基于CDIO的測(cè)繪工程專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新實(shí)踐

楊朝輝，張 序，連達(dá)軍，陳志輝，白俊武，高恩婷

(蘇州科技大學(xué)，江蘇 蘇州 215009)

基于CDIO的測(cè)繪工程專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新實(shí)踐

楊朝輝，張 序，連達(dá)軍，陳志輝，白俊武，高恩婷

(蘇州科技大學(xué)，江蘇 蘇州 215009)

以培養(yǎng)測(cè)繪工程專業(yè)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才為目標(biāo)，基于構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行(簡(jiǎn)稱CDIO)模式進(jìn)行工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新研究。基于測(cè)繪工程專業(yè)課程群的系統(tǒng)性與完整性，整合優(yōu)化基于產(chǎn)品化的實(shí)踐教學(xué)流程。在構(gòu)建完善生產(chǎn)化的綜合實(shí)踐基地基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)基于CDIO“六步法”的工程實(shí)踐項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生脫離固定的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓其以主動(dòng)思索方式完成實(shí)踐任務(wù)。通過(guò)探索工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新模式，使學(xué)生能夠真正獲得滿足相關(guān)專業(yè)工程項(xiàng)目崗位能力要求的知識(shí)和技能，為空間地理信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)優(yōu)秀的專業(yè)人才。

測(cè)繪工程專業(yè)；工程實(shí)踐；教學(xué)體系；CDIO

以3S技術(shù)為特色的測(cè)繪學(xué)科正處于由數(shù)字化測(cè)繪向信息化測(cè)繪的過(guò)渡階段。現(xiàn)階段測(cè)繪工程專業(yè)涵蓋地理信息獲取、處理、管理、表達(dá)、更新、應(yīng)用和服務(wù)的全過(guò)程?？紤]到測(cè)繪工程專業(yè)是一門非常重視實(shí)際動(dòng)手能力和理論應(yīng)用能力的學(xué)科，如何有效整合該專業(yè)相關(guān)課程群的實(shí)踐環(huán)節(jié)，滿足信息化測(cè)繪對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的新需求，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力，是目前研究的一個(gè)重點(diǎn)。近年來(lái)，一些高?；谧陨硖厣珖@工程實(shí)踐教學(xué)模式展開相關(guān)研究。有的從產(chǎn)學(xué)合作教育的角度來(lái)探索培養(yǎng)測(cè)繪地理信息類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才[1]，有的基于測(cè)繪工程專業(yè)規(guī)范來(lái)構(gòu)建實(shí)踐模式[2]，有的從信息化測(cè)繪人才培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的角度來(lái)進(jìn)行研究[3]，有的從就業(yè)導(dǎo)向的角度來(lái)進(jìn)行工程實(shí)踐模式的探索與實(shí)踐[4]，也有通過(guò)建立開放式實(shí)踐教學(xué)體系來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)新型與自主型人才[5]。上述研究均取得一定進(jìn)展，但大部分是從其中的某個(gè)角度出發(fā)，沒有在對(duì)專業(yè)主干課程實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行深層次整合的基礎(chǔ)上，完成對(duì)測(cè)繪工程專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)模式的深入改革。

為了培養(yǎng)符合社會(huì)需求的高水平測(cè)繪專業(yè)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才，必須對(duì)測(cè)繪工程專業(yè)的工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與創(chuàng)新。CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，它代表了構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)和運(yùn)行(Operate)的過(guò)程，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，增強(qiáng)課程之間的有機(jī)聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，通過(guò)工程訓(xùn)練實(shí)踐模式來(lái)熟練掌握所學(xué)的知識(shí)[6-7]。本文將CDIO工程教育模式理念引入我校測(cè)繪工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革中，以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型專業(yè)人才為目標(biāo)，設(shè)計(jì)基于CDIO“六步法”的綜合實(shí)踐項(xiàng)目，有力激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣，鍛煉測(cè)繪工程專業(yè)所必需的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

1 培養(yǎng)目標(biāo)

