张晓春 陈俊涛 邓念武 刘任莉 严鹏
［摘 要］新工科大背景下，测绘学科快速发展，非测绘专业的测量学课程本科教育教学面临挑战。测量学课程实践性强的特点为工科类专业提供了较好的实践教育基础，然而当前非测绘专业测量学课程教学面临着课时缩减、教学手段和模式落后、学生实践能力不足等问题，为此，文章从课程教学内容、教学模式、实践教学组织模式等方面提出了具体的改革实施方法，并探讨了测量学课程教学改革的思政建设意义，以期为非测绘专业测量学课程教学提供新的思路。
［关键词］新工科；非测绘专业；测量学；教学改革
［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）04-0050-04
新工科是新时代工程教育的新方向，新工科建设是主动应对新一轮科技革命和产业变革的战略行动。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[1]。自“新工科”这一概念提出以来，武汉大学水利水电学院实施了“卓越工程师教育培养计划”，采取了“工科试验班”大类招生等一系列措施。实践教学是卓越工程师培养的核心，而测量学是一门实践性非常强的学科，因此测量学课程是新工科背景下非测绘工科类专业教学的重要组成部分[2]。工程教育专业认证是国际通行的保障工程教育质量的基本制度[3]，而测量学课程是非测绘工科类专业必修的一门专业基础课程，因此需要对其教学内容和方式进行改革。同时，测量学课程是新工科背景下具有交叉学科特点的关键课程，也是提升本科教育的新切入点，因此测量学课程在非测绘专业的本科教育中面临时代新需求和机遇。
武汉大学水利水电学院非测绘专业的测量学课程是为水利和土木工程建设服务的专业基础测量课，内容包括普通测量学和部分工程测量学[4]。测量工作贯穿于一项工程建设的始终，水利及土木工程人员必须掌握必要的测量科学知识和技能，才能承担工程勘测、规划设计、施工及管理等任务[5]。在新工业工程发展趋势下，根据目前工程教育特点，探索工科学生的专业核心能力，对新工科背景下的课程体系改革具有重要现实意义和前瞻价值[6]。因此新工科背景下，应对非测绘专业测量学课程的教学内容、教学手段和实践教学进行调整和改革，从而达到增强教学效果和提升教学质量的目的。由于测量学具有实践性强、责任性要求高的特点，因此测量学课程可激发大学生科技报国的家国情怀和使命担当，培养大学生精益求精的大国工匠精神和职业道德，对培养大学生的创新精神和解决复杂工程问题的能力具有举足轻重的作用[7-8]。本文围绕课程教学目标，对武汉大学水利水电学院非测绘专业测量学课程教学内容、教学模式和实践教学组织模式的改革进行介绍，并对测量学课程教学改革的思政建设意义进行探讨，以期测量学课程教学更好地为水利、土木工程教育等非测绘专业毕业要求指标的达成提供有效的支撑。
一、目前非测绘专业测量学课程教学面临的问题
以武汉大学水利水电学院测量学课程为例，该课程是面向非测绘专业学生的专业基础课。新工科背景下，学院探索专业核心课程与学生能力培养的关系，探讨专业核心课程对培养创新思维及创新实践能力、工程思维及工程实践能力的作用，这也是非测绘专业测量学课程必须弄清楚的问题。当前，非测绘专业测量学课程教学主要面临课时缩减、教学手段和模式落后、学生实践能力不足等问题。
首先，非测绘专业测量学课程教学面临着课时缩减与课程内容增多的矛盾。目前“工科试验班”教学模式强调厚基础，需要学习的课程内容多而广，因此测量学的课时相应地就减少了[9]。但是测绘学科已全面进入地球空间信息科学技术新时代，成为一门多学科交叉的学科[10-11]。非测绘专业对测绘学科的需求也日益增多，如土木工程对三维信息技术的需求、水利工程对地理信息和遥感技术的需求等。因此，需要构建一套适合非测绘专业的新工科测量学教学内容体系。
其次，新工科背景下的工程教育专业认证核心理念之一是“以学生为中心”，而目前测量学课程的教学模式主要还是“填鸭式”教学模式，虽然已从传统的“黑板”模式升级为“PPT”模式，但依然是以教为主。因此，教学模式应向“以学为主，教学相长”的模式转变。
最后，武汉大学作为综合性大学，学生普遍具备较强的理论性知识学习能力，但是实际操作能力明显不足。在当前新工科和工程教育专业认证的大背景下，必须对测量学课程的实践教学组织模式进行改革，使学生能够在有限的学时内快速地掌握实践教学内容，并提高工程实践能力[12]。
二、测量学课程教学改革的具体实施
（一）课程教学内容改革
