与时俱进的智慧工程测量实践教学改革与探索

罗享寰 李伟文 刘军 丁小波

摘  要：新工科形势下，高等工程教育改革的目标是培养实践和创新能力强的具有国际竞争力的复合应用型人才。该文结合深圳大学土木与交通工程学院开展的智慧工程测量实践教学实际，分析适合新工科发展和“双区”驱动的智慧工程测量实践教学需求，总结出智慧工程测量需从理论智慧化与实践信息化相结合的方式改革，提出从教育理念转变、教学体系构建、教学模式创新及考核多元化等方面的探索模式，依据改革成效提出展望，以期为顺应工科新要求的实践教学改革提供借鉴。

关键词：与时俱进；智慧工程测量；实践教学；新工科；双区

中图分类号：G642      文献标志码：A         文章编号：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

實践教学对高等工程教育人才培养至关重要。其能够帮助学生接触真实工程问题，培养实际操作技能，并强化问题解决能力。实践教学还能培养学生的团队合作能力和职业素养，使其更好地适应工程实践环境，更是大学生塑造正确价值观的良好契机。同时，实践教学对启迪学生创新能力具有重要意义。通过实践，学生在体验解决实际问题的过程中激发创新思维和提升创造性解决问题的能力。

在新一轮科技革命与产业变革的新形势下，教育部推出的“新工科”建设为中国高等工程教育改革明确了方向。新工科的内涵是“创新、综合、CDIO、开放”新理念，着眼“新的工科”和“工科的新要求”，目标是培养具有实践和创新能力强的具有国际竞争力的复合应用型人才[1]。诚然，新工科赋予了实践教学更高远、更神圣的使命，顺应新工科的实践教学改革必然成为教育教学改革的热点。传统工科涉及的专业面广，工科的新要求达成也可以为“新的工科”建设提供借鉴。根据工科的新要求，对于传统工科的专业人才培养，从宏观来说，是培养体系、课程设置、教学内容、教育技术的革新，从内涵来说，是综合能力的提高和综合素养的提升。落实到传统工科的实践教学环节，首先是课程体系重构与实践教学平台升级，再就是教学过程的策略优化和监控，达成的目标是人才培养质量的全方位提升。

工程测量技能是工程领域的勘测、设计、施工和管理人员必备的专业技能，工程测量的技术性质决定了工程测量实践教学在土木与交通类专业人才培养的核心作用。新形势下，工程测量实践教学改革应依新工科“五新（理念、结构、模式、质量、体系）”范式，以立德树人为引领，以技能提升为抓手，以创新训练为着力点，以卓越工程师培养为目标，进行与时俱进的系统改革。

本文结合深圳大学土木与交通工程学院近年来面对土木工程和智慧建造、智慧交通2个新专业开展的工程测量实践（实验实习）教学实际，从教育理念转变、教学体系构建、教学模式创新及考核多元化等方面，分析了适合新工科发展和“双区”驱动的智慧工程测量实践教学改革的实践探索和展望。

一  与新工科相适应的智慧工程测量实践教学体系构建

工程测量课程是随深大建设同步开设的专业基础课程，基于其技术性和应用性的双重特征及知识系统性要求，本课程配套设置了工程测量实验环节。在课程建设过程中，团队坚持与时俱进的改革与创新，不断加强实验教学，形成了目前理论与实验学时数分配为1∶1比例、理论与实践并重的格局，凸显了信息技术与测绘技术的“现代”特色。

为顺应新工科和“双区建设”对创新人才培养要求，突出工程测量知识技能对土木与交通类专业人才的支撑作用，本学院对工程测量实践教学体系进行了重构（表1），形成智慧工程测量新课堂：以随堂的智慧工程测量实验为技术技能培养基础，以集中的测量实习训练工程能力，挖掘课程思政元素春风化雨般融入立德树人过程，以注重过程的多元化考核激发学习兴趣，结合与测量相关的生产实习和毕业论文（设计）提升工程素养，以层次化的专业竞赛和创新项目强化实践能力，以赛促学，构建成了“实验—实训—实战—创新”多环节渐进式智慧工程测量实践教学体系，实现“实践锻炼不断线”与“三全育人”融合的实践教学[2-3]。

