土木工程测量教材以定位为核心的绪论导向论文4

论文4参加“2005全国测量学教材改革研讨会”论文土木工程测量教材以“定位”为核心的绪论导向张坤宜魏德宏①王金龙②①广东工业大学建设学院广州510643②武汉大学出版社武汉430072[摘要]本文根据“十五”国家级规划教材《交通土木工程测量》的建设实践，介绍通过教学改革研究实现的“绪论”导向结构，分析绪论导向的内容、方法、原则、特点和效果，说明现代科技条件下绪论导出的土木工程测量课程的基本性质和要求。[关键词]规划教材；土木工程测量；教学改革；绪论导向中图分类号：42024.4122.198GUTU文献标识码：B一、前言一般地，一门课程有个开场白──绪论，“土木工程测量”教材也不例外。绪论，是“土木工程测量”教材全书的主旨；绪论导向，是为土木类工程专业介绍测绘科技所必须的基本教学思路及其引导性的基本内容。近20年来，Gps、Rs、Gis以及全站测量(StationTotal)、数字化测绘(SurveyingDigital)等重大测绘科技成就相继出现，测绘学科发展迅速，测绘高新技术在土木工程的应用不断扩大，宽口径土木专业已经确立，“土木工程测量”教材建设面临新的发展机遇和挑战。在这种情况下，如何组织绪论导向，成为“土木工程测量”教材建设的重要问题之一。我们在教学改革和完成“十五”国家级规划教材《交通土木工程测量》(修订版)[1](以下简称《交通土木工程测量》)建设中，认真研究以“地面点定位”，即以“定位”为核心的教材体系，研究以“定位”为核心的绪论导向。一方面尽量收集国内各类“测量学”教材资料，从中吸取营养；另一方面不断总结教学改革经验，提高认识绪论导向的境界。尤其全国高等学校测绘学科教学指导委员会的领导和专家的关心和精心指导，使《交通土木工程测量》的绪论导向目标更加明确，导向特色更加鲜明，导向效果更加显著。本文试图根据《交通土木工程测量》建设实践，回顾其中实现该书绪论导向特点和效果，以期抛砖引玉的回应，以便进一步提高教学质量。二、绪论导向以定位为核心展开如图1所示[2]，《交通土木工程测量》的绪论导向结构以“定位”为核心展开，由五个课节组成。第一节以“测量学与交通土木工程”为名，开门见山测量学概念，重点以“测定地面点位置”领头叙述测量科学与土木工程建设的关系，立足土木工程建设的“定位技术需求”，导出课程的性质。1．以“定位”为核心的绪论导向，根据土木工程类专业的实际应用需求，抓住测量学的概念核心“地面点定位”，直接把土木工程建设“点位确定”的技术需要与测量科学紧密关系摆出来，把测绘学科对现代科技的贡献以及土木工程测量技术在土木工程建设的重要地位※摆出来。以“定位”为核心的绪论导向，使学习者直接理解土木工程测量技术的意义，提高学习的吸引力。2．以“定位”为核心的绪论导向，在明确定位意义的基础上，集中提出“土木工程测量”课程的基本任务：提供比较完善的测量学科基本理论和技术原理，提供适应性比较强、内容比较先进的工程测量理论和技术方法。以“定位”为核心的绪论导向，使学习者从“定位技术需求”的理解，打开学习掌握土木测绘科技基本理论、原理方法的思路。3．以“定位”为核心的绪论导向，从土木工程建设显而易见的“点位确定”的技术需求出发，强调课程性质：土木工程测量技术是土木工程建设的必不可少的基本技术；土木工程技术人员熟练掌握测量基本理论和技术原理，熟练掌握和应用工程测量基本理论和方法，是进行土木工程技术工作的基本条件。当代土木工程建设表明：土木工程建设现代化要求越高，对现代测量技术的需求也越来越高，土木工程师掌握土木工程测量技术是现代化需要的必然，是当代科学技术整合的突出表现。强调土木工程测量技术是土木工程建设的必不可少的基本技术，强调是进行土木工程技术工作的基本条件，有利于增强非测绘专业学习掌握应用土木工程测量技术的紧迫感。图1三、以定位核心导出测绘基础知识研究《交通土木工程测量》的“绪论”以“定位”为核心的导向思路，能够实现非测绘专业所需要的测绘基础知识教学的自然扩展。