测量学课程内容繁杂，涉及测量学基本原理、误差理论、仪器的使用方法、基本计算方法等，具体的教学内容包括绪论、水准仪及水准测量、全站仪的使用、角度测量、坐标测量、距离测量及坐标定向、小地区控制测量、大比例尺数字化测图、地形图应用、施工放样和测量误差等。目前该课程的教学知识结构体系已经比较完整，内容丰富全面，重点清晰突出，理论结合实际。但就培养新工科需要的卓越工程师目标定位而言，还需对测量学课程教学内容进行取舍、精选和更新，进一步优化课程体系，为培养学生的实际工程实践能力奠定良好的理论基础。
由于测绘科学不断发展、多种新电子仪器普遍使用，加上非测绘专业测量学课程课时数减少，因此课程教学内容改革主要围绕新电子仪器使用与课程教学内容的精选和更新进行，主要分以下3个教学模块进行（见图1）。
1.仪器的构造及使用模块
拟用目前工程中普遍采用的电子水准仪代替微倾式水准仪，用全站仪代替之前的光学经纬仪、电子经纬仪、测距仪等一系列仪器，使教学内容与实际工程应用相关联，不与时代脱节。因此，在仪器的构造及使用模块，可以删除微倾式水准仪和经纬仪的介绍内容。对于电子水准仪，除了介绍仪器本身构造，在使用方面还要介绍仪器电池安装和充电方法，以及瞄准条形码尺的方法。对于全站仪，除了介绍仪器本身构造，还要介绍仪器电池安装和充电方法。对于全站仪的安置和对中方法也不需要介绍垂球对中法，应重点介绍光学对中法和激光对中法。对于采用激光对中和瞄准目标的全站仪，还应明确告知学生要注意安全，不要用激光照人的眼睛。
2.测量方法及原理模块
目前教学中使用了新的仪器，因此有些旧的测量方法就可以删减和优化。根据目前大批量采用的电子水准仪和全站仪两种仪器的实际，删减和优化的教学内容主要包括水准测量、距离测量、角度测量三种方法和原理。
对于水准测量方法，由于采用电子水准仪进行水准测量，水准尺不再是以前微倾式水准仪所配备的带刻划的红黑面尺，而是条形码尺，因此四等水准测量方法就不能采用红黑面读数进行测站检核，而应采用改变仪器高法来进行测站检核。对于距离测量方法，由于采用全站仪代替皮尺、钢卷尺、测距仪进行距离测量，因此删除皮尺丈量、钢卷尺测量、视距测量等过时内容，重点讲解全站仪测距方法——电磁波测距的原理和方法。对于角度测量方法，由于采用全站仪代替经纬仪进行角度测量，因此在进行多测回水平角测量时，不需要强制要求盘左第一个目标的水平度盘读数为略大于0度或90度等。
3.综合实验和测图模块
综合实验和测图模块主要包括坐标测量、地形测图和坐标放样方法方面的教学内容改革。对于坐标测量，相对于过去的平板测图，在用全站仪进行数字化测图时，坐标测量是学生必须掌握的内容，应着重讲述全站仪坐标测量的原理，并给学生说明全站仪坐标测量实际上是坐标正算。对于地形测图，过去如果没有实测控制点，在进行碎部测量之前还需要用罗盘仪进行地形图定向，但罗盘仪使用起来很不方便，因此在进行地形测图时可以改用手机中自带的指南针对导线的起始边进行定向。对于坐标放样，由于目前已经用全站仪全面代替了钢卷尺和测距仪进行放样，因此可以删除距离放样、角度放样方法的内容，着重讲解极坐标放样法的原理以及全站仪坐标放样的原理和方法。
以上是对本科课程内容的更新和删减，为了应对当前非测绘专业对测绘技术的更高要求、提高新工科教育水平，还应通过其他方式丰富测量学课程内容。例如，开放测量实验室，让学生自主选择实验，由教师指导进行实验；通过大学生创新创业计划项目来对希望进一步学习测绘技术的学生进行指导；通过测量大赛的形式让学生能够更深层次地接触新的测绘科学技术等。
（二）课程教学模式改革
为改进新工科背景下工程人才的培养模式，需要分析非测绘专业测量学课程的教学需求，对现有的教学模式进行改造和升级[13]，进一步打破单一被动的教学模式，把课堂还给学生，以学生为中心，引导学生解决实际问题。
测量学课程教学模式的改革分为课前、课中、课后三个方面。在课前教学方面，教师可以在课前通过QQ课程群等线上交流平台设置特定的问题，发放一些相关资料，让学生提前通过查阅文献资料寻找答案，并尝试自己提前设计一些测量方案。在课中教学方面，课堂上教师可以巧设疑问让学生思考，多与学生进行交流互动，提高学生的上课热情；也可以组织学生以小组为单位进行讨论，鼓励学生多动脑、多思考，在测量方法上勇于创新探索新方法。在课后教学方面，教师可以布置一些与授课内容有关的延伸性作业，让学生针对某一个比较前沿性的问题，经过资料收集、整理和思考，给出一个解决方案，启发学生进行探究式学习，激发学生的探索精神。
以上教学模式的改革，能够使学生从被动接受灌输转变为主动进取，最大限度地调动学生的学习积极性，促使学生养成自主学习的习惯。
