與時俱進的智慧工程測量實踐教學改革與探索

羅享寰 李偉文 劉軍 丁小波

摘 ?要：新工科形勢下，高等工程教育改革的目標是培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力強的具有國際競爭力的復合應用型人才。該文結(jié)合深圳大學土木與交通工程學院開展的智慧工程測量實踐教學實際，分析適合新工科發(fā)展和“雙區(qū)”驅(qū)動的智慧工程測量實踐教學需求，總結(jié)出智慧工程測量需從理論智慧化與實踐信息化相結(jié)合的方式改革，提出從教育理念轉(zhuǎn)變、教學體系構(gòu)建、教學模式創(chuàng)新及考核多元化等方面的探索模式，依據(jù)改革成效提出展望，以期為順應工科新要求的實踐教學改革提供借鑒。

關(guān)鍵詞：與時俱進；智慧工程測量；實踐教學；新工科；雙區(qū)

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）33-0046-05

Abstract： Under the context of the new engineering disciplines， the goal of higher engineering education reform is to cultivate highly competitive， versatile， and application-oriented professionals with strong practical and innovative abilities. This paper combines the practical experience of smart engineering surveying and mapping practice teaching conducted by the School of Civil and Transportation Engineering at Shenzhen University to analyze the demands for smart engineering surveying and mapping practice teaching that align with the development of the new engineering disciplines and the "dual-zone" driving force. It summarizes that the reform of smart engineering surveying and mapping should integrate theoretical intelligence with practical informatization， and proposes an exploratory model from the aspects of educational philosophy transformation， teaching system construction， teaching mode innovation， and diversified assessment. Based on the results of the reform， future prospects are suggested， aiming to provide insights for the reform of practical teaching that aligns with the new requirements of engineering disciplines.

Keywords： keeping pace with the times; engineering surveying; practicum teaching; new engineering; double First-Class

實踐教學對高等工程教育人才培養(yǎng)至關(guān)重要。其能夠幫助學生接觸真實工程問題，培養(yǎng)實際操作技能，并強化問題解決能力。實踐教學還能培養(yǎng)學生的團隊合作能力和職業(yè)素養(yǎng)，使其更好地適應工程實踐環(huán)境，更是大學生塑造正確價值觀的良好契機。同時，實踐教學對啟迪學生創(chuàng)新能力具有重要意義。通過實踐，學生在體驗解決實際問題的過程中激發(fā)創(chuàng)新思維和提升創(chuàng)造性解決問題的能力。

在新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的新形勢下，教育部推出的“新工科”建設為中國高等工程教育改革明確了方向。新工科的內(nèi)涵是“創(chuàng)新、綜合、CDIO、開放”新理念，著眼“新的工科”和“工科的新要求”，目標是培養(yǎng)具有實踐和創(chuàng)新能力強的具有國際競爭力的復合應用型人才[1]。誠然，新工科賦予了實踐教學更高遠、更神圣的使命，順應新工科的實踐教學改革必然成為教育教學改革的熱點。傳統(tǒng)工科涉及的專業(yè)面廣，工科的新要求達成也可以為“新的工科”建設提供借鑒。根據(jù)工科的新要求，對于傳統(tǒng)工科的專業(yè)人才培養(yǎng)，從宏觀來說，是培養(yǎng)體系、課程設置、教學內(nèi)容、教育技術(shù)的革新，從內(nèi)涵來說，是綜合能力的提高和綜合素養(yǎng)的提升。落實到傳統(tǒng)工科的實踐教學環(huán)節(jié)，首先是課程體系重構(gòu)與實踐教學平臺升級，再就是教學過程的策略優(yōu)化和監(jiān)控，達成的目標是人才培養(yǎng)質(zhì)量的全方位提升。

工程測量技能是工程領(lǐng)域的勘測、設計、施工和管理人員必備的專業(yè)技能，工程測量的技術(shù)性質(zhì)決定了工程測量實踐教學在土木與交通類專業(yè)人才培養(yǎng)的核心作用。新形勢下，工程測量實踐教學改革應依新工科“五新（理念、結(jié)構(gòu)、模式、質(zhì)量、體系）”范式，以立德樹人為引領(lǐng)，以技能提升為抓手，以創(chuàng)新訓練為著力點，以卓越工程師培養(yǎng)為目標，進行與時俱進的系統(tǒng)改革。

