測繪工程專業(yè)實踐教學(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)實踐教學(xué)面臨的機遇與挑戰(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)實踐教學(xué)從課程優(yōu)化、內(nèi)容改革、理念轉(zhuǎn)變、成績評價體系等方面進行改革，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)濟轉(zhuǎn)型升級的重要舉措。[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遇和挑戰(zhàn)。[2，3]測繪工程專業(yè)是一門專業(yè)性、實踐性很強的綜合學(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)新意識和實踐能力；能運用所掌握的測繪、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、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)實踐教學(xué)改革中出現(xiàn)的問題進行分析探討，提出幾點建議與思考。

1實踐教學(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踐課程，其中實踐課程是基于理論課程開設(shè)的，理論教學(xué)比重遠高于實踐教學(xué)，在傳統(tǒng)實踐教學(xué)中，老師已提前將實驗儀器、實驗材料以及實驗方法步驟等準備好，學(xué)生的任務(wù)主要按照實驗操作步驟流程完成一系列驗證性實驗，即只需要根據(jù)實驗相關(guān)的原理、操作步驟來驗證某些技術(shù)方案或性能指標，往往其實驗結(jié)果已經(jīng)是確定的。針對一些設(shè)計性實踐項目，由于設(shè)計命題單一，經(jīng)常出現(xiàn)同組、同班進行數(shù)據(jù)、方案復(fù)制粘貼，雷同嚴重。學(xué)生在這種實踐教學(xué)模式下進行學(xué)習(xí)，僅僅是訓(xùn)練了學(xué)生的動手操作能力，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)生缺乏有效解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。

1.1新工科發(fā)展對實踐教學(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，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)中的課堂驗證性實驗和課程的設(shè)計性試驗及綜合性實踐的教學(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)生進行使用全站儀或RTK進行數(shù)字化測圖的時候，通常會采用野外草圖法進行現(xiàn)場繪制地形草圖，指導(dǎo)老師一般會根據(jù)實習(xí)指導(dǎo)書的內(nèi)容來重點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號和名稱，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)和智能手機的使用。在實際應(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；有點同學(xué)通過開發(fā)插件直接在手機的地圖標記草圖位置，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)新意識和實踐能力；能運用所掌握的測繪、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、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、三維激光掃描儀、激光雷達等在測繪行業(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)合型人才是社會需求的共性。

1.3創(chuàng)新實踐教學(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”的新工程人才知識體系更新勢在必行。實踐教學(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。[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，才能真正打通實踐教學(xué)的“最后一公里”。

2實踐教學(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)的實踐教學(xué)多以驗證性實驗為主，要實現(xiàn)培養(yǎng)多元化人才的方向，實踐教學(xué)必須以開發(fā)性設(shè)計和綜合性實踐為主，可參照學(xué)生團隊或?qū)嶒炐〗M討論為主、老師指導(dǎo)為輔的形式拓展、充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。重視實踐教學(xué)創(chuàng)新性的要求，實驗報告成績的評定標準不再是只注重實驗結(jié)果，而是更多地以實驗設(shè)計思路的新穎性以及實驗方法的創(chuàng)新性作為成績評定的主要標準，引導(dǎo)學(xué)生查閱大量文獻，了解最新的資訊技術(shù)，設(shè)計實驗方案和技術(shù)線路，讓學(xué)生自主申請所需實驗項目，利用實驗室儀器設(shè)備，完成實驗方案內(nèi)容。在此過程中，學(xué)生有更多獨立思考的時間，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)生團隊合作的能力，從而加深對所學(xué)理論知識的理解和掌握，有效加強其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。近年來為了完善實踐教學(xué)的體系，已多次修改了測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)計劃，新編了一些新技術(shù)領(lǐng)域的實習(xí)指導(dǎo)書，如傾斜攝影測量、三維立體測圖、無人機影像三維建模等；針對這些實踐教學(xué)內(nèi)容，建立相應(yīng)的實踐訓(xùn)練場地，如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)GNSS連續(xù)運行參考站實訓(xùn)場、建筑物沉降模擬實訓(xùn)場、低空無人機航測實訓(xùn)場等。另外，加強與校外企業(yè)合作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)共享廣州市地鐵6號線某區(qū)段全站儀機器人自動化監(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)整實踐教學(xué)內(nèi)容

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

2.3教學(xué)實驗設(shè)備的改革

實踐教學(xué)內(nèi)容的完成依附于實驗儀器設(shè)備，其在實驗教學(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)，使得實踐教學(xué)的設(shè)備也必須不斷更新，才能適應(yīng)新時代高等教育建設(shè)的要求，目前，許多高校面臨實驗設(shè)備老舊，缺少定期維護、檢校等問題，直接影響實踐教學(xué)的順利開展，因此有必要為設(shè)備更換和調(diào)試維護提供經(jīng)費支持，改善實驗設(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)建實踐教學(xué)成績評價體系

在新技術(shù)條件下，實踐教學(xué)方法、實踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式都發(fā)生變化，那么實踐教學(xué)課程的評價體系也需要作出相應(yīng)的變化，成績評價由原先籠統(tǒng)分優(yōu)秀、良好、合格、不合格的四個等級，變成針對課程中的每個項目進行細分，每個項目都按100分制計算。為了更全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)和實習(xí)成果，充分調(diào)動學(xué)生實習(xí)的自主性和創(chuàng)新性，提高實踐教學(xué)的效果，有目的地引導(dǎo)學(xué)生進行多課程交叉融合。以大地測量學(xué)實習(xí)為例，對該門課程設(shè)立了5個評價指標：（1）實習(xí)期間的表現(xiàn)，主要包括出勤率、項目的參與度、協(xié)助態(tài)度、是否遵守學(xué)校及實習(xí)所規(guī)定的各項紀律、愛護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。通過制定詳細標準，對精密水準儀、全站儀的操作進行考核。精密水準儀操作可根據(jù)1km測段時間，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間、測距和測角的規(guī)范性和指標差等方面進行評價；（3）外業(yè)記錄手簿、計算成果質(zhì)量，主要包括：記錄手簿和各種計算表格是否完整無損，書寫是否工整清晰、規(guī)范，數(shù)據(jù)計算是否準確，各項較差、閉合差是否在規(guī)定范圍內(nèi)等；（4）實習(xí)報告，主要包括：實習(xí)報告的編寫格式和內(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，尤其鼓勵自主編寫程序解決平差計算及成果輸出的問題。這5個方面占生產(chǎn)實習(xí)成績的百分比見表1。從表1的考核指標中可以看出，課程成績評價的標準已經(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，這種大時代背景為高等教育工科教學(xué)發(fā)展帶來了新的機遇，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。促進教學(xué)理念的更新升級，培養(yǎng)具備創(chuàng)新素養(yǎng)的人才，符合新時代的發(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)實踐教學(xué)改革實施過程中存在的問題，提出幾點建議和思考：（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)，在進行新工科教學(xué)改革時應(yīng)突出行業(yè)的優(yōu)勢和學(xué)科的特色，及時把握測繪地理信息行業(yè)發(fā)展動態(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)”的大機遇，積極引進新技術(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）加強學(xué)科之間的協(xié)同共享，鼓勵學(xué)科之間的課程共享、數(shù)據(jù)共享、設(shè)備共享、實現(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)科跨院校共享實踐教學(xué)平臺。（3）新工科背景下的實踐教學(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)積極提高自主能動性。教學(xué)管理部門應(yīng)制定相關(guān)政策激勵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)模式等進行創(chuàng)新和改革，在實踐教學(xué)過程中充分發(fā)揮教師與學(xué)生的獨創(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