利用校園人工湖進(jìn)行工程測量實踐教學(xué)的探索

劉紹堂，張慧鋒

(河南工程學(xué)院土木工程學(xué)院，河南鄭州 451191)

0 引言

提高教學(xué)質(zhì)量，努力培養(yǎng)既有理論又有實踐能力、創(chuàng)新精神強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的新型高級測繪人才，是高校追求的目標(biāo)［1］．測繪工程專業(yè)是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)，其主干課程教學(xué)效果的好壞很大程度上取決于實踐教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣．多年來在測繪工程專業(yè)主干課的教學(xué)安排中，實習(xí)、實驗學(xué)時數(shù)一直占教學(xué)總時數(shù)的1/3以上．工程測量學(xué)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(zāi)、安全等專業(yè)也設(shè)有工程測量或測量學(xué)課程，這些課程均需要進(jìn)行相應(yīng)的工程測量實習(xí)和實驗．

測繪學(xué)科實踐教學(xué)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(xué)院測繪工程專業(yè)校內(nèi)多功能實驗實習(xí)教學(xué)基地建設(shè)的體會，介紹了8個不同類型的校內(nèi)實驗實習(xí)場地，說明了建設(shè)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(xué)院測繪工程專業(yè)結(jié)合河南省教學(xué)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(xí)基地的經(jīng)驗．陳俊杰、王慶林等［5］還專門對河南理工大學(xué)依據(jù)人防工程平戰(zhàn)結(jié)合戰(zhàn)略，充分利用人防工程，建設(shè)地下工程測量實習(xí)基地進(jìn)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(xí)基地的建設(shè)情況．何立恒、史玉峰［7］考慮到測繪工程專業(yè)應(yīng)用性、實踐性強(qiáng)的特點，從課間實驗、集中實習(xí)、分散拓展和設(shè)計提高四方面構(gòu)建測繪工程本科專業(yè)實踐教學(xué)體系．周建鄭、何寬［8］，張曉東［9］，鄧軍、李天和［10］，馮大福、羅強(qiáng)［11］等也就高職工程測量技術(shù)專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)問題進(jìn)行了探討．這些研究富有效果，但多是針對集中實習(xí)或課堂基本操作實驗的研究，筆者另文［12］設(shè)計了利用長度400余米的樓群連廊模擬地下工程進(jìn)行工程測量實踐教學(xué)的方案也只限于對地下工程測量實踐教學(xué)的研究，本文的研究重點是結(jié)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(xué)的方案和方法．

1 實驗項目設(shè)計與開發(fā)

測繪專業(yè)實習(xí)根據(jù)場地有三種不同形式［13］:一是根據(jù)實習(xí)內(nèi)容在校外固定實習(xí)場地進(jìn)行，這種形式真實性比較強(qiáng)，能收到較好的實習(xí)效果，但會受到實習(xí)經(jīng)費(fèi)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(xué)實習(xí);二是把實習(xí)內(nèi)容與生產(chǎn)單位具體工程項目相結(jié)合進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí)，這種形式真實性強(qiáng)，能收到較好的效果，學(xué)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(xí)內(nèi)容不一定與教學(xué)計劃和教學(xué)大綱相吻合;三是在校內(nèi)建立實習(xí)基地，模擬現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行教學(xué)，該形式能根據(jù)教學(xué)大綱和實習(xí)大綱設(shè)計實習(xí)項目，能充分利用學(xué)校的資源設(shè)備，而且可節(jié)省大批的實習(xí)經(jīng)費(fèi)，具有很強(qiáng)的針對性，實習(xí)效果良好，特別適合開展基本操作和基本技能訓(xùn)練的課間實驗和開放實驗．

河南工程學(xué)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(fēng)與安全特別是測繪工程、土木類、地礦類專業(yè)進(jìn)行教學(xué)及科學(xué)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(shè)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(zhǔn)儀1臺，拓普康電子水準(zhǔn)儀1臺，蘇光電子經(jīng)緯儀10臺，南方S3自動安平水準(zhǔn)儀50臺，電子計算機(jī)100余臺，噴墨繪圖機(jī)1臺;近年來還購入了全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，陀螺儀全站儀等測繪實驗與科研設(shè)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(jì)80年代設(shè)立測繪專業(yè)初期采購和調(diào)撥的測距儀2臺，光學(xué)經(jīng)緯儀30臺，光學(xué)水準(zhǔn)儀50臺和其它常規(guī)儀器工具，測繪儀器設(shè)備基本滿足實習(xí)實驗需要．學(xué)院人工湖(圖1)位于學(xué)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(xué)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(dǎo)下，在規(guī)定的時間內(nèi)獨(dú)立完成每一實驗項目．

