基于一流课程的“土木工程测量”实践教学改革探究

郑秀梅，张大利，朱文邦，宁作君

（喀什大学a.土木工程学院；b.交通学院，新疆 喀什 844000）

0 引言

土木工程测量工作贯穿于施工建设全过程，是现场技术人员必需熟练掌握的重要基本技能。在建设项目勘察设计阶段，需要测绘大比例尺现状地形图，为工程规划、合理选址及初步设计提供数据支撑；在施工建设阶段，进行建（构）筑物的定位与放样，主要内容包括基坑（槽）开挖、基础、梁、板、柱、墙体、门窗洞口的位置放样，并在关键部位设置变形观测点进行变形观测，有力保障建（构）筑物的质量与安全；在竣工验收与运营维护阶段，土木工程测量也发挥着重要作用。“土木工程测量”课程的主要教学内容包括施工建设全过程的所有测量工作，而实践教学则是实现教学内容转化为学生技能的重要手段。从一流课程的本质[1]出发，遵循“高阶性、创新性、挑战度”的标准与要求进行实践教学的改革研究，并在应用中不断改进，培养面向未来需要的优秀工程技术人才。

1 “土木工程测量”课程实践教学存在的问题

对施工企业、毕业生及在校生进行土木工程测量实践教学的调研反馈中，得到诸多有效建议与信息，归纳起来就是：“土木工程测量”课程实践教学中，应加强学生新测量仪器与新测量技术的学习；尽可能多组织学生参与社会实践与工程应用；提高学生的交流与专业表达能力；进一步提高抗压能力与工程领导能力。通过调研信息反思，目前“土木工程测量”实践教学中主要存在以下问题：一是教学目标层次低，未能将专业前沿内容、思政育人理念融入教学过程，导致学生学习的目的及责任感缺乏。二是教学内容更新不及时，教学仪器、设备陈旧，学生所学内容无法和实际工程应用接轨，学习的创新度低。三是教学方法枯燥单一，依然以教学演示、学生被动学为主，缺少对困难问题的探究、分析及解决过程训练，师生、生生间互动较少；以教师发布任务、小组完成为主，没有形成组织监控网，学生间的关联度也较低，导致学生应付式完成实践任务，无法实现实践教学的挑战度。四是考核模式固化，考核仅以学生上课考勤、上交的成果报告为依据，忽略实践教学过程中学生的全面表现。

2 “土木工程测量”课程实践教学改革的具体实施

2.1 高标准教学目标设计

学生的学习成果是检验课程教学质量的最有效标准，而教学目标如灯塔指引着课程的正确方向。由于“土木工程测量”课程的强实践性，基于整体课程教学目标（见表1）的改革创新基础上，将实践教学目标单独设计，并根据测量仪器及技术的更新持续改革各项实验具体目标（见表2）。

表1 “土木工程测量”课程目标

表2 “土木工程测量”实验项目教学目标

将课程目标中的知识与能力目标相融合，提炼出每项实践教学的具体目标，并结合课程目标的素质目标赋予实践教学的综合素质目标[2]。在具体的实验项目目标下，进行教学内容、教学方法、教学组织的设计。在知识与能力目标中明确使用工程用最新仪器与技术及达到的高阶要求，将课程目标中的素质目标[4]进一步分解细化，使课程实验的社会责任与使用充分体现出来。

2.2 创新性教学内容编制

根据课程教学目标设计教学内容与实践环节[3]，将课程教学内容整合为8 个单元，在每个单元下，与理论学习同步设置相应的实践环节，课内主要为实验环节（见表3），对每个实验项目根据其实现的环境及目标分为认识性实验、理实一体性实验和任务式实验三种。

表3 “土木工程测量”教学内容与实践环节

2.2.1 认识性实验

认识性实验主要在课程开课之初对施工现场观摩，对土木工程测量的主要作用与内容了然于心，形成整体构架，以利于学生课程的学习与思维的深度发展。在施工现场，主要观摩全站仪基础放线、基坑高程放样、楼层主控线投测与室内放线，通过现场的观摩认知与施工技术人员的讲解，学生明确土木工程测量学习的目标与意义，对于学习兴趣的培养与激发有较好的作用。另外，施工现场测量工作观摩的同时，学生也了解了土木工程专业中建筑工程的工作内容与概要流程，对于专业的学习将有极大的促进作用。

2.2.2 理实一体教学

理实一体教学实验主要有3 个内容，分别是自动安平水准仪的认识与使用、电子经纬仪的认识与使用、综合数据分析误差实验，实验均在室内课堂进行，这3 个实验与理论学习相互融合，借助仪器使用及数据分析进行理论学习，理实结合紧密。在自动安平水准仪及电子经纬仪的认识与使用学习中，每小组分别领取1 台自动安平水准仪，随理论学习的同时进行仪器各部件的认识与使用，当理论学习结束后，学生对仪器的使用也有了实质的掌握，为闭合水准路线测量及水平角度测量实验打下坚实基础。这种理实一体的教学避免了理论学习的枯燥，让实践性较强的课程理论学习看得见、摸得到、用得着，在教师的引导下，课堂中充满讨论与互助，促进课堂有效的深度学习。