二  智慧工程测量实践教学模式改革与创新

（一）  优选实践教学内容，体现现代测绘技术特征

夯实基础、紧跟前沿、自主创新，这是“新工科”和“双区”驱动的时代需求，教学内容的革新必须围绕这个需求进行优化组合。

1  夯实基础的课堂实验项目的更新

测绘技术是一门应用范围较广的工程技术，在数字城市、地质、矿业、水利和农林等行业的建设中扮演着重要角色，在人才培养时，既要紧跟前沿，更要夯实基础[4]。传统工程测量以水准仪、经纬仪和全站仪为主，这些仪器的操作使用及检验是土木交通类学生必需掌握的基本训练内容。然而，受益于计算机技术、空间科学、信息技术和光电技术的迅速发展，工程测量仪器持续更新换代，由普通光学向电子、激光甚至数字化智能化发展，测量新技术不断涌现。智慧工程测量的应用范围由地面向地下、水下和太空全域拓展，随着智慧城市、智慧建造、智慧工地、自动化监测等工程的推进，智慧工程测量手段必然产生相应变革，北斗卫星导航技术、无人机低空摄影测量、三维激光雷达测量和室内精准定位等先进测量技术逐渐替代传统方法。因此，工程测量实验内容应体现由基础型测量向拓展型测绘进展的趋势，让学生夯实工程领域的测量技术基础，与时俱进地引入先进技术，主动对接行业和区域经济社会发展需求。

基于上述分析，对智慧工程测量实验项目进行了调整更新，如删去了电子经纬仪和钢尺量距相关的四个实验项目，新增全站仪、GNSS动态测量、手持激光雷达及低空无人机三维测量四项内容，对课程进行智慧化信息化提升。采用应用技术与基本实验相结合的方式，把部分验证性实验整合成综合性实验项目，如经纬仪角度测量与距离测量整合成全站仪坐标测量（表1）。

表1  智慧工程测量课程实验项目调整表

为了解决内容多课时少的矛盾，通过开放实验室、线上平台练习、发布网络或自制短视频等措施拓宽实践时空，使学生得到多维度的强化训练，由基本掌握提升到熟练灵活应用，夯实了测量基础理论、基本技术及其应用知识，同时有助于学生对技术发展史的深入了解，使实验教学在有限的时间内尽可能大的发挥效能[5]。

2  注重工程综合能力培养的智慧测量实习内容优化组合

工程测量实习是本學院对学生进行工程素质和综合能力培养的重要实践性教学，通过实习，使学生运用工程测量课程所学的各类测量仪器知识进行综合性项目的测绘训练，巩固课堂所学测量理论知识，掌握测量工作中“外业测、内业算；绘图、放样”等基本技能，培养学生理论联系实际、分析问题与解决问题的能力，同时培养团队合作和独立创新精神，为学生在工程一线工作打下坚实的实践基础[6-8]。

在更新的智慧测量实习内容的选定上，充分考虑土木与交通工程（非测绘）对测量的专业需求，结合地形测绘和施工测量知识技能的要求，如控制测量的外业和内业、碎部点的采集、大比例尺地形图的绘制和施工测量等内容，同时尽可能地选用先进仪器设备，如电子水准仪、GNSS接收机、全站仪等。把小地区控制测量、地形测量实践教学融入于一个具体综合应用的项目中，如校园大比例尺三维测量，在对校园分组测绘地形图项目中学会测图、绘图、拼图。各分组测区均选取坡度显著区域，区域内包含植被、道路和建筑物等地物，锻炼学生综合能力。测量成果要求舍弃传统的手绘制图，采用数字制图系统建立基于绝对坐标系的平面模型，为后续GIS和BIM相关课程提供数字底座基础，有助于学科专业构建系统连贯的课程体系[9]。

3  体现现代测绘技术特征的虚拟仿真教学

在“双区”建设的持续推进背景下，土木与交通工程学院专业建设向智慧交通和城市地下空间方向发展。为了学院的特色化发展和响应“点亮数字化未来”的国家战略，智慧工程测量实验平台作为学院的重要专业基础实验平台，其建设正在向智能化、数字化、动态化升级。虚拟仿真测量平台正在逐步完善并已投入使用，依托虚拟仿真测量平台，摆脱了教学设备及实验环境的限制，搭建实际难以构建的复杂或极端的大型综合性场景，进行了北斗卫星导航技术、无人机低空摄影测量、三维激光雷达测量等先进测量技术的教学，极大地提高了学生兴趣；同时，通过对虚拟设备的认识、操作，降低了高难度操作过程中因理论或实践知识掌握不足造成安全事故的可能性，提高实践教学质量。

借助虚拟仿真平台，开展线上线下混合模式教学，加强课前导学、课中互动拓展、课后巩固升华等环节的教学功能。课前，教师依据课程体系和教学大纲设置本节课教学内容，发布微视频及文本性资料等课程资源到虚拟平台，分析本节课疑难点并据此设计课中活动内容。学生则在平台上观看教学微视频并阅读相关文本资料进行自主学习。课中，于数字化平台设置疑难、大众的问题，引导小组讨论，让学生真正变为学习的主体，在活跃了课堂气氛的同时也提高课堂效率。课后，通过虚拟仿真测试和展示相关工程案例完成课程知识的拓展与升华，培养学生的创新思维。

