新工科下測繪工程專業學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的出現和發展，社會對測繪工程專業畢業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、人工智能、無人駕駛等新興測繪應用領域，使得傳統的以經典測繪理論和技能為主的培養模式逐漸滿足不了新型測繪用人單位對畢業生能力的需求。以新工科發展和中國地質大學測繪專業工程專業認證為背景，結合中國地質大學測繪工程專業課程體系、教學方法、教學平臺等現狀，以提高學生掌握新測繪知識與能力為出發點，探討新工科形勢下提升測繪工程專業學生能力的教學改革方案。

[關鍵詞] 新工科;測繪新技術;課程體系設置;程序設計與開發;測繪專業教學改革

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

[作者簡介] 高周正（1986—），男（苗族），湖南懷化人，博士，中國地質大學（北京）土地科學技術學院副教授，博士生導師，主要從事GNSS精密數據處理與應用、多源傳感器數據融合導航與精密定位等研究;閔 于（1998—），男，云南昭通人，中國地質大學（北京）土地科學技術學院本科生，研究方向為UWB/INS室內定位技術。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] 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，因此諸多開設該專業的高校十分注重實踐教學，將實踐過程貫穿教育教學全過程，更多傾向于測繪應用技能及理論知識的培養[1]。以中國地質大學（北京）土地科學技術學院測繪工程專業為例，我校在測繪工程專業教學指導委員會、卓越工程師計劃的背景之下，形成了成熟的實踐教學體制，獲得了豐碩的教學成績[2，3]。然而，隨著高光譜/微波、遙感、多系統全球衛星導航系統、無人駕駛、人工智能等新技術的出現和快速發展，對測繪工程專業學生學習知識和教師教學提出了新的要求[4]。

同時，根據本次我校測繪工程專業認證期間邀請的企事業單位和畢業生視頻會議的反饋意見和建議，新形勢下高新就業單位對專業本科畢業生的軟件開發能力要求更高，在很大程度上將影響學生的就業[5]。因此，為進一步提高學生的就業競爭力，需進行一定的教學改革（如培養方案、課程體系設置、教學手段等方面），使得學生在未來的就業市場能跟上時代的步伐，走在技術的前端，最終成為信息化時代的測繪工程卓越從業者。

二、教學問題探究

本文將從我校當前測繪專業課程設置、學生程序設計與開發能力培養、新測繪技術軟件實踐教學等方面對測繪專業教學和學生培養方面的問題進行闡述。

（一）基礎課程設置

程序設計與開發能力培養：我校測繪專業針對計算機信息處理與編程開發能力培養所設置的課程除了專業課與專業基礎課以外，目前只在通識基礎課“C語言程序設計”和專業課“測量程序設計”中有涉及[4]。鑒于課時限制，測繪專業學生很難培養出滿足新工科需求的程序設計能力。因此，如何將測繪專業開發能力的培養從選擇性培養轉變到固定培養，值得探討。

測繪新技術專業課程設置：當前測繪工程專業的課程體系中專業課與新測繪技術掛鉤的只涉及“遙感原理與應用”“GNSS原理與應用”“地理信息系統原理”“激光雷達技術與地學應用”“InSAR技術與地質災害監測應用”[4]。

然而，這些課程均只涉及基礎的原理性知識，缺少必要的提高學生動手能力和進一步了解相關知識的窗口，使得大部分學生缺少學習熱情，只是為應付考試。此外，當前課程體系沒有涉及測繪專業發展新方向的“室內定位”“多傳感器數據融合”“人工智能”“高光譜遙感”等方向。在信息化社會條件下，學生可以即時了解到本專業的熱門方向和前沿領域，而缺少這方面的課程設置，這將大大降低學生對本專業的學習熱情和專業認同感。

（二）測繪新技術程序設計與開發能力培養與引導

學生程序設計能力培養與引導：根據就業單位和往屆畢業生的反饋意見，以及學生本科畢業設計所呈現的專業能力，當前測繪專業學生在程序設計與開發方面能力較為欠缺。究其原因，除了缺少必要的程序開發和新測繪領域專業課程設置外，學生缺少進行程序設計實踐的熱情也是一個方面。表現為：一方面，當前專業課程體系對于學生來講缺少能跟上時代需求的課程內容;另一方面，設置的原理性專業基礎課很難引起學生對于該領域的重視。

