測繪工程專業(yè)實踐教學改革研究

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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)略建設為背景，闡述了我國高等院校工科專業(yè)實踐教學面臨的機遇與挑戰(zhàn)。以華南農業(yè)大學測繪工程專業(yè)為例，提出了在新工科背景下測繪工程專業(yè)實踐教學從課程優(yōu)化、內容改革、理念轉變、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。

關鍵詞:新工科；測繪工程；實踐教學；改革探索

0前言

工業(yè)是立國之本，新工科建設是國家經(jīng)濟轉型升級的重要舉措。[1]以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技革命和產業(yè)變革浪潮奔騰而至，高等教育教學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科，主要研究空間位置、電子信息、激光探測、慣性導航等科學的基本理論與應用技術，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，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，從事測繪工程技術及相關領域的生產、設計、開發(fā)、研究、教學及管理等方面的應用型人才。[5]在新工科背景下，傳統(tǒng)的測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)不僅要面對產業(yè)轉型、產業(yè)升級導致的就業(yè)壓力，也要面對新技術、新方法、新理念等方面的挑戰(zhàn)。本文以華南農業(yè)大學測繪工程專業(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實踐教學的現(xiàn)狀與存在的問題

目前，測繪工程專業(yè)的課程設置主要由專業(yè)基礎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的，理論教學比重遠高于實踐教學，在傳統(tǒng)實踐教學中，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，學生的任務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)實驗相關的原理、操作步驟來驗證某些技術方案或性能指標，往往其實驗結果已經(jīng)是確定的。針對一些設計性實踐項目，由于設計命題單一，經(jīng)常出現(xiàn)同組、同班進行數(shù)據(jù)、方案復制粘貼，雷同嚴重。學生在這種實踐教學模式下進行學習，僅僅是訓練了學生的動手操作能力，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)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，由此導致培育出來的絕大部分學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)展對實踐教學的挑戰(zhàn)

適應快速變化的外部環(huán)境是當前我國工程高等教育改革發(fā)展的特點，以“人工智能”“5G應用”“大數(shù)據(jù)”等新興技術對傳統(tǒng)工科教育提出更高的要求。[6]測繪工程專業(yè)教學環(huán)節(jié)中的課堂驗證性實驗和課程的設計性試驗及綜合性實踐的教學內容和方法相對于新興技術新工科的迅速發(fā)展則顯得滯后。例如，在學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，指導老師一般會根據(jù)實習指導書的內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)的教學方法，而容易忽視了當今的大數(shù)據(jù)和智能手機的使用。在實際應用過程中，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，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，從事測繪工程技術及相關領域的生產、設計、開發(fā)、研究、教學及管理等方面的應用型人才。[5]測繪人才涉及的行業(yè)多，建筑、交通、水利、農業(yè)、林業(yè)、城市規(guī)劃、國防建設等，為我國的工業(yè)發(fā)展、基礎建設培養(yǎng)了大批高素質人才。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業(yè)數(shù)據(jù)處理人員和行業(yè)技術應用開發(fā)人員,復合型人才是社會需求的共性。

1.3創(chuàng)新實踐教學理念的變化

“產業(yè)的發(fā)展需求需要專業(yè)的配套建設”這種理念構建在高等教育改革中的不斷滲透，“應技術發(fā)展改革教學內容”的新工程人才知識體系更新勢在必行。實踐教學環(huán)節(jié)作為連接理論與應用的橋梁紐帶，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、測繪地理信息產業(yè)和技術的最新發(fā)展、最新技術以及測繪行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新需求引入測繪工程實踐教學的過程中，不斷更新教學內容和教學方法，才能真正打通實踐教學的“最后一公里”。

2實踐教學課程的改革與探索

2.1構建多元化培養(yǎng)方向，優(yōu)化課程體系

傳統(tǒng)的實踐教學多以驗證性實驗為主，要實現(xiàn)培養(yǎng)多元化人才的方向，實踐教學必須以開發(fā)性設計和綜合性實踐為主，可參照學生團隊或實驗小組討論為主、老師指導為輔的形式拓展、充分調動學生學習的主觀能動性。重視實踐教學創(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果，而是更多地以實驗設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，引導學生查閱大量文獻，了解最新的資訊技術，設計實驗方案和技術線路，讓學生自主申請所需實驗項目，利用實驗室儀器設備，完成實驗方案內容。在此過程中，學生有更多獨立思考的時間，有利于提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力；有助于培養(yǎng)學生團隊合作的能力，從而加深對所學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，新編了一些新技術領域的實習指導書，如傾斜攝影測量、三維立體測圖、無人機影像三維建模等；針對這些實踐教學內容，建立相應的實踐訓練場地，如華南農業(yè)大學GNSS連續(xù)運行參考站實訓場、建筑物沉降模擬實訓場、低空無人機航測實訓場等。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)化了課程內容，又提高了學生的學習興趣和拓寬了學生的視野。

