以解決復(fù)雜工程問題能力為導(dǎo)向的測繪工程專業(yè)實(shí)踐課程體系構(gòu)建

蘇 勇,熊俊楠,劉福臻,劉 姍,賈宏亮,戴小軍

(西南石油大學(xué)a.土木工程與測繪學(xué)院;b.教務(wù)處,四川 成都 610500)

十九大以來,中國特色高等教育發(fā)展進(jìn)入了新階段。目前正處于以規(guī)模擴(kuò)張為主的外延式發(fā)展向以提高質(zhì)量為主的內(nèi)涵式發(fā)展的轉(zhuǎn)型過程中。2018年6月,新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議以堅(jiān)持“以本為本”,推進(jìn)“四個回歸”,加快建設(shè)一流本科教育,全面提高人才培養(yǎng)能力為主題,高揚(yáng)人才培養(yǎng)主旋律,把本科教育放在了前所未有的戰(zhàn)略高度,吹響了建設(shè)中國特色世界一流本科教育的集結(jié)號,開啟了中國高等教育發(fā)展的新篇章。

高等工程教育建設(shè)是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志,只有堅(jiān)持內(nèi)涵式發(fā)展,才能促進(jìn)新工科、新經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展。2006年6月,我國正式加入《華盛頓協(xié)議》,標(biāo)志著我國高等工程教育發(fā)展取得歷史性突破。高等工程教育應(yīng)圍繞《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》不斷努力提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,以達(dá)到國際等效。2017年以來,教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè),先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”等,并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》等文件,探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的“中國模式”和“中國經(jīng)驗(yàn)”,以實(shí)現(xiàn)助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。

解決復(fù)雜工程問題能力是工程教育認(rèn)證中畢業(yè)要求的關(guān)鍵點(diǎn),如何結(jié)合新形勢、新業(yè)態(tài),構(gòu)建滿足復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)所需的專業(yè)理論和實(shí)踐課程體系,是當(dāng)前高校工科專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的重要課題。

一、測繪工程專業(yè)實(shí)踐課程中的復(fù)雜工程問題

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力是《華盛頓協(xié)議》的核心,即以學(xué)生為中心的教育理念、“產(chǎn)出導(dǎo)向”的教育體系和“持續(xù)改進(jìn)”的質(zhì)量觀。構(gòu)建解決復(fù)雜工程問題能力的實(shí)踐課程體系,需對復(fù)雜工程問題、復(fù)雜測繪工程問題進(jìn)行分析。開展現(xiàn)有實(shí)踐課程達(dá)成度評價,分析存在優(yōu)勢與不足,在新的人才培養(yǎng)方案修訂時,應(yīng)對其優(yōu)化、重組和調(diào)整。

復(fù)雜工程問題的主要特征如下:(1)需通過深入運(yùn)用工程原理分析才可解決;(2)涉及多方面技術(shù)、工程和其他因素,各因素間存在一定沖突;(3)需建立合適的抽象模型,建模過程中體現(xiàn)創(chuàng)造性;(4)不是僅靠常用方法就可以完全解決的;(5)問題中涉及因素可能不完全包含在專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中;(6)問題相關(guān)各方利益不完全一致;(7)具有較高的綜合性,包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。其中,特征(1)是復(fù)雜工程問題的本質(zhì),特征(2)至(7)分別從不同的角度對復(fù)雜測繪工程問題進(jìn)行了刻畫和描述。與之等效的《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》給出了12條畢業(yè)要求,其中9條涉及復(fù)雜工程問題。

測繪工程專業(yè)涵蓋內(nèi)容廣、服務(wù)領(lǐng)域?qū)?隨著人工智能、高分辨率遙感衛(wèi)星、無人機(jī)航測遙感系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展,測繪儀器裝備、技術(shù)方法、作業(yè)模式等發(fā)生了巨大變化。復(fù)雜測繪工程問題除了具有復(fù)雜工程問題的7個特征外,通過對先進(jìn)技術(shù)、多源數(shù)據(jù)和按需服務(wù)的集成,實(shí)現(xiàn)了人與人、人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián);通過獲取空天地海與多源時空信息的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)技術(shù)、產(chǎn)品、生產(chǎn)與商業(yè)模式的創(chuàng)新,使專業(yè)測繪正逐漸向泛在測繪和數(shù)據(jù)-信息-知識服務(wù)轉(zhuǎn)型。因此,解決復(fù)雜測繪工程問題,除了對本專業(yè)知識的全面、系統(tǒng)掌握外,還需具備對新方法、新技術(shù)和相近專業(yè)知識的學(xué)習(xí)能力,以及對測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工、再分析并轉(zhuǎn)化為知識的能力。

