新工科背景下測繪工程專業創新型人才培養研究與實踐

呂偉才，方新建，楊 旭，王 磊，楊 震

(1.安徽理工大學 空間信息與測繪工程學院, 安徽 淮南 232001；2．礦山環境與災害協同監測煤炭行業工程研究中心，安徽 淮南 232001；3．礦山采動災害空天地協同監測與預警安徽普通高校重點實驗室，安徽 淮南 232001)

工程教育專業認證已成為國際通行的工程教育質量保障制度，我國自2005年開始構建工程教育專業認證體系，2016年成為《華盛頓協議》正式會員，對工程類專業建設產生了深遠影響。“新工科”是“當今世界高等工程教育領域的中國智慧和中國方案”，也是“中國工程教育在新時代新作為的重要發力點”[1]。2018年，教育部等頒布“關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見”(教高〔2018〕3號)，提出經過5年的努力“20%以上的工科專業點通過國際實質等效的專業認證，形成中國特色、世界一流工程教育體系，進入高等工程教育的世界第一方陣前列”的發展目標，以及深入開展新工科研究與實踐、樹立工程教育新理念、創新工程教育教學組織模式等實現這一目標的八大重點舉措。新工科建設所引發的教育模式改革、學科交叉融合、專業建設與升級、教學方法創新、產學研協同育人等已成為我國高等教育改革的焦點，為創新型、復合型、應用型人才培養帶來重大變革。新工科是針對新技術、新產業與社會新形態的變化，面向可持續競爭力的新型工程人才培養模式的改革,具有樹立新理念、把握新特征、融合新知識、打造新模式、創造新機會、培養新人才6 個方面的特征[2]。

2017 年4 月8 日，教育部在天津大學召開新工科建設研討會，發布了《“新工科”建設行動路線( “天大行動”) 》，為中國理工科教育，特別是工程類專業指出了新的方向和目標。在新工科背景下，需將與人工智能密切相關的新興工科專業和特殊專業群放在優先位置并大力發展。礦業背景高校的測繪工程專業“新工科”建設,要堅持問題導向，問技術發展改內容，問學生志趣變方法，問內外資源創條件[3]。2017年7月，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》(國發〔2017〕35號)，鼓勵高校在原有基礎上拓寬人工智能專業教育內容，形成“人工智能+X”復合專業培養新模式，重視人工智能相關學科專業教育的交叉融合。

新經濟環境下，信息化、智能化、云計算、大數據等新概念層出不窮，創新業態對測繪類人才培養提出了更高的要求[4]。作為安徽省一流本科專業，安徽理工大學測繪工程專業結合煤炭行業特點，順應時代發展要求，認真貫徹國家相關政策精神，堅持“四個回歸”，強化課程思政，深化教學改革。本文結合我校自身辦學特點，對新工科背景下煤炭行業創新型測繪工程專業人才培養的專業建設與綜合改革進行探討。

1 專業建設與綜合改革的措施1.1 專業建設與綜合改革的基礎1.1.1 專業歷史沿革

安徽理工大學測繪工程專業起源于1951年淮南煤礦工業?？茖W校設置的測量?？?，1999年設置測繪工程本科專業。2003年、2006年和2009年，分別獲批大地測量學與測量工程、地圖制圖學與地理信息工程、測繪工程學科專業碩士學位授權點；2018年獲測繪科學與技術一級學科碩士學位授權點；2019年獲批礦山災害監測與控制二級學科博士學位授權點；2015年和2018年，兩次通過國際工程教育專業認證。

本專業擁有測繪科學與技術實驗教學中心(以下簡稱“實驗教學中心”)、礦山采動災害空天地協同監測與預警安徽普通高校重點實驗室(以下簡稱“重點實驗室”)、礦山環境與災害協同監測煤炭行業工程研究中心(以下簡稱“工程研究中心”)、安徽理工大學安徽華印機電股份有限公司校企合作實踐教育基地(以下簡稱“校企合作基地”)等教學科研平臺，秉承工科辦學理念，以礦業為特色，在礦山采動災害的監測理論及方法、演變機理和預警、控制與治理等方面具有良好的國內影響力。

