基于融合学科与技术前沿的本科生现代监控量测新技术课程建设

赵璐 袁永博 许福友 杜海 任亮

摘  要：新时代卓越工程师计划与新工科建设客观上需要根据学科发展及国家经济社会发展需求，不断完善和优化课程体系建设，以加强学生创新实践能力的培养。大连理工大学土木工程专业聚焦新时期发展理念，不断加强教学改革，优化实验教学体系，汇聚优势学科资源，依托面向卓越工程师培养的工程实践（土木）及创新平台建设项目，在国内非测绘类专业率先开设了现代监控量测新技术课程，取得了良好的教学效果，在国内同类高校专业具有重要的推广价值。

关键词：工程监测  本科生课程  学科交叉  课程建设

中图分类号：O43-4                            文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0183-03

Abstract： The outstanding engineer program in the new era and new engineering discipline construction objectively need to continuously improve and optimize the curriculum system construction according to the development of disciplines and the needs of national economic and social development， so as to achieve the purpose of strengthening the cultivation of students' innovative practical ability. The civil engineering specialty of Dalian University of Technology focuses on the development philosophy of the new era， continuously strengthens the reform of teaching， optimizes the system of experimental teaching， and gathers resources from superior disciplines， and relying on engineering practice （civil engineering） and innovation platform construction project for excellent engineers. Dalian University of Technology has taken the lead in setting up modern monitoring and measurement technology courses in non-surveying and mapping majors in China， and achieved good teaching results. it has important promotion value in similar domestic colleges.

Key Words： Engineering monitoring; Undergraduate course; Interdisciplinary; Curriculum construction

2010年，國家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目——“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）[1-3]，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年，教育部积极推进实施新工科建设[4]，构建了新工科专业新结构，更新工程人才知识体系，创新工程教育方式与手段，探索新工科自主发展、自我激励机制。相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。新工科建设基于现有工程教育改革成果，转变观念，调整思路，拓展改革内涵;从适应产业需求转变为引领未来发展与满足产业需求并重，加强多学科的交叉融合;将教育改革提升到国家战略的高度[5]。随着新工科研究与实践项目的发布，新工科建设正在引领高等工程教育的深刻变革[6]。“新工科”建设应探索多学科交叉融合的人才培养模式，包括开设跨学科课程，组建跨学科教学团队、跨学科项目平台，推进跨学科合作学习[7]。土木工程专业是传统的工科专业，最应该根据新理念进行学科融合与交叉，加强适合新时代发展的课程建设。

1  课程建设思路

我国已经成为名副其实的工程教育大国。然而，大而不强、多而不精，工程教育普遍缺乏创新性和实践性。工程一线领军人才十分稀缺，已经成为制约我国新型工业化进程的关键因素。截止到2010年，开设工科专业的本科高校已达1000多所，占本科高校总数的90%，在校本科生达到371万人、研究生47万人，全国的工程科技人员总保有量超过1400多万。实践环节难以达到预期效果，专业教育与经济建设和学科发展脱节，学生创新能力薄弱。亟需解决以下问题：（1）行业企业深度参与本科教学培养过程;（2）学校按照通用标准和行业标准培养工程人才;（3）强化培养学生的工程能力和创新能力。

大连理工大学土木水利实验教学中心平台建设和实验教学内容建设均达到国内领先水平。中心支撑的土木工程、水利水电工程、港口航道与海岸工程专业均为国家特色专业和卓越工程师计划试点专业。2013年开始启动“面向卓越工程师培养的工程实践（土木）及创新平台建设项目”，项目旨在为卓越工程师培养过程中工程实践知识的积累和创新素质的养成搭建平台。在“工程实践教育中心”建设和实践教学改革的实践平台建设过程中，力争达到国内一流;在国内相关专业实践教学体系建设中，起到引领和示范作用。

“现代监控量测新技术”课程自2013年开始筹备，获得了大连理工大学实验室重点建设项目、土木水利学科经费、土木工程专业建设经费的支持，依托面向卓越工程师培养的工程实践（土木）及创新平台的建设，购置了支撑本门课程实验部分的先进仪器设备，多位专家教授研讨设立了《现代监控量测新技术》课程的教学大纲及实验教学大纲。2016年正式面向全学部本科生开设，面向土木类、水利类等专业大学三年级学生。负责本课程的教授团队共5人，其中教授2人，副教授、高级工程师、工程师各1人，合作编写课程相关讲义与课件。本课程现已开设四年。

