劉紹堂，張慧鋒

(河南工程學院土木工程學院，河南鄭州 451191)

0 引言

提高教學質(zhì)量，努力培養(yǎng)既有理論又有實踐能力、創(chuàng)新精神強、綜合素質(zhì)高的新型高級測繪人才，是高校追求的目標［1］．測繪工程專業(yè)是一門實踐性很強的專業(yè)，其主干課程教學效果的好壞很大程度上取決于實踐教學質(zhì)量的優(yōu)劣．多年來在測繪工程專業(yè)主干課的教學安排中，實習、實驗學時數(shù)一直占教學總時數(shù)的1/3以上．工程測量學是測繪工程專業(yè)的主干專業(yè)課，非測繪類的規(guī)劃、土建、水利、電力、地質(zhì)、地理、礦山、交通、規(guī)劃、國土、房產(chǎn)、市政、港口、航海、農(nóng)林、資源、環(huán)保、防災、安全等專業(yè)也設有工程測量或測量學課程，這些課程均需要進行相應的工程測量實習和實驗．

測繪學科實踐教學環(huán)節(jié)占有十分重要的地位［2］，宋振柏、曹俊茹［3］根據(jù)淄博學院測繪工程專業(yè)校內(nèi)多功能實驗實習教學基地建設的體會，介紹了8個不同類型的校內(nèi)實驗實習場地，說明了建設的目的、方法、實施步驟和功能．劉昌華、王少安等［4］則介紹了焦作工學院測繪工程專業(yè)結合河南省教學改革計劃項目的研究，建立了校內(nèi)普通測量、野外地形測量、市區(qū)控制測量及實驗樓－人防地道模擬生產(chǎn)礦井測量等實習基地的經(jīng)驗．陳俊杰、王慶林等［5］還專門對河南理工大學依據(jù)人防工程平戰(zhàn)結合戰(zhàn)略，充分利用人防工程，建設地下工程測量實習基地進行了研究．聶啟祥［6］也敘述了測繪工程專業(yè)校內(nèi)普通測量、地形測量、線路工程測量等實習基地的建設情況．何立恒、史玉峰［7］考慮到測繪工程專業(yè)應用性、實踐性強的特點，從課間實驗、集中實習、分散拓展和設計提高四方面構建測繪工程本科專業(yè)實踐教學體系．周建鄭、何寬［8］，張曉東［9］，鄧軍、李天和［10］，馮大福、羅強［11］等也就高職工程測量技術專業(yè)實習實訓基地建設問題進行了探討．這些研究富有效果，但多是針對集中實習或課堂基本操作實驗的研究，筆者另文［12］設計了利用長度400余米的樓群連廊模擬地下工程進行工程測量實踐教學的方案也只限于對地下工程測量實踐教學的研究，本文的研究重點是結合我院人工湖區(qū)域的特點開發(fā)工程測量課間實踐教學的方案和方法．

1 實驗項目設計與開發(fā)

測繪專業(yè)實習根據(jù)場地有三種不同形式［13］:一是根據(jù)實習內(nèi)容在校外固定實習場地進行，這種形式真實性比較強，能收到較好的實習效果，但會受到實習經(jīng)費不足等條件限制，實施起來，有一定的難度，適合計劃單列的教學實習;二是把實習內(nèi)容與生產(chǎn)單位具體工程項目相結合進行生產(chǎn)實習，這種形式真實性強，能收到較好的效果，學生能得到真正的鍛煉，同時也能為生產(chǎn)單位提供合格的產(chǎn)品，但其弊端是實習內(nèi)容不一定與教學計劃和教學大綱相吻合;三是在校內(nèi)建立實習基地，模擬現(xiàn)場環(huán)境進行教學，該形式能根據(jù)教學大綱和實習大綱設計實習項目，能充分利用學校的資源設備，而且可節(jié)省大批的實習經(jīng)費，具有很強的針對性，實習效果良好，特別適合開展基本操作和基本技能訓練的課間實驗和開放實驗．

