基于校园边坡监测实验室的创新能力培养模式研究

杨 斌 何国修 崔 杰 向贵府 宋怀庆

(1. 国家遥感中心绵阳科技城分部, 四川 绵阳 621010;2. 西南科技大学基建处, 四川 绵阳 621010 3. 西南科技大学 环境与资源学院, 四川 绵阳 621010)

0 引言

根据教育部和国务院学位委员会联合发布的《学位与研究生教育发展“十三五”规划》有关精神和要求,在新时期环境下要全面提高研究生教育质量。伴随着新时期国家“双一流”方案的实施和不断深入推进,地方高校如何利用学校现有教学资源和条件不断提升研究生创新实践能力,提升研究生工程实践能力已成为教育界思考的话题[1-2]。校园实验室的提出,就是在此背景下,依托于校园自身所具备的客观条件,为解决相关专业的基础科学问题、深度开展教学实践活动而设立的跨学科、多领域融合的学习与研究平台[3-4]。西南科技大学青义校区环龙山面涪江而建,校园环境属于典型的斜坡侵蚀地貌,近年来，随着学校工程建设的不断发展,对边坡扰动更为强烈,高切坡、高填方等类型边坡散布于校区,保障校园边坡安全与稳定性成为关系到学校的重大责任。

西南科技大学校园边坡监测实验室的建设是以西南科技大学校园范围内现有的各类建筑工程边坡为主要研究对象,安装校园边坡安全监测的软硬件设备,利用北斗、物联网技术为传输手段,采用地理信息系统(geographic information system,GIS)手段实现远程快速的信息获取与分析,为校园安全提供科学有效的第一手观测数据[5-6]。实验室建设过程中,其硬件和软件不仅能为工程建设与校园安全防护提供支撑,还可为相关专业研究生和本科生课程建设与创新实践能力提升发展提供校内便捷的教学平台。

1 校园边坡监测实验室的定位及价值

校园实验室是在新时期全新的教育理念指引下,利用学校建设与发展过程中的软硬件资源,梳理现有教学体系,提炼相关课程实践环节,依托校园内部条件为课程与专业建设提供支撑平台[7-8]。西南科技大学校园边坡监测实验室定位于解决学校建设发展过程中,由于边坡失稳导致地形形变加速,传统的观测手段和方法无法提供科学、准确的决策依据,通过安装地表位移监测墩、自动预警测缝计、测斜管、自动测斜仪及北斗定位等装置,构建“空-天-地”一体化的监测系统平台[9-10],该系统平台提供的硬件和软件为相关专业学生课程实践实习提供校内场所,从而达到校园资源利用效益最大化(图1)。

图1 校园边坡监测实验室建设原理方案图

校园边坡监测实验室建设分两个阶段,第一个阶段以硬件系统建设为主,重点建立边坡安全监测硬件设备与初步监测数据分析平台,实现对校园内部多个相关边坡逐步开展硬件设施建设;第二阶段通过物联网、北斗定位传输技术,实现远程网络端和手机端两种方式的在线访问,以图表方式展示,可通过地下水位、测斜仪观测数据、雨量计观测数据、位移加速度、水平散点分布图和空间坐标分布数据等进行定量分析,为校园安全保驾护航提供定量决策分析数据支撑。

校园边坡监测实验室建设第一个阶段的定位是为观测提供硬件条件支撑,也为实习实践提供符合要求的环境,其功能在校园内多个边坡观测点安装设备,并提供符合教学要求的设备[11];第二个阶段的定位是为观测提供远程自动访问条件,为实习实践结果验证提供参考借鉴,其功能是实现远程快速高效的访问通道[12],并为变形监测提供信息化渠道(表1)。

表1 校园边坡监测实验室建设情况表

西南科技大学校园边坡监测实验室建设选取了西南科技大学青义校区3处典型边坡监测点(编号为6207、6208、6209),如图2所示,分别实时监测学生公寓二期开挖建设过程边坡变形情况、科大花园教师公寓东北侧边坡位移情况和学生公寓一期建设后边坡稳定性情况。建设过程中,充分体现最新监测技术,将北斗、物联网传输、GIS数据分析以及深部位移监测等手段结合一体,即对工程建设过程中出现的问题能进行实时监测,也为相关工程类专业研究生创新实践能力提升提供了校内实践实习场所。