2.2.3 课程实验教学

根据实验项目教学目标，设计实验内容，选配实验仪器，并确定实验性质。验证性实验为已知的结果，学生通过实验进行验证。设计性实验则是对明确的实验目的进行设计、探索研究的一种科学性的实验。根据一流课程的内涵及实践教学的高阶目标，将实验项目、内容及性质进行改革创新。详见表4 与表5 所示。

表4 2020年实验项目信息

表5 2023年实验项目信息

2023 年最新的实验项目信息表显示实验项目为五项，较2020 的实验项目减少两项，其中将2020 年版的实验四与实验五进行重新组合，并创新为建筑高度测量实验；方向法测量水平角在工程中较少使用，因此删除2020 年版的实验三方向法测量水平角项目。在实验内容方面也有较大的创新，对于实验二测回法水平角测量，2020 年版中为教师指定一固定角，小组成员按测回法测量水平的方法分别测量一测回，求得各测回角值，最后小组所有成员的角度值求总平均即是此角的最终角值。因为验证性实验，无挑战性可言，小组成员按部就班的测量即可，因每位成员的角度值均就相等，数据可以编造，从而使学生出现懈怠。针对类似问题，2023 年版的测回法水平角测量的实验内容则更改为各小组沿自选区域设计与成员数量相同的多边形，并在地面进行定点，每位组员负责一个内角的水平角测量，分别得出每个内角的水平角值，相加以后与此多边形的理论内角和(n-2)×180°相比较，计算测量误差，若在误差允许范围内则符合要求，否则重新测量。创新测回法测量水平角后，每个小组的实验积极性空间高涨，小组间互相比试，看谁的误差最小，成员间也相互沟通协作，为符合要求的目的共同努力。在内容创新的同时，也提高了学生实验的挑战性，按工程规范的标准要求，难度增加，也更接近于工程实际。同时在实验中也促进了学生的精益求精的工匠精神、严谨的科学态度及良好的团队协作能力等综合素质。

将2020 年版的竖直角测量与距离测量重新组合为2023 年版的建筑物高度测量，其内容与方法又是一次创新，较大程度增加了学生实验的挑战性。2020 年版的坚直角与距离测量均为验证性且彼此独立，较简单且实验枯燥无任务挑战性。而创新后的内容则将竖直角测量与距离测量结合起来，运用几何知识求解待测建筑物高度。在测量建筑物高度过程中，由于实验的难度大幅提高，学生普遍遇到由于距离近仰角限制而无法瞄准目标、距离远视距测量时读数不清晰、建立计算模式错误等问题，在小组间与小组内及教师的引导下，认真分析并有效的解决了遇到的相关问题，挑战实验成功，学生均认识到有难度的实验对他们能力和素质培养的重要性，希望教师能多发布一些有挑战性的实验任务。

2.3 多样性教学方法运用

改革创新后的“土木工程测量”课程实践教学方法丰富多样，以小组教学法为基础，在教学过程中融入探究法、讨论法、演示法等。在实践教学过程中引导、鼓励学生发现问题、提出问题、分析与解决问题，质疑、探究、提出新方法并实践，在培养遵守规则的科学态度，又有探索创新的思维意识。

小组教学法。班级同学依据兴趣爱好、性格特点及是否同宿舍等情况，自由组成6～7 人的测量小组，共同完成各项小组任务。实行组长负责制，在实验过程中，每个实验项目均由不同的学生负责，组长进行协调组织、督促及总负责，保证每名组员的学习效果均达标。教学班级设置一名课程助理，负责协调各组及其他任务。

探究讨论法。教师将每项实验的任务书发放至各组，录制实验解析及要求的教学视频，由各组长组织组员学习，探究、讨论本组实验方案、组员分工及实验过程，进行实验项目的具体设计，细化实验步骤。在实验过程中遇到问题，先由组内讨论分析，仍未解决则请教其他组，若为各组共性问题则联系教师指导解决。这样的教学极大的锻炼与培养了学生解决问题的能力，并在解决问题过程中，每名同学都是尽全力去探索、思考，在提高实践能力的同时也有效培养了深度思维能力。