實(shí)踐教學(xué)在測(cè)繪工程專業(yè)的教學(xué)中占據(jù)著重要的地位，它可以將專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐，培養(yǎng)和提高學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)能力、專業(yè)綜合能力、專業(yè)創(chuàng)新能力和專業(yè)實(shí)戰(zhàn)能力[8]。但是在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常存在著一些問(wèn)題，例如部分教師雖然具有深厚的理論知識(shí)，但是缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生缺乏足夠的時(shí)間參與到實(shí)踐過(guò)程中；實(shí)踐環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，多位于校內(nèi)或校園附近，較少涉及實(shí)際工作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題；實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)置單一，基本都是針對(duì)單個(gè)課程進(jìn)行設(shè)置，綜合性和復(fù)雜性不強(qiáng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生的基本技能、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力為根本任務(wù)，以工程實(shí)踐和社會(huì)服務(wù)為輔助手段，從培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才的實(shí)際出發(fā)，優(yōu)化測(cè)繪工程專業(yè)課程群的系統(tǒng)性與完整性，構(gòu)建新型緊密的工程實(shí)踐教學(xué)體系。認(rèn)真處理理論與實(shí)踐，知識(shí)、能力與素質(zhì)，教與學(xué)之間的互為條件、相互促進(jìn)的關(guān)系，以保證理論教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)體系的科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。建立基于真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的綜合實(shí)踐基地，在此基礎(chǔ)上按工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠真正獲得滿足相關(guān)專業(yè)工程項(xiàng)目中崗位能力要求的知識(shí)和技能。通過(guò)探索這種測(cè)繪工程專業(yè)的工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新模式，實(shí)現(xiàn)“實(shí)踐環(huán)節(jié)整合、流程化培養(yǎng)、真實(shí)環(huán)境實(shí)踐、多層次提升”的專業(yè)創(chuàng)新型和應(yīng)用型高級(jí)人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

2 工程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

針對(duì)我校測(cè)繪工程專業(yè)，圍繞教學(xué)培養(yǎng)方案，通過(guò)梳理測(cè)繪工程專業(yè)課程群涵蓋的知識(shí)結(jié)構(gòu)和框架體系，進(jìn)行課程群的產(chǎn)品化實(shí)踐教學(xué)流程整合；建設(shè)基于真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的綜合實(shí)踐基地；設(shè)計(jì)基于CDIO“六步法”的工程實(shí)踐綜合項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐教學(xué)體系的創(chuàng)新研究。其主要思路如圖1所示。

圖1 工程實(shí)踐教學(xué)體系框架

2.1 基于產(chǎn)品化的實(shí)踐教學(xué)流程整合

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)一般以單個(gè)課程為基本單元，課程之間缺乏緊密的聯(lián)系，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)流程缺乏連貫性、統(tǒng)一性和工程實(shí)戰(zhàn)性。針對(duì)這種情況，通過(guò)梳理測(cè)繪工程專業(yè)課程群涵蓋的知識(shí)結(jié)構(gòu)和框架體系，準(zhǔn)確定位所包含主要課程的教學(xué)目標(biāo)，擬定課程之間知識(shí)點(diǎn)相互銜接方案，明確各知識(shí)點(diǎn)在相關(guān)課程中的關(guān)系；在保留各課程基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)的同時(shí)，構(gòu)建課程群的綜合實(shí)踐教學(xué)流程，使課程群的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容按照一條承上啟下的數(shù)據(jù)獲取、處理、顯示與應(yīng)用的生產(chǎn)主線有機(jī)聯(lián)系起來(lái)[9]。