本文結(jié)合深圳大學土木與交通工程學院近年來面對土木工程和智慧建造、智慧交通2個新專業(yè)開展的工程測量實踐（實驗實習）教學實際，從教育理念轉(zhuǎn)變、教學體系構(gòu)建、教學模式創(chuàng)新及考核多元化等方面，分析了適合新工科發(fā)展和“雙區(qū)”驅(qū)動的智慧工程測量實踐教學改革的實踐探索和展望。

一 ?與新工科相適應的智慧工程測量實踐教學體系構(gòu)建

工程測量課程是隨深大建設同步開設的專業(yè)基礎課程，基于其技術(shù)性和應用性的雙重特征及知識系統(tǒng)性要求，本課程配套設置了工程測量實驗環(huán)節(jié)。在課程建設過程中，團隊堅持與時俱進的改革與創(chuàng)新，不斷加強實驗教學，形成了目前理論與實驗學時數(shù)分配為1∶1比例、理論與實踐并重的格局，凸顯了信息技術(shù)與測繪技術(shù)的“現(xiàn)代”特色。

為順應新工科和“雙區(qū)建設”對創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求，突出工程測量知識技能對土木與交通類專業(yè)人才的支撐作用，本學院對工程測量實踐教學體系進行了重構(gòu)（表1），形成智慧工程測量新課堂：以隨堂的智慧工程測量實驗為技術(shù)技能培養(yǎng)基礎，以集中的測量實習訓練工程能力，挖掘課程思政元素春風化雨般融入立德樹人過程，以注重過程的多元化考核激發(fā)學習興趣，結(jié)合與測量相關(guān)的生產(chǎn)實習和畢業(yè)論文（設計）提升工程素養(yǎng)，以層次化的專業(yè)競賽和創(chuàng)新項目強化實踐能力，以賽促學，構(gòu)建成了“實驗—實訓—實戰(zhàn)—創(chuàng)新”多環(huán)節(jié)漸進式智慧工程測量實踐教學體系，實現(xiàn)“實踐鍛煉不斷線”與“三全育人”融合的實踐教學[2-3]。

二 ?智慧工程測量實踐教學模式改革與創(chuàng)新

（一） ?優(yōu)選實踐教學內(nèi)容，體現(xiàn)現(xiàn)代測繪技術(shù)特征

夯實基礎、緊跟前沿、自主創(chuàng)新，這是“新工科”和“雙區(qū)”驅(qū)動的時代需求，教學內(nèi)容的革新必須圍繞這個需求進行優(yōu)化組合。

1 ?夯實基礎的課堂實驗項目的更新

測繪技術(shù)是一門應用范圍較廣的工程技術(shù)，在數(shù)字城市、地質(zhì)、礦業(yè)、水利和農(nóng)林等行業(yè)的建設中扮演著重要角色，在人才培養(yǎng)時，既要緊跟前沿，更要夯實基礎[4]。傳統(tǒng)工程測量以水準儀、經(jīng)緯儀和全站儀為主，這些儀器的操作使用及檢驗是土木交通類學生必需掌握的基本訓練內(nèi)容。然而，受益于計算機技術(shù)、空間科學、信息技術(shù)和光電技術(shù)的迅速發(fā)展，工程測量儀器持續(xù)更新?lián)Q代，由普通光學向電子、激光甚至數(shù)字化智能化發(fā)展，測量新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。智慧工程測量的應用范圍由地面向地下、水下和太空全域拓展，隨著智慧城市、智慧建造、智慧工地、自動化監(jiān)測等工程的推進，智慧工程測量手段必然產(chǎn)生相應變革，北斗衛(wèi)星導航技術(shù)、無人機低空攝影測量、三維激光雷達測量和室內(nèi)精準定位等先進測量技術(shù)逐漸替代傳統(tǒng)方法。因此，工程測量實驗內(nèi)容應體現(xiàn)由基礎型測量向拓展型測繪進展的趨勢，讓學生夯實工程領(lǐng)域的測量技術(shù)基礎，與時俱進地引入先進技術(shù)，主動對接行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需求。

