基于校園邊坡監測實驗室的創新能力培養模式研究

楊 斌 何國修 崔 杰 向貴府 宋懷慶

(1. 國家遙感中心綿陽科技城分部, 四川 綿陽 621010;2. 西南科技大學基建處, 四川 綿陽 621010 3. 西南科技大學 環境與資源學院, 四川 綿陽 621010)

0 引言

根據教育部和國務院學位委員會聯合發布的《學位與研究生教育發展“十三五”規劃》有關精神和要求,在新時期環境下要全面提高研究生教育質量。伴隨著新時期國家“雙一流”方案的實施和不斷深入推進,地方高校如何利用學校現有教學資源和條件不斷提升研究生創新實踐能力,提升研究生工程實踐能力已成為教育界思考的話題[1-2]。校園實驗室的提出,就是在此背景下,依托于校園自身所具備的客觀條件,為解決相關專業的基礎科學問題、深度開展教學實踐活動而設立的跨學科、多領域融合的學習與研究平臺[3-4]。西南科技大學青義校區環龍山面涪江而建,校園環境屬于典型的斜坡侵蝕地貌,近年來，隨著學校工程建設的不斷發展,對邊坡擾動更為強烈,高切坡、高填方等類型邊坡散布于校區,保障校園邊坡安全與穩定性成為關系到學校的重大責任。

西南科技大學校園邊坡監測實驗室的建設是以西南科技大學校園范圍內現有的各類建筑工程邊坡為主要研究對象,安裝校園邊坡安全監測的軟硬件設備,利用北斗、物聯網技術為傳輸手段,采用地理信息系統(geographic information system,GIS)手段實現遠程快速的信息獲取與分析,為校園安全提供科學有效的第一手觀測數據[5-6]。實驗室建設過程中,其硬件和軟件不僅能為工程建設與校園安全防護提供支撐,還可為相關專業研究生和本科生課程建設與創新實踐能力提升發展提供校內便捷的教學平臺。

1 校園邊坡監測實驗室的定位及價值

校園實驗室是在新時期全新的教育理念指引下,利用學校建設與發展過程中的軟硬件資源,梳理現有教學體系,提煉相關課程實踐環節,依托校園內部條件為課程與專業建設提供支撐平臺[7-8]。西南科技大學校園邊坡監測實驗室定位于解決學校建設發展過程中,由于邊坡失穩導致地形形變加速,傳統的觀測手段和方法無法提供科學、準確的決策依據,通過安裝地表位移監測墩、自動預警測縫計、測斜管、自動測斜儀及北斗定位等裝置,構建“空-天-地”一體化的監測系統平臺[9-10],該系統平臺提供的硬件和軟件為相關專業學生課程實踐實習提供校內場所,從而達到校園資源利用效益最大化(圖1)。

圖1 校園邊坡監測實驗室建設原理方案圖

校園邊坡監測實驗室建設分兩個階段,第一個階段以硬件系統建設為主,重點建立邊坡安全監測硬件設備與初步監測數據分析平臺,實現對校園內部多個相關邊坡逐步開展硬件設施建設;第二階段通過物聯網、北斗定位傳輸技術,實現遠程網絡端和手機端兩種方式的在線訪問,以圖表方式展示,可通過地下水位、測斜儀觀測數據、雨量計觀測數據、位移加速度、水平散點分布圖和空間坐標分布數據等進行定量分析,為校園安全保駕護航提供定量決策分析數據支撐。

校園邊坡監測實驗室建設第一個階段的定位是為觀測提供硬件條件支撐,也為實習實踐提供符合要求的環境,其功能在校園內多個邊坡觀測點安裝設備,并提供符合教學要求的設備[11];第二個階段的定位是為觀測提供遠程自動訪問條件,為實習實踐結果驗證提供參考借鑒,其功能是實現遠程快速高效的訪問通道[12],并為變形監測提供信息化渠道(表1)。

表1 校園邊坡監測實驗室建設情況表

西南科技大學校園邊坡監測實驗室建設選取了西南科技大學青義校區3處典型邊坡監測點(編號為6207、6208、6209),如圖2所示,分別實時監測學生公寓二期開挖建設過程邊坡變形情況、科大花園教師公寓東北側邊坡位移情況和學生公寓一期建設后邊坡穩定性情況。建設過程中,充分體現最新監測技術,將北斗、物聯網傳輸、GIS數據分析以及深部位移監測等手段結合一體,即對工程建設過程中出現的問題能進行實時監測,也為相關工程類專業研究生創新實踐能力提升提供了校內實踐實習場所。