在傳統(tǒng)演示性驗(yàn)證性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)整合工程測(cè)繪課程群、空間信息采集處理課程群和攝影測(cè)量與遙感課程群的專業(yè)主干課程，按照數(shù)據(jù)采集、處理、顯示與應(yīng)用等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步制定“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”、“攝影測(cè)量學(xué)”、“誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)”、“數(shù)字測(cè)圖原理與方法”、“數(shù)字高程模型”、“遙感圖像處理”等主干課程之間知識(shí)點(diǎn)相互銜接方案，據(jù)此有機(jī)整合基于產(chǎn)品化的實(shí)踐教學(xué)流程，如圖2所示。其中，“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”的控制點(diǎn)測(cè)量、“攝影測(cè)量學(xué)”的航空攝影等實(shí)踐內(nèi)容可融入數(shù)據(jù)采集與獲取環(huán)節(jié)；“攝影測(cè)量學(xué)”的模型定向、“誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)”的控制網(wǎng)平差、“數(shù)字高程模型”的離散點(diǎn)內(nèi)插、“遙感圖像處理”幾何校正和變化檢測(cè)等實(shí)踐內(nèi)容可融入數(shù)據(jù)處理與分析環(huán)節(jié)；“攝影測(cè)量學(xué)”的航測(cè)法數(shù)字化測(cè)圖、“數(shù)字測(cè)圖原理與方法”的數(shù)字化測(cè)圖、“數(shù)字高程模型”的DEM產(chǎn)品、“遙感圖像處理”的影像分類等實(shí)踐內(nèi)容可融入產(chǎn)品生成與應(yīng)用環(huán)節(jié)。這些緊密整合的實(shí)踐環(huán)節(jié)在后面的工程實(shí)踐中可以被靈活地選用。

圖2 基于產(chǎn)品化的實(shí)踐教學(xué)流程

這種課程群之間實(shí)踐教學(xué)的緊密整合會(huì)帶來(lái)課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施等整個(gè)課程體系的變革，從而改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，溝通課程間的聯(lián)系。使學(xué)生了解每個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程中的作用與地位。這種既能發(fā)揮教師主導(dǎo)作用又能體現(xiàn)學(xué)生主體地位的新型模式，可以將學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性較好地發(fā)揮出來(lái)。

2.2 基于生產(chǎn)化的綜合實(shí)踐基地建設(shè)

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)所使用的實(shí)踐基地以校園和校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室為主，地形簡(jiǎn)單，環(huán)境相對(duì)理想，不易碰到實(shí)際工程項(xiàng)目中的難點(diǎn)，與測(cè)繪行業(yè)的真實(shí)工作條件相差較大。因此有必要緊跟測(cè)繪生產(chǎn)的實(shí)際形勢(shì)，構(gòu)建完善基于生產(chǎn)化的綜合實(shí)踐基地。學(xué)生可以將綜合實(shí)踐基地作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以實(shí)際工作者的身份參與整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。在完成生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)鞏固、豐富并提高理論知識(shí)。

綜合我校各類因素與現(xiàn)有的實(shí)際條件，分別建設(shè)了野外綜合實(shí)踐基地、環(huán)校區(qū)綜合實(shí)踐基地和校企合作實(shí)踐基地。在軟硬件建設(shè)方面，通過(guò)購(gòu)置ENVI、GAMMA等遙感圖像處理軟件，影像全站儀、無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)、激光三維掃描儀、全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量采集及處理系統(tǒng)、野外光譜儀等先進(jìn)儀器設(shè)備，著力營(yíng)造真實(shí)的現(xiàn)代企業(yè)項(xiàng)目生產(chǎn)氛圍；在管理機(jī)制方面，加強(qiáng)教學(xué)與項(xiàng)目生產(chǎn)的統(tǒng)籌管理和規(guī)范化管理，建立適應(yīng)教學(xué)與生產(chǎn)同步運(yùn)行的良性機(jī)制；在訓(xùn)練模式方面，堅(jiān)持實(shí)際生產(chǎn)教育與全過(guò)程管理相結(jié)合[10]。