基于上述分析，對智慧工程測量實驗項目進行了調(diào)整更新，如刪去了電子經(jīng)緯儀和鋼尺量距相關(guān)的四個實驗項目，新增全站儀、GNSS動態(tài)測量、手持激光雷達及低空無人機三維測量四項內(nèi)容，對課程進行智慧化信息化提升。采用應用技術(shù)與基本實驗相結(jié)合的方式，把部分驗證性實驗整合成綜合性實驗項目，如經(jīng)緯儀角度測量與距離測量整合成全站儀坐標測量（表1）。

表1 ?智慧工程測量課程實驗項目調(diào)整表

為了解決內(nèi)容多課時少的矛盾，通過開放實驗室、線上平臺練習、發(fā)布網(wǎng)絡或自制短視頻等措施拓寬實踐時空，使學生得到多維度的強化訓練，由基本掌握提升到熟練靈活應用，夯實了測量基礎理論、基本技術(shù)及其應用知識，同時有助于學生對技術(shù)發(fā)展史的深入了解，使實驗教學在有限的時間內(nèi)盡可能大的發(fā)揮效能[5]。

2 ?注重工程綜合能力培養(yǎng)的智慧測量實習內(nèi)容優(yōu)化組合

工程測量實習是本學院對學生進行工程素質(zhì)和綜合能力培養(yǎng)的重要實踐性教學，通過實習，使學生運用工程測量課程所學的各類測量儀器知識進行綜合性項目的測繪訓練，鞏固課堂所學測量理論知識，掌握測量工作中“外業(yè)測、內(nèi)業(yè)算；繪圖、放樣”等基本技能，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析問題與解決問題的能力，同時培養(yǎng)團隊合作和獨立創(chuàng)新精神，為學生在工程一線工作打下堅實的實踐基礎[6-8]。

在更新的智慧測量實習內(nèi)容的選定上，充分考慮土木與交通工程（非測繪）對測量的專業(yè)需求，結(jié)合地形測繪和施工測量知識技能的要求，如控制測量的外業(yè)和內(nèi)業(yè)、碎部點的采集、大比例尺地形圖的繪制和施工測量等內(nèi)容，同時盡可能地選用先進儀器設備，如電子水準儀、GNSS接收機、全站儀等。把小地區(qū)控制測量、地形測量實踐教學融入于一個具體綜合應用的項目中，如校園大比例尺三維測量，在對校園分組測繪地形圖項目中學會測圖、繪圖、拼圖。各分組測區(qū)均選取坡度顯著區(qū)域，區(qū)域內(nèi)包含植被、道路和建筑物等地物，鍛煉學生綜合能力。測量成果要求舍棄傳統(tǒng)的手繪制圖，采用數(shù)字制圖系統(tǒng)建立基于絕對坐標系的平面模型，為后續(xù)GIS和BIM相關(guān)課程提供數(shù)字底座基礎，有助于學科專業(yè)構(gòu)建系統(tǒng)連貫的課程體系[9]。

3 ?體現(xiàn)現(xiàn)代測繪技術(shù)特征的虛擬仿真教學

在“雙區(qū)”建設的持續(xù)推進背景下，土木與交通工程學院專業(yè)建設向智慧交通和城市地下空間方向發(fā)展。為了學院的特色化發(fā)展和響應“點亮數(shù)字化未來”的國家戰(zhàn)略，智慧工程測量實驗平臺作為學院的重要專業(yè)基礎實驗平臺，其建設正在向智能化、數(shù)字化、動態(tài)化升級。虛擬仿真測量平臺正在逐步完善并已投入使用，依托虛擬仿真測量平臺，擺脫了教學設備及實驗環(huán)境的限制，搭建實際難以構(gòu)建的復雜或極端的大型綜合性場景，進行了北斗衛(wèi)星導航技術(shù)、無人機低空攝影測量、三維激光雷達測量等先進測量技術(shù)的教學，極大地提高了學生興趣；同時，通過對虛擬設備的認識、操作，降低了高難度操作過程中因理論或?qū)嵺`知識掌握不足造成安全事故的可能性，提高實踐教學質(zhì)量。

