張正祿

(1.武漢大學測繪學院，湖北武漢430079;2.精密工程與工業(yè)測量國家測繪地理信息局重點實驗室，湖北武漢430079)

測繪學是一個高科技學科、信息學科和國家一級重點學科。工程測量學是測繪學中出現(xiàn)最早、地位最重要的分支學科。工程測量學是研究地球空間中(包括地面、空中、地下和水下)具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應用性學科［1-2］。

一、工程測量學的產(chǎn)生和發(fā)展

眾所公認的人類文明史大約為5000年。測繪學是一個古老而悠久的學科，測繪學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、運輸和施工等都要依賴于測量。歷史上關(guān)于地籍測量(或稱土地測量)、礦山測量和水利工程測量的記載最多。圣經(jīng)中關(guān)于測繪的經(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量方面的記載［4］。各歷史時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，以及如京杭大運河、蘇伊士運河和巴拿馬運河等大型水利工程，都離不開工程測量。

但是，工程測量的發(fā)展在很長的一段時間內(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)為標志的第三次技術(shù)革命興起，工程建設規(guī)模不斷擴大，工程測量才獲得迅速的發(fā)展。20世紀50年代，我國的高等教育中出現(xiàn)了工程測量專業(yè)和“工程建設測量學”這門課程，1984年李青岳教授在“工程建設測量學”課程基礎上，主編了《工程測量學》教材［5］;Hennecke、Mueller、Werner等編寫過一本德文版的《工程測量》;德國、瑞士、奧地利3個德語語系國家自20世紀50年代，發(fā)起了一個每隔3～4年舉行一次的“工程測量國際學術(shù)討論會”，每一屆都有幾個與當時工程測量發(fā)展有關(guān)的專題［6］;1964年國際測量師聯(lián)合會(FIG)成立了工程測量委員會。工程測量學才逐漸發(fā)展成為一門獨立學科進入國際學術(shù)活動［7］。筆者于2002年主編了一本普通高等教育測繪類規(guī)劃教材《工程測量學》［7］，2005年合作編著了普通高等教育十五國家級規(guī)劃教材《工程測量學》［1］，2013年再次主編了高等學校測繪工程專業(yè)核心課程規(guī)劃教材《工程測量學》［2］。本文主要提出筆者對“工程測量學”課程教學的一些思考。

近半個多世紀以來，受益于空間科學、信息科學、計算機科學、通信科學、現(xiàn)代光電技術(shù)、傳感技術(shù)以及精密機械技術(shù)的發(fā)展，測繪科學和技術(shù)得到飛躍式的發(fā)展，比許多其他學科的發(fā)展更快更好，成為典型的高科技學科、信息學科和國家一級重點學科。工程測量學科的發(fā)展不僅得益于現(xiàn)代科技的發(fā)展，也得益于工程建設的發(fā)展。一方面，隨著人類文明的進展，不斷涌現(xiàn)的大型特種精密工程建設，對工程測量的要求愈來愈高，工程測量的服務范圍不斷擴大;另一方面，現(xiàn)代科技新成就，為工程測量提供了新的理論技術(shù)方法，從而推動工程測量學科的不斷發(fā)展。

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

二、工程測量學的教學現(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校設有測繪工程專業(yè)并開設“工程測量學”這門課。但所用教材、上課時數(shù)、教學內(nèi)容、實驗實習等情況都各不相同。筆者認為，這些都是很正常的，不應該完全劃一。但是，應該按學校分類，同類學校應進行定期或不定期的教學交流，在教材、時數(shù)、內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)等方面基本保持一致。許多學校對“工程測量學”這門課非常重視，有較強的師資力量、實習設備和辦學條件，但是也有一些學校，“工程測量學”這門課程沒有得到足夠重視，在教學學期、學時數(shù)和必修選修不修等的安排和導向上，存在以下不同程度的問題:

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

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

3)測繪工程專業(yè)中，許多課程需要改革，如“控制測量學”課已無開設之必要。因為國家控制網(wǎng)的建立與維護只需在“大地測量學基礎”中簡單講述即可，至于工程測量控制網(wǎng)屬于“工程測量學”的內(nèi)容，“控制測量學”則沒有可講述的內(nèi)容了，但一些學校還在開設或準備開設。

4)還有一種傾向是將“工程測量學”的內(nèi)容，另寫一本書，并開設一門課。如“工程攝影測量”“變形觀測數(shù)據(jù)處理”“工業(yè)測量”“地下管線網(wǎng)探測”“水利工程測量”等。各學校應嚴格控制與“工程測量學”相關(guān)課程的內(nèi)容，盡量做到內(nèi)容不重復，不隨意增添新課程;上述有些課程不宜開設，有些課程，可作為加深課放到碩士生階段開設。

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

三、工程測量學的學科特點和教學思考

工程測量學的學科特點可以歸納于下:

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

由此可見，測繪學是一個古老而現(xiàn)代學科，是一個科技含量很高的信息學科，工程測量學是測繪學中出現(xiàn)很早、地位很重要的分支學科。

2)工程測量學科的發(fā)展不僅得益于現(xiàn)代科技的發(fā)展，也得益于工程建設的發(fā)展，只要有工程建設，工程測量學這個學科就會長期存在下去。

3)工程建設分為勘測設計、施工建設和運營管理3個階段，工程測量就是為這3階段服務的;變形監(jiān)測是基礎，變形分析是手段，變形預報是目的;大型特種精密工程是工程測量學發(fā)展的動力;精密工程測量是工程測量發(fā)展的高峰;工程建設的規(guī)模是有限度的，不可能一直像近半個多世紀那樣高速的發(fā)展下去;工程測量學的發(fā)展已接近它的頂峰;工程測量的理論技術(shù)方法基本可以解決工程建設中的一切問題。

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

筆者對“工程測量學”課程的教學有如下思考:

1)任何課程的教學包括“工程測量學”都要擺好教師與學生的關(guān)系、教與學的關(guān)系。在教學中，教師是主導，一門課教學效果的好壞，教師應負主要責任。教師除了應愛崗敬業(yè)、德行兼?zhèn)渲?，對教學內(nèi)容應有較深的理解，有較豐富的工程測量實踐經(jīng)驗，有較好的表達能力和組織領(lǐng)導能力。教不嚴、師之過;學不勤、生之錯。提倡教學互動、教學互長;“學生不能高過先生”［4］，在課程教學中更是如此。

2)“工程測量學”的內(nèi)容看上去很繁多、雜亂，實踐性又很強，一般都覺得難講，學生也難學。在講課中，應主次分明、取舍恰當，提倡“特殊與一般”“縱向與橫向”相結(jié)合的教學方法?！疤厥狻敝该恳还こ痰奶厥庑?，“一般”指各種工程的共性;“縱向處理”，是指按工程建設的3個階段闡述，“橫向處理”是指按典型工程分別講述［7-8］。應將測繪學和工程測量學中的一些理論上升到哲學乃至神學的層面［3，9］，這樣可簡化許多教學內(nèi)容，加深學生對理論技術(shù)方法的理解。

3)“工程測量學”這門課，各校應至少配備2～3位老師，最好采用輪流和教輔結(jié)合的方式進行講授，還要有比較固定的實踐性教學環(huán)節(jié)，如大型綜合課程設計、參觀實習和動手實習等［10-11］。

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

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

2013年版的《工程測量學》教材較2005年教材，內(nèi)容有較大更新，篇幅有顯著壓縮，刪除了過時陳舊的內(nèi)容，歸納了工程測量學的理論方法，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，是必學的基礎性內(nèi)容，第8章至第14章，體現(xiàn)了典型工程的特殊性，可以選擇性地學習。各章之間有獨立性和相關(guān)性，兼具“縱向與橫向”特點，第一章“緒論”和最后一章“展望”，前后呼應，是鋪墊和總結(jié)。該教材反映工程測量學科的全貌和最新發(fā)展，包括了筆者長期在教學、科研和生產(chǎn)實踐中的成果和經(jīng)驗。

筆者在2013年版《工程測量學》基礎上，又重新組織、改寫主編了一本《簡明工程測量學》，從前書的59萬字進一步減少到40萬字左右，在教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上也進行了較大的增刪，以期作為測繪院校其他專業(yè)的本科學生以及測繪大專、函授教育學生的教材。此書將于2014年由測繪出版社出版。

［1］張正祿.工程測量學［M］.武漢:武漢大學出版社，2005.

［2］張正祿.工程測量學［M］.2版.武漢:武漢大學出版社，2013.

［3］張正祿.學習圣經(jīng)中關(guān)于測繪科學描述的體會［J］.甘露，2013(3):21-22.

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

［5］李青岳.工程測量學［M］.北京:測繪出版社，1984.

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

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

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

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

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

［11］黃全義，張正祿，巢佰崇，等.論測繪工程專業(yè)地面測量實習的改造［J］.測繪通報，2001(9):41-43.

［12］張正祿.工程測量學［M］.武漢:武漢大學出版社，2002.

［13］寧津生，陳俊勇，李德仁，等.測繪學概論［M］.武漢:武漢大學出版社，2004.

［14］張正祿，吳棟材，楊仁.精密工程測量［M］.北京:測繪出版社，1992.

［15］張正祿，黃全義，文鴻雁，等.工程的變形監(jiān)測分析和預報［M］.北京:測繪出版社，2007.

［16］張正祿.工程測量學的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢［J］.武漢測繪科技大學學報，1999(S0):35-38.

［17］張正祿.工程測量學的發(fā)展評述［J］.測繪通報，2000(1):11-14.

［18］張正祿.論工程測量學科的現(xiàn)狀和教材建設［J］.測繪通報，2002(6):61-63.

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

［20］張正祿.論工程測量學課程的教學改革［J］.測繪通報，2009(4):71-73.

［21］張正祿，范國慶，張松林，等.測量的廣義可靠性研究［J］.武漢大學學報:信息科學版，2012，37(5):577-581.