1.1.2 支撐條件及建設理念

測繪工程專業自2013年以來，相繼申報并獲批安徽省測繪工程特色專業、專業綜合改革試點專業、卓越人才教育培養計劃專業、品牌專業和一流本科專業等5個省級本科教學工程項目，“衛星導航定位原理與應用”等3個省級大規模在線開放課程(MOOC)示范項目及“地圖學基礎”精品線下開放課程，“GNSS導航定位原理與應用”等9個省部級教學資源和規劃教材建設項目，以及“人工智能時代下測繪工程專業人才培養模式研究”等10個省級教改項目及“GNSS導航定位原理與應用”和“導航概論”等2門校級課程思政項目，依托這些本科教學工程項目和教改項目，在上述的教學科研平臺及40多項縱橫向科研項目的支持下，針對“重知識、輕能力”“重理論、輕實踐”“重科研、輕教學”以及“互聯網+高等教育”及新工科背景下如何應對“教”與“學”觀念與方式轉變的問題，通過創新人才培養體系、強化教學改革、完善制度保障，形成了“以新工科建設要求為依據，以工程教育專業認證為導向，以GNSS核心課程體系建設為突破口，凸顯礦山行業特色，打造一流測繪工程專業”的專業建設理念，切實推進了工程教育專業認證，提升了專業建設水平，拓展了專業行業特色，提高了人才培養質量和培養層次。

1.2 創新人才培養體系，解決“重知識、輕能力”問題

1.2.1 創新人才培養模式，構建人才培養體系

結合測繪工程教學質量國家標準、工程教育專業認證標準、新工科專業建設要求及行業需求等基本要求，通過跟蹤調查、測繪教育與企業專家論證、舉辦校企合作人才培養座談會等多種形式，調研社會對畢業生知識、能力與素質等方面的要求。

以“厚基礎、強實踐、重創新”為專業建設目標，提出了創新型測繪人才培養的新要求。構建了“四個模塊、七個環節、三個層次”的人才培養體系，使之縱橫聯系、綜合貫通?！叭宋乃仞B、專業理論、專業實踐、第二課堂”四個模塊貫穿于整個教育中，強化學生的人文精神與專業素養的培養；“課堂教學、線上教學、課后練習、設計與實習、社會實踐、創新訓練、畢業設計”七個環節將顯性教育與隱性教育緊密結合，夯實專業基礎、激發創新意識，促進知識向能力的轉變。按照“基礎型、發展型、創新型”三個層次分階段、逐層次實施人才培養，促進學生創新意識和實踐能力的形成與提高。

圖1 三層次分階段人才培養模式

1.2.2 優化課程體系，打造樣板“金課”

從社會需求分析出發，制定培養目標。以教學質量國家標準和專業認證為依據，注重專業知識的基礎性；以社會需求為依據，注重專業知識的行業需求；以科研成果為依據，注重專業知識的前沿性。按基礎知識、專業知識、素質能力、創新意識構建開放的模塊化課程體系。

堅持礦山特色，融合新工科理念，以專業人才培養目標為基礎，重構人文社會科學課程、工程基礎課程、專業基礎課程、專業課程及綜合實踐課程群的多維知識結構以及與之匹配的課程體系，加快傳統的測繪工程專業的升級換代。在制訂的2018版、2020版測繪工程本科人才培養方案中，繼續建設和持續更新以GNSS技術、GIS技術、RS技術為主要內容的測繪類專業“3S”課程群，重構以精準智能開采、采礦導論、礦井地質、礦山測量學、變形與沉陷工程學、土地整治與復墾為核心內容的“礦山測量”課程群，新建以三維激光掃描技術、模式識別與人工智能、大數據與云計算、物聯網等技術為核心的“新技術”課程群。

邀請國內外著名專家學者、國家級教學名師，實施“測繪學概論”“名師課程”，打造樣板“金課”，使新生明確今后的奮斗目標，激發從事測繪事業的熱情，促進學生自主學習能力的培養。

