關(guān)于“工程測(cè)量學(xué)”課程的教學(xué)思考

張正祿

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079;2.精密工程與工業(yè)測(cè)量國家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079)

測(cè)繪學(xué)是一個(gè)高科技學(xué)科、信息學(xué)科和國家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。工程測(cè)量學(xué)是測(cè)繪學(xué)中出現(xiàn)最早、地位最重要的分支學(xué)科。工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間中(包括地面、空中、地下和水下)具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科［1-2］。

一、工程測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展

眾所公認(rèn)的人類文明史大約為5000年。測(cè)繪學(xué)是一個(gè)古老而悠久的學(xué)科，測(cè)繪學(xué)的歷史與人類文明史基本同步。古埃及胡夫王朝的第一金字塔始建于約公元前2700年，其選址、開挖、定向定位以及巨石開采、運(yùn)輸和施工等都要依賴于測(cè)量。歷史上關(guān)于地籍測(cè)量(或稱土地測(cè)量)、礦山測(cè)量和水利工程測(cè)量的記載最多。圣經(jīng)中關(guān)于測(cè)繪的經(jīng)文有20多處［3］，最早可追溯到公元前1400多年，有關(guān)于地籍登記、地籍圖繪制和建筑測(cè)量方面的記載［4］。各歷史時(shí)期著名的大型工程建筑如我國的萬里長城、都江堰工程、多國的宗教大型廟宇、教堂，軍事通道，以及如京杭大運(yùn)河、蘇伊士運(yùn)河和巴拿馬運(yùn)河等大型水利工程，都離不開工程測(cè)量。

但是，工程測(cè)量的發(fā)展在很長的一段時(shí)間內(nèi)是緩慢的。由于西方第一、二次技術(shù)革命與以核子和空間技術(shù)為標(biāo)志的第三次技術(shù)革命興起，工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程測(cè)量才獲得迅速的發(fā)展。20世紀(jì)50年代，我國的高等教育中出現(xiàn)了工程測(cè)量專業(yè)和“工程建設(shè)測(cè)量學(xué)”這門課程，1984年李青岳教授在“工程建設(shè)測(cè)量學(xué)”課程基礎(chǔ)上，主編了《工程測(cè)量學(xué)》教材［5］;Hennecke、Mueller、Werner等編寫過一本德文版的《工程測(cè)量》;德國、瑞士、奧地利3個(gè)德語語系國家自20世紀(jì)50年代，發(fā)起了一個(gè)每隔3～4年舉行一次的“工程測(cè)量國際學(xué)術(shù)討論會(huì)”，每一屆都有幾個(gè)與當(dāng)時(shí)工程測(cè)量發(fā)展有關(guān)的專題［6］;1964年國際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)(FIG)成立了工程測(cè)量委員會(huì)。工程測(cè)量學(xué)才逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科進(jìn)入國際學(xué)術(shù)活動(dòng)［7］。筆者于2002年主編了一本普通高等教育測(cè)繪類規(guī)劃教材《工程測(cè)量學(xué)》［7］，2005年合作編著了普通高等教育十五國家級(jí)規(guī)劃教材《工程測(cè)量學(xué)》［1］，2013年再次主編了高等學(xué)校測(cè)繪工程專業(yè)核心課程規(guī)劃教材《工程測(cè)量學(xué)》［2］。本文主要提出筆者對(duì)“工程測(cè)量學(xué)”課程教學(xué)的一些思考。

近半個(gè)多世紀(jì)以來，受益于空間科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信科學(xué)、現(xiàn)代光電技術(shù)、傳感技術(shù)以及精密機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪科學(xué)和技術(shù)得到飛躍式的發(fā)展，比許多其他學(xué)科的發(fā)展更快更好，成為典型的高科技學(xué)科、信息學(xué)科和國家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科。工程測(cè)量學(xué)科的發(fā)展不僅得益于現(xiàn)代科技的發(fā)展，也得益于工程建設(shè)的發(fā)展。一方面，隨著人類文明的進(jìn)展，不斷涌現(xiàn)的大型特種精密工程建設(shè)，對(duì)工程測(cè)量的要求愈來愈高，工程測(cè)量的服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大;另一方面，現(xiàn)代科技新成就，為工程測(cè)量提供了新的理論技術(shù)方法，從而推動(dòng)工程測(cè)量學(xué)科的不斷發(fā)展。

我國自1978年改革開放以來，經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)速度超過了歷史上任何時(shí)期，也超過了世界其他國家。由于工程建設(shè)的促進(jìn)，我國工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展水平很快趕上了世界先進(jìn)水平，在一些方面還取得了領(lǐng)先地位。