借助虛擬仿真平臺，開展線上線下混合模式教學，加強課前導學、課中互動拓展、課后鞏固升華等環(huán)節(jié)的教學功能。課前，教師依據(jù)課程體系和教學大綱設置本節(jié)課教學內(nèi)容，發(fā)布微視頻及文本性資料等課程資源到虛擬平臺，分析本節(jié)課疑難點并據(jù)此設計課中活動內(nèi)容。學生則在平臺上觀看教學微視頻并閱讀相關(guān)文本資料進行自主學習。課中，于數(shù)字化平臺設置疑難、大眾的問題，引導小組討論，讓學生真正變?yōu)閷W習的主體，在活躍了課堂氣氛的同時也提高課堂效率。課后，通過虛擬仿真測試和展示相關(guān)工程案例完成課程知識的拓展與升華，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

（二） ?精心組織測量外業(yè)實踐活動，提高教學效率

智慧測量實習的教學工作包括任務布置、實習分組、場地安排、儀器分發(fā)、人員調(diào)配、安全防范、檢查驗收、答疑指導和考勤考核等。隨著教學經(jīng)驗的積累和灣區(qū)要求的提高，上述紛繁工作落實得越來越到位、越來越精細，使教學效果不斷提高。

1 ?明確目標，清晰任務

1）計劃制定。實習開始前，負責人提前考察校內(nèi)實習場地選點的可行性及人員接納情況，根據(jù)教學大綱的要求，制訂詳細的實習教學文件并分發(fā)到位，包括實習計劃、分組信息、日志表格和實習報告模板等。其中，實習計劃包括實習課程目的意義、具體內(nèi)容、安全風險、分組情況、實習時間與地點、技術(shù)要求、考核標準和實習提交成果形式等細節(jié)要求。

2）動員會。召開全體師生的實習動員大會，一是引起指導教師的高度重視，引導學生從思想和行動上做好實習的各項準備工作；二是通過對實習教學文件內(nèi)容的集中學習，統(tǒng)一要求到位，使師生對實習目標和內(nèi)容有更清晰的認識；三是抓好安全教育，強調(diào)風險規(guī)避，如道路嚴禁布控制點、保護儀器、疫情防控等。

2 ?指導靈活多樣，效果事半功倍

新冠感染疫情的爆發(fā)和蔓延，極大推動了教育技術(shù)和教學方法的革新，適于高校的網(wǎng)絡教學公共平臺如中國大學慕課、超星、雨課堂和騰訊等極速升級優(yōu)化，各高校也積極主動應對形勢變化，紛紛研發(fā)自主性的網(wǎng)絡教育平臺，在提供豐富教學資源的同時，也為線上教育教學提供了新工具新途徑，使線上或混合式教學成為了新常態(tài)。深圳大學在開通多個公共教學平臺的同時，也開發(fā)了供校內(nèi)線上教學使用的blackboard，為全校師生開展線上教學提供了優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡環(huán)境。

測量實習過程中，不同的小組分散在不同實習場地，內(nèi)容進度不一，學生遇到的問題各異，指導教師人手不足，指導難度大，采取線上線下、個別和集中等靈活多樣的教學方法是保證教學質(zhì)量的最佳辦法。我們的做法如下：①把重點內(nèi)容知識點及安全風險點編制成選擇判斷題，把儀器操作錄成小視頻（或網(wǎng)絡下載）發(fā)布在blackboard平臺的SPOC課程上，作為預習的考核內(nèi)容和操作指引；②指導教師除了循環(huán)式的就近召集學生進行有針對性講解指導外，充分利用電話、個人微信及微信群等通訊工具進行及時答疑，了解進程情況；③成立由小組負責人組成的興趣小組，提前熟悉儀器使用和注意事項，參與實踐教學的各項準備工作，通過電話或微信隨時溝通聯(lián)系，充分發(fā)揮小組負責人的協(xié)助和帶動作用；④形成組長負責的團隊合作機制，在控制測量、碎部測量等環(huán)節(jié)，觀測者、記錄者、立尺員和繪圖員等角色必須輪換，保證人人機會平等，杜絕懈怠，互相監(jiān)督，共同進步；⑤中期進行至少一次的線上小組長匯報交流，及時發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)經(jīng)驗，使實習順利進行；⑥實習結(jié)束后舉行集中的實習總結(jié)交流會，要求各個實習點成員在小組總結(jié)的基礎上，就實習工作內(nèi)容、遇到的問題及解決策略、心得體會等方面，制作以測線視頻或照片展示實習風采的PPT，由小組代表進行匯報，全體師生進行交流。