1)野外綜合實(shí)踐基地。在我校原有的西山野外測(cè)量實(shí)習(xí)基地的基礎(chǔ)上，通過(guò)擴(kuò)展區(qū)域并建立地面標(biāo)志點(diǎn)，建立了西山縹緲?lè)逡巴鈱?shí)踐綜合基地?；亻L(zhǎng)寬大約為4 km×4 km，內(nèi)含山體、大型湖泊、村莊、農(nóng)田、灘涂、道路等地物地貌類型。該基地遠(yuǎn)離市區(qū)，環(huán)境相對(duì)封閉安全，利于對(duì)測(cè)繪工程專業(yè)進(jìn)行中長(zhǎng)期的實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)設(shè)置埋設(shè)控制點(diǎn)、常規(guī)測(cè)量、數(shù)字化測(cè)圖、工程測(cè)量施工放樣等環(huán)節(jié)，可滿足控制測(cè)量、衛(wèi)星定位、數(shù)字化測(cè)圖、工程測(cè)量和變形觀測(cè)等多層次全野外綜合性實(shí)踐的需要。

2)環(huán)校區(qū)綜合實(shí)踐基地。環(huán)校區(qū)綜合實(shí)踐基地位于主校區(qū)所在的環(huán)石湖區(qū)域，長(zhǎng)寬大約為3 km×3 km，具有典型的山體、湖泊、道路與建筑，涵蓋了測(cè)繪常見的地物地貌類型。由于該區(qū)域毗連主校區(qū)，交通便利，便于對(duì)學(xué)生進(jìn)行短期實(shí)踐教學(xué)。

3)校企合作實(shí)踐基地。結(jié)合相關(guān)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)，在互惠互利的基礎(chǔ)上與實(shí)習(xí)單位建立長(zhǎng)期良好的合作關(guān)系，共建校企合作實(shí)踐基地，營(yíng)造儀器設(shè)備先進(jìn)、資源共享的真實(shí)工程項(xiàng)目生產(chǎn)環(huán)境。并自主開發(fā)實(shí)踐環(huán)節(jié)中所需的無(wú)人機(jī)數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)碼相機(jī)室內(nèi)檢校場(chǎng)、數(shù)碼相機(jī)室外三維檢校場(chǎng)、掃描攝影儀等儀器設(shè)備與配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，在不斷提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備水平的基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)規(guī)范的管理方式來(lái)提高校企合作實(shí)踐基地的運(yùn)行水平，滿足學(xué)生高水平工程實(shí)踐的需求，為學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)提供自由發(fā)展的空間。

2.3 基于CDIO“六步法”綜合實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)

針對(duì)測(cè)繪工程專業(yè)的特色，在實(shí)踐教學(xué)流程整合和綜合實(shí)踐基地建設(shè)的基礎(chǔ)上，引入國(guó)際CDIO工程教育理念，設(shè)計(jì)基于CDIO“六步法”的工程實(shí)踐綜合項(xiàng)目。在每個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，按照基于工程化思想的“立項(xiàng)、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行、檢核”6個(gè)步驟，以“項(xiàng)目發(fā)布(立項(xiàng))→項(xiàng)目分析(構(gòu)思)→項(xiàng)目設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì))→項(xiàng)目實(shí)施(實(shí)施)→成果應(yīng)用(運(yùn)行)→評(píng)價(jià)與檢查(檢核)”的過(guò)程實(shí)施工程實(shí)踐教學(xué)。教師在項(xiàng)目發(fā)布階段設(shè)置項(xiàng)目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生脫離固定的實(shí)踐環(huán)節(jié)，以主動(dòng)思考的方式完成實(shí)踐并得到最終的實(shí)驗(yàn)成果。此外，教師在最后的檢核階段對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行評(píng)價(jià)檢查，并據(jù)此打分。學(xué)生則通過(guò)“項(xiàng)目構(gòu)思、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目運(yùn)行”4個(gè)環(huán)節(jié)得到充分的鍛煉和培養(yǎng)，以積極主動(dòng)的方式學(xué)習(xí)和獲得應(yīng)有的知識(shí)、能力和態(tài)度，包括個(gè)人的科學(xué)知識(shí)、終身學(xué)習(xí)的能力、團(tuán)隊(duì)交流和合作能力，以及在社會(huì)與企業(yè)環(huán)境下高質(zhì)量生產(chǎn)的能力。這種工程實(shí)踐項(xiàng)目具有較高的開放性，注重實(shí)踐過(guò)程，并加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐結(jié)果的合理性分析。將學(xué)生作為實(shí)踐教學(xué)的主體，讓其積極主動(dòng)地融入到實(shí)踐教學(xué)中，不斷地進(jìn)行交流合作[11]。教師只需扮演導(dǎo)演的角色，在大方向上把握實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)程，并為學(xué)生提供理論方面的援助。