2.2結合行業(yè)需求，調整實踐教學內容

實踐教學改革應充分研究行業(yè)發(fā)展的最新技術動態(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]針對實踐教學課時大多數(shù)存在于理論課時中，且其學時遠少于理論課程學時的現(xiàn)狀，可通過單獨開設多種形式的綜合性實踐類教學課程，適當增加實踐教學的學時數(shù)，保證學生能有充足的工程實踐學習時間，如“計算機輔助設計”“3S技術應用實習”“測量程序設計”這些課程都安排為實踐課程。實踐教學內容與生產實踐及社會需求緊密結合起來，增加開發(fā)性設計實驗項目的創(chuàng)新性，將其作為評價學生學科成績的重要指標。一方面可以拓展學生的自主性、創(chuàng)新性，另一方面可改善實驗內容陳舊，與現(xiàn)代企業(yè)生產嚴重脫節(jié)的問題，也有助于改變學生傳統(tǒng)的實驗課程學習習慣，讓學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，調動其學習的積極性，鍛煉學生利用創(chuàng)新思維解決實際問題的能力，對學校實踐指導教師而言，同樣具有挑戰(zhàn)性。

2.3教學實驗設備的改革

實踐教學內容的完成依附于實驗儀器設備，其在實驗教學過程中起關鍵性作用，也是培養(yǎng)應用型人才所需的必要條件。在“新工科”背景下，新技術、新設備的不斷出現(xiàn)，使得實踐教學的設備也必須不斷更新，才能適應新時代高等教育建設的要求，目前，許多高校面臨實驗設備老舊，缺少定期維護、檢校等問題，直接影響實踐教學的順利開展，因此有必要為設備更換和調試維護提供經(jīng)費支持，改善實驗設備條件，為“新工科”應用型人才培養(yǎng)提供保障。

2.4構建實踐教學成績評價體系

在新技術條件下，實踐教學方法、實踐教學內容、教學模式都發(fā)生變化，那么實踐教學課程的評價體系也需要作出相應的變化，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。為了更全面掌握學生的學習動態(tài)和實習成果，充分調動學生實習的自主性和創(chuàng)新性，提高實踐教學的效果，有目的地引導學生進行多課程交叉融合。以大地測量學實習為例，對該門課程設立了5個評價指標：（1）實習期間的表現(xiàn)，主要包括出勤率、項目的參與度、協(xié)助態(tài)度、是否遵守學校及實習所規(guī)定的各項紀律、愛護儀器工具的情況等內容；（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)學生在導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)定范圍內等；（4）實習報告，主要包括：實習報告的編寫格式和內容是否符合要求，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、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個方面占生產實習成績的百分比見表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)復合型人才的需求。

3結束語

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發(fā)展帶來了新的機遇，也給予一定的沖擊和挑戰(zhàn)，建設新工科成為當前教學改革的重中之重。促進教學理念的更新升級，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，是教學的最高境界，結合在對測繪工程專業(yè)實踐教學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，華南農業(yè)大學測繪工程專業(yè)這種依托在農科院校的工科專業(yè)，在進行新工科教學改革時應突出行業(yè)的優(yōu)勢和學科的特色，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”“智慧農業(yè)”的大機遇，積極引進新技術、新方法與新理念，才能引領行業(yè)大發(fā)展，保持人才培養(yǎng)的特色與優(yōu)勢。（2）加強學科之間的協(xié)同共享，鼓勵學科之間的課程共享、數(shù)據(jù)共享、設備共享、實現(xiàn)跨學科之間交叉融合，破除院系、甚至院校之間的學科壁壘，持續(xù)增進工學類專業(yè)群之間協(xié)同創(chuàng)新改革，構建多學科跨院校共享實踐教學平臺。（3）新工科背景下的實踐教學改革主體是教師，作為新技術新理念的傳導者，不但要積極參與新技術的研究與學習，在教學過程中更應積極提高自主能動性。教學管理部門應制定相關政策激勵教師在新工科背景下利用新技術、新方法對教學方法、教學內容、教學模式等進行創(chuàng)新和改革，在實踐教學過程中充分發(fā)揮教師與學生的獨創(chuàng)性和探索力。

作者:陳俊林 單位:華南農業(yè)大學資源環(huán)境學院