（二）  精心组织测量外业实践活动，提高教学效率

智慧测量实习的教学工作包括任务布置、实习分组、场地安排、仪器分发、人员调配、安全防范、检查验收、答疑指导和考勤考核等。随着教学经验的积累和湾区要求的提高，上述纷繁工作落实得越来越到位、越来越精细，使教学效果不断提高。

1  明确目标，清晰任务

1）计划制定。实习开始前，负责人提前考察校内实习场地选点的可行性及人员接纳情况，根据教学大纲的要求，制订详细的实习教学文件并分发到位，包括实习计划、分组信息、日志表格和实习报告模板等。其中，实习计划包括实习课程目的意义、具体内容、安全风险、分组情况、实习时间与地点、技术要求、考核标准和实习提交成果形式等细节要求。

2）动员会。召开全体师生的实习动员大会，一是引起指导教师的高度重视，引导学生从思想和行动上做好实习的各项准备工作；二是通过对实习教学文件内容的集中学习，统一要求到位，使师生对实习目标和内容有更清晰的认识；三是抓好安全教育，强调风险规避，如道路严禁布控制点、保护仪器、疫情防控等。

2  指导灵活多样，效果事半功倍

新冠感染疫情的爆發和蔓延，极大推动了教育技术和教学方法的革新，适于高校的网络教学公共平台如中国大学慕课、超星、雨课堂和腾讯等极速升级优化，各高校也积极主动应对形势变化，纷纷研发自主性的网络教育平台，在提供丰富教学资源的同时，也为线上教育教学提供了新工具新途径，使线上或混合式教学成为了新常态。深圳大学在开通多个公共教学平台的同时，也开发了供校内线上教学使用的blackboard，为全校师生开展线上教学提供了优质的网络环境。

测量实习过程中，不同的小组分散在不同实习场地，内容进度不一，学生遇到的问题各异，指导教师人手不足，指导难度大，采取线上线下、个别和集中等灵活多样的教学方法是保证教学质量的最佳办法。我们的做法如下：①把重点内容知识点及安全风险点编制成选择判断题，把仪器操作录成小视频（或网络下载）发布在blackboard平台的SPOC课程上，作为预习的考核内容和操作指引；②指导教师除了循环式的就近召集学生进行有针对性讲解指导外，充分利用电话、个人微信及微信群等通讯工具进行及时答疑，了解进程情况；③成立由小组负责人组成的兴趣小组，提前熟悉仪器使用和注意事项，参与实践教学的各项准备工作，通过电话或微信随时沟通联系，充分发挥小组负责人的协助和带动作用；④形成组长负责的团队合作机制，在控制测量、碎部测量等环节，观测者、记录者、立尺员和绘图员等角色必须轮换，保证人人机会平等，杜绝懈怠，互相监督，共同进步；⑤中期进行至少一次的线上小组长汇报交流，及时发现问题，总结经验，使实习顺利进行；⑥实习结束后举行集中的实习总结交流会，要求各个实习点成员在小组总结的基础上，就实习工作内容、遇到的问题及解决策略、心得体会等方面，制作以测线视频或照片展示实习风采的PPT，由小组代表进行汇报，全体师生进行交流。

充分利用网络辅助灵活多样的实习指导，明显能提高实习效率，尤其是通过总结交流会能使实习的功能得到延伸。一是让师生了解全年级的实习情况，深入了解行业产业现状；二是丰富了实习内容，扩大知识面；三是增强学生团队合作意识，强化组织能力；四是与动员会作呼应，对比前期布置的任务，检验实践教学目标的达成度，为进一步提高实习质量提供思路和策略。

3  以“双向融合”的协同育人机制提升智慧工程实践能力

“专家请进来”“师生走出去”的双向开放教学模式已是校企合作的普遍性策略，对于具有内外业结合特征的智慧工程测量实践教学，“双向融合”协同育人显得更加重要。

近年来，依托智慧工程测量一流课程的建设力度，建立了有效提升工程实践能力的“双向融合”协同育人机制，开展了形式多样的开放式实践教学活动，如在实习前后邀请测绘业界专家或仪器厂商开设讲座和沙龙、学生到工地参观见习、教师外出技能培训或交流学习、指导学生参加省级以上及行业技能竞赛等，在紧跟技术前沿、拓展技术视野、提升工程实践能力和双师型教师培养等方面都达到了理想效果（表2）。

