使用Excel在测量专业教学中培养学生计算能力

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  高职专业注重实践技能的培养。测量人员的专业技能可概括为测、算、绘三项基本技能。这三项技能都必须经过严格的实践操作训练才能熟练掌握, 反复练习是掌握测、绘两种技能的唯一途径,而对于算的一技能,简单的反复并不适宜,这就要求在培养高职测量专业算的技能时应注意教学方式的多样化。
  传统的课堂教学是学生掌握基本知识、基本理论的基础,如若教学至仅仅停留于此,则学生对知识的理解也只限于此,至于这些理论知识在实际采集得到的大量数据中如何使用,学生由于缺少演算的工具,无法实现计算,从而也就无法验证是否真正掌握了所学知识,甚至理解完全错误也不一定知道,更不要说具有活学活用的创新能力。
  Excel具有强大的数据处理能力,是解决这一问题的好工具,由于它具有直观性,便于前台操作、修改,透明度高且易于掌握;另外Excel作为Windows操作系统的常用应用软件,在任何一台装有Windows操作系统的电脑上都可以进行计算,不需要安装专门的软件环境,同时也省去了学校在软件购买、开发、使用和维护时财力、精力的投入。
  按照测量专业的教学内容的先后顺序以及先简后难的原则,在教学中,Excel可以在以下方面辅助课堂教学完成对学生计算能力的培养。
  
  一、Excel用于水准测量计算
  
  在学习了三四等水准测量后,根据测量仪器的使用过程以及观测顺序“黑黑红红”、“后前前后”及计算步骤如:前后视距差、黑面高差、红面高差、“K + 黑减红”、高差中数等,在学生全面了解所学知识后,引导学生自行在Excel中设计水准测量计算表格,包括:输入项目文字如“水准控制测量计算模块”、“测站编号”、“点号”、“方向及尺号”、“标尺读数”“K + 黑减红”、“高差中数”、“高程”、“备注”、“黑面”、“红面”。再完成合并单元格:先选定一定的单元格合并,为标题留出足够的空间,再选点击菜单中的“格式”选“单元格”,点击其下的“对齐”选项,选“居中”;在“文本控制”栏中分别勾选“自动换行”、“合并单元格”,点“确定”即可完成其它所需要合并过程,进而完成整个表头合并制作。计算时只要计算第一个测站,若用Excel与手算一致,则利用Excel填充柄的功能完成其它测站的计算,对于更多测站只需粘贴、复制、修改第一个测站的表格就可完成计算。
  通过Excel计算水准测量数据,能够使抽象的知识在传统的表格形式中具体起来,强化了学生的理解,巩固了所学知识,帮助学生圆满完成学习任务。更为重要的是当学生“小试牛刀”且初见成效后,不但增强了学习兴趣,也对自己学好本专业增加了信心,期待着后续章节的学习。
  
  二、Excel用于方位角计算
  
  利用Excel计算水准测量数据时,学生只是采用常规的加减运算,对能力的培养还处于“拿来”的层次,在学习完方位角的概念及取值范围后,可对学生作较高层次的训练,要求学生能够自己去掌握Excel中判断语句的使用,完成正反方位角的运算,由于Excel没有角度单位的设置,而实际工作中又有很多角度单位转换的问题,因此要求学生首先将“度、分、秒”为单位的角度转换成“度”为单位的角度,再將“度”为单位的角度转换成“弧度”为单位的角度,其次是将“弧度”为单位的角度转换成“度”为单位的角度,最后将“度”为单位的角度转换为“度、分、秒”为单位的角度。
  在这个学习过程中学生利用Excel内置函数,根据自己的理解,通过分析度、分、秒之间的关系,使用Excel的内置函数将各种关系表达出来并且用于计算。如果说在水准测量中,学生对Excel的使用只是吸收、利用,那么在对方位角的计算中,学生则是将自己的思路通过Excel实现出来,不但使繁琐的计算有趣起来,而且进一步激发学生学习的主动性、积极性和创新性。
  
