新工科下測繪工程專業(yè)學(xué)生能力提升改革探討

高周正 閔于

[摘 要] 新工科形勢下隨著測繪新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，社會對測繪工程專業(yè)畢業(yè)生能力有了新的要求，特別是以北斗+為核心的多源傳感器，融合位置服務(wù)、人工智能、無人駕駛等新興測繪應(yīng)用領(lǐng)域，使得傳統(tǒng)的以經(jīng)典測繪理論和技能為主的培養(yǎng)模式逐漸滿足不了新型測繪用人單位對畢業(yè)生能力的需求。以新工科發(fā)展和中國地質(zhì)大學(xué)測繪專業(yè)工程專業(yè)認(rèn)證為背景，結(jié)合中國地質(zhì)大學(xué)測繪工程專業(yè)課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)平臺等現(xiàn)狀，以提高學(xué)生掌握新測繪知識與能力為出發(fā)點，探討新工科形勢下提升測繪工程專業(yè)學(xué)生能力的教學(xué)改革方案。

[關(guān)鍵詞] 新工科;測繪新技術(shù);課程體系設(shè)置;程序設(shè)計與開發(fā);測繪專業(yè)教學(xué)改革

[基金項目] 2020年度中國地質(zhì)大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革重大項目（ZD2020-16）;2019年度中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助優(yōu)秀教師基金項目（2652018026）

[作者簡介] 高周正（1986—），男（苗族），湖南懷化人，博士，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事GNSS精密數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、多源傳感器數(shù)據(jù)融合導(dǎo)航與精密定位等研究;閔 于（1998—），男，云南昭通人，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生，研究方向為UWB/INS室內(nèi)定位技術(shù)。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）07-0069-04? ? [收稿日期] 2020-08-14

一、引言

測繪工程是一門綜合性和實踐性極強的專業(yè)，因此諸多開設(shè)該專業(yè)的高校十分注重實踐教學(xué)，將實踐過程貫穿教育教學(xué)全過程，更多傾向于測繪應(yīng)用技能及理論知識的培養(yǎng)[1]。以中國地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院測繪工程專業(yè)為例，我校在測繪工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、卓越工程師計劃的背景之下，形成了成熟的實踐教學(xué)體制，獲得了豐碩的教學(xué)成績[2，3]。然而，隨著高光譜/微波、遙感、多系統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、無人駕駛、人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，對測繪工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)知識和教師教學(xué)提出了新的要求[4]。

同時，根據(jù)本次我校測繪工程專業(yè)認(rèn)證期間邀請的企事業(yè)單位和畢業(yè)生視頻會議的反饋意見和建議，新形勢下高新就業(yè)單位對專業(yè)本科畢業(yè)生的軟件開發(fā)能力要求更高，在很大程度上將影響學(xué)生的就業(yè)[5]。因此，為進(jìn)一步提高學(xué)生的就業(yè)競爭力，需進(jìn)行一定的教學(xué)改革（如培養(yǎng)方案、課程體系設(shè)置、教學(xué)手段等方面），使得學(xué)生在未來的就業(yè)市場能跟上時代的步伐，走在技術(shù)的前端，最終成為信息化時代的測繪工程卓越從業(yè)者。

二、教學(xué)問題探究

本文將從我校當(dāng)前測繪專業(yè)課程設(shè)置、學(xué)生程序設(shè)計與開發(fā)能力培養(yǎng)、新測繪技術(shù)軟件實踐教學(xué)等方面對測繪專業(yè)教學(xué)和學(xué)生培養(yǎng)方面的問題進(jìn)行闡述。

（一）基礎(chǔ)課程設(shè)置

程序設(shè)計與開發(fā)能力培養(yǎng)：我校測繪專業(yè)針對計算機信息處理與編程開發(fā)能力培養(yǎng)所設(shè)置的課程除了專業(yè)課與專業(yè)基礎(chǔ)課以外，目前只在通識基礎(chǔ)課“C語言程序設(shè)計”和專業(yè)課“測量程序設(shè)計”中有涉及[4]。鑒于課時限制，測繪專業(yè)學(xué)生很難培養(yǎng)出滿足新工科需求的程序設(shè)計能力。因此，如何將測繪專業(yè)開發(fā)能力的培養(yǎng)從選擇性培養(yǎng)轉(zhuǎn)變到固定培養(yǎng)，值得探討。