充分利用網(wǎng)絡輔助靈活多樣的實習指導，明顯能提高實習效率，尤其是通過總結(jié)交流會能使實習的功能得到延伸。一是讓師生了解全年級的實習情況，深入了解行業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀；二是豐富了實習內(nèi)容，擴大知識面；三是增強學生團隊合作意識，強化組織能力；四是與動員會作呼應，對比前期布置的任務，檢驗實踐教學目標的達成度，為進一步提高實習質(zhì)量提供思路和策略。

3 ?以“雙向融合”的協(xié)同育人機制提升智慧工程實踐能力

“專家請進來”“師生走出去”的雙向開放教學模式已是校企合作的普遍性策略，對于具有內(nèi)外業(yè)結(jié)合特征的智慧工程測量實踐教學，“雙向融合”協(xié)同育人顯得更加重要。

近年來，依托智慧工程測量一流課程的建設力度，建立了有效提升工程實踐能力的“雙向融合”協(xié)同育人機制，開展了形式多樣的開放式實踐教學活動，如在實習前后邀請測繪業(yè)界專家或儀器廠商開設講座和沙龍、學生到工地參觀見習、教師外出技能培訓或交流學習、指導學生參加省級以上及行業(yè)技能競賽等，在緊跟技術(shù)前沿、拓展技術(shù)視野、提升工程實踐能力和雙師型教師培養(yǎng)等方面都達到了理想效果（表2）。

（三） ?融思政元素于實踐教學，助力工科學生思想成長發(fā)展

課程思政作為將思政內(nèi)容和具體學科教學內(nèi)容及環(huán)節(jié)進行互動性融合的紐帶，對學生正確的三觀培養(yǎng)有很強的促進作用[10]。工程測量是典型的傳統(tǒng)工科專業(yè)的工科課程，實踐教學內(nèi)容蘊含豐富的家國情懷、工匠精神、團隊合作、責任擔當、集體榮譽和安全意識等思政元素。探索“大思政”和“大工程觀”融合的教學模式，既要善于挖掘工科實踐課程思政元素，又要做到潤物無聲地寓思政元素于教學過程，使思政與工程有機融合，才能發(fā)揮兩者對人才培養(yǎng)的協(xié)同促進作用。

通過多年的教學實踐，我們建立了一個完整的課程思政融合教學體系。課程思政案例選擇圍繞具體的標志性大型工程案例展開，如港珠澳大橋建設、珠峰高程測量、南水北調(diào)、超級蜀道中的諸多超級遂道及超級大橋等大型工程案例，這些超級工程的完成體現(xiàn)了中國的強實力，既有振奮人心的豪邁感，也有對精益求精工匠精神和艱苦奮斗作風的敬仰；也可以以國產(chǎn)設備的發(fā)展與選用作題材。思政元素的融入時機可在動員會、總結(jié)交流會、儀器選用、困難面前和數(shù)據(jù)處理等全方位進行。實踐表明，思政元素的適時巧妙融入，能激發(fā)學生興趣，增強信心，對培養(yǎng)具備艱苦奮斗精神和家國情懷的大國工匠式人才，以及能承擔民族復興大任的時代新人都起到不可或缺的作用。