实验演示法。课程中运用的演示法，主要在于解决学生存在的困惑与难题，而不是在学生未实践之前的演示讲解。通过若干年土木工程测量教学实践研究发现，若教师先演示仪器使用或实验过程，则学生很难集中注意力去关注学习，因为此时学生对自己即将进行的实验项目尚未深入了解，即无明确的学习目的，因此演示效果并不好。在课程的实践教学中，教师发布任务及解析视频后，由学生研究、讨论实验的步骤、过程及方法，然后进行实施，在实施过程中遇到问题后，教师汇总各组需要解决的问题后，根据需要进行演示。此时，学生带着各自真实存在的问题进行学习，即目的明确的学习，演示及学习效果均良好。通常在演示后，多数学生会与教师再次进行沟通、探讨他们的想法与做法，实现具有挑战性的深度学习。

2.4 多元化考核模式

课程总体考核分为形成性考核与终结性考核[5]，其中形成性考核占60%。形成性为教学过程中的各主要教学过程因素，包括单元测试、实践项目、个人任务、小组任务（非实践），其中实践项目占形成性考核成绩的50%，折合占总成绩的30%，即30 分。将实践教学的30 分，每项实验分值为5 分，划分为实验过程成绩及实践结果成绩，具体分值分配见表6。

表6 实践教学考核分值分配表

对实践教学考核划分具体内容与分值，并于课程开课前发布，学生清晰明了，同时也明确自己的责任，增加课程实践学习的主动性及积极性。

3 “土木工程测量”课程实践教学改革的实例

下面以2023 版实验二“测回法水平角测量”为例进行教学改革实践探索。

3.1 任务发布

教师在学习通及班助群发布实验二任务书及解析视频，学生打印任务书并观看解析视频。

3.2 定点与分工

在校园指定地点集合，教师再次明确此次实验任务的目标。各小组抽签决定实验区域。小组讨论后踏勘定点，绘制草图、明确分工。如2103 班05 小组共6 人，则需定6 个点组成六边形，每位组面负责1 个测站点及对应的水平角测量，非主测时协助组内其他同学。05 组定点示意图见图1 所示，分工表见表7 所示。

图1 2103 班05 组定点示意图

表7 2103 班05 组实验二成员分工表

3.3 问题解决

在“测回法水平角测量”过程中，各小组均出现若干问题，其中有共性的重点问题有三个。

问题1：点位不通视，无法测量。如05 小组测至E测站时，因树木挡住视线，无法与F点通视。

讨论原因：定点时没有考虑是否通视，认为在路边即可。

解决措施：重新确定E 点位置，检查其他点位是否存在不通视现象；重新测量D、E、F 测站的水平角。

问题2：操作过程顺序混乱，导致数据记录错误。记录表点号与定位点号不对应，操作过程没有按规范顺序进行。

讨论原因：忽略测回法水平角测量的规范顺序，没有从盘左顺时针开始，而是任意竖盘位置，任意时针。以B 点为例，张同学安置仪器后盘右位置瞄准C 归零，记录员李同学记作A 点读数为零，接下来的顺序与记录均发生错乱。

解决措施：组长讲解示范正确的操作过程，先盘左顺时针，后盘右逆时针。记录顺序始终保持点号从左向右。如B 测站点，测量∠CBA，盘左瞄准C，归零，记录；顺时针转动望远镜瞄准A，读数记录；换盘右位置，瞄准A 读数记录（必须记录在盘右的A 点位置），逆时针转动望远镜瞄准C，读数记录。此时的记录表点号顺序为CACA，记录的顺序为CAAC。

问题3：计算误差过大，超过允许误差限值。同一角值上下半测回误差或全组闭合后的误差值超限较多。

讨论原因：仪器没有对中整平、操作过程中碰到三脚架、瞄准时非同一点或者目标杆不垂直。

解决措施：重新测量，将产生达大误差的原因一一克服。

3.4 实验成果

通过在实验过程中发现问题、分析及解决问题后，提交的视频及报告成果均较好，各组均阐述了在此次实验中遇到的问题、产生的原因及如何解决，肯定了小组协作的作用及实验的收获，对于精益求精的工匠精神也有所感悟。通过这样的设计性实验，学生会发现自己及团队的不足，认识到理论指导实践、实践检验理论。

4 结语

土木工程测量技术对于现场施工至关重要。本文针对“土木工程测量”课程传统实践教学中存在教学目标层次低、内容陈旧、方法枯燥、考核固化的等主要问题导致的学生毕业后不适应工作岗位的需求、专业技术与实际工作胶脱节、沟通交流能力较弱、创新与应用能力不强等现状，通过对实践教学目标的重新设计，并依据新的目标确定教学内容及实践教学内容，改革创新了实验项目、教学方法及考核方式，有效提升了学生的专业技术能力与综合素质，尤其是提升了学生发现问题、提出及分析解决问题的能力、团队协作能力及主动学习、深度思维能力。随着社会与科技的发展，土木工程测量等相关技术与仪器、方法不断更新换代。因此，土木工程专业教学要面向未来发展需求，持续改进与创新教学目标、教学内容、教学方法及考核方式，结合信息化、数字化时代的特点，培养能面向未来的工程人才。