1.2.3 構建評價機制，提升教學質量

從課程體系出發，制訂課程教學大綱，優化課程教學內容，實現課程體系對畢業要求的全覆蓋，構建課程目標和培養目標、畢業要求達成度評價體系，形成人才培養質量的有效評價機制，實現對培養目標、畢業要求和課程體系的持續改進。

以全面提高人才培養質量為核心，構建專業教學質量保障體系。

分級負責：建立“校-院-系”本科基層教學組織管理體制，分別負責統籌管理、專業建設、課程建設和日常管理。

建標立規：建立包括理論課程、實踐課程、畢業設計(論文)等教學質量標準，明確實施流程以及責任人，并不斷修訂與完善，建立完整的教學資料檔案。

三級督導：建立校、院兩級教學督導制度和學生信息員制度，對教學過程全面監督。

全員評教：學校制定了本科課堂教學質量評價辦法，學院建立了以學生、教師、管理人員(院領導、系主任、教學秘書等)及學院教學督導組“四位一體”的評教機制。

評價反饋：建立教學評價、質量分析反饋和持續改進機制，對畢業生質量進行跟蹤調查。在教學活動中落實三全育人，實施課程思政，實行教師職稱晉升、崗位評聘和名師評優等的教學質量考核一票否決制。

構建由9個一級指標、24個二級指標和53個觀測點組成的測繪工程專業評估指標體系。該評估指標體系已應用于安徽省水利測繪類專業的評估中，其中，9個一級指標為：專業定位與建設規劃、專業與課程建設、師資隊伍建設、教學條件及教學環節、教學運行與管理、教學研究與改革、學科建設與科研成果、教學質量、社會聲譽等。

1.2.4 變革教學方式，夯實教學資源建設

在“互聯網+高等教育”背景下，以“衛星導航定位原理與應用”MOOC課程(以下簡稱“GNSS MOOC”)建設為推手，加強省級和校級專業核心課程、一流課程的在線教學資源建設。以大規模在線開放課程、雨課堂等現代信息化技術為手段[5]，運用“線上+線下”混合式創新教學理念，改變“教”與“學”傳統觀念，打造智能高效的課堂教學，加強在線課程的教學效果評價和改進[6]。對現有教學資源進行優化，“線下”教學主要圍繞課程知識體系展開系統性講授，“線上”則以“問題”為切入點按照碎片式、模塊化組織知識點進行針對性講授，進而實現“以教為中心”向“以學為中心”的轉變。

1.3 強化實踐教學平臺建設，解決“重理論、輕實踐”的問題

測繪工程專業具有創新性和實踐性兩大突出特征[7]，加強實踐教學平臺建設是解決“重理論、輕實踐”問題的關鍵途徑之一。學院搭建由實驗教學中心、重點實驗室、工程研究中心和校企合作基地構成的實踐教學平臺，加強校企合作實踐教育基地建設，發揮校企實習基地在人才培養中的作用，分階段、分層次加強實踐教學與理論教學、工程應用、科技創新、學科競賽、新技術應用的結合，制訂實踐教學質量監控體系，不斷提升學生實踐能力與應用創新能力。

建立了控制區域約6 000 km2的CORS系統基準框架、GNSS實習基地、測繪技能大賽競賽場地、八公山大地測量實習基地等，以解決本科生的課程實驗、實習場所問題，加強實踐教學與理論教學的融合；成立興趣小組和科研小組，在學業導師指導下參加重點實驗室、工程研究中心、校企合作基地的相關科研項目和工程項目工作，提高工程應用、科技創新的能力；購置無人機、三維激光掃描儀、陀螺全站儀、測量機器人、無人測量船等先進儀器設備，并應用于相關的教學環節、科學研究和科學試驗中，提高學生應用新技術的能力；與北京數聯空間科技股份有限公司、安徽省第一測繪院、浙江眾智繪云信息科技有限責任公司等10余家企業共建校企實習基地，分別開展認識性實習、生產實踐、畢業實習等，實施校企雙導師制，提升學生實踐能力與應用創新能力。