河南工程學院位于河南省鄭州市新鄭龍湖，占地2600余畝，在校生25000余人．為了滿足土木工程、地質(zhì)工程、工程監(jiān)理、工程造價與管理、礦山地質(zhì)、礦山通風與安全特別是測繪工程、土木類、地礦類專業(yè)進行教學及科學研究的需要，我院測繪工程實驗室2000年以來，向?qū)W院申報并添置了新型儀器設備，其中包括:靜態(tài)GPS 10套，RTK 20臺套，徠佧全站儀、拓普康全站儀、索佳全站儀、南方全站儀、蘇光全站儀等30余臺，徠佧電子水準儀1臺，拓普康電子水準儀1臺，蘇光電子經(jīng)緯儀10臺，南方S3自動安平水準儀50臺，電子計算機100余臺，噴墨繪圖機1臺;近年來還購入了全數(shù)字攝影測量工作站，陀螺儀全站儀等測繪實驗與科研設備和GIS、RS、GPS、測量平差、工程測量等各種測繪軟件1批．加之上一世紀80年代設立測繪專業(yè)初期采購和調(diào)撥的測距儀2臺，光學經(jīng)緯儀30臺，光學水準儀50臺和其它常規(guī)儀器工具，測繪儀器設備基本滿足實習實驗需要．學院人工湖(圖1)位于學院龍湖校區(qū)中南部，湖北岸系人工地形地貌，起伏多變、南岸坡度較大，東岸溢流管道從地下經(jīng)過，西岸緊鄰圖書館南廣場，湖中央有水上演出舞臺，湖四周有多種線形和不同坡度的道路圍繞;區(qū)域內(nèi)環(huán)境優(yōu)美，距離教學區(qū)和實驗室都很近，非常適合開發(fā)課間實驗和開放實驗項目．

利用人工湖開發(fā)出的實驗項目如表1所示．實驗時，各實驗小組由4～5人組成，在教師指導下，在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成每一實驗項目．

2 利用人工湖進行工程測量課間實驗的方法

2．1 模擬施工控制測量

把整個人工湖區(qū)區(qū)域看作施工區(qū)，按照施工控制網(wǎng)布設方案，利用校園控制點［14］作為水平和高程控制的高級起算點．在混凝土道路上的控制點用特制的頂面刻有十字中心標志的園釘，鉆孔固定于路面;其他位置的控制點采用螺栓頂面刻十字中心標志，現(xiàn)場按規(guī)范挖坑澆注混凝土．臨時性導線點在水泥地面上用紅漆劃一圓圈，圈內(nèi)點一小點，其他位置可以打一個木樁，在樁頂釘一小釘，導線點同時兼做水準點．該場地可同時用于10組學生進行測角、測距，導線測量，水準測量和三角高程測量等實驗，同時可以按排建筑軸線控制和橋軸線控制測量、建筑基線的布置等實驗內(nèi)容．

2．2 模擬地形測量數(shù)據(jù)采集

由于湖南北岸呈現(xiàn)起伏不平的微地形，具有較豐富的地形地貌特征，課堂實驗時把全站儀架設在兩岸控制點上，觀測和司鏡能很容易發(fā)現(xiàn)局部的地貌明顯特征，能很好地模擬山地地形測量原理，在現(xiàn)場還可以借助湖水的水平面和水際線解釋等高線的概念，達到地形測量課堂實踐教學的目的．

圖1 人工湖區(qū)域平面圖(局部)

表1 利用樓群連廊模擬地下工程測量實驗的項目、要求和時間分配表

2．3 模擬場地平整和土方計算

在人工湖四周標定出場地邊界，設定某高程的平面或某一具體斜面為場地平整目標，學生可以根據(jù)學過的知識采用斷面法、方格網(wǎng)法、數(shù)字模型法、幾何圖形求積法等多種方法測定．土方量計算可以用公式法、計算機或計算器編程法，也可通過多種工程軟件對進行地形圖電子化、數(shù)字化處理，獲取地形高程數(shù)據(jù)文件進行［15］．在測量土方時各組要學會利用全站儀固有程序自動測量當時水際線所圍水面面積的方法．

2．4 模擬縱、橫斷面測量

模擬縱、橫斷面測量可以在人工湖南北或者東西方向進行，把湖水面看作平面，則只需一個高程即可反映水面情況，測量重點在兩岸的起伏地貌，結合水位和水深測量資料還可以模擬河流斷面測量．斷面測量可以用水準儀法、全站儀法、也可以采用GPS－RTK法．

2．5 模擬橋梁施工放樣

首先在湖兩岸布設橋梁控制網(wǎng)，把其中對岸兩個控制點選為橋軸線控制樁，把湖中水上舞臺作為橋墩放樣點，可以在兩岸分別使用交會法、GPS－RTK法進行橋梁墩臺模擬放樣．學生在水上舞臺還可以標出橋墩中心位置，同時也可練習橋墩軸線放樣方法．

