基于科研反哺教学的“变形测量”课程教学改革与实践

时间：2024-05-18

吴瑞娟宋鹏郑文兵王芳

摘要在“空天地”智能感知技术迅猛发展背景下，本文针对测绘工程专业“变形测量”课程教学过程中存在的问题，提出科研反哺教学模式下的课程改革。通过科研成果进课堂、理论授课与工程实践相结合、课程考核体系优化来实现，实践表明通过课程改革，学生在测绘技能竞赛、創新创业项目以及科研论文方面成果凸显。

关键词科研反哺教学变形测量课程改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.12.029

Abstract Under the circumstances of rapid space/air/ground-based intelligent sensing technologies development， some problems in the deformation monitoring course for surveying and mapping engineering major are obvious， therefore， curriculum reform based on scientific research-assisted education mode is proposed. The specific methods are as follows， adding scientific research results in the classroom， combining theoretical teaching with engineering practice， and the optimization of course assessment system. Curriculum practice results show that students have made outstanding achievements in surveying and mapping skills competitions， innovation projects and scientific papers improve obviously.

Keywords scientific research-assisted education; deformation monitoring; curriculum reform

0 前言

“变形测量”课程是测绘工程类专业的核心课程之一，“变形测量”课程主要介绍工程建筑物/构筑物等变形体的变形监测方案设计、监测网平差、变形监测技术、变形监测数据分析、变形预测预报以及典型工程案例等内容，旨在为测绘工程专业学生从事工程建设、地质灾害监测工作打下基础。教学与科研相互依存，相互促进，科研反哺教学模式是培养大学生创新思维和创新能力的有效手段。在“空天地”一体化智能感知技术发展和工程教育专业认证背景下，本文针对“变形测量”课程教学过程中的问题，利用科研反哺教学模式开展测绘工程类专业课程教学的创新实践，培养学生的创新能力，提高人才培养质量。

1 “变形测量”课程教学现状

1.1教材内容滞后，教学方法单一

在测绘地理信息行业新形势下，变形测量技术发展为低空无人机等空基监测技术、合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar， InSAR）等天基监测技术、以及全站仪、GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）接收机等地基监测技术组成的“空—天—地”一体化监测技术。随着无人机、卫星等新型搭载平台及各类新式传感器等新技术的发展，数据处理方式发生了深刻变革。目前出版的变形测量相关书籍较多，然而由于教材出版周期较长，导致教材涵盖的新技术、新方法有限，往往滞后于科学前沿。教材内容与技术发展的不同步，是“变形测量”教学时遇到的问题之一。

变形测量课程一般采用多媒体教学，教师讲授知识，并伴有一定程度的教学互动和简单的校内实验。实际上，学生走上工作岗位后应对的不是零散的知识，而是实际的工程项目，涉及一个复杂的监测过程。因此，以具体工程为对象，围绕具体工程项目进行监测、分析、预测全过程，是学生就业面临的实际情况。

1.2重理论知识教学，轻工程实践操作

“变形测量”是一门理论和实践并重的课程，目前该课程课时共48学时，其中理论部分32学时，数据处理部分16学时。由于实验场地布设难度较大、先进仪器设备昂贵、应用型大学教研经费有限等因素，导致该课程教学过程中仅进行理论教学、变形监测数据处理两方面教学内容，未开展工程实践。因此，立足应用型大学的人才培养目标，提高学生的实践操作能力，是变形测量课程需创新改革的内容。

1.3课程评价单一，缺乏综合考核

目前“变形测量”课程成绩由平时成绩和期末成绩构成，平时成绩占比30%，期末成绩占比70%，平时成绩由考勤、平时作业、课堂表现三部分构成，期末成绩由试卷成绩得出。平时成绩学生之间差异不大，最终成绩主要取决于期末成绩，而期末成绩采用试卷难以全面考核学生对课程的掌握程度，目前课程评价较为单一。单一的评价方式难以有效激励学生平时的学习主动性，因此建立综合课程评价体系，是提高学生学习主动性、积极性的一种途径。

