測繪工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究

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摘要:文章以大數(shù)據(jù)、人工智能、新工科等國家重大戰(zhàn)略建設(shè)為背景，闡述了我國高等院校工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。以華南農(nóng)業(yè)大學(xué)測繪工程專業(yè)為例，提出了在新工科背景下測繪工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)從課程優(yōu)化、內(nèi)容改革、理念轉(zhuǎn)變、成績評價(jià)體系等方面進(jìn)行改革，闡述了具體改革措施和方法。

關(guān)鍵詞:新工科；測繪工程；實(shí)踐教學(xué)；改革探索

0前言

工業(yè)是立國之本，新工科建設(shè)是國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要舉措。[1]以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革浪潮奔騰而至，高等教育教學(xué)改革面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。[2，3]測繪工程專業(yè)是一門專業(yè)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，主要研究空間位置、電子信息、激光探測、慣性導(dǎo)航等科學(xué)的基本理論與應(yīng)用技術(shù)，具有創(chuàng)新性和實(shí)踐性兩大鮮明的特色。[4]主要培養(yǎng)掌握測繪前沿技術(shù)，富有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力；能運(yùn)用所掌握的測繪、地理信息工程、資源開發(fā)與管理等專業(yè)知識(shí)和技能，從事測繪工程技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、開發(fā)、研究、教學(xué)及管理等方面的應(yīng)用型人才。[5]在新工科背景下，傳統(tǒng)的測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)不僅要面對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級(jí)導(dǎo)致的就業(yè)壓力，也要面對新技術(shù)、新方法、新理念等方面的挑戰(zhàn)。本文以華南農(nóng)業(yè)大學(xué)測繪工程專業(yè)為研究對象，就新工科背景下測繪工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析探討，提出幾點(diǎn)建議與思考。

1實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題

目前，測繪工程專業(yè)的課程設(shè)置主要由專業(yè)基礎(chǔ)課以及特定方向的專業(yè)課組成，其課程類型包括理論課程和實(shí)踐課程，其中實(shí)踐課程是基于理論課程開設(shè)的，理論教學(xué)比重遠(yuǎn)高于實(shí)踐教學(xué)，在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，老師已提前將實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料以及實(shí)驗(yàn)方法步驟等準(zhǔn)備好，學(xué)生的任務(wù)主要按照實(shí)驗(yàn)操作步驟流程完成一系列驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即只需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的原理、操作步驟來驗(yàn)證某些技術(shù)方案或性能指標(biāo)，往往其實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)是確定的。針對一些設(shè)計(jì)性實(shí)踐項(xiàng)目，由于設(shè)計(jì)命題單一，經(jīng)常出現(xiàn)同組、同班進(jìn)行數(shù)據(jù)、方案復(fù)制粘貼，雷同嚴(yán)重。學(xué)生在這種實(shí)踐教學(xué)模式下進(jìn)行學(xué)習(xí)，僅僅是訓(xùn)練了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，對其發(fā)散思維和創(chuàng)新性想法造成了很大的限制，不利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，由此導(dǎo)致培育出來的絕大部分學(xué)生缺乏有效解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。

1.1新工科發(fā)展對實(shí)踐教學(xué)的挑戰(zhàn)