二、工程測(cè)量學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題

我國大約有100多所高等院校和高職高專學(xué)校設(shè)有測(cè)繪工程專業(yè)并開設(shè)“工程測(cè)量學(xué)”這門課。但所用教材、上課時(shí)數(shù)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)等情況都各不相同。筆者認(rèn)為，這些都是很正常的，不應(yīng)該完全劃一。但是，應(yīng)該按學(xué)校分類，同類學(xué)校應(yīng)進(jìn)行定期或不定期的教學(xué)交流，在教材、時(shí)數(shù)、內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面基本保持一致。許多學(xué)校對(duì)“工程測(cè)量學(xué)”這門課非常重視，有較強(qiáng)的師資力量、實(shí)習(xí)設(shè)備和辦學(xué)條件，但是也有一些學(xué)校，“工程測(cè)量學(xué)”這門課程沒有得到足夠重視，在教學(xué)學(xué)期、學(xué)時(shí)數(shù)和必修選修不修等的安排和導(dǎo)向上，存在以下不同程度的問題:

1)作為工程測(cè)量專業(yè)方向的學(xué)生，基本都要學(xué)“大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)”、“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”(如GPS原理與方法)、“攝影測(cè)量與遙感”、“地理信息系統(tǒng)”、“地圖制圖學(xué)”等課程，但測(cè)繪類其他專業(yè)方向如攝影測(cè)量與遙感、地理信息系統(tǒng)(工程)、地籍測(cè)量與土地管理、地圖制圖以及導(dǎo)航、航空航天等卻很少把“工程測(cè)量學(xué)”作為必修課。

2)隨著測(cè)繪科技的飛速發(fā)展，工程測(cè)量學(xué)中的一些理論技術(shù)方法已經(jīng)過時(shí)，不需再學(xué)習(xí)了。如零類到三類控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、解析法優(yōu)化設(shè)計(jì)也不再采用;單純的光學(xué)經(jīng)緯儀和電磁波測(cè)距儀(包括最精密的測(cè)距儀ME5000)已不再生產(chǎn);地面測(cè)角網(wǎng)基本消亡;24 m因瓦線尺量距、2 m橫基尺視差法測(cè)距已被淘汰;與鋼尺量距有關(guān)的一些測(cè)量和放樣方法如直角坐標(biāo)法、偏角法、切線支距法也無人再用。但是，許多過時(shí)的內(nèi)容仍在不同課程中重復(fù)講解。

3)測(cè)繪工程專業(yè)中，許多課程需要改革，如“控制測(cè)量學(xué)”課已無開設(shè)之必要。因?yàn)閲铱刂凭W(wǎng)的建立與維護(hù)只需在“大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)”中簡(jiǎn)單講述即可，至于工程測(cè)量控制網(wǎng)屬于“工程測(cè)量學(xué)”的內(nèi)容，“控制測(cè)量學(xué)”則沒有可講述的內(nèi)容了，但一些學(xué)校還在開設(shè)或準(zhǔn)備開設(shè)。

4)還有一種傾向是將“工程測(cè)量學(xué)”的內(nèi)容，另寫一本書，并開設(shè)一門課。如“工程攝影測(cè)量”“變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理”“工業(yè)測(cè)量”“地下管線網(wǎng)探測(cè)”“水利工程測(cè)量”等。各學(xué)校應(yīng)嚴(yán)格控制與“工程測(cè)量學(xué)”相關(guān)課程的內(nèi)容，盡量做到內(nèi)容不重復(fù)，不隨意增添新課程;上述有些課程不宜開設(shè)，有些課程，可作為加深課放到碩士生階段開設(shè)。

上述問題提請(qǐng)國家教委及測(cè)繪地理信息局教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)予以重視，也希望各有關(guān)測(cè)繪院校領(lǐng)導(dǎo)、教授和老師深刻思考。

三、工程測(cè)量學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)思考

工程測(cè)量學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)可以歸納于下:

1)測(cè)繪學(xué)是一個(gè)古老而現(xiàn)代學(xué)科，測(cè)繪工作是一個(gè)普通而廣泛的職業(yè)。在歷史上，許多名人都與測(cè)繪有關(guān)。秦始皇大修萬里長城、靈渠，隋煬帝大修京杭大運(yùn)河，康熙皇帝親自主持全國的大地測(cè)量和測(cè)圖工作，古今中外有不少帝王、總統(tǒng)、國家級(jí)領(lǐng)導(dǎo)人從事過測(cè)繪，如林肯、華盛頓、拿破侖、赫魯曉夫做過測(cè)量員;亞里士多德、哥白尼、伽利略、開普勒、高斯、徐光啟、哥倫布等偉大哲學(xué)家、科學(xué)家無不與測(cè)繪有關(guān);當(dāng)代測(cè)繪殿堂更是兩院院士云集之地，省部級(jí)以上官員也多有測(cè)繪背景。