結(jié)合校企合作項(xiàng)目和蘇州本地的專業(yè)需求，以工程化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)多個(gè)綜合實(shí)踐項(xiàng)目，重點(diǎn)包括航空攝影測(cè)量、工程變形觀測(cè)、數(shù)字文化遺產(chǎn)三維重建和環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)等4大類別。每個(gè)類別下又可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)若干個(gè)綜合實(shí)踐小項(xiàng)目。

2.3.1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量實(shí)踐項(xiàng)目

主要包含“攝影測(cè)量學(xué)”、“數(shù)字高程模型”、“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”等課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。以航空攝影測(cè)量的各部分知識(shí)點(diǎn)理解和常用算法實(shí)現(xiàn)為基本內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)與工程化實(shí)習(xí)相結(jié)合的原則，以4D產(chǎn)品生產(chǎn)為主線設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量綜合實(shí)踐項(xiàng)目(見圖3)。該項(xiàng)目包括無(wú)人機(jī)攝影、外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與野外調(diào)繪等主要任務(wù)，極大地提高實(shí)踐教學(xué)水平[12]?？捎糜诖蠓秶跋駭?shù)據(jù)生產(chǎn)或更新、防洪減災(zāi)、快速響應(yīng)等諸多領(lǐng)域。

圖3 航空攝影測(cè)量實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.3.2 工程變形觀測(cè)實(shí)踐項(xiàng)目

主要包括“誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)”和“攝影測(cè)量學(xué)”等課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。以工程變形監(jiān)測(cè)及近景攝影測(cè)量的各部分知識(shí)點(diǎn)和常用算法實(shí)現(xiàn)為主要內(nèi)容，結(jié)合具體的外業(yè)測(cè)量工作來(lái)設(shè)計(jì)該實(shí)踐項(xiàng)目。該類實(shí)踐項(xiàng)目可用于建筑物變形觀測(cè)、橋梁變形觀測(cè)和裂縫變形觀測(cè)等領(lǐng)域，可再分為道路裂縫觀測(cè)等項(xiàng)目。

2.3.3 數(shù)字文化遺產(chǎn)三維重建實(shí)踐項(xiàng)目

主要包含“攝影測(cè)量學(xué)”、“數(shù)字高程模型”、“數(shù)字測(cè)圖原理與方法”、“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”等課程的相關(guān)項(xiàng)目。教師指定建模對(duì)象，學(xué)生利用攝影測(cè)量方法或三維激光掃描方法，完成參數(shù)設(shè)置、航空模型定向、點(diǎn)云處理和DEM數(shù)據(jù)生成，并結(jié)合3ds Max等軟件進(jìn)行三維建模[13]。該實(shí)踐項(xiàng)目可用于數(shù)字文化遺產(chǎn)、城市規(guī)劃、地下管線和市政建設(shè)等與三維可視化相關(guān)的應(yīng)用，具有市場(chǎng)前景。

2.3.4 環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)實(shí)踐項(xiàng)目

主要包含“衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與應(yīng)用”、“遙感圖像處理”、“誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)”等課程的相關(guān)項(xiàng)目。教師指定遙感影像和研究區(qū)域，要求完成生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)。學(xué)生首先進(jìn)行影像幾何精校正和大氣校正，然后提取植被蓋度、土壤指數(shù)、坡度等生態(tài)評(píng)價(jià)因子，在此基礎(chǔ)上選擇數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)。該實(shí)踐項(xiàng)目可用于遙感監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)評(píng)價(jià)等應(yīng)用與研究領(lǐng)域。