此外，當前的教學內容往往依照固定的教學方案（以遙感為主）執行，教學例子單一，不能體現該學科內容的實際意義，缺少有趣的應用實例，顯得學習過程冗長乏味。課堂式編程教學任務單一，學生所學習的編程開發知識往往只是應付一時的教學要求，難以靈活應用。如何將編程開發能力融入靈活的實踐教學，讓學生利用自己開發的程序發現和解決問題值得探討。

學生程序設計實踐教學培養：學院為提升學生實踐能力，與部分企事業單位進行合作，成立了生產實習基地。然而，企業以生產利潤為第一要義，參與校企合作收益不大，因此參與度低，鮮有學生能夠在在校學習期間深入現代企業實習，了解企業對人才的信息開發能力要求，提升對該能力的重視程度。因此，如何改善學生對程序設計與開發能力的認知值得探討。

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

三、改革方案建議

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

（一）修改和調整課程體系

針對當前基礎課程設置問題，在測繪工程專業認證的需求下，調整我校測繪工程專業培養方案和課程體系是必須且可行的。綜合考慮新工科、測繪工程專業認證等要求以及往屆學生的反饋意見，可采用以下方式解決：一是可將現有的通識選修課中的一些專業課（如“激光雷達技術與地學應用”“InSAR技術與地質災害監測應用”）改為專業選修課，同時增加諸如“室內定位”“多傳感器數據融合”“人工智能”等方面專業課或專業選修課，增加測繪專業學生的專業方向選擇，有助于學生的多元化培養并保證學生對測繪專業的學習熱情;二是在現有基礎計算機程序課程上，增加諸如C#、QT、Python等新的實用性編程專業選修或公選課程，網絡上（如Github）存在很多基于這些語言的開源程序（如有關多傳感器數據融合、人工智能、GNSS精密數據處理等），這樣有助于學生將實際學習到的前沿測繪知識進行程序化和可視化，有效提高學生的學習熱情。

（二）修改培養方案與選課機制

當前學生培養模式單一、難以實現個性化發展的關鍵，是培養方案與社會各行業對個性化學生的需求脫節。在21世紀已過了20余年的今天，還總體上保持著10余年前的培養方案，單一化的培養方案和選課機制，導致測繪工程專業的學生如同流水線一般進行培養，難以做到因材施教、個性化培養。為此，通過對武漢大學等A+、A測繪培養院校進行調研、總結，在堅持我校測繪專業地學特性的前提下，應當有選擇性地采納這些學校的新的符合時代發展需求的培養方案和選課機制。

具體措施包括：（1）均衡設置傳統測量專業課程（如“測量學”“大地測量”“控制測量”等）與新時代新測繪技術課程（“人工智能”“多傳感器融合導航”“高光譜遙感”等），在保持測繪專業基礎課程的基礎上，使學生根據學習興趣選修不同的測繪新技術課程;（2）根據新工科、北京市高精尖學科等發展需求和學生的自愿選擇，在學完測繪專業基礎課之后，實行按不同學習方向個性化培養（如按遙感方向、大地測量方向、導航定位方向、地理信息系統方向）;（3）強調基礎課與專業課并重的基本原則，將課程選擇進行模塊化設置，如學生擬往導航定位方向發展，只需提前修完“GNSS原理與應用”課程，而不必修“地理信息系統原理”“InSAR技術與地質災害監測應用”等課程。一方面可減少學生的總學分，另一方面又能保證每位學生在自己感興趣的方向學習，達到學生個性化培養的目的。

（三）改善教學硬件與軟件平臺

測繪工程專業本身對教學的軟硬件平臺要求很高。在現有設備的基礎上（全站儀、GNSS接收機、LiDAR、光學相機等），為進一步提高教學效果，需要進一步配置與新方向相關的設備，如無人駕駛多傳感器集成平臺、GNSS信號仿真器、仿真教學實驗室等。同時，需要配置對應的軟件系統，如GNSS精密數據處理軟件、室內定位數據處理軟件、多傳感器數據融合數據處理軟件、人工智能相關軟件等。