（三）  融思政元素于实践教学，助力工科学生思想成长发展

课程思政作为将思政内容和具体学科教学内容及环节进行互动性融合的纽带，对学生正确的三观培养有很强的促进作用[10]。工程测量是典型的传统工科专业的工科课程，实践教学内容蕴含丰富的家国情怀、工匠精神、团队合作、责任担当、集体荣誉和安全意识等思政元素。探索“大思政”和“大工程观”融合的教学模式，既要善于挖掘工科实践课程思政元素，又要做到润物无声地寓思政元素于教学过程，使思政与工程有机融合，才能发挥两者对人才培养的协同促进作用。

通过多年的教学实践，我们建立了一个完整的课程思政融合教学体系。课程思政案例选择围绕具体的标志性大型工程案例展开，如港珠澳大桥建设、珠峰高程测量、南水北调、超级蜀道中的诸多超级遂道及超级大桥等大型工程案例，这些超级工程的完成体现了中国的强实力，既有振奋人心的豪迈感，也有对精益求精工匠精神和艰苦奋斗作风的敬仰；也可以以国产设备的发展与选用作题材。思政元素的融入时机可在动员会、总结交流会、仪器选用、困难面前和数据处理等全方位进行。实践表明，思政元素的适时巧妙融入，能激发学生兴趣，增强信心，对培养具备艰苦奋斗精神和家国情怀的大国工匠式人才，以及能承担民族复兴大任的时代新人都起到不可或缺的作用。

（四）  建立多元化课程考核体系，推进学生综合素质发展

新工科教育的战略目标为培养卓越工程人才。教学方法多元化，自然就有多元的反馈信息，与之相匹配的考核评价体系自然应是多元化的。因此，实践教学更应注重全面反映教学效果的过程考核，强调学生的应用能力和分析能力提升，激发学生学习主动性，促进学生素质全面发展。

近年来，不管是随堂进行的测量实验还是集中开展的测量实习，我们不断改进考核方式，逐渐细化完善了考核标准，改变了过去仅以技能操作和最终报告为依据的片面评分方式，实施注重全过程、凸显能力提升的考核。具体考核方案见表3—4。平时成绩（60%）从预习准备、参与程度、团队合作和熟练与规范等环节进行考核；总结报告（40%）着重原始记录、数据处理、问题分析和创新成分等内容的深度和广度；加分项针对兴趣小组成员、交流汇报人、创新贡献大等表现而设。

通过对学生的学习进行多元化全方位的评价，充分调动了学生的学习热情，促进学生个性化发展，提升综合素质和创新能力，为学生后期专业课程的学习和就业奠定了良好基础。

表3  智慧测量实验成绩评定标准

三  改革成效分析及展望

（一）  成效分析

智慧工程测量课程针对实践技能和创新能力而设计的整套实验教学经验在学院土木工程实践类课程中进行推广和交流，起到先行示范作用。

通过多层次多环节多方位的测量实践训练，营造了学生螺旋式上升的成长环境，对基础扎实又具有独特创新能力的人才培养起到了巨大的支撑作用，满足了社会对高素质工程人才的需求，为学生深造、就业和创业打下良好基础，具体表现在以下方面。

一是激发学生实践创新的激情。近年来，学院3个专业学生参加教师科研、挑战杯、科技创新创业、测绘技能竞赛和数字制图竞赛等活动的积极性显著提高，奖项也不断增加，2021—2023年学院获省级竞赛奖项数均逾10项。

二是考研深造率提高。历年来，本学院学生考研成绩上线率及录取率是全校较好的专业之一，其中不少毕业生进入香港大学、中山大学、武汉大学、华南理工大学和复旦大学等名牌大学深造，且大部分学生仍选择继续在土木与交通工程相关专业深造，表明实践教学有效提高学生对专业的兴趣。

三是就业率提高。近年来学生就业率呈上升趋势，越来越多的毕业生从事与测绘、测量、城市规划等有关的工作，其中在大湾区工作的比例较大，证明了与时俱进的实践性教学拓展了学生的综合素质，打破传统土木类专业的就业方向限制。

（二）  展望

实践证明，与时俱进的实践教学改革，筑牢学生的理论基础，强化创新能力和实践能力，塑造正确三观，是培养社会需求工程人才的根本保证。我们将针对新工科和“双区建设”先行示范需要，继续深化教学改革，强化实践环节训练，不断提高实践教学质量：一是深化改革教学评价体系，建立一套完整的具有自主知识产权的纲领性实践教学指导文件体系及教学效果评价体系；二是通过各种渠道筹集经费，增加三维激光扫描仪、高精度水准仪、GNSS、测量机器人和计算机成图系统等先进仪器设备台套数，升级实践教学硬件环境，优化实验室管理，加大实验室开放力度；三是加强学生创新创业能力的培养，提高学生社会竞争力。

参考文献：

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