工程測量教學模擬裝置研制

鄧紹云 邱清華 陳少軍 郭明紅

摘 要：文章指出了現有的教學輔助性器具和儀器設備工具等存在著大型化、大重量型、不便變遷和耗材耗資較大等缺陷，并提出批評。在此基礎上呼吁廣大高校教師應根據自己的多年教學實踐開發應用小型輕巧便攜的教學輔助性儀器設備和工具，以提高教學效果和實踐能力。闡述了開發研制簡便高效工程測設放樣教學工具的原因和意義，陳述了研究目標和研究內容，詳述了研究方法和研究方案，制訂了研究計劃，指出了關鍵技術和擬定了技術路線，闡述了研究價值，為廣大教學科研工作者做出榜樣和提供借鑒。

關鍵詞：工程建設；測設放樣；教輔工具器件；開發應用

中圖分類號：TU198 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0025-02

Abstract： The author points out that the existing teaching aids and instruments have some defects， such as large scale， heavy weight， inconvenience and high cost of consumable materials and so on， and puts forward some criticism. On this basis， it calls on the majority of teachers in colleges and universities to develop and apply small， light and portable teaching aids， equipment and tools according to their own teaching practice for many years， so as to improve teaching effect and practical ability. This paper expounds the reasons and significance of the development of a simple and efficient teaching tool for setting out the engineering survey， states the research objectives and contents， expounds the research methods and schemes， and formulates the research plan. This paper points out the key technology and draws up the technical route， expounds the research value， and and provides a reference for the teachers and scientific researchers.

Keywords： engineering construction； surveying and setting out； teaching assistant tools and devices； development and application

引言

“十年樹木，百年樹人”諺語指出了人才的重要和培養人才的艱辛，高校是高層次人才培養的重要場所，高校的教學質量是人才培養的關鍵，教學是個復雜而又必不可少的人才培養的重要環節過程，如何增進教學質量，改革教學方法和教學方式，倡導性地采用簡便高效實用的模擬將復雜的工程建設過程簡單明了化傳授給相關專業的大學生，是高校相關專業教師的根本職責和使命。

1 必要性和緊迫性

工程測量是所有的土木工程建設中最為關鍵和基本的工作之一，故《工程測量》課程是土木建筑類最基本的專業基礎課程之一，對于高職土木建筑類專業的學生培養占據非常重要的地位。故對于高職《工程測量》課程的教學在土木建筑類高職學生的人才培養計劃中占據很大的比例，其理論教學和實踐教學的方法、方式和課時都應花大力氣，優先考慮。其傳統的灌入式的教學方法、方式必須加以改進，改革，革新，課時數應該適度的增加，實訓實習的時間應該增長。創新設計研制出簡便有效的工程測量教學模擬裝置來加強教學力度，增進教學效果，提升教學質量。對高職教育，人才的培養有重要意義。

針對物理和數學教具目前已有一些，但針對工程測量教學工具還是極為稀少，甚至空白。故對于這種教學模擬裝置的開發研制具有很強的創新性和開拓性，應該予以大力地支持和幫撐。

2 目標與內容

2.1 研究目標

探究研究出一整套簡單有效的工程測量測設放樣教學工具，內容包括：（1）平面線路工程測設放樣模擬教具；（2）平面建筑物測設放樣模擬教具；（3）帶緩和曲線的圓曲線測設放樣模擬教具；（4）規則幾何三維空間建筑物測設

放樣模擬教具。

2.2 研究思路

查詢資料→分析已有的教學工具儀器→比較各種學工具儀器的優缺點→實驗分析工程測量測設放樣的特性和特征→研制開發出簡單、有效的工程測量測設放樣的教學工具。

2.3 實施方案

研制開發工程測量測設放樣教學工具，依據以下：（1）直角坐標放樣法；（2）極坐標放樣法；（3）曲線坐標放樣法。（4）綜合直角坐標放樣法與極坐標放樣法；（5）綜合極坐標放樣法與曲線坐標放樣法；（6）綜合直角坐標放樣法與曲線坐標放樣法；（7）綜合直角坐標放樣法和極坐標放樣法