2．6 模擬水深測量和水庫庫容測量

人工湖東堤下埋有溢洪道，以保持在雨水季節(jié)的正常水位同時也保證水深在可控范圍內(nèi)，不至于引起安全事故．測出溢洪道底部高程和水面高程，在測量水位的同時用測深桿測出水深，即可計算湖水現(xiàn)容量和“庫容量”;依照此思想，也可以在湖周測設湖水“淹沒界線”．湖東堤還可以看作是水庫壩體，可籍以學習和理解壩基清理線的概念．

2．7 模擬滑坡變形監(jiān)測

湖北岸地形多變，且坡度起伏，系人工大量填土構筑，在雨水作用下并不穩(wěn)定．這些特征可以供模擬滑坡變形監(jiān)測實驗使用．

為了更真實地模擬滑坡情況，湖北岸預先按裝反射片或棱鏡基座，湖南岸則設置多個觀測基準點;觀測時使用相對位移觀測法或者絕對三維位移觀測法．

由于監(jiān)測時間很短，滑坡可能沒有變形或者變形很小，不能產(chǎn)生合格的監(jiān)測成果．但各人、各組和全班對同一目標的監(jiān)測成果可以看作是多個監(jiān)測周期監(jiān)測的結果．相互對比除了可以反映觀測誤差的大小外，還可學習變形數(shù)據(jù)處理和分析的方法，并繪出“變形曲線”．

2．8 模擬架空線弧垂測量

湖四周均有樹木，樹木間的連線可以看作輸變電電路，利用全站儀的懸高測量程序不但可以測量架空線的弧垂，也可以測出其與任意點甚或水面的高差，利用全站儀的對邊測量程序可以測出樹木間距．

2．9 模擬間接選線和定線測量

把整個湖體看作不通視的障礙物，可以模擬間接定線(圖2、圖3)、坐標定線、GPS定線等．

圖2 矩形法定線

圖3 三角形法定線

2．10 模擬公路測量

人工湖四周有現(xiàn)成的道路，不同路段具有不同的坡度和曲線特征，適合線路測量的實驗，具體可以進行中線測量、定線測量、曲線測設、路基和邊坡放樣等．

3 實驗監(jiān)控、考核與效果評價

傳統(tǒng)的課堂實驗主要進行諸如邊角、高程、距離和坐標測量的基本操作訓練，過去總是由老師組織編寫課堂實驗書，學生根據(jù)實驗指導書完成實驗并提交實驗報告，教師根據(jù)實驗報告對學生成績進行評價．此過程中教師處于主動地位［16］．以上項目并不嚴格屬于基本操作訓練項目，適合于學生在掌握了測量基本方法的基礎上進行課間實驗和開放實驗，要求學生始終是學習過程中的主導者．譚衢霖，楊松林等［17］研究表明，實施研究性工程測量教學使學生的理論知識基礎比過去更加扎實，學生分析問題與解決問題的能力、自主學習能力、實踐能力和創(chuàng)新思維能力可得到明顯提高．為此，以上每個項目教師都根據(jù)表1下達教學任務和教學要求，首先由各組同學自動設計實驗方案和復測檢核方案、自行選擇儀器、自主準備數(shù)據(jù)并采取頭腦風暴式的討論和交流確定終選方案，經(jīng)指導教師審批后學生方可在現(xiàn)場操作．老師在現(xiàn)場只做宏觀管理，主要靠學生自覺完成任務，任務完成后，由各組派代表在教室內(nèi)向全班師生進行匯報(可以用PPT)，重點匯報實驗方案、遇到問題、對策和經(jīng)驗、成果檢核和精度等關鍵問題．全體師生圍繞匯報內(nèi)容進行答問、討論和評價，從而完成整個實驗過程．

整個實驗過程可以設計成創(chuàng)新型實驗［18］，準備初期學生可以討論方案，也可以通過網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)相關知識和方法，整個過程，師生也可以面對面自由討論，還可以通過各種網(wǎng)絡工具進行深入的討論，實驗本身不但具有新穎有趣，而且學生還有可能發(fā)現(xiàn)新的方法和方案，效果很好．

