新工科建设下测量学教学改革研究

摘 要：新工科建设是深化高等工程教育改革的必然路径。随着测绘前沿科技的快速发展，传统测量学教学模式已无法满足测绘新工科人才培养需求。本文结合教学实践，探讨了新工科建设及信息化测绘背景下，当前测量学课程教学中存在的不足，并针对教学内容、教学手段、实践教学设计测量学教学改革方案，以切实培养新工科建设背景下的创新型卓越工程技术人才。

关键词：新工科建设；测量学；测绘新技术；教学改革

1 概述

新工科建设是当代中国为了应对新一轮科技革命与产业变革提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划，自2016年提出以来，引起了国内外教育界的高度关注［1］。在新工科建设中，复旦共识、天大行动、北京指南、成电方案、“F计划”等正式发布并推进，深刻改变了新时代下高校传统工科的人才培养、教育教学方案，成为我国工程教育的发展方向［2］。在此背景之下，如何推进人才培养模式转变，培养适应当今时代需求的创新卓越工程技术人才，成为工科专业建设需要迫切解决的问题［23］。

测量学是测绘类、土木类、地质类、水利类、矿业类、交通运输类等工科类专业的核心基础课程，是一门理论与实践紧密结合的专业技能课程［4］。理论教学融入多学科基础知识，实践过程使学生掌握测量的基本理论、方法和技术［5］。近年来，人工智能、大数据、遥感新技术和卫星导航定位技术等飞速发展，测绘科学技术已完成由传统测绘到数字化的过渡，并逐渐向测绘信息化迈进［67］。传统测绘科学与计算机科学、地理科学、信息科学等学科紧密结合，机载激光雷达（Light Detection and Ranging，LiDAR）、无人机测绘、合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）等测绘高新技术日新月异，发展迅猛，在行业内得到广泛应用，使得测绘学科的任务由传统的测量和制图逐渐发展为服务于自然资源监测、智慧城市建设、智能交通、国防建设和生态保护等国民经济各行各业。随着测量理论和技术多学科交叉融合的不断深入，测绘成果推陈出新的速度与日俱增，为了更好地适应形势，将高新技术融入该课程教学之中成为重中之重。

目前，测量学教学内容主要包括测量学的基础理论知识、测量原理和方法以及部分传统测量仪器的原理和基本应用，教学内容显著滞后。而在教学方式上，仍然多采用以教师讲授为主的灌输式教学，教学手段单一，无法满足学生对测绘前沿技术的基本需求，不利于培养学生利用本专业知识解决行业问题的能力，影响学生求知欲望和整体教学质量。本文在新工科建设背景下，从国家、企业和时代对测绘专业人才的培养需求出发，结合测量学专业技术与实践应用领域，思考并探讨测量学教学改革的内容及手段，以适应测绘科技的发展，满足新工科建设人才培养需求。

2 测量学教学改革的需求背景

2.1 国家需求

测绘是一项贯穿国民经济、社会发展和国家建设的基础公益性、先行性工作。随着经济和社会信息化的高速发展，我国对地理信息数据的需求陡然增加，为了能更好地面向全社会提供地理信息数据，传统测绘交叉融合多学科多领域技术已成趋势，利用现代测绘新手段、新模式，才能更好地满足现代工业企业的测量需求。

为了推动高等教育领域的供给侧结构性改革，突破创新型人才培养的瓶颈，国家在“卓越工程师教育培养计划”基础上提出新工科建设这一重大行动计划。我国正处于高等教育建设的改革攻坚期，高校开设测量学课程，不仅要求学生掌握传统测绘的基本知识，更要通过本课程着重培养学生科技创新能力、实践能力及综合应用能力，为国家打造复合型人才，培养前沿引领型人才。

2.2 企业需求

近几年来，由于测绘科学技术的升级，生产型测绘公司对于烦琐操作和数据推算的需求大大减少，从业者只需按照要求进行傻瓜式操作便可完成多数测量任务，测绘行业门槛大大降低。由于行业技术的升级，可被替代的工作范围逐渐扩大，人力资源成本降低，导致企业资金转移至测绘设备研发、算法优化等前沿领域。服务型测绘公司由于其企业性质，需要及时了解行业动向，行业上限较高，亟须具备发展潜力的高精尖创新型人才。

传统测绘知识技能的学习和应用已无法满足企业对测绘从业者的需求，因此学校测绘学科亟须改革培养人才方案，在新工科建设的背景下，测量学作为学生接触测绘领域的敲门砖，必须面向广阔的测绘科学技术，激发学生的学科兴趣及创新潜力。

