智能導航實驗班創新型人才工程及產品思維培養體系研究

周命端 王 堅,2 周樂皆 丁克良 韓厚增

(1. 北京建筑大學 測繪與城市空間信息學院, 北京 102616; 2. 北京建筑大學 科學技術發展研究院, 北京 100044)

0 引言

北京建筑大學測繪工程專業辦學歷史悠久,長期秉承與時俱進的專業建設理念,堅持“城市+建筑”測繪專業特色的教學改革思路,以提升人才培養質量為專業建設目標,為首都乃至全國的城市建設領域培養了大批優秀測繪人才。近年來,由于工程認證、新工科、國家質量標準等新理念相繼提出[1-4]以及北斗系統、人工智能、互聯網+等新技術快速發展[5-7],測繪工程專業傳統的工程思維教學體系難以滿足智能導航方向創新型人才培養新要求,主要面臨導航人才知識面廣與現有大綱關鍵課程缺乏、新技術發展迅猛與教材內容更新慢、裝備產品研制內容教學難度大與實踐創新平臺缺乏、創業人才培養系統性與現有教學體系碎片化等4個方面的突出矛盾,在當前新理念和新技術的驅動下,亟須積極推動測繪工程(智能導航實驗班)創新型人才思維培養體系改革,這也是基于工程思維的傳統測繪專業綜合改革亟待解決的教學問題[8-9]。北京建筑大學積極推動測繪工程專業學科思維由工程思維向工程及產品思維的轉變,通過拓展智能導航專業方向建設的內涵與外延,重點圍繞“課程體系、教材建設、實踐教學、創新創業”4個方面進行理論性與實踐性的教學改革。經過近3年的專業建設與實踐創新,立項2項省部級以及2項校局級的教改項目,構建一種兼顧工程及產品思維的智能導航實驗班創新型人才培養體系,提出測繪工程專業智能導航方向創新型人才培養的新思路和新途徑,編寫全新的教學大綱,逐年優化人才培養方案并加以持續改進,解決新理念和新技術背景下傳統的測繪工程專業教學與實踐中所面臨的突出矛盾,拓寬測繪工程專業人才發展空間,提升人才培養質量,提高畢業生進入導航產品研發企業就業的比例,有力支撐著測繪學科高精尖發展以及國家級一流專業建設,教學改革效果顯著。2019年成立智能導航教研組并創造性開設第一屆測繪工程(智能導航實驗班),已連續招生3屆(新生錄取平均分數高出普通班8分、15分和15分),獲得了良好成效。

1 兼顧工程及產品思維人才培養體系

針對當前新理念和新技術的驅動,測繪工程專業傳統的工程思維教學體系面臨4個主要矛盾,這難以滿足智能導航方向創新型人才培養新要求,文中以承擔2項省部級和2項校局級的教改項目為依托,重點圍繞“思維轉變、專業內涵外延拓展、培養體系創新”3個層次以及從“課程體系、教材建設、實踐教學、創新創業”4個方面進行方法體系改革與實踐創新,構建一種兼顧工程及產品思維的智能導航實驗班創新型人才培養體系[10-16],對應的體系總體設計如圖1所示。

圖1 兼顧工程及產品思維的創新型人才培養體系

由圖1可知,兼顧工程及產品思維的創新型人才培養體系總體設計主要包括3個層次:首先是人才思維培養由工程思維轉向工程及產品思維,實現思維轉變;其次是智能導航方向由傳統的測繪工程擴展為測繪工程(智能導航實驗班),拓展測繪專業內涵與外延;最后是思維培養體系創新,針對4個主要矛盾,重點圍繞“課程體系、教材建設、實踐教學及創新創業”4個方面進行方法體系改革與實踐創新,即:

(1)建立智能導航課程學年全覆蓋的課程體系,增設導航理論及產品研制相關的課程,拓寬教學內容,滿足經濟社會發展對智能導航創新型人才的需求;

(2)打造智能導航人才培養配套教材,通過創新教材編寫理念,強化測繪與導航復雜工程問題的解決能力,體現智能導航方向教材的高階性;