測繪新技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置：當(dāng)前測繪工程專業(yè)的課程體系中專業(yè)課與新測繪技術(shù)掛鉤的只涉及“遙感原理與應(yīng)用”“GNSS原理與應(yīng)用”“地理信息系統(tǒng)原理”“激光雷達(dá)技術(shù)與地學(xué)應(yīng)用”“InSAR技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測應(yīng)用”[4]。

然而，這些課程均只涉及基礎(chǔ)的原理性知識，缺少必要的提高學(xué)生動手能力和進(jìn)一步了解相關(guān)知識的窗口，使得大部分學(xué)生缺少學(xué)習(xí)熱情，只是為應(yīng)付考試。此外，當(dāng)前課程體系沒有涉及測繪專業(yè)發(fā)展新方向的“室內(nèi)定位”“多傳感器數(shù)據(jù)融合”“人工智能”“高光譜遙感”等方向。在信息化社會條件下，學(xué)生可以即時了解到本專業(yè)的熱門方向和前沿領(lǐng)域，而缺少這方面的課程設(shè)置，這將大大降低學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情和專業(yè)認(rèn)同感。

（二）測繪新技術(shù)程序設(shè)計與開發(fā)能力培養(yǎng)與引導(dǎo)

學(xué)生程序設(shè)計能力培養(yǎng)與引導(dǎo)：根據(jù)就業(yè)單位和往屆畢業(yè)生的反饋意見，以及學(xué)生本科畢業(yè)設(shè)計所呈現(xiàn)的專業(yè)能力，當(dāng)前測繪專業(yè)學(xué)生在程序設(shè)計與開發(fā)方面能力較為欠缺。究其原因，除了缺少必要的程序開發(fā)和新測繪領(lǐng)域?qū)I(yè)課程設(shè)置外，學(xué)生缺少進(jìn)行程序設(shè)計實踐的熱情也是一個方面。表現(xiàn)為：一方面，當(dāng)前專業(yè)課程體系對于學(xué)生來講缺少能跟上時代需求的課程內(nèi)容;另一方面，設(shè)置的原理性專業(yè)基礎(chǔ)課很難引起學(xué)生對于該領(lǐng)域的重視。

此外，當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容往往依照固定的教學(xué)方案（以遙感為主）執(zhí)行，教學(xué)例子單一，不能體現(xiàn)該學(xué)科內(nèi)容的實際意義，缺少有趣的應(yīng)用實例，顯得學(xué)習(xí)過程冗長乏味。課堂式編程教學(xué)任務(wù)單一，學(xué)生所學(xué)習(xí)的編程開發(fā)知識往往只是應(yīng)付一時的教學(xué)要求，難以靈活應(yīng)用。如何將編程開發(fā)能力融入靈活的實踐教學(xué)，讓學(xué)生利用自己開發(fā)的程序發(fā)現(xiàn)和解決問題值得探討。

學(xué)生程序設(shè)計實踐教學(xué)培養(yǎng)：學(xué)院為提升學(xué)生實踐能力，與部分企事業(yè)單位進(jìn)行合作，成立了生產(chǎn)實習(xí)基地。然而，企業(yè)以生產(chǎn)利潤為第一要義，參與校企合作收益不大，因此參與度低，鮮有學(xué)生能夠在在校學(xué)習(xí)期間深入現(xiàn)代企業(yè)實習(xí)，了解企業(yè)對人才的信息開發(fā)能力要求，提升對該能力的重視程度。因此，如何改善學(xué)生對程序設(shè)計與開發(fā)能力的認(rèn)知值得探討。