由此可見，測(cè)繪學(xué)是一個(gè)古老而現(xiàn)代學(xué)科，是一個(gè)科技含量很高的信息學(xué)科，工程測(cè)量學(xué)是測(cè)繪學(xué)中出現(xiàn)很早、地位很重要的分支學(xué)科。

2)工程測(cè)量學(xué)科的發(fā)展不僅得益于現(xiàn)代科技的發(fā)展，也得益于工程建設(shè)的發(fā)展，只要有工程建設(shè)，工程測(cè)量學(xué)這個(gè)學(xué)科就會(huì)長期存在下去。

3)工程建設(shè)分為勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營管理3個(gè)階段，工程測(cè)量就是為這3階段服務(wù)的;變形監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)，變形分析是手段，變形預(yù)報(bào)是目的;大型特種精密工程是工程測(cè)量學(xué)發(fā)展的動(dòng)力;精密工程測(cè)量是工程測(cè)量發(fā)展的高峰;工程建設(shè)的規(guī)模是有限度的，不可能一直像近半個(gè)多世紀(jì)那樣高速的發(fā)展下去;工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展已接近它的頂峰;工程測(cè)量的理論技術(shù)方法基本可以解決工程建設(shè)中的一切問題。

4)三腳架將長期作為工程測(cè)量的象征。電子全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS接收機(jī)都要用到三腳架。人類是兩只腳加兩只手，最為靈便;動(dòng)物以四只腳的居多，大多跑得很快;三條腿的腳架最穩(wěn)定，穩(wěn)定是測(cè)量的重中之重。三腳架成為測(cè)量的一個(gè)標(biāo)志性工具，如同工人的錘子、農(nóng)民的鐮刀和戰(zhàn)士的步槍，三腳架可作為知識(shí)分子的標(biāo)志。

筆者對(duì)“工程測(cè)量學(xué)”課程的教學(xué)有如下思考:

1)任何課程的教學(xué)包括“工程測(cè)量學(xué)”都要擺好教師與學(xué)生的關(guān)系、教與學(xué)的關(guān)系。在教學(xué)中，教師是主導(dǎo)，一門課教學(xué)效果的好壞，教師應(yīng)負(fù)主要責(zé)任。教師除了應(yīng)愛崗敬業(yè)、德行兼?zhèn)渲?，?duì)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有較深的理解，有較豐富的工程測(cè)量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有較好的表達(dá)能力和組織領(lǐng)導(dǎo)能力。教不嚴(yán)、師之過;學(xué)不勤、生之錯(cuò)。提倡教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)互長;“學(xué)生不能高過先生”［4］，在課程教學(xué)中更是如此。

2)“工程測(cè)量學(xué)”的內(nèi)容看上去很繁多、雜亂，實(shí)踐性又很強(qiáng)，一般都覺得難講，學(xué)生也難學(xué)。在講課中，應(yīng)主次分明、取舍恰當(dāng)，提倡“特殊與一般”“縱向與橫向”相結(jié)合的教學(xué)方法?！疤厥狻敝该恳还こ痰奶厥庑裕耙话恪敝父鞣N工程的共性;“縱向處理”，是指按工程建設(shè)的3個(gè)階段闡述，“橫向處理”是指按典型工程分別講述［7-8］。應(yīng)將測(cè)繪學(xué)和工程測(cè)量學(xué)中的一些理論上升到哲學(xué)乃至神學(xué)的層面［3，9］，這樣可簡(jiǎn)化許多教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)理論技術(shù)方法的理解。

3)“工程測(cè)量學(xué)”這門課，各校應(yīng)至少配備2～3位老師，最好采用輪流和教輔結(jié)合的方式進(jìn)行講授，還要有比較固定的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，如大型綜合課程設(shè)計(jì)、參觀實(shí)習(xí)和動(dòng)手實(shí)習(xí)等［10-11］。

4)應(yīng)重視教材建設(shè)，不提倡45歲以下的青年教師寫書，年輕教師應(yīng)把主要精力放在創(chuàng)新性教學(xué)、科研和科技開發(fā)上，要耐得住寂寞，逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)是無法通過書本學(xué)到的。好的教材是在長期教學(xué)、科研和科技開發(fā)基礎(chǔ)上，根據(jù)筆者特長和興趣，花費(fèi)巨大精力和時(shí)間才能寫成的，而且應(yīng)每隔7～10年更新最好。