(3)構建多元化“工程-產品”能力培訓的實踐平臺,通過校企產學合作協同育人與行業深度融合,打造創新性智慧城市導航與位置服務特色的多元化實踐教學平臺;

(4)建立課內-課外/創新-創業無縫銜接的創新學分制教學體系,實施本科生全員全貫通導師制,設置思維培養挑戰度,因材施教。

2 培養體系改革內容及方法

在新理念和新技術的驅動下,傳統的工程思維教學體系難以滿足智能導航方向創新型人才培養新要求,這也是當前測繪工程專業綜合改革亟待解決的教學問題。因此,面向問題導向的培養體系改革勢必會推動智能導航實驗班創新型人才工程及產品思維培養體系探索,改革內容及方法包括:

(1)拓寬教學內容,建立導航課程學年全覆蓋課程體系。為有效解決導航人才知識面廣與現有大綱關鍵課程缺乏弊端,圍繞測繪工程專業工程認證標準要求,堅持國家質量標準體系,拓展測繪工程專業教學內容,在2019版本科人才培養方案制定中,設置四類課程(公共基礎課程9門、測繪方向專業課程15門、智能導航方向課程6門、創新學分課程5門),重構課程體系。一是提出專業課適當前置的教學邏輯,在智能導航方向課程的設置中,創造性開設《導航裝備基礎》課程并于第二學期開出,同時增加《工業智能定位測量》《室內定位與智能導航》《高精度導航地圖與位置服務》《嵌入式系統與程序設計》《GNSS程序設計》[GNSS為全球導航衛星系統(global navigation satellite system)]等五門智能導航方向新課;二是基于成果導向教育(outcome based education，OBE)理念組織制定或修訂27門專業課程教學大綱,實現八個學期持續開出導航定位相關的課程,涉及導航關鍵理論、技術及智能硬件裝備研發的全部內容;三是提出“立德樹人—授業解惑—實踐創新”三維度課程思政教學方法;四是加大計算機編程課程教學內容,增加智能交通大數據分析、城市空間信息與地理信息系統(geographic information system，GIS)應用、智能交通車輛位置在線監控、超高層建筑北斗/GNSS安全監測、建筑塔機北斗/GNSS定位智能監控[17-19]等彰顯智慧城市導航與位置服務的相關教學內容,積極推動人才思維培養從“工程”思維轉向“工程-產品”思維,滿足經濟社會發展對智能導航創新型人才的需求。

(2)創新教材編寫理念,打造導航人才培養配套教材。為克服新技術發展迅猛與教材內容更新慢的矛盾,提出以“優化內容、突出核心、及時更新”為指導思想,對教材內容進行全面篩選、更新與重組。一是教材編寫過程中及時將最新的科研成果列入編寫大綱中,以便更新學生的知識觀念,傳授新的技術,科研反哺教學,將北斗系統新成果、智能交通大數據分析與應用和文化遺產時空溯源等新內容融入教材編寫中;二是提倡“知識骨架—實踐案例—學生知識結構”三位一體的教材編寫理念,打造滿足多層次需求的導航人才培養特色教材,例如:在教材《衛星定位原理與應用》的編寫過程中,針對測繪、礦山、地質、農業、海洋、交通、大氣、文化遺產及軍事等多個領域的應用案例,充分考慮測繪工程專業學生知識結構的特點,對課程《GNSS原理及應用》的教學內容進行更新與重組,提供完整的衛星定位知識體系架構,滿足智能導航創新型人才培養的新要求,并配套《衛星定位原理實訓及習題集》實訓教材,出版3年來已印刷2次,年銷售千余冊,在多所兄弟高校得到推廣應用,在教學過程中得到滿意效果并獲得廣泛好評。目前,已出版測繪導航創新型人才培養配套教材3部,實訓教材1部,編寫試用講義3部,見表1所示。