適應(yīng)快速變化的外部環(huán)境是當(dāng)前我國工程高等教育改革發(fā)展的特點(diǎn)，以“人工智能”“5G應(yīng)用”“大數(shù)據(jù)”等新興技術(shù)對傳統(tǒng)工科教育提出更高的要求。[6]測繪工程專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的課堂驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課程的設(shè)計(jì)性試驗(yàn)及綜合性實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容和方法相對于新興技術(shù)新工科的迅速發(fā)展則顯得滯后。例如，在學(xué)生進(jìn)行使用全站儀或RTK進(jìn)行數(shù)字化測圖的時(shí)候，通常會(huì)采用野外草圖法進(jìn)行現(xiàn)場繪制地形草圖，指導(dǎo)老師一般會(huì)根據(jù)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書的內(nèi)容來重點(diǎn)講解如何在一張白圖紙上繪制地形地物的大致位置和記錄儀器所測的地形地物位置的點(diǎn)號(hào)和名稱，這屬于常規(guī)的教學(xué)方法，而容易忽視了當(dāng)今的大數(shù)據(jù)和智能手機(jī)的使用。在實(shí)際應(yīng)用過程中，隨著高分辨率遙感衛(wèi)星的使用越來越多，高分辨的影像圖使用越來越廣泛，許多同學(xué)可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接把高分辨率的影像下載作為地形圖草圖，省去了現(xiàn)場繪制的煩惱；有點(diǎn)同學(xué)通過開發(fā)插件直接在手機(jī)的地圖標(biāo)記草圖位置，這些技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了外業(yè)測量的速度。

1.2人才培養(yǎng)與社會(huì)需求的變化

測繪工程專業(yè)主要培養(yǎng)掌握測繪前沿技術(shù)，富有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力；能運(yùn)用所掌握的測繪、地理信息工程、資源開發(fā)與管理等專業(yè)知識(shí)和技能，從事測繪工程技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、開發(fā)、研究、教學(xué)及管理等方面的應(yīng)用型人才。[5]測繪人才涉及的行業(yè)多，建筑、交通、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城市規(guī)劃、國防建設(shè)等，為我國的工業(yè)發(fā)展、基礎(chǔ)建設(shè)培養(yǎng)了大批高素質(zhì)人才。近年來，隨著無人機(jī)、三維激光掃描儀、激光雷達(dá)等在測繪行業(yè)中的使用，測繪行業(yè)發(fā)生了顛覆性的變化，傳統(tǒng)測繪中大量的外業(yè)工作被機(jī)器替代了。用人單位的人員需求由原先需要大量的外業(yè)人員變成需要大量的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理人員和行業(yè)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)人員,復(fù)合型人才是社會(huì)需求的共性。

1.3創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)理念的變化

“產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求需要專業(yè)的配套建設(shè)”這種理念構(gòu)建在高等教育改革中的不斷滲透，“應(yīng)技術(shù)發(fā)展改革教學(xué)內(nèi)容”的新工程人才知識(shí)體系更新勢在必行。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)作為連接理論與應(yīng)用的橋梁紐帶，是培養(yǎng)創(chuàng)新工程能力人才的切入點(diǎn)。[6,7]只有將測繪工程、測繪地理信息產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、最新技術(shù)以及測繪行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新需求引入測繪工程實(shí)踐教學(xué)的過程中，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，才能真正打通實(shí)踐教學(xué)的“最后一公里”。

2實(shí)踐教學(xué)課程的改革與探索

2.1構(gòu)建多元化培養(yǎng)方向，優(yōu)化課程體系

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，要實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)多元化人才的方向，實(shí)踐教學(xué)必須以開發(fā)性設(shè)計(jì)和綜合性實(shí)踐為主，可參照學(xué)生團(tuán)隊(duì)或?qū)嶒?yàn)小組討論為主、老師指導(dǎo)為輔的形式拓展、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。重視實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新性的要求，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績的評定標(biāo)準(zhǔn)不再是只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是更多地以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的新穎性以及實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新性作為成績評定的主要標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生查閱大量文獻(xiàn)，了解最新的資訊技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)線路，讓學(xué)生自主申請所需實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利用實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備，完成實(shí)驗(yàn)方案內(nèi)容。在此過程中，學(xué)生有更多獨(dú)立思考的時(shí)間，有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的能力，從而加深對所學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，有效加強(qiáng)其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。近年來為了完善實(shí)踐教學(xué)的體系，已多次修改了測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，新編了一些新技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)習(xí)指導(dǎo)書，如傾斜攝影測量、三維立體測圖、無人機(jī)影像三維建模等；針對這些實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，建立相應(yīng)的實(shí)踐訓(xùn)練場地，如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)訓(xùn)場、建筑物沉降模擬實(shí)訓(xùn)場、低空無人機(jī)航測實(shí)訓(xùn)場等。另外，加強(qiáng)與校外企業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)共享廣州市地鐵6號(hào)線某區(qū)段全站儀機(jī)器人自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)。這些舉措既優(yōu)化了課程內(nèi)容，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和拓寬了學(xué)生的視野。