測繪新技術(shù)軟件使用能力培養(yǎng)：測繪工程專業(yè)本科生的軟件實習(xí)主要包括ArcGIS、TGO等，平均時間為1～2周[4]。這些數(shù)據(jù)處理軟件在當(dāng)前的形勢下，只能滿足傳統(tǒng)測量工程專業(yè)畢業(yè)生需求，而缺少如GNSS精密數(shù)據(jù)處理、多傳感器數(shù)據(jù)融合處理、高光譜遙感數(shù)據(jù)處理、人工智能等新測繪技術(shù)軟件平臺和實踐教學(xué)。

三、改革方案建議

針對我校測繪工程專業(yè)存在的問題，分別從學(xué)生和教師的角度提出一些潛在可行的教學(xué)改革建議。

（一）修改和調(diào)整課程體系

針對當(dāng)前基礎(chǔ)課程設(shè)置問題，在測繪工程專業(yè)認(rèn)證的需求下，調(diào)整我校測繪工程專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系是必須且可行的。綜合考慮新工科、測繪工程專業(yè)認(rèn)證等要求以及往屆學(xué)生的反饋意見，可采用以下方式解決：一是可將現(xiàn)有的通識選修課中的一些專業(yè)課（如“激光雷達(dá)技術(shù)與地學(xué)應(yīng)用”“InSAR技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測應(yīng)用”）改為專業(yè)選修課，同時增加諸如“室內(nèi)定位”“多傳感器數(shù)據(jù)融合”“人工智能”等方面專業(yè)課或?qū)I(yè)選修課，增加測繪專業(yè)學(xué)生的專業(yè)方向選擇，有助于學(xué)生的多元化培養(yǎng)并保證學(xué)生對測繪專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情;二是在現(xiàn)有基礎(chǔ)計算機程序課程上，增加諸如C#、QT、Python等新的實用性編程專業(yè)選修或公選課程，網(wǎng)絡(luò)上（如Github）存在很多基于這些語言的開源程序（如有關(guān)多傳感器數(shù)據(jù)融合、人工智能、GNSS精密數(shù)據(jù)處理等），這樣有助于學(xué)生將實際學(xué)習(xí)到的前沿測繪知識進(jìn)行程序化和可視化，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（二）修改培養(yǎng)方案與選課機制

當(dāng)前學(xué)生培養(yǎng)模式單一、難以實現(xiàn)個性化發(fā)展的關(guān)鍵，是培養(yǎng)方案與社會各行業(yè)對個性化學(xué)生的需求脫節(jié)。在21世紀(jì)已過了20余年的今天，還總體上保持著10余年前的培養(yǎng)方案，單一化的培養(yǎng)方案和選課機制，導(dǎo)致測繪工程專業(yè)的學(xué)生如同流水線一般進(jìn)行培養(yǎng)，難以做到因材施教、個性化培養(yǎng)。為此，通過對武漢大學(xué)等A+、A測繪培養(yǎng)院校進(jìn)行調(diào)研、總結(jié)，在堅持我校測繪專業(yè)地學(xué)特性的前提下，應(yīng)當(dāng)有選擇性地采納這些學(xué)校的新的符合時代發(fā)展需求的培養(yǎng)方案和選課機制。

具體措施包括：（1）均衡設(shè)置傳統(tǒng)測量專業(yè)課程（如“測量學(xué)”“大地測量”“控制測量”等）與新時代新測繪技術(shù)課程（“人工智能”“多傳感器融合導(dǎo)航”“高光譜遙感”等），在保持測繪專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，使學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)興趣選修不同的測繪新技術(shù)課程;（2）根據(jù)新工科、北京市高精尖學(xué)科等發(fā)展需求和學(xué)生的自愿選擇，在學(xué)完測繪專業(yè)基礎(chǔ)課之后，實行按不同學(xué)習(xí)方向個性化培養(yǎng)（如按遙感方向、大地測量方向、導(dǎo)航定位方向、地理信息系統(tǒng)方向）;（3）強調(diào)基礎(chǔ)課與專業(yè)課并重的基本原則，將課程選擇進(jìn)行模塊化設(shè)置，如學(xué)生擬往導(dǎo)航定位方向發(fā)展，只需提前修完“GNSS原理與應(yīng)用”課程，而不必修“地理信息系統(tǒng)原理”“InSAR技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測應(yīng)用”等課程。一方面可減少學(xué)生的總學(xué)分，另一方面又能保證每位學(xué)生在自己感興趣的方向?qū)W習(xí)，達(dá)到學(xué)生個性化培養(yǎng)的目的。