1．采取“围绕核心，循序渐进，步步跟进”的导向方式。第二节“地球体概念”是因为定位在地球上进行，必须知道地球体的有关概念。以“垂线”──工程建设和测量技术共有的基准线开始，由此步步跟进六大概念(垂线、水准面、大地水准面、大地体、参考椭球体、椭球参数)，实际是测量基准面基础知识的引入。不言而喻，第三节坐标系统、第四节高程系统与“定位”密切相关。第三节以第二节椭球体参数为起点的跟进，即大地坐标描述地面点在椭球体面的位置；而高斯坐标系是解决“球面测量”与“平面设计”矛盾的跟进，……。2．按测量科技术语的意义高度概括，严格界定。“绪论”中测绘科学基础知识的叙述遵循“科学规范、高度概括，严格界定”原则，有利于循序渐进，步步跟进。例如，“测量学”、“测绘”、“测设”、“测定”、“确定”等测量科技术语，看似简单，但涵义丰富。尤其非测绘专业初学者一般不可能学习多种测量课程，往往只是一次接触，影响不容忽视。《交通土木工程测量》的“绪论”很注意推敲测量学科的术语：尊重术语的语言原义，符合学科的技术约定，着眼现代技术含意，便于学习识记。例如“测量学”概念中的“测定”，就测量学科而言，是测量定位的意思。“测定”涉及测量手段、过程和最后的认定(确定)。过程：“测绘”和“测设”，都有“测定”的意义，不得含糊。“绪论”中对测量科技术语的意义高度概括，严格界定，有利于维护测量科学术语的统一性和严肃性。3．复杂原理“留有余地”，即与后续内容有关部分留待后述，有的则用小字附带注解。“绪论”中涉及的高斯坐标系统、高程基准面等测绘科学基础知识内容，遵循“简明易学、留有余地”原则，既要严格科学原理，又应尽量深入浅出。如高斯坐标系统，采取“高斯投影几何意义--高斯投影带的特点---高斯平面直角坐标系的结构---高斯平面直角坐标的意义”的叙述方法，实现占幅精炼。实践证明，“简明易学、留有余地”原则有利于在“绪论”中以叙述测绘科学基础知识。《交通土木工程测量》在叙述高斯投影变形中不再有所谓的“水平面代替水准面”内容。笔者注意到，“水平面代替水准面”在70年代初以一道思考题的形式出现在非测绘专业“测量学”教材[3]中。这种无可置疑的思考题，其发展却演化成“测量学”教材中的一个课节，企图简单说明不变形的程度。“水平面代替水准面”的叙述方式已扩展到其他有关“测量学”教材，甚至直到现在还被有关“土木工程测量”教材广泛采用。为了这个问题，顺便说明《交通土木工程测量》的推论。图2图2中，s是球面边长，投影在高斯平面(有的称水平面、切平面)，sl是投影后的平面长度。图中的s是投影变形，即2222RysyRyRsyslsmmmms(1)式(1)的R是地球曲率半径，my是边长位置在高斯平面上到中央子午线的平均距离。式(1)是在《交通土木工程测量》第五章中的推证结果，与高斯投影距离改化公式的第一项相同。如果以“水平面代替水准面”的推证，投影变形用D表示，即233RDD(2)式(2)D是地面点离开中央子午线的距离。表1是式(1)的计算参数。在my为25km的情况下，s=1000m的投影容许变形s=7.7mm，s:s=1:130000。表2是式(2)的计算参数。在D为25km的情况下，投影容许变形D=128mm，D:s=1:7800。上述二式结果是矛盾的，原因是式(2)存在原理性错误。(1)一般土木工程不可能有一次测量边长D=25km的情况，设定值不符合实际。(2)如果测量的距离s=1000m，在D=25km处的相对误差误是1:7800，不再是1:200000。(3)这类“测量学”在绪论中引入“水平面代替水准面”一个课节，包括了投影变形、距离改化、相对误差等内容，不符合循序渐进的教学逻辑，不便于教与学。“水平面代替水准面”的叙述违背高斯投影原理，真不该再出现。