2.2結(jié)合行業(yè)需求，調(diào)整實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)充分研究行業(yè)發(fā)展的最新技術(shù)動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢，把人才培養(yǎng)的需求和特點(diǎn)作為考慮的依據(jù)和前提。[8]針對實(shí)踐教學(xué)課時(shí)大多數(shù)存在于理論課時(shí)中，且其學(xué)時(shí)遠(yuǎn)少于理論課程學(xué)時(shí)的現(xiàn)狀，可通過單獨(dú)開設(shè)多種形式的綜合性實(shí)踐類教學(xué)課程，適當(dāng)增加實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)數(shù)，保證學(xué)生能有充足的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)時(shí)間，如“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”“3S技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí)”“測量程序設(shè)計(jì)”這些課程都安排為實(shí)踐課程。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐及社會(huì)需求緊密結(jié)合起來，增加開發(fā)性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的創(chuàng)新性，將其作為評價(jià)學(xué)生學(xué)科成績的重要指標(biāo)。一方面可以拓展學(xué)生的自主性、創(chuàng)新性，另一方面可改善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，與現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重脫節(jié)的問題，也有助于改變學(xué)生傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)習(xí)慣，讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性，鍛煉學(xué)生利用創(chuàng)新思維解決實(shí)際問題的能力，對學(xué)校實(shí)踐指導(dǎo)教師而言，同樣具有挑戰(zhàn)性。

2.3教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改革

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的完成依附于實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中起關(guān)鍵性作用，也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才所需的必要條件。在“新工科”背景下，新技術(shù)、新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，使得實(shí)踐教學(xué)的設(shè)備也必須不斷更新，才能適應(yīng)新時(shí)代高等教育建設(shè)的要求，目前，許多高校面臨實(shí)驗(yàn)設(shè)備老舊，缺少定期維護(hù)、檢校等問題，直接影響實(shí)踐教學(xué)的順利開展，因此有必要為設(shè)備更換和調(diào)試維護(hù)提供經(jīng)費(fèi)支持，改善實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，為“新工科”應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供保障。