新工科背景下，高校測繪工程專業應著力培養具有高水平工程實踐能力的新型工程技術人才，是國家對測繪工程專業提出的新要求和歷史使命, 實踐教學質量管理是實踐教學實施過程的重要組成[8-9]。建立實踐教學保障體系和考評機制是解決“重理論，輕實踐”問題的有效措施之一。構建由4個一級指標、9個二級指標和24個三級指標組成的實踐教學質量評價指標體系，采用模糊綜合評判方法對實踐教學質量進行評價；構建“學校-學院-系部-指導教師”4級實踐教學質量監控體系，各司其職，確保實踐教學質量。該評估指標體系已應用于安徽省水利測繪類專業的評估中，其中，4個一級指標為：實驗資源及其利用、實踐教學體系與制度、隊伍建設和培訓、過程指導與評價等。

1.4 筑牢“以本為本”防線，逐步解決“重科研、輕教學”問題

學校制訂了高水平本科教育教學建設實施辦法、教學獎勵辦法、大學生學科競賽活動管理及獎勵辦法等多項制度，筑牢“以本為本”的理念，建立激勵教師潛心教學研究、學生科技創新能力不斷提升的長效機制，通過學生導師制以及成立興趣小組，以科研帶動學生創新能力培養，進一步強化教學中心地位，逐步實現“知識”向“能力”的轉變，促進教學科研融合，逐步解決“重科研、輕教學”問題。

1.4.1 科教融合，凸顯專業的礦山行業特色

近年來，專業教師獲批國家自然科學基金類項目“基于GPS/BDS組合的開采沉陷高精度快速監測關鍵技術研究”等5項、省部級科研項目“基于GIS技術的淮南煤田開采沉陷監測系統研究”等6項、大型企業橫向科研項目“地表移動自動化監測系統研究”等30余項。項目緊密結合礦區煤炭開采引起的生態環境變化，以BDS/GPS/Galileo衛星導航定位技術、現代測量數據處理技術、網絡通訊技術、移動PDA技術、GIS技術、云計算技術、InSAR技術、神經網絡技術等為支撐，研究地表移動變形信息的高精度、實時獲取的關鍵算法，研究廣闊和局部區域地表移動變形的規律、角量參數算法、預計參數解算體系和InSAR信息修正算法，研發集生態環境空間變化信息采集、傳輸、處理、分析、損害評估、預測與預警為一體的安全監測預警平臺軟硬件系統，充分體現學校測繪工程專業的礦山行業特色。

1.4.2 凝煉科研成果，充實教學和教材內容

將科研成果融入相關課程教學中，提高教學的科研性、工程性和實踐性。如，將國家自然科學基金項目“基于GPS/BDS組合的開采沉陷高精度快速監測關鍵技術研究”、橫向科研項目“地表移動自動化監測系統研究”的成果融入到“GPS定位原理及應用”“GNSS數據處理”“測繪新技術講座”等課程教學、主編的“GPS測量與數據處理”“GNSS導航定位原理與應用”等教材和“衛星導航定位原理與應用”MOOC、“GNSS定位原理與數據處理”教學資源網站等教學資源中。

1.4.3 豐富本科畢業論文的選題來源，提高論文的先進性和實戰性

近年來，本科生(甚至包括碩士、博士研究生)的學位論文選題的20%左右來源于相關科研項目，特別是橫向工程技術項目，增強論文的先進性、實戰性和應用性，提高了學生將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于分析和解決復雜工程問題的能力，進一步理解和評價針對復雜測繪工程問題的專業工程實踐對環境、社會可持續發展的影響，提升了工程教育專業認證中畢業論文對畢業要求的達成度。

2 專業建設與綜合改革的成效

通過卓有成效的一系列教學改革，學科建設和專業建設取得了一系列的成績。

2.1 提高了專業建設水平

兩位骨干教師參加“辭海”(第七版)采礦學科礦山測量部分的詞條編撰工作；測繪工程專業分別于2015年、2018年兩次通過國家工程教育專業認證，2019年入選省一流本科專業，2018年獲測繪科學與技術一級學科碩士點，2019年自主設置“礦山災害監測與控制”二級學科博士點，構建了較完整的礦山行業特色的本碩博人才培養體系。