2  课程建设内容和效果

2.1 课程目标

本课程是土木类和水利类专业的选修课，理论与实践共计20学时。课程目标是使学生通过学习认识测量先进仪器的原理与应用，了解桥梁抗风研究意义及主要技术手段，熟悉PIV测试技术原理、系统搭建以及实验应用技巧，掌握结构健康监测的基本概念及结构健康监测的常用传感器和测量技术。通过课程的各教学环节，培养学生的分析问题、解决问题的能力。要求学生了解现代土木工程监测与检测的最新发展，并培养学生具有挑战非接触测量新技术的兴趣。

2.2 教学内容

本课程主要包括了4个方向的主要内容：了解现代先进测量技术的发展，学习3D激光扫描仪、非接触式应变位移测量仪、测量机器人及GPS的原理与使用方法;了解桥梁风毁事故、桥梁风研究，掌握大跨度桥梁抗风研究的内容及过程;了解粒子图像测试技术在摄影测量中的应用特点，掌握PIV系统的基本搭建技巧;了解结构健康监测基本概念以及基本的虚拟仪器编程技巧，掌握多类传感器数据同步采集仪的使用方法。

2.3 教学过程

本课程的教学环节主要包括：课堂讲授、学生自学、实际操作、问题答疑、期末测验。通过本课程的各教学环节，培养学生的分析问题解决问题的能力。本课程涉及到3D激光扫描仪、非接触式应变位移测量仪、测量机器人、高频测力天平、三维脉动风速测速仪、PIV激光流场测速系统以及光纤光栅传感器等先进的仪器设备。教学过程是先理论后实践，各方向教师从理论知识传授到实践分组操作亲自指导，让学生动手实践掌握先进仪器的使用方法。使学生了解现代工程监测技术的最新发展，掌握目前最新的量测技术和监控手段。

2.4 学生反馈

“现代监控量测新技术”课程开设4年来，得到了大量来自学生的意见反馈。大部分学生通过课程的学习，了解到了现代工程监测设备与方法，使用了专业课程里未涉及到的先进仪器，他们通过理论知识的学习，并亲自动手操作实验仪器设备，完成先进量测设备、桥梁抗风、PIV编程以及结构健康监测各方向使用到的仪器实验，更加深入地了解到了先进的仪器设备及其在实际工程监测中的作用。培养了学生动手能力及理论实践相结合的能力。另外，在学习过程中，尤其是实验操作过程中，学生也提出了不少宝贵的建议。例如由于实验设备台套数限制，每次实验耗时较长，可以根据学生自身空闲时间灵活机动选择时间。

3  教学特色

国内本科课程首次融合测绘工程、桥梁工程、数字图像处理、结构工程四个学科方向内容，教师团队师资力量雄厚，集工程管理专业、测绘工程专业、地理信息系统专业、防灾减灾工程与防护工程专业、结构工程专业、信号与信息处理专业、桥梁与隧道工程专业等方向教师于一体，为本科生进行工程监测前沿学科讲解与实验指导。师资团队与实验仪器配备均达到国内领先水平。

通过各专业融合、跨学科交叉达到为共同目标解决问题，更好地解决了结构工程监测的问题，扩大了学生的知识层面与眼界，同时也增强了教师之间的合作与交流。激发了教师与学生的积极性、创造力与活力;本门课程的设立与开展能够使不同学科间更好地融合促进，进而生成更多新的研究与教育增长点。

4  结语

借助3D激光扫描仪、测量机器人、PIV激光流场测速系统、三维脉动风速测速仪以及光纤光栅传感器等先进的仪器设备，对结构开展非接触测量、健康监测等，使学生了解现代工程监测技术的最新发展，掌握目前最新的量测技术和监控手段，并培养学生的动手能力和运用现代检测设备和方法解决实际工程问题的能力，是现代监控量测新技术课程建设的基础与目的，建设优质的本科生课程，让学生获得更多的学科交叉知识与实际解决问题的能力。

参考文献

[1] 教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[Z].2010.

[2] 教育部.国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）[Z].2010.

[3] 教育部.教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].2011.

[4] 教育部.关于开展新工科研究与实践的通知[Z].2017.

[5] 黄英，李保国，雷菁，等.新工科的专业核心能力探索及课程体系构建[J].大学教育，2020（5）：20-22.

[6] 郝莉，馮晓云，宋爱玲，等.新工科背景下跨学科课程建设的思考与实践[J].高等工程教育研究，2020（2）：31-40.

[7] 吴爱华，杨秋波，郝杰.以“新工科”建设引领高等教育创新变革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7，61.

[8] 尹毅，李思琦.以“新工科”建设引领高等工程教育创新与变革[J].高等建筑教育，2019，28（4）：1-6.