測(cè)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(cè)繪工程專業(yè)為例，提出了在新工科背景下測(cè)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?cè)u(píng)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(cè)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(cè)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(cè)、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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)不僅要面對(duì)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(duì)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(cè)繪工程專業(yè)為研究對(duì)象，就新工科背景下測(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)傳統(tǒng)工科教育提出更高的要求。[6]測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)量的速度。

1.2人才培養(yǎng)與社會(huì)需求的變化

測(cè)繪工程專業(yè)主要培養(yǎng)掌握測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)繪行業(yè)中的使用，測(cè)繪行業(yè)發(fā)生了顛覆性的變化，傳統(tǒng)測(cè)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(shì)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(cè)繪工程、測(cè)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(cè)繪行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的最新需求引入測(cè)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(píng)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?cè)u(píng)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(qǐng)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(duì)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(cè)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(cè)量、三維立體測(cè)圖、無人機(jī)影像三維建模等；針對(duì)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(cè)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(cè)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(shì)，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(duì)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(cè)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(píng)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(duì)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?cè)u(píng)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(píng)價(jià)體系也需要作出相應(yīng)的變化，成績?cè)u(píng)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(duì)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(cè)量學(xué)實(shí)習(xí)為例，對(duì)該門課程設(shè)立了5個(gè)評(píng)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(duì)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(duì)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(cè)段時(shí)間，各測(cè)站上儀器安置位置和線路選擇是否合理、觀測(cè)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(cè)量過程中的操作時(shí)間、測(cè)距和測(cè)角的規(guī)范性和指標(biāo)差等方面進(jìn)行評(píng)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?cè)u(píng)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(duì)測(cè)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(cè)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(shì)和學(xué)科的特色，及時(shí)把握測(cè)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(shì)。（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(duì)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