2.3 时代需求

进入21世纪，互联网的普及使得中国大学慕课、云课堂等线上教育资源平台高速发展。截至2022年11月，上线慕课数量超过6.19万门，学习人数达9.79亿人次。高等学校作为教育改革的“领头羊”，理应适应新兴信息技术的发展，探索新兴教学思路，协调线上、线下混合教学模式，真正发挥“1+1>2”的教学效果。目前，線上平台已经形成多元化的学习工具和丰富的课程资源，突破了传统课程时间和空间的限制，如何更好地整合线上线下教育资源，创新教学方式提升课堂师生交互感，改善融合式教学能力成为我国高等教育发展的新挑战。

3 测量学教学中的主要问题

3.1 教学内容更新不及时

测量学教学内容更新速度较慢，难以与高速发展的测量新技术、新方法、新仪器相匹配，势必会影响人才培养的质量［8］。目前，主流测量学教材内容仍然以传统测绘仪器设备和测量技术为主。然而在实际工作中，无人机测绘、LiDAR、InSAR等新技术已得到广泛应用，这些前沿技术手段没有及时更新到测量学教学内容中。此外，测绘行业与人工智能、大数据等高新技术产业已经深度结合，而现有的测量学课程仍以传统测绘知识为主，基本没有涉及上述新技术在测绘行业的应用。测量学教学内容显著滞后，没能跟上行业发展的步伐，使得学生在本科培养阶段没有机会接触测绘行业的新技术和新仪器，导致培养的专业人才无法满足社会和行业需求，提高了学生踏入社会的门槛。

3.2 教学手段单一

对于测量学此类理论性较强、公式复杂的专业基础课程来说，长时间的书写板书+PPT展示难以吸引学生注意力，不利于营造积极的课堂氛围。随着智能设备的普及，学生信息获取手段逐渐丰富，学习思维活跃，而如果仍采用陈旧的专业技能和知识进行教学任务，将直接影响教学质量，限制学生创新思维的培养，不满足新工科建设的需求。另一方面，在互联网时代，知识获取途径已经大大丰富，学生网上自主学习和课堂讲授同样重要，在这一形式下，采用启发式教学方式，开展线上线下混合教学模式，引导学生自主学习变得格外重要。

3.3 实践教学不足

实践教学是本科人才培养中不可或缺的环节，测量学因其实用性和实践性，对学生的实操和解决问题能力要求更为严格。由于教学手段的单一，学生对于测量学理论的理解浮于表面，缺少测量仪器的操作交互，但是在实践活动中，部分学生重理论考试、轻实践操作，应付教师实习任务，无法将理论与实践紧密结合。传统的实践教学中，学生严格按照实验教案记录的步骤完成一系列简单操作，不利于积极发挥学生学习中的主观能动性，限制了学生发现问题、解决问题能力的培养。另一方面，测量学教学中的传统测量仪器、实验实习内容已无法满足社会生产单位的生产实践需求，影响教学质量。

4 新工科背景下测量学教学改革建议

在新工科建设背景下，需要对测量学这门专业核心课程的教学体系进行改革，使其与新工科建设背景下的时代特征相适应。针对此，笔者结合教学实践，总结了优化教学内容、创新教学手段、丰富教学实践等探索性教学改革措施。

4.1 优化教学内容

新工科建设背景下的测量学在教授学生系统测量学基础理论知识的同时，更要注重前沿技术的课程教学活动。近年来，地理空间信息获取的空天地一体化、信息处理的智能化正在成为信息时代测绘学科的新特征［9］。因此，必须紧跟测绘科技发展前沿，在测量学基础内容主线不变的基础上，适度引入新理论、新技术，如无人机航测、LiDAR、InSAR和北斗卫星等前沿测量手段，提高课堂教学内容的厚度和广度，完善测量学教学内容体系，扩充学生知识面，开拓学生视野。同时，针对不同专业的学生，重点讲授与其专业紧密相关的测绘新技术，突出新技术的应用，培养学生通过学科交叉解决行业问题的创新思维能力。如对于矿业领域专业，可以着重介绍基于多光谱和高光谱技术的遥感地质填图，基于无人机倾斜摄影测量和LiDAR的矿山三维地理信息获取，基于InSAR的矿区地表形变监测，基于多源遥感数据的矿区生态环境质量监测，基于GIS技术的智慧矿山管理系统，基于北斗GNSS定位技术的矿区边坡位移沉降监测等。