（四） ?建立多元化課程考核體系，推進學生綜合素質(zhì)發(fā)展

新工科教育的戰(zhàn)略目標為培養(yǎng)卓越工程人才。教學方法多元化，自然就有多元的反饋信息，與之相匹配的考核評價體系自然應是多元化的。因此，實踐教學更應注重全面反映教學效果的過程考核，強調(diào)學生的應用能力和分析能力提升，激發(fā)學生學習主動性，促進學生素質(zhì)全面發(fā)展。

近年來，不管是隨堂進行的測量實驗還是集中開展的測量實習，我們不斷改進考核方式，逐漸細化完善了考核標準，改變了過去僅以技能操作和最終報告為依據(jù)的片面評分方式，實施注重全過程、凸顯能力提升的考核。具體考核方案見表3—4。平時成績（60%）從預習準備、參與程度、團隊合作和熟練與規(guī)范等環(huán)節(jié)進行考核；總結(jié)報告（40%）著重原始記錄、數(shù)據(jù)處理、問題分析和創(chuàng)新成分等內(nèi)容的深度和廣度；加分項針對興趣小組成員、交流匯報人、創(chuàng)新貢獻大等表現(xiàn)而設。

通過對學生的學習進行多元化全方位的評價，充分調(diào)動了學生的學習熱情，促進學生個性化發(fā)展，提升綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為學生后期專業(yè)課程的學習和就業(yè)奠定了良好基礎。

表3 ?智慧測量實驗成績評定標準

三 ?改革成效分析及展望

（一） ?成效分析

智慧工程測量課程針對實踐技能和創(chuàng)新能力而設計的整套實驗教學經(jīng)驗在學院土木工程實踐類課程中進行推廣和交流，起到先行示范作用。

通過多層次多環(huán)節(jié)多方位的測量實踐訓練，營造了學生螺旋式上升的成長環(huán)境，對基礎扎實又具有獨特創(chuàng)新能力的人才培養(yǎng)起到了巨大的支撐作用，滿足了社會對高素質(zhì)工程人才的需求，為學生深造、就業(yè)和創(chuàng)業(yè)打下良好基礎，具體表現(xiàn)在以下方面。

一是激發(fā)學生實踐創(chuàng)新的激情。近年來，學院3個專業(yè)學生參加教師科研、挑戰(zhàn)杯、科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、測繪技能競賽和數(shù)字制圖競賽等活動的積極性顯著提高，獎項也不斷增加，2021—2023年學院獲省級競賽獎項數(shù)均逾10項。

二是考研深造率提高。歷年來，本學院學生考研成績上線率及錄取率是全校較好的專業(yè)之一，其中不少畢業(yè)生進入香港大學、中山大學、武漢大學、華南理工大學和復旦大學等名牌大學深造，且大部分學生仍選擇繼續(xù)在土木與交通工程相關(guān)專業(yè)深造，表明實踐教學有效提高學生對專業(yè)的興趣。

三是就業(yè)率提高。近年來學生就業(yè)率呈上升趨勢，越來越多的畢業(yè)生從事與測繪、測量、城市規(guī)劃等有關(guān)的工作，其中在大灣區(qū)工作的比例較大，證明了與時俱進的實踐性教學拓展了學生的綜合素質(zhì)，打破傳統(tǒng)土木類專業(yè)的就業(yè)方向限制。

（二） ?展望

實踐證明，與時俱進的實踐教學改革，筑牢學生的理論基礎，強化創(chuàng)新能力和實踐能力，塑造正確三觀，是培養(yǎng)社會需求工程人才的根本保證。我們將針對新工科和“雙區(qū)建設”先行示范需要，繼續(xù)深化教學改革，強化實踐環(huán)節(jié)訓練，不斷提高實踐教學質(zhì)量：一是深化改革教學評價體系，建立一套完整的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的綱領(lǐng)性實踐教學指導文件體系及教學效果評價體系；二是通過各種渠道籌集經(jīng)費，增加三維激光掃描儀、高精度水準儀、GNSS、測量機器人和計算機成圖系統(tǒng)等先進儀器設備臺套數(shù)，升級實踐教學硬件環(huán)境，優(yōu)化實驗室管理，加大實驗室開放力度；三是加強學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，提高學生社會競爭力。

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