表1表2my10km25kmD10km25km50kms1000m1000mD8mm128mm1027mms1.2mm7.7mmD:D1:12000001:2000001:49000s:s1:8300001:130000D:s1:1250001:78121:973实践告诉我们，“绪论”实现测绘科学基础知识教学，很需要耐心细致的工作。以“定位”为核心的导向思路，采取“循序渐进，步步跟进”的方式，遵循“科学规范、高度概括、严格界定、简明易学、留有余地”原则，较好地实现测绘科学基础知识教学。四、关注工程特点，导出定位思路与原则过去“测量学”[5]作为测绘专业的基础课有一定的篇幅介绍从控制到测绘地形图等基本内容的叙述，有利于测绘专业的学生从中了解测绘地形图的基本技术概貌，以便有目的的学习“测量学”，为学习测绘专业其他技术课程打好基础。“测量学”这种关注测绘专业特点，合理安排教学内容的思想值得学习。基于这一认识，《交通土木工程测量》“绪论”没有照搬“从控制到测绘地形图”等测量工作内容，而是把注意力集中到土木工程特点，一步一步地完成第一、二、三、四节，导出土木工程所需要的测绘基本知识。第四节以此为基础导出“地面点定位”简要技术思路，导出“地面点定位”技术原则。现代测绘技术的“地面点定位”是一个大视野，“绪论”中的“地面点定位”简要技术思路描述涵盖《交通土木工程测量》的后续教学需要，选择以“技术过程”的形式引出“测定”地面点位置的二个技术过程：“测绘”、“测设”。技术过程涉及的技术手段、定位参数、技术原则等概念，涉及一般的“几何表示法”到“测量学理论和实践”的提出，《交通土木工程测量》基本学习轮廓便由浅入深，步步开拓到读者面前。第四节导出“地面点定位”有技术原则，有其特点：1．从土木工程的测量技术需求出发，提出“等级原则、整体原则、控制原则、检验原则”四项技术原则，不再照搬“从整体到局部，先控制后碎部”的提法。2．以现代土木测量“定位”技术为主导，给四项技术原则以新注解[1][2]，具有明显的时代特征。四项技术原则新注解：提出土木工程测量必须根据土木工程要求和测量有关规定，确定测量等级，不容许不合格测量；整体原则说明新的整体概念和要求；控制原则强调控制的基准意义和作用；指出检验原则保证测量的真实可靠。3．四项技术原则是实施土木工程测量技术过程的总结和提高，有利于统揽全局，加深土木工程测量技术的学习和掌握，后续的课程学习有利于促进四项技术原则的理解。五、结语现实告诉我们，当代土木工程建设发展迅速，然而测量科学的概念核心“地面点定位”与土木工程建设的“点位确定”，在定位技术范畴上的一致性没有改变，土木测量技术作为土木工程建设主要导向技术的性质没有改变。虽然土木工程测量技术的测绘学科属性非常明显，在土木工程类专业中并非主干技术，但在现代科学技术发展迅速和各类技术整合的滚滚热流中，土木工程测量技术仍然在土木工程建设是独立性很强的参与者，以“定位”为核心的绪论导向正是适应新潮流的产物[4]。笔者注意到，绪论中没有沿用测绘专业“测量学”的属性要求介绍测绘基本技术过程的内容，也没有测绘技术为哪个专业所用的说明。“绪论”似在期待：读者会注意到“定位”为核心的绪论导向所叙述的内容都是来自测绘科技领域，都是紧贴土木工程建设所必需。中国工程院宁津生院士在对《交通土木工程测量》包括“绪论”导向的最终审定之后，为《交通土木工程测量》的“序言”指出，“《交通土木工程测量》就是一本紧密联系交通土木工程专业实际的工程测量学教材”，“教材的结构体系有别于已有的工程测量学教材，作了较大的改变，有一定新意。在讲清基本测量定位技术和数据处理方法的基础上，阐述测量控制到地形测图的全过程，最后落脚到交通土木工程测量上。采取这种结构体系，教材内容脉络清晰，便于学生理解和掌握。”我们十分感谢全国高等学校测绘学科教学指导委员会的领导和专家对《交通土木工程测量》教材及其出版的关怀和精心指导，十分感谢测绘同行的关心和帮助。我们将和全国测绘同行一道，为共同开创土木工程测量教学新局面而努力。[※注]重要地位：1.测量是土木工程规划建设的重要依据。2.测量是土木工程勘察设计现代化的重要技术。3.