  三、 Excel用于简易平差计算
  
  有了以上实践的积累,在学习了闭合导线的计算步骤之后,可以要求学生对闭合导线做平差计算,这里学生不但要综合应用许多的内置函数如求和、正、余弦等,而且,由于计算过程的较复杂,学生首先要计算角度闭合差在计算角度限差,若闭合差在限差之内,则对角度进行误差分配,分配时只要对一个角作计算即可,其余的也是依靠填充柄拖拉进行批处理,依次可完成导线方位角计算,坐标增量计算,最后得到各控制点坐标值。
  使用Excel计算闭合导线是一个系统工作,教师要全面辅导,及时解决学生计算及思路方面的问题。完成上述任务后,通过比较闭合导线与附合导线的异同,还可引导学生完成附合导线的平差计算,由于闭合导线是附合导线的特殊形式,因此,只要将角度闭合差的计算公式稍加改正便可完成。
  同样,学生也可以顺利地完成三角网平差、后方交会等控制测量问题。
  
  四、Excel用于测量实习
  
  在随后的实习过程中,学生可以根据实际问题随时调用自己所编的各种程序完成计算任务,做到随测随算,也就不会发生为算数据抢上机,从而保证了实习进度也提高了实习成果质量,而对于学校来说,也可以减少以往为解决学生集中到机房算数据的额外投入。
  
  五、Excel用于测量平差计算
  
  测量平差课对学生实践能力的培养是让学生掌握用计算器手工平差各种控制网的能力。课程建设中,对学生实践能力的培养, 既包括让学生掌握用计算器手工平差计算的能力, 又包括要求学生掌握简单平差程序的编程能力和应用控制网平差软件进行平差的应用能力。对于高职学生来说,平差过程计算量很大而且复杂, 如要求所有作业都用手工计算出结果。对于初涉此课程的学生来说,利用计算器进行手工计算的速度相当慢, 势必会将大量宝贵的时间都花在了计算工作中, 而且是重复的计算, 显然其效率是相当低的。 而且学生在学习过程中, 对这种繁琐的计算也感到枯燥无味,对高职学生来说想编写大量复杂的矩阵计算,也不是一件很容易的事情,无形中会增加学生的学习难度。同时,若花费大量的时间进行程序设计,必然会影响到测量平差课程内容的理解和掌握,往往会适得其反,不利于该课程学习。
  由于Excel具有矩阵计算功能,可编写严密平差程序时组成与解算法方程,能满足测量专业学生学习测量平差课程的计算需求,前已说过Excel统计计算数据可以使用表列输入,能对已输入的统计数据进行编辑,便于学生前台编辑,因此在教学中要求学生选择一个具体的控制网(给出必需的起算数据和观测值) ,按间接平差法使用Excel在计算机上完成权阵的建立、误差方程和法方程的建立, 求解参数平差值及其方差阵, 求解观测值平差值及其方差阵, 求解待定点的点位中误差, 并绘制它们的误差椭圆, 评定一些边长和方位角的精度,并以图表的形式提交成果。经过一个具体完整的平差计算过程, 学生可以深刻地掌握平差原理、平差过程、平差结果、成果分析等整个环节。这就为课堂教学节约了大量的时间,达到事半功倍的效果。
  
  六、在工程测量中的使用
  
  在工程测量中,学生不但可以轻而易举地完成上述计算,还可以娴熟地使用Excel实现工程测量道路定线中曲线要素和主点信息的计算功能,以及对建筑物沉降的观测值进行水准基点的稳定性分析以及回归分析等计算问题。
  可见,在教学使用Excel电子表格来计算测量数据,可以保证学生对基本知识理论的掌握,经过由实践、认识、再实践、再认识的学习升华过程,使得原本显得凌乱的知识在学生的思考中系统化,有利于学生对知识的吸收,强化了学生对基本知识的掌握。学生在使用时感到非常轻松、灵活,方便,锻炼了学生计算的实践能力、创新能力。
  事实证明,在教学中使用Excel的确可以激发学生学习的主动性、积极性和创新性,并取得了较好的教学效果。而且很多施工单位也是普遍使用Excel处理数据,这就为学生面向市场、服务社会做足了准备。同时,在使用Excel过程中,多次的使用过程无疑为学生娴熟地使用办公自动化软件创造了良好条件,无形中增强了学生将来就业的竞争力、增强了就业渠道,可见在测量教学中广泛使用Excel值得推广。
  
  参考文献:
  [1] 张继荣. Excel在测量计算中的应用.石家庄铁路工程职业技术学院学报, 2003,2(4):38-39.
  [2] 王梦波. 浅谈Excel 软件在公路工程测量数据处理中的应用.广东科技,2006,(162):97-98.
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