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教学内容

1. 结合本校的办学定位,人才培养目标和生源情况,说明课程在研究生培养方案中的定位与课程目标。

       课程的定位

       辽宁工程技术大学是一所具有六十四年办学历史的国家重点大学,1978年被国务院确定为全国首批88所重点院校之一,学校始终坚持把学校建设成为立足区域经济和地矿行业,以工为主,工、管、理、经、文、法、农等多学科协调发展,地矿类学科特色鲜明,重点学科优势突出,国际上有一定影响、国内一流的研究教学型大学的发展目标定位;坚持“以德养人、厚重人品”的育人理念;培养诚朴求是、博学笃行,具有国际视野和创新精神,实践能力强的应用创新型高级专门人才,是我们的人才培养目标,在2020年将学校建成在国际上有一定影响、国内一流的研究教学型大学是我们的奋斗目标。在研究生教育方面以重视综合素质和实践能力、创新能力的培养,突出多元化的培养模式,重视个性发展,以培养多类型、多规模的创新型拔尖人才为研究生教育的人才培养目标。

      根据学校对人才培养的定位,该课程的定位是通过对测绘新仪器、新技术、新方法的学习,应用力学、系统理论、控制论、非线性科学、信息学、智能科学等多学科理论,建立变形监测、变形分析、变形预报的知识体系,创新变形分析和预报的新方法,减少重大地质灾害、工程事故的出现。

      课程目标

       测绘学科与技术学科是学校拥有的五个一级学科之一,也是学校的优势特色学科,在2012年的国家一级学科评比中该学科位列全国第8名。变形分析与预报理论课程是根据大地测量学与测量工程专业研究生培养目标而设置的四门专业核心课程之一,也是必修课中的学位课,研究生都将从事工程建设中的测量工作,该课程以变形测绘技术的发展为依托,融合计算机科学、信息科学、力学、系统科学和非线性科学等多学科交叉,将工程变形监测、分析和预报有机结合,实现对工程建设监测设计、施工监测、运行监测等工程建设的整个过程的数据进行处理分析,建立变形体预报模型和预警机制,服务和保障了工程的安全生产的需要,为实现多学科应用创新,提高综合素质,提高工程实践能力,满足社会对高层次研究人才的需要为课程的目标,符合办学定位和人才培养的目标,也符合研究生从事科学研究和测量工程师职业的需要。课程目标是培养掌握最新测绘技术和变形分析与预报理论,能创新变形分析与预报方法,解决实际问题,培养高质量、满足社会对高层次研究人才的需要和具有创新能力的人才,把该课程打造成研究生的省级精品课程和示范课程。

2.知识模块顺序及对应的学时

      为了实现对课程的定位和课程目标,在学时分配上对变形分析与预报理论上安排了较多的学时,变形分析与预报理论课程共40学时(含4学时的实验),2个学分,知识模块如下:

1)绪论(学习的意义、主要内容、学习方法等) 2学时

2)变形监测分析与预报的基础理论(监测技术与方案设计、监测数据处理、资料分析及成果表达与解释、监测数据处理平差程序设计(实验))8学时

3)变形分析的系统科学理论(变形分析与预报系统论原理、变形体系统研究的动力学方法、变形体系统分析模型)  6学时

4)变形模型的拓扑约束识别(聚类分析相似性测度、变形模型的拓扑约束识别)  2学时

5)变形体的力学分析与变形驱动力反演(力学分析的有限元法、基于弹性力学的变形驱动力反演)  2学时

6)自适应的卡尔曼滤波变形分析模型(卡尔曼滤波基本模型及变形分析模型、应用模型)    2学时

7)时序分析和频谱变形分析法(时间序列分析法和频谱分析法理论) 2学时

8)人工智能变形分析预报方法(BP网络算法及改进、BP网络变形预报模型、神经网络专家系统变形预报系统) 4学时

9)小波理论及变形分析模型(小波理论、小波滤波去噪方法、小波多尺度变形分析模型、小波神经网络预测模型、基于MATLAB的变形预报模型程序设计(实验))  10学时