2.4構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)成績評價(jià)體系

在新技術(shù)條件下，實(shí)踐教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式都發(fā)生變化，那么實(shí)踐教學(xué)課程的評價(jià)體系也需要作出相應(yīng)的變化，成績評價(jià)由原先籠統(tǒng)分優(yōu)秀、良好、合格、不合格的四個(gè)等級(jí)，變成針對課程中的每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)分，每個(gè)項(xiàng)目都按100分制計(jì)算。為了更全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和實(shí)習(xí)成果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)習(xí)的自主性和創(chuàng)新性，提高實(shí)踐教學(xué)的效果，有目的地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多課程交叉融合。以大地測量學(xué)實(shí)習(xí)為例，對該門課程設(shè)立了5個(gè)評價(jià)指標(biāo)：（1）實(shí)習(xí)期間的表現(xiàn)，主要包括出勤率、項(xiàng)目的參與度、協(xié)助態(tài)度、是否遵守學(xué)校及實(shí)習(xí)所規(guī)定的各項(xiàng)紀(jì)律、愛護(hù)儀器工具的情況等內(nèi)容；（2）儀器操作技能，主要包括對理論知識(shí)的掌握程度，使用儀器的規(guī)范性和熟練程度，作業(yè)程序是否符合規(guī)范要求。通過制定詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，對精密水準(zhǔn)儀、全站儀的操作進(jìn)行考核。精密水準(zhǔn)儀操作可根據(jù)1km測段時(shí)間，各測站上儀器安置位置和線路選擇是否合理、觀測順序是否規(guī)范等方面進(jìn)行考核。全站儀的考核主要根據(jù)學(xué)生在導(dǎo)線測量過程中的操作時(shí)間、測距和測角的規(guī)范性和指標(biāo)差等方面進(jìn)行評價(jià)；（3）外業(yè)記錄手簿、計(jì)算成果質(zhì)量，主要包括：記錄手簿和各種計(jì)算表格是否完整無損，書寫是否工整清晰、規(guī)范，數(shù)據(jù)計(jì)算是否準(zhǔn)確，各項(xiàng)較差、閉合差是否在規(guī)定范圍內(nèi)等；（4）實(shí)習(xí)報(bào)告，主要包括：實(shí)習(xí)報(bào)告的編寫格式和內(nèi)容是否符合要求，編寫水平，分析問題、解決問題的能力及有無獨(dú)特見解；（5）創(chuàng)新能力，主要包括是否采用新技術(shù)、新方案，尤其鼓勵(lì)自主編寫程序解決平差計(jì)算及成果輸出的問題。這5個(gè)方面占生產(chǎn)實(shí)習(xí)成績的百分比見表1。從表1的考核指標(biāo)中可以看出，課程成績評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的重儀器操作技能，逐漸向培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、拓展技能方向偏移，這也是符合新工科背景下培養(yǎng)復(fù)合型人才的需求。

3結(jié)束語

國家層次的戰(zhàn)略“中國智造”“一帶一路”“5G”等為高等教育改革提出明確要求，這種大時(shí)代背景為高等教育工科教學(xué)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，也給予一定的沖擊和挑戰(zhàn)，建設(shè)新工科成為當(dāng)前教學(xué)改革的重中之重。促進(jìn)教學(xué)理念的更新升級(jí)，培養(yǎng)具備創(chuàng)新素養(yǎng)的人才，符合新時(shí)代的發(fā)展需求。高校是“授人以漁”的重要場所，是教學(xué)的最高境界，結(jié)合在對測繪工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施過程中存在的問題，提出幾點(diǎn)建議和思考：（1）新工科的技術(shù)發(fā)展一定程度上反映了未來工業(yè)發(fā)展的方向，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)測繪工程專業(yè)這種依托在農(nóng)科院校的工科專業(yè)，在進(jìn)行新工科教學(xué)改革時(shí)應(yīng)突出行業(yè)的優(yōu)勢和學(xué)科的特色，及時(shí)把握測繪地理信息行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)與人才需求的新變化，充分把握國家大力發(fā)展“三維中國”“智慧農(nóng)業(yè)”的大機(jī)遇，積極引進(jìn)新技術(shù)、新方法與新理念，才能引領(lǐng)行業(yè)大發(fā)展，保持人才培養(yǎng)的特色與優(yōu)勢。（2）加強(qiáng)學(xué)科之間的協(xié)同共享，鼓勵(lì)學(xué)科之間的課程共享、數(shù)據(jù)共享、設(shè)備共享、實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科之間交叉融合，破除院系、甚至院校之間的學(xué)科壁壘，持續(xù)增進(jìn)工學(xué)類專業(yè)群之間協(xié)同創(chuàng)新改革，構(gòu)建多學(xué)科跨院校共享實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。（3）新工科背景下的實(shí)踐教學(xué)改革主體是教師，作為新技術(shù)新理念的傳導(dǎo)者，不但要積極參與新技術(shù)的研究與學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中更應(yīng)積極提高自主能動(dòng)性。教學(xué)管理部門應(yīng)制定相關(guān)政策激勵(lì)教師在新工科背景下利用新技術(shù)、新方法對教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等進(jìn)行創(chuàng)新和改革，在實(shí)踐教學(xué)過程中充分發(fā)揮教師與學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性和探索力。

作者:陳俊林 單位:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院