（三）改善教學(xué)硬件與軟件平臺

測繪工程專業(yè)本身對教學(xué)的軟硬件平臺要求很高。在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上（全站儀、GNSS接收機、LiDAR、光學(xué)相機等），為進(jìn)一步提高教學(xué)效果，需要進(jìn)一步配置與新方向相關(guān)的設(shè)備，如無人駕駛多傳感器集成平臺、GNSS信號仿真器、仿真教學(xué)實驗室等。同時，需要配置對應(yīng)的軟件系統(tǒng)，如GNSS精密數(shù)據(jù)處理軟件、室內(nèi)定位數(shù)據(jù)處理軟件、多傳感器數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)處理軟件、人工智能相關(guān)軟件等。

得益于《中央高校改善辦學(xué)條件專項經(jīng)費》的支持，我校每年可申報添置基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)施，這樣通過改善測繪專業(yè)教學(xué)的軟硬件平臺，將對理論知識的理解和認(rèn)識通過軟硬件平臺轉(zhuǎn)換為可視化的通俗知識，可有效提高學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和學(xué)習(xí)熱情。此外，需要對現(xiàn)行的儀器設(shè)備使用管理進(jìn)行修正，在保障設(shè)備安全的前提下，提高學(xué)生自主使用設(shè)備的靈活性。

（四）改善教學(xué)方法

教育部推行的“雙萬”計劃，要求高校建設(shè)面向未來、適應(yīng)需求、引領(lǐng)發(fā)展、理念先進(jìn)、保障有力的一流專業(yè)為目標(biāo)，實施一流專業(yè)建設(shè)，建設(shè)一萬個國家級一流本科專業(yè)點和一萬個省級一流本科專業(yè)點[6]。在此背景下，結(jié)合測繪專業(yè)中的新興方向（無人駕駛、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等），在修改我校測繪課程體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行教育教學(xué)手段與方法的改進(jìn)。

傳統(tǒng)的以教師為主的老師講、學(xué)生聽的模式已經(jīng)不足以滿足當(dāng)代學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)需求，在教學(xué)改革的大背景下，須轉(zhuǎn)向以學(xué)生為主，采用教師授課+課堂討論+課后實踐的綜合模式。這樣，一方面提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識中的參與度，從傳統(tǒng)的單一接收課堂知識到討論擴展知識面、知識應(yīng)用與實踐;另一方面，從學(xué)生的角度，改變了為考試而學(xué)，增加了為興趣而學(xué)。同時，在教學(xué)課時安排中，采用理論講授+應(yīng)用案例+實踐教學(xué)+專家學(xué)者報告的方式，增加實踐教學(xué)時長，提高學(xué)生進(jìn)行知識實踐與轉(zhuǎn)化的機會，改善學(xué)生對測繪學(xué)科知識在生產(chǎn)實踐中地位與作用的認(rèn)識。此外，可將部分專業(yè)課程與大學(xué)生科技競賽（如“互聯(lián)網(wǎng)+”、大學(xué)生創(chuàng)新實踐等）掛鉤，以競賽的形式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（五）提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性

通過修改和調(diào)整教學(xué)課程體系，引入新興的“無人駕駛”“多傳感器數(shù)據(jù)融合”“人工智能”“物聯(lián)網(wǎng)”等相關(guān)的課程，改善教學(xué)軟硬件平臺，改善教師教學(xué)方法，在客觀上可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。然而，要想學(xué)好、學(xué)懂、學(xué)會，學(xué)生必須要有自主學(xué)習(xí)的動力。這里，需要進(jìn)一步根據(jù)不同學(xué)生的專業(yè)愛好，進(jìn)行差異化、專長型培養(yǎng)，并可考慮采用類似研究生培養(yǎng)的導(dǎo)師制進(jìn)行學(xué)術(shù)專業(yè)指導(dǎo)和培養(yǎng)。使對不同測繪方向感興趣的學(xué)生能盡早接觸和掌握基礎(chǔ)的專業(yè)技能（如軟硬件使用、數(shù)據(jù)處理分析、資料收集與整理、學(xué)術(shù)論文撰寫等）。

