謝小魁+周清+方武生+樊志軍

摘 要 三、四等水準(zhǔn)測量步驟嚴(yán)謹(jǐn)、數(shù)據(jù)繁多、計(jì)算復(fù)雜。為了使觀測過程形象化、具體化，提出測站圖示法，用模型表示前后視，用數(shù)字表示操作順序，用位置表示變量意義，用線型（原文為“顏色”）或上標(biāo)表示數(shù)據(jù)關(guān)系，因此把儀器操作、原始數(shù)據(jù)、檢核數(shù)據(jù)及記錄表格聯(lián)系起來。測站模型可做成教科書插圖、教學(xué)掛圖、交互動畫，便于教師講解和交互測驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 水準(zhǔn)測量；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)；測站圖示法

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）22-0147-03

Station Pictorial Method for Third and Fourth Order Leveling Teaching//XIE Xiaokui， ZHOU Qing， FANG Wusheng， FAN Zhijun

Abstract The third and fourth order leveling has strict theory basis and strong operational requirements. In order to make the measure procedures more visual and concrete， a station pictorial model was presented. Simple models were used to denote foresight and back sight， digitals were adopted to show the observation and calculation sequence and the locations of these numbers could indicate the signi-

ficances and the concepts of the measuring and calculating variables， line types or superscript represented the mathematical relationship of these data. So the pictorial model can link measure steps， original measure variable， checking data and recording table. The pictorial model can be made into a textbook illustration， teaching charts and interaction animation which is easy for teaching and interactive training.

Key words leveling； teaching reform； practical teaching； station pictorial method

1 引言

三、四等水準(zhǔn)測量直接提供地形測圖和各種工程建設(shè)所需的高程控制點(diǎn)[1]，是測量學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容之一。但是觀測量多、操作煩瑣、計(jì)算量大、精度要求高，如野外觀測時(shí)有8個(gè)觀測值、10個(gè)現(xiàn)場計(jì)算值，其中有7個(gè)值需要進(jìn)行限差檢核，以至于學(xué)生難以理解和記憶。而且水準(zhǔn)測量一般是第一次測量實(shí)訓(xùn)課，對于沒有測量儀器操作和平差計(jì)算經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生而言，其內(nèi)容非常抽象。經(jīng)過理論講解和實(shí)驗(yàn)演示后，學(xué)生在動手初次操作儀器時(shí)，往往理不清頭緒，不明白當(dāng)前的操作步驟，導(dǎo)致出現(xiàn)“測量員邊觀測邊問記錄員，記錄員邊記錄邊翻書”的情況，影響了教學(xué)效果和測量效率。一些非測繪專業(yè)的學(xué)生，如農(nóng)業(yè)資源、草業(yè)等專業(yè)，即使有一次水準(zhǔn)測量實(shí)驗(yàn)，但經(jīng)過若干年后，基本難以記清水準(zhǔn)測量的操作步驟。

采取相關(guān)技術(shù)，如利用智能移動設(shè)備輔助數(shù)據(jù)記錄和限差檢核[2-3]，開發(fā)內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)[4]，可以提高測量效率，是實(shí)際工程實(shí)踐的重要技術(shù)手段。但如何提高學(xué)生對水準(zhǔn)測量的直觀認(rèn)識，深化對水準(zhǔn)測量基本原理的理解，增強(qiáng)教學(xué)效果，是水準(zhǔn)測量實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要思考的問題[5]。本文提出利用測站圖示模型用以輔助三、四等水準(zhǔn)測量教學(xué)。本圖示模型利用直觀的線型（原文為“圖示顏色”）和符號表示觀測量的意義和順序以及數(shù)據(jù)間的關(guān)系，可以形象表示水準(zhǔn)測量的觀測、計(jì)算和校核順序、過程和結(jié)果，形象地演示實(shí)際的測量工作，提高對水準(zhǔn)測量本質(zhì)的理解，從而加深記憶。

2 傳統(tǒng)三、四等水準(zhǔn)測量教學(xué)

傳統(tǒng)測量學(xué)實(shí)習(xí)教程[6]和教材[7]對三、四等水準(zhǔn)測量都采用文字描述：一般采取雙面尺法進(jìn)行觀測。在前視點(diǎn)和后視點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺分別用黑面和紅面各進(jìn)行一次讀數(shù)，測得兩次高差，相互進(jìn)行檢核。根據(jù)《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》[1]，三等水準(zhǔn)測量一個(gè)測站照準(zhǔn)標(biāo)尺分劃順序?yàn)楹笄扒昂螅ɑ蛘吆诤诩t紅）；四等水準(zhǔn)測量一個(gè)測站照準(zhǔn)標(biāo)尺分劃順序?yàn)楹蠛笄扒埃ɑ蛘吆诩t黑紅）。

三等水準(zhǔn)測量具體觀測步驟：1）后視標(biāo)尺黑面（基本分劃）；2）前視標(biāo)尺黑面（基本分劃）；3）前視標(biāo)尺紅面（輔助分劃）；4）后視標(biāo)尺紅面（輔助分劃）。

四等水準(zhǔn)測量具體觀測步驟：1）后視標(biāo)尺黑面（基本分劃）；2）后視標(biāo)尺紅面（輔助分劃）；3）前視標(biāo)尺黑面（基本分劃）；4）前視標(biāo)尺紅面（輔助分劃）。