課間實驗和開放實驗不單獨計算成績，但是平時成績的重要依據(jù)之一．其成績評定辦法，以初始方案、實驗過程、實驗結果、經(jīng)驗教訓和課堂匯報效果綜合進行評定，完全改變了僅靠實驗報告評定實驗成績的方式，大大激發(fā)了學生的學習積極性和熱情，增強了學生的實踐動手能力．

項目投入到知識準備、資料收集、方案制定和討論、儀器選擇、室內(nèi)總結和評價的課外時間總體要大于課堂實驗本身實際需要的時間，這與工程測量工作本身也是符合的．

4 結束語

為了保證工程測量實驗的順利進行，我們因地制宜，對實驗的項目、實驗的要求提出了具體標準;對整個實驗過程從方案制定到成果總結和成績評定，形成了一套操作規(guī)范．整個項目針對性強，獨特的項目開發(fā)和實驗過程組織、監(jiān)控措施，激發(fā)了師生的創(chuàng)新精神;對工程測量實驗復測和檢核方案的重視，使學生養(yǎng)成了良好的職業(yè)責任素質(zhì);盡管湖水常水位不構成安全威脅，但老師反復地安全提示，增強了學生的安全意識．實踐證明:利用校園人工湖開發(fā)的工程測量實驗項目鍛煉了學生實際動手能力，提高了實踐教學質(zhì)量，開創(chuàng)了一條充分利用校內(nèi)自然地理資源建立有特色的實驗基地的新路．

［1］寧津生，翟翊，宋偉東，程效軍，等．深化教學改革，加強實踐教學——“首屆全國大學生測繪技能比賽”經(jīng)驗總結［J］．測繪通報，2009(10):1－4．

［2］江德勤．多功能教學實習基地的創(chuàng)建［J］．實驗室研究與探索，1991(03):118－120．

［3］宋振柏，曹俊茹．校內(nèi)多功能實驗實習基地的建立［J］．測繪通報，2000(05):43－44．

［4］劉昌華，王少安，王慶林，王寶山，等．測繪工程專業(yè)測量實習基地的建設與發(fā)展［J］．測繪工程，2005(01):75－77．

［5］陳俊杰，王慶林，魏峰遠．“地下工程測量”實習基地建設的探索與實踐［J］．實驗室研究與探索，2007(09):122－124．

［6］聶啟祥．測繪工程專業(yè)校內(nèi)綜合測量實習基地建設的研究［J］．華東交通大學學報，2006(S1):128－129．

［7］何立恒，史玉峰，鄭加柱．測繪工程本科專業(yè)實踐教學體系的構建［J］．測繪通報，2010(08):74－77．

［8］周建鄭，何寬．高職工程測量技術專業(yè)實踐教學體系的創(chuàng)新與實踐［J］．測繪通報，2008(10):72－75．

［9］張曉東工程測量技術專業(yè)實習實訓基地建設問題的探討［J］．礦山測量，2007(03):78－79;82．

［10］鄧軍，李天和，馮大福，羅強．高職工程測量專業(yè)實習實訓基地建設的研究與實踐［J］．實驗室研究與探索，2008(10):136－139．

［11］馮大福，羅強．高職工程測量專業(yè)實習實訓基地建設的研究與實踐［J］．實驗室研究與探索，2008(10):136－139．

［12］劉紹堂，沙從術．利用樓群連廊模擬地下工程進行工程測量實踐教學的探索［J］．測繪科學，2009(01):228－229;13．

［13］劉紹堂，潘炳玉．高職高專測量工程專業(yè)實踐訓練環(huán)節(jié)教學設計［J］．鄭州經(jīng)濟管理干部學院學報，2003(3):83－84．

［14］劉紹堂，沙從術．關于建立工程控制網(wǎng)和校園實驗網(wǎng)的研究［J］．礦山測量，2006(1):46－47．

［15］劉敏．利用地形圖估算土方工程量的一種新方法［J］．吉首大學學報(自然科學版)，2011(03):39－41．

［16］劉尚國，于勝文，王喜芹，姜巖．BTEC理念用于工程測量學實踐教學之初探［J］．測繪通報，2011(11):88－90;94．

［17］譚衢霖，楊松林，王斌．工程測量課程研究性教學研究與實踐［J］．測繪通報，2010(12):69－72．

［18］馬昌社，宋德志．基于差異性的網(wǎng)絡安全實驗教學方法［J］．吉首大學學報(自然科學版)，2010(06):113－116．