2 利用人工湖進(jìn)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(shè)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(biāo)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(biāo)志，現(xiàn)場按規(guī)范挖坑澆注混凝土．臨時性導(dǎo)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(dǎo)線點同時兼做水準(zhǔn)點．該場地可同時用于10組學(xué)生進(jìn)行測角、測距，導(dǎo)線測量，水準(zhǔn)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(shè)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(dá)到地形測量課堂實踐教學(xué)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(biāo)定出場地邊界，設(shè)定某高程的平面或某一具體斜面為場地平整目標(biāo)，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)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(jī)或計算器編程法，也可通過多種工程軟件對進(jìn)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(jìn)行［15］．在測量土方時各組要學(xué)會利用全站儀固有程序自動測量當(dāng)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(jìn)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(jié)合水位和水深測量資料還可以模擬河流斷面測量．?dāng)嗝鏈y量可以用水準(zhǔn)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(shè)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(jìn)行橋梁墩臺模擬放樣．學(xué)生在水上舞臺還可以標(biāo)出橋墩中心位置，同時也可練習(xí)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(shè)湖水“淹沒界線”．湖東堤還可以看作是水庫壩體，可籍以學(xué)習(xí)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(gòu)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(yù)先按裝反射片或棱鏡基座，湖南岸則設(shè)置多個觀測基準(zhǔn)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(biāo)的監(jiān)測成果可以看作是多個監(jiān)測周期監(jiān)測的結(jié)果．相互對比除了可以反映觀測誤差的大小外，還可學(xué)習(xí)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(biāo)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(jìn)行中線測量、定線測量、曲線測設(shè)、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(jìn)行諸如邊角、高程、距離和坐標(biāo)測量的基本操作訓(xùn)練，過去總是由老師組織編寫課堂實驗書，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書完成實驗并提交實驗報告，教師根據(jù)實驗報告對學(xué)生成績進(jìn)行評價．此過程中教師處于主動地位［16］．以上項目并不嚴(yán)格屬于基本操作訓(xùn)練項目，適合于學(xué)生在掌握了測量基本方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行課間實驗和開放實驗，要求學(xué)生始終是學(xué)習(xí)過程中的主導(dǎo)者．譚衢霖，楊松林等［17］研究表明，實施研究性工程測量教學(xué)使學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)比過去更加扎實，學(xué)生分析問題與解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)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(dá)教學(xué)任務(wù)和教學(xué)要求，首先由各組同學(xué)自動設(shè)計實驗方案和復(fù)測檢核方案、自行選擇儀器、自主準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并采取頭腦風(fēng)暴式的討論和交流確定終選方案，經(jīng)指導(dǎo)教師審批后學(xué)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(xué)生自覺完成任務(wù)，任務(wù)完成后，由各組派代表在教室內(nèi)向全班師生進(jìn)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(guān)鍵問題．全體師生圍繞匯報內(nèi)容進(jìn)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(shè)計成創(chuàng)新型實驗［18］，準(zhǔn)備初期學(xué)生可以討論方案，也可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)相關(guān)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(luò)工具進(jìn)行深入的討論，實驗本身不但具有新穎有趣，而且學(xué)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(dú)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(jié)果、經(jīng)驗教訓(xùn)和課堂匯報效果綜合進(jìn)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(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的實踐動手能力．

項目投入到知識準(zhǔn)備、資料收集、方案制定和討論、儀器選擇、室內(nèi)總結(jié)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(jié)束語

為了保證工程測量實驗的順利進(jìn)行，我們因地制宜，對實驗的項目、實驗的要求提出了具體標(biāo)準(zhǔn);對整個實驗過程從方案制定到成果總結(jié)和成績評定，形成了一套操作規(guī)范．整個項目針對性強(qiáng)，獨(dú)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(fù)測和檢核方案的重視，使學(xué)生養(yǎng)成了良好的職業(yè)責(zé)任素質(zhì);盡管湖水常水位不構(gòu)成安全威脅，但老師反復(fù)地安全提示，增強(qiáng)了學(xué)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(xué)生實際動手能力，提高了實踐教學(xué)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(xué)改革，加強(qiáng)實踐教學(xué)——“首屆全國大學(xué)生測繪技能比賽”經(jīng)驗總結(jié)［J］．測繪通報，2009(10):1－4．

［2］江德勤．多功能教學(xué)實習(xí)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(xí)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(xí)基地的建設(shè)與發(fā)展［J］．測繪工程，2005(01):75－77．

［5］陳俊杰，王慶林，魏峰遠(yuǎn)．“地下工程測量”實習(xí)基地建設(shè)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(xí)基地建設(shè)的研究［J］．華東交通大學(xué)學(xué)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(xué)體系的構(gòu)建［J］．測繪通報，2010(08):74－77．

［8］周建鄭，何寬．高職工程測量技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)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(shù)專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)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(qiáng)．高職工程測量專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)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(qiáng)．高職工程測量專業(yè)實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)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(shù)．利用樓群連廊模擬地下工程進(jìn)行工程測量實踐教學(xué)的探索［J］．測繪科學(xué)，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(xùn)練環(huán)節(jié)教學(xué)設(shè)計［J］．鄭州經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報，2003(3):83－84．

［14］劉紹堂，沙從術(shù)．關(guān)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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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(xué)實踐教學(xué)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(xué)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(luò)安全實驗教學(xué)方法［J］．吉首大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(06):113－116．