图2 校园边坡监测实验室建设原理方案图

2 校园实验室建设与创新培养模式间耦合关系

校园实验室建设过程中引入全方位教书育人和创新能力提升理念,从激发研究生专业兴趣、校内工程实践教学、系统建设与专业教学、大数据融合分析四个方面诠释校园实验室建设与研究生创新能力培养的关系[13-14]。

(1)激发专业兴趣：校园实验室建设以独特的理念,采用北斗等监测设备,在校园建设过程中以打造校园精品为目标,建设过程中势必引起学生广泛注意力,在应用过程中,将以实际案例为研究对象,工程建设服务为引领,在教学育人环节中提供全新、独特的架构,研究生能将实践实习成果反馈于校园环境建设与发展,从而激发研究生的兴趣和爱好。

(2)校内工程实践教学：校园实验室的建设将面向工程类专业学生开展边坡防治与监控技术教学,主要包括资源与环境类的地质工程、安全工程、土木工程、测绘工程专业学生参与变形监测和结构安全等方面的工程实践教学任务,后端的网络端和手机端,以及物联网和5G通信技术的应用,能将计算机专业、遥感科学与技术、通信工程等专业学生参与工程实践开发环节。

(3)系统建设与专业教学：校园实验室的建设初期由校园建设部门设计初衷和理念,并投入资金应用于发展建设过程中,建设投入后系统建设不仅能为工程监测提供实时科学有效第一手数据,还能将学院各专业实践教学环节列入课程教学体系中,为人才培养和专业建设提供新的模式[9]。

(4)大数据融合分析：伴随实验室投入运行,地表变形监测数据、深部位移观测数据、雨量数据及北斗定位加速度等一大批数据集中存储在校园服务器中,类型繁多、性质不同的数据构建了大数据应用平台,为学校开展数据集成开发应用提供实践条件。

从以上四个方面可得出,校园实验室建设资金投入效益高,创新模式独特新颖,工程应用价值大,专业实习实践教学范围广,纵向综合应用领域深,能适用于高水平大学未来的发展建设。

3 校园实验室与相关课程关系及作用

校园实验室建设阶段,需充分定位实验室未来工程应用功能,在此基础上,结合学校各学院专业特点,从专业发展定位出发,构建校园实践环境下的实习实践应用平台[15-16]。西南科技大学校园边坡监测实验室就是在此背景下,以西南科技大学基建处工程应用与建设发展为驱动,主要目标是利用地表位移监测、深部位移监测、雨量观测、北斗定位等仪器设备,在校园内选择3处典型边坡,构建1个基准站(编号6207)和2个观测站(编号6208和6209)的三角网架构,采用物联网和5G传输技术,实现远程实时数据观测模式,为校园安全保驾护航。

在建设过程中,充分听取环境与资源学院、土木与建筑工程学院相关专业教师在课程教学过程中所需要的实习实践平台环境,并结合其需求在监测设备周边安装教学使用的观测墩和深部传感器。结合校园边坡监测实验室建设过程中应用,以环境与资源学院为例,梳理资源与环境专业学位点下各专业方向相关课程实习实践环节在校园实验室建设过程中的关系和作用,如表2所示。

表2 校园实验室与资源环境专业各方向相关课程关系

通过上述分析,系统梳理环境与资源学院资源与环境专业学位点测绘工程、地质工程、地理信息科学、安全工程和环境工程5个专业方向的15个基础课程、17个专业课程中有关实习实践内容,并通过基础课程认知培养和专业课程实习实践培养模式如何作用于校园实验室应用和工程建设发展过程。由此可见,校园实验室在人才培养和教学育人方面还能达到一定的优势,避免学校重复建设,资源浪费。

4 结束语

校园实验室作为高等学校全新的建设理念,将工程建设与教书育人紧密结合在一起。实验室建设全过程均体现出文化育人的模式、专业育人的架构,校园实验室的投入不仅能实际应用于工程建设与发展,还能为专业建设、课程实习实践提供校内场所和平台。

西南科技大学校园边坡监测实验室选取校园内起伏多变的地形特点,以典型边坡作为研究对象,构建远程实时监测平台,该实验室的建设尝试将校园安全监测与环境与资源学院各相关专业课程实习实践相结合,打造出校园文化建设精品项目,并从基础课程和专业课程体系入手分析与校园实验室建设的相互关系,为新时期下全新的创新能力培养提供借鉴和参考。