2 “变形测量”科研反哺教学的必要性

通过分析“变形测量”课程教学现状得出，课程教学内容存在滞后性，实践教学环节薄弱，以及教学评价机制较为单一。目前针对该课程教学过程中存在的问题，李培现等[1]在变形监测技术课程中重点开设案例式教学;张为成等[2]重点以学生为内部反馈，以企事业单位为外部反馈持续改进课程教学方案。为了顺应变形监测技术的蓬勃发展，戴吾蛟等[3]建立了基本方法—新技术—模拟工程项目实例课程体系。

目前科研反哺教学在过程装备与控制工程专业、[4]制药工程专业、[5]生物工程专业、[6]生物分离工程专业等[7]已开展了相关课程体系的教学改革探索与实践，提高了本科生创新创业能力、[8]开阔了学生视野、启迪了科学思维等人才培养目标。为落实《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》（教高〔2018〕2号）文件精神，围绕全面提高人才培养能力这个核心点，推进高水平人才培养体系建设，努力推动教学和科研良性互动、协调发展、共同提高，我校结合本科教学工作审核评估要求，拟定了科研促进应用型课程体系建设、鼓励科研成果与教学实践有机结合、鼓励教师吸收学生参与其科研活动等十条科研反哺教学实施意见。

随着智慧测绘技术的发展，涌现了一批新型的监测设备与技术，利用新型技术已获得了大量的科研成果和产业化应用。将科研成果及时地融合教学过程中，利用科研反哺教学，是缓解课程教学现状问题的有效途径。因此，结合测绘工程类教学特点，“变形测量”课程非常有必要进行课程教学改革和教育教学实践。

3 科研反哺教学的实践

针对“变形测量”课程教学现状问题，开展科研反哺教学模式下的课程改革创新实践，实践方案如图1所示，具体举措如下：

3.1 科研成果进课堂，教学手段多样化

针对教材内容滞后，教学方法单一的问题，首先，确定一本内容比较基础、结构相对全面的教材，使学生建立变形测量的基本知识结构。目前出版教材中有针对某一变形体的变形监测，如《滑坡变形雷达遥感监测方法与实践》，[9]有针对一种技术或综合几种技术开展变形监测的教材，如《GNSS边坡监测与变形分析》[10]《星载/地基雷达干涉变形监测方法与应用》，[11]也有理论技术和工程案例兼顾的教材，如《变形监测理论与应用》[12 ]《变形监测技术与工程应用》。[13]因此选择教材时，应该选择理论技术和工程案例兼顾的教材作为授课主要使用教材。其次，结合上述其他教材和测绘科学与技术学科主流的中英文期刊等资料，提供阅读书目供学生自学。最后，立足四川区域特点，将教研室教师在山地滑坡灾害監测、大坝等水利工程形变监测等研究成果融入教学中，充实工程案例教学部分，激发学生服务四川社会经济发展的责任感。

以系统化、整体化的观点对待课程内容，改变教材的呈现方式。工程案例教学中，在多源监测手段融合理念下，以监测体为对象开展项目式教学。如在讲授地面沉降监测、水电站工程形变监测案例时，将InSAR技术、GNSS监测等新老技术的方法和思路进行比较和分析，得出几种监测数据成果的共性和差异，使学生更好地理解基础知识，并对新技术的改进和应用过程有更深入的理解和认识，帮助学生建立完整的知识体系结构。

该课程教学过程中，综合利用多种教学手段，将讲授法、演示法与小组讨论法相结合。该课程教学改革实践中，由理论讲授、数据处理演示和工程实践三阶段构成，课程分配为理论讲授24学时，工程实践12学时，数据处理演示12学时，共48学时。（1）在理论讲授阶段，综合考虑数据处理演示阶段和工程实践阶段需要利用的理论知识，将这些理论知识作为课程讲授重点，讲解过程中，将一些抽象复杂的概念运用动画、视频等手段动态展示，便于学生理解领悟。（2）在工程实践阶段，以小组为单位，8人一组，共4组，以四处校内闲置的校舍为监测对象，利用GNSS监测设备布设监测网，设计监测方案，进行建筑物变形监测工程实践。（3）在数据处理演示阶段，分三个数据处理实践，其一是校舍建筑物的变形监测，学生将建筑物监测获得的数据利用Matlab软件进行处理，分析监测结果，绘制监测点的形变图，书写成果报告。其二是利用笔者前期积累的水电站工程的安全稳定性监测数据，开展监测数据的读取、去噪、拟合、预测等监测数据分析方法，对比分析不同的去噪、拟合和预测方法的异同点，书写监测数据分析报告。其三是基于笔者前期积累的四川茂县雷达影像，开展利用InSAR技术的滑坡识别实验，按照理论讲授课的InSAR技术基本流程，向学生进行演示操作，之后学生进行自主操作，完成实验报告。