10)变形监测分析与预报的发展展望(监测技术、变形分析与预报、工程安全自动化智能监测系统等发展)  2学时

3.课程的重点、难点及解决办法分配。

      课程的重点

      课程的重点是掌握对各类变形监测数据的处理方法和理论模型,包括监测网的数据处理、监测数据的预处理、变形监测点的数据处理、变形体的变形模型分析等四大重点数据处理内容,变形监测数据包括监测网的周期性观测数据和各监测点上某个特定的形成时间序列的监测数据;变形分析包括静态、似静态点场分析,变形点的变形模型可用综合变形模型、运动模型和动力学模型,变形分析可按照几何学和物理学观点把变形分析分为几何分析和物理解释。总之,变形监测是基础,变形分析是手段,变形预报是目的,通过对变形监测数据处理方法和模型的学习,从而掌握变形分析和预报的全过程,实现工程建设和运营中测量工作的全掌握。

      课程的难点

      变形分析和预报的模型是课程的难点,包括模型理论、实用条件、计算过程、结果分析等,针对不同的变形体,采用哪一种变形分析模型,如何将几何分析与物理解释结合也是难点。由于本科生课程中对变形监测和数据处理的基本概念、基本理论有一些了解,研究生课程中重点讲述变形分析和预报模型,包括变形体系统分析模型、基于弹性力学的变形驱动力反演、卡尔曼滤波变形分析模型、时间序列分析法和频谱分析法、人工智能变形分析预报方法、小波理论及变形分析模型等6个重要的模型理论,加大课时量,对比较前沿的小波理论及变形分析模型授课学时达到10个学时,并通过工程实例数据分析加深对基本理论的理解。

     解决办法

(1)讲授时采用的科学通俗的语言,涉及的力学理论,系统理论等以前没有接触过,在接受上可能遇到一些困难,从理论大发现,到解决的问题用通俗的语言来讲解,学生能更好的接受。

(2)充分运用多媒体展示图片、实例等教学手段,将课程的重点和难点通过可视化手段,形象地给学生讲授,配合展示,加深理解。

(3)作好电子教案,把教学内容同样采取以上措施,并且加入比书本更丰富的一些必要内容,尽可能让学生理解本课程地基本概念和基本内容。

(4)多采用案例教学,针对工程问题来讲解,提高学生的接受能力。

(5)合理分配学时,对新理论,应用较多的理论和实例分配更多的学时。

4. 实践教学活动的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)

      实践教学活动主要设置了2个实验项目,分别是监测数据处理平差程序设计实验项目和基于MATLAB的变形预报模型程序设计项目,每个项目各2个学时。这个2个实验项目设计到课程中数据处理的重要2个环节,监测数据处理平差程序设计实验项目是对参考网、监测网的外业观测数据进行内业平差计算的一个重要环节,通过监测网平差和参考点稳定的检验才能得到可靠地变形监测点数据,为后面的几何分析和物理解释提供基础变形点变形数据;基于MATLAB的变形预报模型程序设计项目主要是利用MATLAB中卡尔曼滤波、时间序列、神经网络、专家系统、小波分析等工具箱,开发各类变形分析的程序和系统,对变形数据进行分析建模分析,提高对变形分析和预报结果的理解,加深对基本理论的认识,也利于提高编程能力和工程应用能力。

      总之,这2个实验项目体现了变形监测数据处理中最重要的2个部分,有利于提高学生的应用创新能力、编程能力和实践能力,同时,也能加深对基本理论的掌握和运用。实践表明,在实验中同学们发现了很多新的问题,激发同学们的思考和探索,通过具体数据结果的分析,也找到了成就感和学习的激情,对学习的内容也加深了理解和掌握,到达了理想的学习效果。

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