2.2 教師教學科研能力明顯提升

近年來，專業教師獲批國家自然科學基金類項目5項、省部級科研項目6項、大型企業橫向科研項目30余項，獲省部級科技成果獎7項、發明專利4項、軟件著作權5項，獲批安徽省教學改革項目10項、省部級教學資源和規劃教材建設項目9項，發表教研論文20多篇、出版規劃教材8部。及時將科研成果融入理論教學、實踐教學、學生創新能力培養等環節，推進實驗室建設的先進性。

2.3 有效促進了學生實踐創新能力

在新的人才培養體系下，綜合運用教學與實踐改革成果，有效提高學生自主學習、應用創新的能力。改革以來，學生在中國衛星導航學術年會、全國高等學校測繪學科大學生科技創新論文大賽、全國高等學校大學生測繪技能大賽獲獎數量和層次均有大幅度提升，在2019年安徽省(首屆)大學生測繪技能大賽中獲特等獎8項。畢業生的職業素養和業務能力得到用人單位的普遍贊譽，近5年就業率保持在95%以上。

2.4 以GNSS技術為切入點，推動專業改革效果明顯

專業骨干教師從事GNSS技術的教學研究和科學研究已有24年的歷史。為支撐“互聯網+”、人工智能時代背景下“中國制造2025”、“一帶一路”等國家創新驅動發展的重大戰略，發揮我校GNSS技術的優勢，以GNSS技術為切入點，切實推動“互聯網+行業”、“互聯網+教育”改革。改革成果包括主編了規劃教材“衛星導航定位原理及應用習題集與實驗指導書”“GNSS導航定位原理與應用”“GPS測量與數據處理”等教材；出版了“煤礦開采沉陷自動化監測系統”“GNSS精密單點定位理論與方法”“基于GNSS/GIS的土地集約利用信息管理系統研究與實踐”等專著；建立了“GNSS定位原理與數據處理”校級教學資源網站；聯合4所高校1家企業共同建成了“衛星導航定位原理與應用”MOOC，全國十幾所高校約3 500人次在線學習，在疫情期間發揮了重要作用。這些教學、實踐、科研的系列參考書和教學資源，為改造傳統的測繪工程專業進行了有益的探索。

3 結 論

本文探討了新工科背景下，我校測繪工程專業創新型人才培養方案及措施，取得的成果對測繪工程專業人才培養質量的提升具有積極作用，主要成果包括：

1)創新了專業建設理念。提出了“以新工科建設要求為依據，以工程教育專業認證為導向，以GNSS核心課程體系建設為突破口，凸顯礦山行業特色，打造一流測繪工程專業”的專業建設與改革理念，堅持“四個回歸”、強化課程思政、深化教育教學改革，有效支撐了品牌專業建設實施，切實推進了工程教育專業認證，提升了專業建設水平。

2)創新人才培養體系改革。通過邀請國內外知名專家學者打造“測繪學概論”金課，構建了“基礎型、發展型、創新型”人才培養模式，符合學生個性發展需求，滿足不同行業人才需求；優化了培養方案和模塊化的課程體系，滿足標準、行業、創新訓練和終身學習的要求。

3)教學科研相融，創新實踐教學改革。重構實踐教學體系，分階段、分層次加強實踐教學與理論教學、工程應用、科技創新、學科競賽、新技術應用的結合，制訂實踐教學質量監控體系，促進學生實踐動手、應用創新等能力的提高。

在測繪工程專業新工科建設、轉型升級過程中，還有許多問題需要進一步解決。如，形成“人工智能+X”復合專業培養新模式，還需要加強師資培訓、改善教師的知識結構、提高教師運用人工智能解決專業工程技術問題的能力[10]；解決“重科研、輕教學”問題，除要求教師從思想上回歸初心和使命外，相關的制度(如職稱晉升、年度考核、評先評優等方面)也要進一步完善。