在“工程測(cè)量學(xué)”課程教材建設(shè)上，筆者于2002年主編了一本書《工程測(cè)量學(xué)》，后作為普通高等教育測(cè)繪類規(guī)劃教材［12］，2005年由教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)授權(quán)編著了普通高等教育十五國家級(jí)規(guī)劃教材《工程測(cè)量學(xué)》［1］，2013年按教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)決定，主編了高等學(xué)校測(cè)繪工程專業(yè)核心課程規(guī)劃教材《工程測(cè)量學(xué)》［2］。上述3本書由武漢大學(xué)出版社出版。

2013年版的《工程測(cè)量學(xué)》教材較2005年教材，內(nèi)容有較大更新，篇幅有顯著壓縮，刪除了過時(shí)陳舊的內(nèi)容，歸納了工程測(cè)量學(xué)的理論方法，增加了現(xiàn)代高新技術(shù)，內(nèi)容更加豐富，編排更加合理。從第2至第7章是共性部分，是必學(xué)的基礎(chǔ)性內(nèi)容，第8章至第14章，體現(xiàn)了典型工程的特殊性，可以選擇性地學(xué)習(xí)。各章之間有獨(dú)立性和相關(guān)性，兼具“縱向與橫向”特點(diǎn)，第一章“緒論”和最后一章“展望”，前后呼應(yīng)，是鋪墊和總結(jié)。該教材反映工程測(cè)量學(xué)科的全貌和最新發(fā)展，包括了筆者長期在教學(xué)、科研和生產(chǎn)實(shí)踐中的成果和經(jīng)驗(yàn)。

筆者在2013年版《工程測(cè)量學(xué)》基礎(chǔ)上，又重新組織、改寫主編了一本《簡(jiǎn)明工程測(cè)量學(xué)》，從前書的59萬字進(jìn)一步減少到40萬字左右，在教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上也進(jìn)行了較大的增刪，以期作為測(cè)繪院校其他專業(yè)的本科學(xué)生以及測(cè)繪大專、函授教育學(xué)生的教材。此書將于2014年由測(cè)繪出版社出版。

［1］張正祿.工程測(cè)量學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2005.

［2］張正祿.工程測(cè)量學(xué)［M］.2版.武漢:武漢大學(xué)出版社，2013.

［3］張正祿.學(xué)習(xí)圣經(jīng)中關(guān)于測(cè)繪科學(xué)描述的體會(huì)［J］.甘露，2013(3):21-22.

［4］中國基督教協(xié)會(huì).圣經(jīng)［M］.南京:愛德印刷有限公司，2009.

［5］李青岳.工程測(cè)量學(xué)［M］.北京:測(cè)繪出版社，1984.

［6］張正祿.從第十屆“工程測(cè)量國際討論會(huì)”看工程測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)［J］.工程勘察，1989(1):68-69.

［7］張正祿.對(duì)“工程測(cè)量學(xué)”課教學(xué)的探討［J］.高教研究，1991(4):16-18.

［8］張正祿.測(cè)量工程專業(yè)及其教學(xué)改革探討［J］.測(cè)繪高教研究，1997(4):25-28.

［9］張正祿，張松林.關(guān)于測(cè)量中可靠性理論的哲學(xué)思想［J］.測(cè)繪科學(xué)，2012，37(3):54-55.

［10］張正祿，黃全義，羅年學(xué)，等.論測(cè)繪工程專業(yè)本科教育的實(shí)踐性教學(xué)［J］.武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(S0):25-26.

［11］黃全義，張正祿，巢佰崇，等.論測(cè)繪工程專業(yè)地面測(cè)量實(shí)習(xí)的改造［J］.測(cè)繪通報(bào)，2001(9):41-43.

［12］張正祿.工程測(cè)量學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2002.

［13］寧津生，陳俊勇，李德仁，等.測(cè)繪學(xué)概論［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2004.

［14］張正祿，吳棟材，楊仁.精密工程測(cè)量［M］.北京:測(cè)繪出版社，1992.

［15］張正祿，黃全義，文鴻雁，等.工程的變形監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)［M］.北京:測(cè)繪出版社，2007.

［16］張正祿.工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)［J］.武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(S0):35-38.

［17］張正祿.工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展評(píng)述［J］.測(cè)繪通報(bào)，2000(1):11-14.

［18］張正祿.論工程測(cè)量學(xué)科的現(xiàn)狀和教材建設(shè)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2002(6):61-63.

［19］張正祿.工程測(cè)量學(xué)教材的體系結(jié)構(gòu)研究［J］.教育研究論壇雜志，2005(3):61-63.

［20］張正祿.論工程測(cè)量學(xué)課程的教學(xué)改革［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009(4):71-73.

［21］張正祿，范國慶，張松林，等.測(cè)量的廣義可靠性研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2012，37(5):577-581.