（三）课程实践教学组织模式改革
工科类的测量学课程作为专业基础课，一般开设在大一第二学期和大二第一学期，这个阶段的学生实际生活和动手能力普遍不强。但是测量学与实际工程联系紧密，具有实践性强、操作性强的特点[14]，所使用的仪器也比较贵重，要求学生具有高度的责任感和较强的实践能力。因此，学生在面对实际的测量任务时，如果缺少对测量方案的整体设计思维，往往很难将理论知识与测量实践结合起来。在新工科建设的大背景下，测量学课程实践教学需要改革创新，使学生能够解决工程建设中的相关测量问题，缩小学校教育与工程需求间的差距。
测量学课程实践课教学分为单个测量实践教学和综合性测量实践教学两大类，本文对课程实践教学组织模式改革方案的介绍将从这两个方面进行，重点介绍综合性测量实践教学组织模式的改革内容。
1.单个测量实践教学组织模式
单个测量方法实验主要有各种测量仪器的使用方法实验、水准测量实验、角度测量实验、距离测量实验等。这些实验往往只需单独测量一个要素，单元之间的联系不多，学生较容易掌握。单个测量方法实验的目标主要是使学生能够熟练使用仪器，了解用仪器进行简单测量的方法。在这种目标的驱动下，在单个测量实践教学中，在组织和安排实验时，就不能安排很多人一组，可以安排2人一组进行测量，这样便于一次性把所有相关仪器拿到实验场地。
2.综合性测量实践教学组织模式
综合性实验的内容有高程控制测量、平面控制测量、大比例尺数字化测图、放样施工测量等。这些实验综合性很强，数据的分析与应用也是综合的，并且更加贴近工程实践。学生在面对这些综合性实验时，由于欠缺实际工程实践所需的综合能力，往往无从下手。
因此，综合性测量实践教学可采用项目教学法，即提前对学生进行分组，每组选出一名组长，通过教师指导、分组讨论并制订方案来进行综合性实验。如，在大比例尺数字化测图综合实验前，可以先让学生切实掌握坐标测量的原理，然后教师在具体测图时在实地给每个组大致选择不同的测图区域，并在测图时对具体问题进行指导和解答，但不给出具体控制点的位置和坐标。这样做是为了让学生能够紧密结合工程实践，因为在实际工程实施过程中，工地现场一般没有控制点。因此，为了让学生掌握整个地形测图过程，达到真正实践实际工程的效果，可以不通过给出已知控制点的方式来定起始坐标和起始方向。学生可用手机中自带的指南针找到起始方向，也可根据测图的区域和大小来自行确定图形的起始坐标。整个实验过程中，教师通过各组组长进行现场全程管理和跟踪，但是不代替学生来操作仪器，也不直接给出答案，而是在现场根据实际情况引导学生一步一步解决问题，让学生能够在面对全新而陌生的实践领域问题时，提高全面系统地认识事物、处理问题的能力。
三、测量学课程教学改革的思政建设意义
在课程教学中应当坚持德育、智育和能力培育相结合的“三育人”课程教学理念[15-16]，因此测量学课程教学改革的思政建设具有重要意义。测量工作是工程建设的首要环节，贯穿整个工程建设过程，关系到工程质量和工程的组织管理。测量学课程是新工科专业必不可少的专业基础课。测量学与大学新生之前接触到的数学、物理、化学等理论性较强的科目不同，其实践性很强，数据测量要求学生具备较强的分析实际工程问题的能力。因此测量学课程是培养德才兼备工程型人才的重要途径。
测量工作的实践性强，要求学生具备较强的责任感，主要体现在测量工作的每一个环节都要符合测量规范，要求学生精益求精、重视精度，不得篡改数据，要求数据真实可靠，这些都要求学生具备理论联系实际的能力。测量实验的设计理念要求反复进行野外试验检核和室内计算复核，可以充分培养学生严谨求实的科学态度。测量实验需要分组进行，整个过程可以让学生充分体验到团结协作和集体主义精神，这些很难从其他理论科目中体会得到。同时，测量实验需要在野外环境下进行，测量环境比较艰苦，由此也可以培养学生吃苦耐劳的优秀品质。此外，在测区进行测图时，可教育学生不要随便踩草坪，要爱护公物、依法文明测量、与测区相关人员和平相处，培养学生的职业道德素养。
四、结语
本文对笔者在非测绘专业测量学课程中多年的教学经验进行了总结，基于新工科大背景，总结了测量学课程教学面临的问题，从课程教学内容、教学模式、实践教学组织模式三个方面阐述了教学改革的具体实施方法，并探讨了测量学课程教学改革的思政建设意义。在今后的测量学课程教学中，笔者将紧跟测绘科学新发展，结合非测绘工科专业的新要求，不断更新教学内容和方式，使学生所学与实际工程实践建立起密切的联系。
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［责任编辑：周侯辰］