得益于《中央高校改善辦學條件專項經費》的支持，我校每年可申報添置基礎教學設施，這樣通過改善測繪專業教學的軟硬件平臺，將對理論知識的理解和認識通過軟硬件平臺轉換為可視化的通俗知識，可有效提高學生的專業認同感和學習熱情。此外，需要對現行的儀器設備使用管理進行修正，在保障設備安全的前提下，提高學生自主使用設備的靈活性。

（四）改善教學方法

教育部推行的“雙萬”計劃，要求高校建設面向未來、適應需求、引領發展、理念先進、保障有力的一流專業為目標，實施一流專業建設，建設一萬個國家級一流本科專業點和一萬個省級一流本科專業點[6]。在此背景下，結合測繪專業中的新興方向（無人駕駛、人工智能、物聯網等），在修改我校測繪課程體系的基礎上，進一步進行教育教學手段與方法的改進。

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

（五）提高學生學習自主性

通過修改和調整教學課程體系，引入新興的“無人駕駛”“多傳感器數據融合”“人工智能”“物聯網”等相關的課程，改善教學軟硬件平臺，改善教師教學方法，在客觀上可提高學生的學習熱情。然而，要想學好、學懂、學會，學生必須要有自主學習的動力。這里，需要進一步根據不同學生的專業愛好，進行差異化、專長型培養，并可考慮采用類似研究生培養的導師制進行學術專業指導和培養。使對不同測繪方向感興趣的學生能盡早接觸和掌握基礎的專業技能（如軟硬件使用、數據處理分析、資料收集與整理、學術論文撰寫等）。

在此基礎上，若能出部分成果（如競賽獲獎、軟件著作權、專利、論文等），將極大激發學生的學習動力，也會促進學生更加主動地學習專業知識，提高學生的整體專業水平。此外，可通過參與指導老師科研項目、參加學術會議、進行生產實習等，提高學生對知識價值的認識。

（六）改善校企實習合作模式

生產實習不僅可以檢驗學生掌握知識的程度，同時可幫助學生認識知識的價值和當前自身知識的不足。當前測繪工程專業的校企合作中，主要是傳統測量實習和參觀儀器認識實習，須根據學生的專業方向進入不同單位實習。同時，在進行校企實習合作時，要確保兼顧學生知識實踐與單位項目，必須有助于學生知識實踐，避免學生成為企業項目廉價勞動力。

此外，結合測繪工程專業認證需求，在校企合作單位里，選擇專業知識相關的企業技術人員作為實習學生的企業導師，并從用人單位的角度給學生的知識結構和專業業務能力提出建議和意見。同時，可將學生的研究成果與實習企業掛鉤，進一步鞏固校企雙方的合作，促使更多高新測繪背景相關的企事業單位愿意收納我校測繪專業學生實踐實習，幫助學生直面用人單位當前乃至未來的專業能力要求。

四、結語

新工科迅速發展形勢下，新測繪技術與應用領域的出現對于測繪工程專業學生既是機遇又是挑戰，我校測繪專業須通過修改教學課程體系、改善教學方法、完善教學平臺、重新審視校企合作模式等多方面同時入手，以傳統的學科優勢作為支撐點，與時俱進，幫助學生抓住機遇，為培養滿足未來國家發展需求的人才做準備，并提高我校測繪專業未來畢業生的就業競爭力。

參考文獻

[1]高周正，董婷，彭軍還.關于我院非測量專業“測量學”課程教學改革探討[J].教育教學論壇，2019，（49）：57-58.

[2]李麗華，李淑慧，彭軍還.測繪工程專業之實踐教學改革淺談[J].教育現代化，2017，4（49）：137-139.

[3]付宗堂.測繪工程專業實踐教學體系的構建[J].中國地質教育，2005（3）：79-81.

[4]中國地質大學（北京）教務處.中國地質大學（北京）本科培養方案[Z].2017.

[5]李曉莉，周志易，吳兆福，等.結合“卓越計劃”構建測繪工程專業學生信息開發能力培養平臺[J].教育現代化，2017，4（3）：80-81.

[6]教育部.關于實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知[Z].2019.

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