在此基礎(chǔ)上，若能出部分成果（如競賽獲獎、軟件著作權(quán)、專利、論文等），將極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，也會促進(jìn)學(xué)生更加主動地學(xué)習(xí)專業(yè)知識，提高學(xué)生的整體專業(yè)水平。此外，可通過參與指導(dǎo)老師科研項目、參加學(xué)術(shù)會議、進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí)等，提高學(xué)生對知識價值的認(rèn)識。

（六）改善校企實習(xí)合作模式

生產(chǎn)實習(xí)不僅可以檢驗學(xué)生掌握知識的程度，同時可幫助學(xué)生認(rèn)識知識的價值和當(dāng)前自身知識的不足。當(dāng)前測繪工程專業(yè)的校企合作中，主要是傳統(tǒng)測量實習(xí)和參觀儀器認(rèn)識實習(xí)，須根據(jù)學(xué)生的專業(yè)方向進(jìn)入不同單位實習(xí)。同時，在進(jìn)行校企實習(xí)合作時，要確保兼顧學(xué)生知識實踐與單位項目，必須有助于學(xué)生知識實踐，避免學(xué)生成為企業(yè)項目廉價勞動力。

此外，結(jié)合測繪工程專業(yè)認(rèn)證需求，在校企合作單位里，選擇專業(yè)知識相關(guān)的企業(yè)技術(shù)人員作為實習(xí)學(xué)生的企業(yè)導(dǎo)師，并從用人單位的角度給學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)業(yè)務(wù)能力提出建議和意見。同時，可將學(xué)生的研究成果與實習(xí)企業(yè)掛鉤，進(jìn)一步鞏固校企雙方的合作，促使更多高新測繪背景相關(guān)的企事業(yè)單位愿意收納我校測繪專業(yè)學(xué)生實踐實習(xí)，幫助學(xué)生直面用人單位當(dāng)前乃至未來的專業(yè)能力要求。

四、結(jié)語

新工科迅速發(fā)展形勢下，新測繪技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)對于測繪工程專業(yè)學(xué)生既是機遇又是挑戰(zhàn)，我校測繪專業(yè)須通過修改教學(xué)課程體系、改善教學(xué)方法、完善教學(xué)平臺、重新審視校企合作模式等多方面同時入手，以傳統(tǒng)的學(xué)科優(yōu)勢作為支撐點，與時俱進(jìn)，幫助學(xué)生抓住機遇，為培養(yǎng)滿足未來國家發(fā)展需求的人才做準(zhǔn)備，并提高我校測繪專業(yè)未來畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。

參考文獻(xiàn)

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Discussion on the Ability Improvement of the Students in Surveying and Mapping Engineering Major under the Background of “Emerging Engineering Education”

GAO Zhou-zheng， MIN Yu

（School of Land Science and Technology， China University of Geosciences， Beijing 100083， China）

Abstract：With the emergence and development of new surveying and mapping technology under the new engineering situation， the society has new requirements for the ability of the graduates of surveying and mapping engineering major. The traditional training model mainly based on classical surveying and mapping theories and skills cannot meet the needs of the employers for the ability of graduates， especially in the emerging surveying and mapping application fields， such as multi-source sensor with Beidou+ as the core， integrated locating service， artificial intelligence， unmanned driving and so on. Based on the development of new engineering and the engineering education certification of surveying and mapping major， and combined with the current curriculum system， teaching method and teaching platform of surveying and mapping engineering major of China University of Geosciences， this paper discusses the teaching reform plan to improve students knowledge and ability of new surveying and mapping under the new engineering situation.

Key words：“emerging engineering education”; new technology of surveying and mapping; curriculum system setting; program design and development; teaching reform of surveying and mapping major