可以看出，三、四等水準(zhǔn)測量步驟非常嚴(yán)格，其記錄表格也非常復(fù)雜，難以讓初次接觸測量學(xué)的學(xué)生產(chǎn)生深刻印象，容易導(dǎo)致學(xué)生死記硬背的情況！如何用模型或圖示，形象具體再現(xiàn)水準(zhǔn)測量的操作過程，使學(xué)生產(chǎn)生一種動畫感和全局觀？

3 三、四等水準(zhǔn)測量圖示教學(xué)

測站圖示模型 三、四等水準(zhǔn)測量每測站有8個(gè)原始觀測數(shù)據(jù)，10個(gè)現(xiàn)場計(jì)算數(shù)據(jù)，代表了一個(gè)測站的計(jì)算與檢核。在某些印刷出品中，不方便使用彩色插圖。本文用簡單的模型形象地表示水準(zhǔn)儀、后視尺和前視尺。用三腳架表示水準(zhǔn)儀；用不同線型的豎直線段表示水準(zhǔn)尺，、

區(qū)分水準(zhǔn)尺的黑面和紅面（原文為“用帶顏色的豎直線段表示水準(zhǔn)尺，黑紅顏色區(qū)分水準(zhǔn)尺的黑面和紅面”）；用數(shù)字所在位置表示觀測數(shù)據(jù)的意義，數(shù)字大小表示觀測順序。以三等水準(zhǔn)測量觀測方法為例，一個(gè)測站的觀測可用圖1.a來表示。

圖中數(shù)字的序號表示野外測量中觀測/計(jì)算的序號，在水準(zhǔn)測量時(shí)應(yīng)依照所標(biāo)序號進(jìn)行觀測、記錄和計(jì)算。線型（原文為“顏色”）表示數(shù)據(jù)間的關(guān)系，（原文為“黑色”）數(shù)據(jù)表示為原始數(shù)據(jù)，（原文為“紅色”）數(shù)據(jù)表示當(dāng)前數(shù)據(jù)是經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)“相減”而得到，（原文為“綠色”）數(shù)據(jù)表示當(dāng)前數(shù)據(jù)是經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)“相加”而得到，（原文為“黃色”）數(shù)據(jù)表示當(dāng)前數(shù)據(jù)是經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)“平均”而得到。

還可以使用另外一種符號來表示數(shù)據(jù)間的算術(shù)關(guān)系。在這里，對于數(shù)字i，如果是由相關(guān)數(shù)據(jù)相減得到，則用表示；如果是由相關(guān)數(shù)據(jù)相加得到，則用表示；如果是由相關(guān)數(shù)據(jù)取平均得到，則用表示。綜合使用線型（原文為“顏色”）和上標(biāo)，設(shè)計(jì)出圖1.b的測站圖示法。當(dāng)只用黑白色打印時(shí)，依然可以表示相關(guān)測量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

在安置儀器和水準(zhǔn)尺，粗平、瞄準(zhǔn)、精平后，依照圖1的順序進(jìn)行觀測即可。得到1～8共8個(gè)原始觀測數(shù)據(jù)后，接著按照圖示符號，計(jì)算9～18，進(jìn)行測站計(jì)算和檢核。

記錄表格 傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量記錄表格用數(shù)字表示觀測順序，對指導(dǎo)測量過程有較大的幫助，適合于專業(yè)測量人員。但對于初次接觸水準(zhǔn)測量人呀和非專業(yè)人員而言，數(shù)據(jù)間的關(guān)系依然不夠直觀。用線型（原文為“顏色”）或上標(biāo)表示數(shù)據(jù)間的關(guān)系，設(shè)計(jì)表1.a和表1.b，可以清晰地完成數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算，有效減少記錄員對數(shù)據(jù)意義的思考時(shí)間。

4 結(jié)論與討論

針對三、四等水準(zhǔn)測量理論嚴(yán)密、操作嚴(yán)格、難學(xué)難記的問題，本文提出利用測站圖示模型來表示三、四等水準(zhǔn)測量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方法。通過使用簡單模型、數(shù)字、線型（原文為“顏色”）和上標(biāo)等常用符號表示水準(zhǔn)測量中的各要素，形象直觀，易懂易記，使學(xué)生更加容易掌握觀測量和計(jì)算量之間的內(nèi)在聯(lián)系，非常適合學(xué)校教學(xué)和社會培訓(xùn)。經(jīng)過5年的測量教學(xué)實(shí)踐表明，此模型圖示可以顯著加深學(xué)生的記憶，也便于教師對內(nèi)容進(jìn)行講解。

目前，普通測量學(xué)的教科書中有不少儀器的黑白照片，但基本沒有操作過程的示意圖和模型。對于水準(zhǔn)測量的具體實(shí)施過程，主要依靠文字描述，不便于學(xué)生理解、記憶，更不利于社會培訓(xùn)和自學(xué)。本文建議在教科書中增加測量過程的彩色模型圖示，用來表示每一個(gè)原始觀測數(shù)據(jù)、計(jì)算檢核數(shù)據(jù)的意義和處理順序，改變過去測量學(xué)教科書生硬單調(diào)的狀況。測量教學(xué)一般分為理論講授、實(shí)驗(yàn)操作2個(gè)環(huán)節(jié)：理論講授一般在多媒體教室采用幻燈片進(jìn)行，可以把本文提出的模型做成動畫，直觀演示測量過程；而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以把該模型做成大幅彩色掛圖進(jìn)行講解，然后輔以實(shí)際演示。

參考文獻(xiàn)

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