3.2 开放科研平台与仪器，注重理论实践相结合

针对教学重理论知识，轻工程实践的问题，笔者设计“变形测量”课程从理论授课、工程实践、数据处理演示三阶段依次开展，三阶段的开展相互联系，环环相扣。理论和实践课的比重为1：1，理论和实践并重，实践内容分为野外监测和室内解算两类。理论和实践内容的侧重点，立足了地方院校的办学理念，以及笔者所在教研室教师的成果积累，能够保障理论和实践阶段的顺利开展。另外，笔者与地方企事业单位开展了校地合作项目，可在课后时间带领学生观摩工程现场监测情况，在安全保障条件下，开展适量的项目工程监测实践。

近几年，笔者所在的学院相继建立地理信息测绘博士工作站等科研平台八个，购置了北斗教学实验箱、无人机、GNSS监测设备，以及高性能数据处理服务器数台。这些仪器设备除用于教师科学研究之外，也向学生开放。在课程教学过程中，在本科生中遴选时间较为充裕的学生进入科研平台，结合科研课题开展科研训练，培养学生的创新思维，学生可以结合科研训练内容积极谋划创新创业课题、学科竞赛课题等;同时，学生有前期科研训练基础，能为毕业论文的开展提供有力保障。

3.3 建立评价指标体系，课程考核评价优化

针对课程评价单一，缺乏综合考核的问题，笔者近几年逐步改进课程考核机制。期末考核增加了开放性试题的比重，由之前的40%提高至60%。平时成绩不再由考勤情况、平时表现等无差异化指标体现，而是由专题讨论、个人汇报、研究报告三部分构成。专题讨论是在理论授课阶段，学生对山地滑坡灾害监测、水电站形变监测、运营地铁的安全性监测等不同的专题开展深入讨论，集思广益，课堂氛围活跃。个人汇报是以小组为单位，与工程实践阶段分组保持一致，让学生将工程实践和数据处理成果进行分享交流。研究报告是工程实践和数据处理两个阶段形成的成果报告。

4 科研反哺教学成效

随着我院测绘工程专业科研反哺教学模式的教学改革，本科生的测绘实践能力和创新能力获得提升，近3年，我院测绘工程专业大三本科生在四川省大学生测绘技能竞赛专业组上获得一等奖1项，二等奖5项，三等奖6项，奖项的数量和级别有了显著提升。另外，本科生积极参与创新创业项目，近3年测绘工程专业本科生获批大学生创新创业训练计划项目19项，在科研项目资助下，发表科研论文29篇。另外，近3年测绘工程专业学生毕业人数78人，其中考取研究生15人，考研率19.23%，就业率100%。上述本科生人才培养质量的提升可以看出，科研反哺教学模式成效显现。

5 结论

本文针对“变形测量”课程教材内容滞后，教学方法单一;重理论知识教学，轻工程实践操作;课程评价单一，缺乏综合考核等问题，利用科研反哺教学模式开展课程改革并提出了具体的改革措施，体现在科研成果进课堂，教学手段多样化;开放科研平台与仪器，注重理论实践相结合;建立评价指标体系，课程考核评价优化。通过科研反哺教学的“变形测量”课程改革与实践，近3年我院测绘工程专业本科生在测绘技能竞赛、大学生创新创业训练计划项目、科研论文发表上明显提升，良好的教学成效初步显现。

基金项目：内江师范学院校级教育教学研究项目（JG202010）

参考文献

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