4.2 创新教学手段

测量学教学过程中概念居多，理论较为抽象复杂，因此在教学内容的组织上要尽可能通俗易懂，多采用视频、动画、图片等形式，让学生能直观地认识和理解所学知识，从而提高课堂教学效率。笔者在讲授高程测量内容时，以测绘珠峰海拔为例，引入高程测量内容，通过播放相关科普和宣传视频来提高学生学习的兴趣，增加学生的感性认识。其次，可以探索将“满堂灌”的课堂逐渐转向互动体验式课堂，让学生思考并参与解决实践性问题，有效培养学生的工程思维和学习积极性［10］。笔者在课堂教学中，会精心挑选一些模块让学生讲解和探讨，例如，围绕“测量知识可以起到什么作用”让学生分组进行课堂研讨，不仅使学生自主学习和了解测绘新技术及其广泛应用，还开拓了学生视野，锻炼了表达能力。此外，互联网时代拥有丰富的网络教学内容，依托慕课等网课平台建立测量学在线课程，集成讲解视频、课件、课后习题、要点提炼、课后讨论等学习资料。教师把控教学进度，学生通过網络课程提前预习知识点，课堂教学中教师就重点知识进行着重讲解，积极引导学生摆脱被动灌输式学习习惯，翻转传统教学模式的单向“教”与“学”的行为关系。例如，笔者在进行测量学教学时，针对角度测量章节采取翻转课堂的方式，课前布置相关内容交由学生利用网络资源自主学习，初步了解角度测量原理、基本仪器构造和具体操作方法等，再由教师针对部分细节与学生共同探讨，不断夯实相关理论基础并引导学生不断深入重点难点，完成知识的内化。

4.3 丰富教学实践

测量学是一门实践性很强的课程，随着测绘科学技术的发展，测量设备、前沿技术不断更新，为了更好地培育应用型工科人才，高校的实践教学也必须不断更新。但是目前许多高校的测量实验室实验设备陈旧，仍然为传统的测量设备，影响了实践教学效果，尤其是对于测绘新技术的实践教学，因此需要定期检校、维护仪器并引进新型测量设备，为实践教学创造良好环境。测量学的实践多以小组为单位，实践质量评价多通过实习报告得以确定，但在实践过程中，通常由部分能力较强的同学完成方案设计、仪器操作，部分学生消极对待测量任务，预期教学质量大打折扣。因此，在实践结束后，需要增加现场实践考核内容，教师指定简单测量任务，增加实践技能评价的客观性。此外，引导学生查阅文献和资料，自主设计实践方案和技术路线，利用实验室仪器设备完成实践内容，培养学生分析问题、解决问题和团队协作的能力［11］。同时，利用企业资源共建实验室和实习基地，丰富实践教学手段，组织学生参观实习，让学生了解和体验前沿测绘技术装备，使得人才培养和企业需求紧密结合。

结语

新一轮科技革命与产业变革来临之际，测绘发展进入信息化测绘阶段，在建筑、交通、国防、农业、水利等多个重要领域有着不可替代的作用。而测量学课程的开设作为培养测绘人才的核心课程，教学的目标和内容理应与时俱进不断创新。本文从新工科建设行动计划的目标出发，结合教学实践，对该课程教学现状及行业需求进行深入探讨，分别针对教学内容、教学手段、实践教学设计测量学教学改革方案，引入无人机、LiDAR、InSAR等新兴测量技术，创新体验式课堂、翻转课堂等教学方式，丰富教学实践手段，切实培养出掌握测绘前沿技术，富有创新意识和实践能力的复合型人才。

参考文献：

［1］刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析——兼论行业特色型大学的新工科建设［J］.高等工程教育研究，2019（03）：2128.

［2］李军，张成业，戴华阳，等.面向测绘新工科人才培养的体验式教学模式设计与实践［J］.测绘通报，2022（01）：168172+176.

［3］陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考［J］.高等工程教育研究，2017（03）：2026.

［4］崔希民.测量学教程［M］.北京：煤炭工业出版社，2009.

［5］吴明魁，钟玉龙，张纫兰，等.测量学中“测绘技术前沿”的教学改革研究［J］.测绘与空间地理信息，2022，45（06）：57+18.

［6］龚健雅.人工智能时代测绘遥感技术的发展机遇与挑战［J］.武汉大学学报（信息科学版），2018，43（12）：17881796.

［7］闫利，李建成.测绘类专业的“新工科”建设思考［J］.测绘通报，2020（12）：148154.

［8］龚循强，吕开云，鲁铁定，等.新工科背景下测绘类专业人才培养模式改革探讨——以东华理工大学为例［J］.北京测绘，2022，36（05）：676680.

［9］周吕，卢献健.面向新工科建设的测量学课程群教学改革研究［J］.教育现代化，2019，6（A0）：7172.

［10］孙晶，毛伟伟，李冲.基于体验式学习的工科课程教学实践研究［J］.煤炭高等教育，2022，40（04）：105112.

［11］陈俊林.新工科背景下测绘工程专业实践教学改革探索［J］.科教导刊，2021（21）：4.

基金项目：中国矿业大学（北京）本科教育教学改革与研究项目（J220208）

作者简介：杜守航（1990— ），男，山东泰安人，博士，讲师，研究方向：深度学习遥感影像智能解译、城市大数据智能理解与分析。