表1 測繪導航創新型人才培養配套教材

(3)校企-行業深度融合,構建多元化“工程-產品”能力培訓實踐平臺。傳統的測繪工程專業實踐教學體系是一種基于工程思維的工程能力實踐訓練平臺,通過建立校企產學合作協同育人與行業深度融合機制,重點圍繞智能導航創新型人才的工程實踐能力(工程思維)和產品研制能力(產品思維)2個層面以及從“課程實驗、綜合實習、頂崗實訓”3個層次,打造“工程-產品”能力培訓實踐平臺,有效解決智能硬件裝備產品研制內容教學難度大與實踐創新平臺缺乏的教學問題。一是建立“走出去”機制,教研組與北京中科資環信息技術研究院、河北九龍山莊、國網思極神往位置服務(北京)有限公司等多家企業聯合建立校外實習實訓基地;二是建立“請進來”機制,聘請企業導師,滿足智能導航創新型人才培養的實踐教學體系需求,建立13門課程的實驗平臺,5個綜合實習基地,與5家企業聯合建立頂崗實訓教學基地。構建的多元化“工程-產品”能力培訓實踐平臺如圖2所示。

圖2 多元化“工程-產品”能力培訓實踐平臺

(4)建立課內-課外/創新-創業無縫銜接的創新學分制教學體系。針對傳統教學體系中創新創業碎片化以及課內-課外系統性銜接不足的教學問題,創造性加大創新學分值,設置最低6個創新學分(其中,課內必修5個、課外任選1個)。一是設立導航基礎研發能力實訓、導航產品/系統研制能力實訓、團隊協作與創新創業能力實訓、測繪技能大賽實訓、測量程序設計大賽實訓等5個進入課表的課內創新學分,以及全國/京津冀/校級大學生測繪技能大賽、全國/校級測繪科技論文大賽、北斗創新創業大賽、導航定位終端嵌入式程序設計大賽、“北斗杯”全國青少年科技創新大賽等任選1個課外創新學分;二是提倡創新學分學習進課堂(測繪技能大賽實訓、測量程序設計大賽實訓)、進科研創新訓練團隊(導航基礎研發能力實訓、導航產品/系統研制能力實訓、團隊協作與創新創業能力實訓)、進學科競賽(測繪技能大賽、測繪科技論文大賽等)、進創業(北斗創新創業大賽、“創青春”“挑戰杯”等),完成本科生進團隊科研訓練創新學分制實踐教學大綱10套;三是實施本科生全員全貫通導師制,提出創新學分全貫通每個學期,全員進入導師科研團隊課題組,同時聘請企業導師參與大學生創新創業教育,進行全鏈條的創新創業科研訓練,打造課內-課外、創新-創業人才培養新模式,建立“科研團隊創新訓練、測繪技能大賽實訓、測量程序設計大賽實訓”等課內創新學分課程,將編程能力訓練全貫通創新學分進課表,并依托“全國/京津冀/校級測繪技能大賽、全國/校級測繪科技論文寫作大賽、智慧城市類專業大賽”等學科競賽聯動人才培養機制,優化完善原有的主要以學科競賽實訓模式的創新創業能力培養體系,以“學術論文、發明專利、軟件登記”為創新學分的成果產出導向,以“挑戰杯、互聯網+、創青春”等創新創業大賽為標桿引領,以賽促學,通過創新學分建立課內-課外,創新-創業之間的樞紐,打造課內-課外/創新-創業無縫銜接體系,進一步深化專業教育與創新創業教育的深度融合;四是通過企業提供需求與科研經費,搭建創業平臺,提供學生創業環境。建立的課內-課外/創新-創業無縫銜接創新學分制教學體系如圖3所示。

圖3 課內-課外/創新-創業無縫銜接的創新學分制教學體系

3 改革與實踐成效分析

經過近3年的專業建設與教學實踐表明,兼顧工程及產品思維的創新型人才培養體系在智能導航實驗班教學質量提升、教學與實踐體系推廣、教材建設應用、學科發展與專業建設等4個方面獲得了良好成效,為智能導航實驗班創新型人才產出奠定了堅實基礎,具有重要的實際指導意義。

3.1 教學質量得到大幅提升

在工程認證標準評估下,教學質量全員達標,工程及產品思維能力得到大幅提升,學生在挑戰杯、互聯網+等國家級競賽中獲獎2項以及在全國高校測繪科技論文/測繪技能大賽、京津冀測繪技能大賽中獲特等獎4項、一等獎5項、二等獎8項;獲得授權發明專利15項以及軟件著作權7項;,發表學術論文9篇;畢業生考研成功率(含出國深造)保持在35%左右,進入導航相關企業就業比例得到進一步提高。