經(jīng)過多年辦學(xué)積累和持續(xù)改進(jìn),西南石油大學(xué)測繪工程專業(yè)構(gòu)建了較為完備且涵蓋專業(yè)知識理論與實(shí)踐課程的教學(xué)體系,但對照工程教育新要求和測繪地理信息發(fā)展新業(yè)態(tài),實(shí)踐教學(xué)課程在新方法、新技術(shù)和對相近專業(yè)知識的學(xué)習(xí)上稍顯不足。盡管支撐測繪數(shù)據(jù)處理、分析、應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容較充足,但在培養(yǎng)學(xué)生將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識的意識和能力方面仍需加強(qiáng)。

二、面向解決復(fù)雜測繪工程問題能力的培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求

西南石油大學(xué)測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)秉承“實(shí)事求是,艱苦奮斗”的學(xué)校優(yōu)良傳統(tǒng),積極踐行“明德篤志,博學(xué)創(chuàng)新”的校訓(xùn)。一方面注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)理、計算機(jī)、測繪等方面專業(yè)知識;另一方面積極依托校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)平臺,借助競賽與科技項(xiàng)目等第二課堂,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力,并取得了顯著成效。在綜合考慮復(fù)雜工程問題特征和測繪地理信息行業(yè)新發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上,以及專業(yè)發(fā)展定位和特色,學(xué)校制定了西南石油大學(xué)測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo):即培養(yǎng)具有良好思想道德修養(yǎng),具有較強(qiáng)社會責(zé)任感和較高職業(yè)素養(yǎng),德智體美勞全面發(fā)展,掌握測繪工程專業(yè)理論基礎(chǔ)知識,具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神,能在測繪及相關(guān)領(lǐng)域從事生產(chǎn)、設(shè)計、開發(fā)、研究及管理工作的復(fù)合型人才。依照本目標(biāo)培養(yǎng)的測繪畢業(yè)生,畢業(yè)5年左右,達(dá)到測繪工程師的技術(shù)水平,能夠在各自崗位上實(shí)現(xiàn)測繪技術(shù)創(chuàng)新和利用測繪新技術(shù)進(jìn)行測繪生產(chǎn)。

根據(jù)測繪工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn),制定本專業(yè)畢業(yè)要求如下:

(1)掌握工程知識:具有數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識,掌握測繪學(xué)科的基本理論、方法及基本技能,能解決測繪工程項(xiàng)目中的復(fù)雜工程問題。

(2)具備問題分析能力:能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)等自然科學(xué)及工程科學(xué)原理,結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研和其他獲取信息方法,分析測繪工程項(xiàng)目中的復(fù)雜工程問題,并獲得可靠結(jié)論。

(3)設(shè)計/開發(fā)工程解決方案:掌握測繪工程項(xiàng)目內(nèi)外工作方法,開展測繪工程項(xiàng)目方案設(shè)計、測繪工程項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目工程監(jiān)理與技術(shù)評價等工作,并能在設(shè)計環(huán)節(jié)中考慮社會、健康、安全、法律、文化、環(huán)境等因素。

(4)開展學(xué)術(shù)研究:掌握大地測量、攝影測量與遙感、地理信息系統(tǒng)的理論、方法及技術(shù),具備運(yùn)用多學(xué)科方法開展空間數(shù)據(jù)采集、處理和解釋分析等綜合研究的基本能力。

(5)合理使用現(xiàn)代工具:能夠使用測繪相關(guān)專業(yè)儀器設(shè)備和軟件,解決測繪工程領(lǐng)域復(fù)雜技術(shù)問題。

(6)注重工程與社會協(xié)調(diào)關(guān)系:能正確認(rèn)識測繪工程項(xiàng)目對社會、健康、安全、法律以及文化的影響,具有相應(yīng)的環(huán)保、法律及安全等意識,并掌握解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

