提升了學生的專業技術能力與綜合素質，尤其是提升了學生發現問題、提出及分析解決問題的能力、團隊協作能力及主動學習、深度思維能力。隨著社會與科技的發展，土木工程測量等相關技術與儀器、方法不斷更新換代。因此，土木工程專業教學要面向未來發展需求，持續改進與創新教學目標、教學內容、教學方法及考核方式，結合信息化、數字化時代的特點，培養能面向未來的工程人才。