3.2 教學與實踐體系得到廣泛推廣

多元化“工程-產品”能力培訓實踐教學體系在校內6個學科11個工科專業進行推廣應用,除測繪類專業之外還包括建筑、土木、交通、城規、風景園林、環境科學、環境工程、工程管理、工程造價等多個非測繪類專業的實踐教學體系中發揮重要示范作用?；诠こ?產品思維的智能導航創新型人才培養體系及相關教學實踐經驗具有較強示范推廣性,在國內多所高校中得到良好推廣應用,直接受益學生累計達數千余人。

3.3 教材建設應用成果豐碩

立項2項省部級和2項校局級的教改項目,獲評1支校級優秀本科育人團隊,以“優化內容、突出核心、及時更新”為指導思想,提倡“知識骨架—實踐案例—學生知識結構”三位一體的教材編寫理念,共出版導航配套教材3部,實訓教材1部,編寫試用講義2部。其中,《衛星定位原理及應用》及配套實訓教材出版3年來已印刷2次,年銷售超千余冊,在全國多所高校中得到應用,被多所高校列為考研、考博參考書。

3.4 有力支撐學科發展及專業建設

拓展專業內涵外延的測繪導航方向,構建兼顧工程及產品思維的智能導航實驗班創新型人才培養體系,總結智能導航實驗班辦學經驗,改善我校測繪類本科專業體系結構,有力支撐測繪學科高精尖發展和測繪工程國家級一流專業建設,對于創新型人才培養具有重要的指導作用和推廣價值。2018年,測繪科學與技術學科獲評北京市高精尖學科,測繪工程專業高質量通過工程教育專業認證復評,并在全國測繪類高校中推廣先進經驗;2019年,測繪工程專業入選首批國家級一流專業建設點,并獲評北京市級虛擬仿真實驗教學平臺1項,同年成立智能導航教研組并創造性開設測繪工程(智能導航實驗班)以來,已連續招生3屆,新生錄取平均分數高出普通班8分(2019)、15分(2020)、15分(2021),招生分數排名沖進全校第二名(僅次于建筑學專業),充分說明智能導航實驗班在北京地區的認可度很高。

4 結束語

近年來,隨著工程認證、新工科、教學質量國家標準等先進教學理念的提出,傳統的測繪工程專業工程思維教學體系在北斗系統、人工智能、互聯網+等新技術快速發展的影響下,面臨導航人才知識面廣與現有大綱關鍵課程缺乏、新技術發展迅猛與教材內容更新慢、裝備產品研制內容教學難度大與實踐創新平臺缺乏、創業人才培養系統性與現有教學體系碎片化的突出矛盾而難以滿足創新型人才培養新要求,本文提出工程思維向工程及產品思維轉變的思維培養模式,拓展專業內涵外延的測繪導航方向,圍繞“課程體系、教材建設、實踐教學、創新創業”改革人才培養方法,構建了一種兼顧工程及產品思維的智能導航實驗班創新型人才培養體系。近3年的教學實踐表明:兼顧工程及產品思維的創新型人才培養體系在教學質量提升、教學與實踐體系推廣、教材建設應用、學科發展與專業建設的教學應用成效顯著,為智能導航實驗班創新型拔尖人才產出奠定堅實基礎,具有重要的指導意義和推廣價值。

然而,智能導航實驗班的課程設置需要顧及測繪工程專業原有課程體系的限制,進行方向性專業課程設置,尤其是專業課與實踐課程的設置,一定程度上制約著導航課程創新性教學內容的教學質量。當前,智能導航定位技術及裝備是北京《高精尖產業目錄》中明確的智能裝備行業具體條目,在智慧城市、城市無人駕駛導航定位、智能控制等領域具有廣闊的發展前景。在開設測繪工程(智能導航實驗班)基礎上,及時總結智能導航實驗班辦學經驗,今后能夠增設“導航工程”專業,這不僅是提高我校北京市高精尖產業服務能力的需要,也是國家發展戰略及突破我國“卡脖子”關鍵技術的需求,有利于為國家發展輸送更高水平的導航專業人才。