(7)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念:熟悉國家有關(guān)測繪地理信息方面的方針、政策及法規(guī),能夠了解和評價測繪項(xiàng)目實(shí)施過程中對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的意義。

(8)遵守職業(yè)規(guī)范:具有良好的人文社會科學(xué)素養(yǎng),崇尚科學(xué),具有嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、理論聯(lián)系實(shí)際、開拓進(jìn)取、求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)作風(fēng)和較強(qiáng)的社會責(zé)任感及良好的職業(yè)道德。

(9)注重個人和團(tuán)隊(duì)協(xié)作關(guān)系:具有較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)意識和協(xié)作精神,能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。

(10)具備良好溝通能力:能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流;掌握一門外國語言,能閱讀本專業(yè)的外文文獻(xiàn),并具有聽、說、讀、寫的基本能力;具備一定的國際視野,能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

(11)能夠獨(dú)自負(fù)責(zé)項(xiàng)目:掌握測繪工程監(jiān)理、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價和流程管理的決策方法,并在測繪工程實(shí)踐中加以應(yīng)用。

(12)堅(jiān)持終身學(xué)習(xí):具有健康的體魄和良好的心理素質(zhì);具備終身獲取新知識的意識,和不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

三、面向解決復(fù)雜測繪工程問題的實(shí)踐能力及其課程

(一)測繪工程專業(yè)實(shí)踐能力

1.學(xué)科基礎(chǔ)能力

為保證學(xué)生順利掌握本學(xué)科專業(yè)技術(shù),要求學(xué)生掌握的學(xué)科基礎(chǔ)能力主要包括:數(shù)理基礎(chǔ)理論、計算機(jī)應(yīng)用能力、外國語言應(yīng)用能力。

能力1:具備數(shù)理應(yīng)用能力,掌握高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方法和相關(guān)軟件,具備將數(shù)理知識應(yīng)用于工程實(shí)踐的能力。

能力2:具備計算機(jī)程序設(shè)計能力,掌握計算機(jī)程序設(shè)計方法,具備一定的測量程序設(shè)計開發(fā)能力。

能力3:具備一種外國語言應(yīng)用能力,掌握一定的外語交流、閱讀和寫作能力。

2.專業(yè)核心能力

要求學(xué)生具備空間數(shù)據(jù)獲取、內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理和測繪項(xiàng)目管理實(shí)施等專業(yè)核心技術(shù)與能力。通過專業(yè)核心能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練,使學(xué)生具有從事測繪專業(yè)相關(guān)工作必備的技術(shù)和能力,為學(xué)生就業(yè)和綜合創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

能力4:具備外業(yè)數(shù)據(jù)采集能力,掌握經(jīng)緯儀、全站儀、水準(zhǔn)儀、GNSS接收機(jī)、無人機(jī)、三維激光掃描儀、相對重力儀、陀螺儀等儀器設(shè)備的使用方法。

能力5:具備內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理能力,掌握數(shù)字化成圖軟件、測量平差軟件、遙感圖像處理軟件、地理信息系統(tǒng)軟件、攝影測量軟件等相關(guān)專業(yè)軟件的使用方法。

能力6:具備測繪項(xiàng)目實(shí)施能力,掌握測繪項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計、組織、實(shí)施、管理等項(xiàng)目實(shí)施方法。

3.綜合創(chuàng)新能力

學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握學(xué)科基礎(chǔ)能力和專業(yè)核心能力基礎(chǔ)上,通過參與體現(xiàn)學(xué)科特色的專業(yè)品牌實(shí)踐,參與部分跨專業(yè)、跨學(xué)科類的實(shí)踐項(xiàng)目,以及參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類訓(xùn)練項(xiàng)目、科技創(chuàng)新等活動,提升綜合應(yīng)用和實(shí)踐創(chuàng)新能力,增強(qiáng)管理、組織、溝通、協(xié)調(diào)等方面的能力。