圖2 校園邊坡監測實驗室建設原理方案圖

2 校園實驗室建設與創新培養模式間耦合關系

校園實驗室建設過程中引入全方位教書育人和創新能力提升理念,從激發研究生專業興趣、校內工程實踐教學、系統建設與專業教學、大數據融合分析四個方面詮釋校園實驗室建設與研究生創新能力培養的關系[13-14]。

(1)激發專業興趣：校園實驗室建設以獨特的理念,采用北斗等監測設備,在校園建設過程中以打造校園精品為目標,建設過程中勢必引起學生廣泛注意力,在應用過程中,將以實際案例為研究對象,工程建設服務為引領,在教學育人環節中提供全新、獨特的架構,研究生能將實踐實習成果反饋于校園環境建設與發展,從而激發研究生的興趣和愛好。

(2)校內工程實踐教學：校園實驗室的建設將面向工程類專業學生開展邊坡防治與監控技術教學,主要包括資源與環境類的地質工程、安全工程、土木工程、測繪工程專業學生參與變形監測和結構安全等方面的工程實踐教學任務,后端的網絡端和手機端,以及物聯網和5G通信技術的應用,能將計算機專業、遙感科學與技術、通信工程等專業學生參與工程實踐開發環節。

(3)系統建設與專業教學：校園實驗室的建設初期由校園建設部門設計初衷和理念,并投入資金應用于發展建設過程中,建設投入后系統建設不僅能為工程監測提供實時科學有效第一手數據,還能將學院各專業實踐教學環節列入課程教學體系中,為人才培養和專業建設提供新的模式[9]。

(4)大數據融合分析：伴隨實驗室投入運行,地表變形監測數據、深部位移觀測數據、雨量數據及北斗定位加速度等一大批數據集中存儲在校園服務器中,類型繁多、性質不同的數據構建了大數據應用平臺,為學校開展數據集成開發應用提供實踐條件。

從以上四個方面可得出,校園實驗室建設資金投入效益高,創新模式獨特新穎,工程應用價值大,專業實習實踐教學范圍廣,縱向綜合應用領域深,能適用于高水平大學未來的發展建設。

3 校園實驗室與相關課程關系及作用

校園實驗室建設階段,需充分定位實驗室未來工程應用功能,在此基礎上,結合學校各學院專業特點,從專業發展定位出發,構建校園實踐環境下的實習實踐應用平臺[15-16]。西南科技大學校園邊坡監測實驗室就是在此背景下,以西南科技大學基建處工程應用與建設發展為驅動,主要目標是利用地表位移監測、深部位移監測、雨量觀測、北斗定位等儀器設備,在校園內選擇3處典型邊坡,構建1個基準站(編號6207)和2個觀測站(編號6208和6209)的三角網架構,采用物聯網和5G傳輸技術,實現遠程實時數據觀測模式,為校園安全保駕護航。

在建設過程中,充分聽取環境與資源學院、土木與建筑工程學院相關專業教師在課程教學過程中所需要的實習實踐平臺環境,并結合其需求在監測設備周邊安裝教學使用的觀測墩和深部傳感器。結合校園邊坡監測實驗室建設過程中應用,以環境與資源學院為例,梳理資源與環境專業學位點下各專業方向相關課程實習實踐環節在校園實驗室建設過程中的關系和作用,如表2所示。

表2 校園實驗室與資源環境專業各方向相關課程關系

通過上述分析,系統梳理環境與資源學院資源與環境專業學位點測繪工程、地質工程、地理信息科學、安全工程和環境工程5個專業方向的15個基礎課程、17個專業課程中有關實習實踐內容,并通過基礎課程認知培養和專業課程實習實踐培養模式如何作用于校園實驗室應用和工程建設發展過程。由此可見,校園實驗室在人才培養和教學育人方面還能達到一定的優勢,避免學校重復建設,資源浪費。

4 結束語

校園實驗室作為高等學校全新的建設理念,將工程建設與教書育人緊密結合在一起。實驗室建設全過程均體現出文化育人的模式、專業育人的架構,校園實驗室的投入不僅能實際應用于工程建設與發展,還能為專業建設、課程實習實踐提供校內場所和平臺。

西南科技大學校園邊坡監測實驗室選取校園內起伏多變的地形特點,以典型邊坡作為研究對象,構建遠程實時監測平臺,該實驗室的建設嘗試將校園安全監測與環境與資源學院各相關專業課程實習實踐相結合,打造出校園文化建設精品項目,并從基礎課程和專業課程體系入手分析與校園實驗室建設的相互關系,為新時期下全新的創新能力培養提供借鑒和參考。