與曲線坐標放樣法，共7種方法，7個實施方案。最后選擇出最優的方案同時考慮最為方便實施的方案來研制開發。

2.4 技術關鍵

小型化、便攜化和精確化的實現。

2.5 技術路線

查詢資料→分析已有的教學工具儀器→比較各種學工具儀器的優缺點→實驗分析工程測量測設放樣的特性和特征→實施比較各種設計方案：（1）直角坐標放樣法→（2）極坐標放樣法→（3）曲線坐標放樣法→（4）綜合直角坐標放樣法與極坐標放樣法→（5）綜合極坐標放樣法與曲線坐標放樣法→（6）綜合直角坐標放樣法與曲線坐標放樣法→（7）綜合直角坐標放樣法和極坐標放樣法與曲線坐標放樣法→研制開發出簡單、有效的工程測量測設放樣的教學工具。

3 原理與方法

平面點構成平面曲線，所有的點集合組成任意曲線，在直角坐標系或極坐標系下都可以歸結為曲線，如圖1。

設該曲線上任意一點M，該點的軌跡即為整體平面任意曲線，在測量直角坐標系中，該點橫Ym、縱坐標Xm之間的關系即該平面任意曲線的數學方程表達式為：Y=f（X）。

同樣在極坐標系下，該曲線上的任一點M的極角θm、極徑ρm之間的關系即該平面任意曲線的數學方程表達式為：ρ=ρ（？茲）。

測設放樣過程中只需要將坐標系的原點（即該裝置中的原點）設置放樣在工程設計圖紙中所給定確切坐標（一般工程設計中給定的是測量直角坐標，在我國普遍采用北京54直角坐標系）的已知點位，并始終以正北方向作為測量直角坐標系的X軸正向，或測量極坐標系的極徑正向則可。

通過直角坐標和極坐標之間的換算關系計算來確定該任意點M的極角θm、極徑ρm，計算方法如下。

測設過程中正北方向可以通過設計圖紙告知確定，這樣只需將該測設放樣模擬裝置中的放樣筆在各個點M（θm，ρm），測設放樣中關鍵點和特征點必須測設放樣圖，中間點最好是加密，最后將這些點用光滑曲線加以連接就成所要測設放樣的平面曲線。而平面曲線組成平面幾何面，面組成三維物體（即建筑物），從而整個建筑物就這樣測設放樣出來了，非常簡便可靠又原理清晰。

4 研制成果

本著上文所述目標和內容，并依據上述原理與方法，筆者研制成功以下一些相關工程測設放樣研究專利，或有關工程測設放樣教學模擬裝置專利：

（1）簡便高效平面任意線路工程測設裝置[1]。

（2）簡便高效平面任意線路工程測設裝置及方法[2]。

（3）建筑物測設放樣平移旋轉模擬教學演示裝置[3]。

（4）簡便實用高效平面線路測設放樣教學模擬裝置[4]。

5 作用與意義

這些專利都來源于筆者多年工程測設放樣教學和實踐的總結和開發推廣，對教學起到很大的幫助作用。這些成果具有一定的創新程度和創新價值；具有一定的學術價值，能豐富工程測量的科研成果，同時更能豐富工程測量教學研究成果，輔助對工程測量學生的理論知識的傳授和實踐實習實訓能力和水平的提高和提高教學效果，提升人才培養的質量，從而間接地促進工程建設的質量和效益，促進區域經濟的繁榮和社會和諧，增進區域甚至是國家的安定和長治久安。

6 結束語

目前，有很多公司在制做一些教輔工具，但一般都具有尺寸的大型性，重量的教大型，搬遷的困難性，這些公司一般為了謀取較高利潤，不在乎或不著眼于小型教輔工具的開發和制做及銷售，從而造成教學成本的提高，而這些研究就是刺激和鼓勵在教學崗位多年的教師根據自己的實踐，著眼于解決教學的實際問題，而努力開發各種輕巧便攜式、低成本高效實用的教學模擬工具和器具等，為提升教學質量和方便教學降低教學管理和教學運行成本而多做貢獻。

參考文獻：

[1]鄧紹云.簡便高效平面任意線路工程測設裝置：中國，201520547612.2[P].2016-01-20.

[2]鄧紹云.簡便高效平面任意線路工程測設裝置及方法：中國，201510444741.3[P].2015-11-11.

[3]鄧紹云.建筑物測設放樣平移旋轉模擬教學演示裝置：中國，201620061994.2[P].2016-08-31.

[4]鄧紹云.簡便實用高效平面線路測設放樣教學模擬裝置：中國，201620095214.6[P].2016-07-13.