能力7:具備測繪科技創(chuàng)新能力,掌握測繪科技創(chuàng)新的前沿理論和技術(shù),具備一定的測繪科研能力。

能力8:具備跨學(xué)科綜合應(yīng)用能力,掌握計算機(jī)、地理學(xué)、工程地質(zhì)、土木工程、地球物理等學(xué)科知識,具備多學(xué)科綜合交叉應(yīng)用能力。

能力9:具備創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力,掌握創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識,具備將專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)的能力。

(二)測繪工程專業(yè)主要實(shí)踐課程及培養(yǎng)路線圖

測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案課程共170學(xué)分,其中實(shí)踐課程學(xué)分占30%,折算成總學(xué)時為816學(xué)時,由第一課堂、第二課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)構(gòu)成。第一課堂實(shí)踐課程包括課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等,主要包括工程認(rèn)知實(shí)踐、認(rèn)識實(shí)習(xí)、數(shù)字化地形圖測繪實(shí)習(xí)、GNSS大地測量實(shí)習(xí)、工程測量綜合實(shí)習(xí)、攝影測量與遙感綜合實(shí)習(xí)、《誤差理論及測量平差基礎(chǔ)》課程設(shè)計、《地圖制圖學(xué)基礎(chǔ)》課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計(論文)。第二課堂實(shí)踐課程主要包括思政課社會實(shí)踐、職業(yè)能力實(shí)踐、勞動教育實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等。

實(shí)踐課程由學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)核心實(shí)踐、綜合創(chuàng)新實(shí)踐三個部分組成(圖1)。學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)踐主要在第一、第二學(xué)年完成,包括數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)、工程認(rèn)知實(shí)踐、認(rèn)識實(shí)習(xí)等;專業(yè)核心實(shí)踐主要在第二、第三學(xué)年完成,包括大地測量學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字地形測量學(xué)實(shí)驗(yàn)、GNSS原理及其應(yīng)用實(shí)習(xí)、數(shù)字地形圖測繪實(shí)習(xí)、GNSS大地測量實(shí)習(xí)、《誤差理論及測量平差基礎(chǔ)》課程設(shè)計、《地圖制圖學(xué)基礎(chǔ)》課程設(shè)計等;綜合創(chuàng)新實(shí)踐主要在第三、第四學(xué)年完成,包括工程測量綜合實(shí)習(xí)、攝影測量與遙感綜合實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(論文)等。

圖1 測繪工程專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)路線圖

實(shí)踐課程借助校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地和校外產(chǎn)學(xué)研基地,融入了高分辨率遙感衛(wèi)星影像處理、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無人機(jī)航測遙感系統(tǒng)等行業(yè)新內(nèi)容,以及采用了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等測繪地理信息行業(yè)新方法。

四、測繪工程專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)成效

通過對學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng),測繪工程專業(yè)學(xué)生2014、2016、2018年連續(xù)三屆獲全國高等學(xué)校大學(xué)生測繪技能大賽團(tuán)體一等獎,其中2018年測量程序設(shè)計單項(xiàng)以全國第二的成績獲特等獎;2014—2019年連續(xù)五年獲全國高等學(xué)校大學(xué)生測繪科技論文競賽一等、二等獎;2014—2019年連續(xù)五屆獲省大學(xué)生測繪技能競賽團(tuán)體一等獎;2019年獲四川省“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎。測繪工程專業(yè)本科生發(fā)表論文數(shù)、申請發(fā)明專利和軟件著作權(quán)數(shù)量持續(xù)增加。通過畢業(yè)生滿意度調(diào)查發(fā)現(xiàn),畢業(yè)生對專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容等的滿意度明顯提升。

五、結(jié)語

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力,是當(dāng)前國內(nèi)高等工程教育發(fā)展的重要任務(wù)。通過分析當(dāng)前國內(nèi)高等教育、高等工程教育面臨的新形勢,指出測繪工程專業(yè)解決復(fù)雜工程問題所需要的能力。結(jié)合西南石油大學(xué)辦學(xué)定位,通過對測繪工程專業(yè)2020級人才培養(yǎng)方案進(jìn)行修訂,從培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、實(shí)踐教學(xué)能力培養(yǎng)進(jìn)行分析,建立了滿足新時期測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)需要的實(shí)踐教學(xué)課程體系,其結(jié)果可為測繪工程及相關(guān)專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)提供支撐。