2.3.5 CDIO“六步法”步驟

1)項(xiàng)目發(fā)布。教師指定實(shí)踐區(qū)域和目標(biāo)，并給出實(shí)踐成果的基本要求。以無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量實(shí)踐項(xiàng)目為例，教師給每個(gè)小組劃定實(shí)踐區(qū)域并分配測(cè)區(qū)項(xiàng)目，要求生產(chǎn)出指定精度的4D產(chǎn)品；以工程變形觀測(cè)實(shí)踐項(xiàng)目為例，教師給每個(gè)小組指定觀測(cè)對(duì)象及區(qū)域，要求計(jì)算出道路裂縫的大小，并進(jìn)行可視化顯示與分析。

2)項(xiàng)目分析。根據(jù)教師指定的實(shí)踐區(qū)域和生產(chǎn)要求，學(xué)生結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，提煉出主要思路。以道路裂縫觀測(cè)項(xiàng)目為例，學(xué)生進(jìn)行小組內(nèi)討論，分析現(xiàn)場(chǎng)道路裂縫的分布密度、大小和形狀，選擇精密測(cè)繪儀器或攝影測(cè)量設(shè)備，并對(duì)項(xiàng)目實(shí)踐方案的合理性和可靠性進(jìn)行分析評(píng)估。

3)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)目分析結(jié)果，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐方案的具體設(shè)計(jì)。以無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量實(shí)踐項(xiàng)目為例，學(xué)生親自設(shè)計(jì)整個(gè)航空攝影測(cè)量的生產(chǎn)作業(yè)流程，包括航攝計(jì)劃設(shè)計(jì)和像控點(diǎn)布設(shè)設(shè)計(jì)等。航攝設(shè)計(jì)是指根據(jù)飛行高度、相機(jī)視場(chǎng)角大小、定焦鏡頭型號(hào)、航向和旁向重疊度等因素，計(jì)算單張像片的地面覆蓋范圍、航線間隔和曝光間隔，并繪制航線圖。像控點(diǎn)布設(shè)設(shè)計(jì)包括控制點(diǎn)數(shù)量和布設(shè)方式的確定、測(cè)區(qū)坐標(biāo)系的建立等。

4)項(xiàng)目實(shí)施。項(xiàng)目實(shí)施是項(xiàng)目的主要生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程，在CDIO“六步法”中所占的比重也最大。以無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量實(shí)踐項(xiàng)目為例，各小組根據(jù)航攝計(jì)劃完成無(wú)人機(jī)影像獲??；按照攝影測(cè)量地形圖測(cè)圖規(guī)范要求，選擇適宜的像控點(diǎn)布點(diǎn)方案，通過(guò)在像片上尋找具有明顯特征的地物點(diǎn)作為像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)，并采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行外業(yè)聯(lián)測(cè)；整理外業(yè)航飛獲取的影像和POS原始數(shù)據(jù)，利用朗視軟件或者DPGRID軟件完成測(cè)區(qū)影像的內(nèi)定向、相對(duì)定向和自由網(wǎng)區(qū)域平差。以道路裂縫觀測(cè)項(xiàng)目為例，各小組根據(jù)各自的設(shè)計(jì)方案使用精密測(cè)繪儀器或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量設(shè)備，完成控制點(diǎn)布設(shè)、裂縫觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理等步驟的實(shí)踐。圖4是某個(gè)小組基于近景攝影測(cè)量的項(xiàng)目實(shí)施方案，首先在道路裂縫附近擺放標(biāo)志牌并拍攝現(xiàn)場(chǎng)影像，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)標(biāo)志點(diǎn)實(shí)現(xiàn)影像坐標(biāo)與物方空間坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換；通過(guò)邊緣檢測(cè)算法自動(dòng)提取出道路裂縫的邊緣，實(shí)現(xiàn)裂縫寬度的自動(dòng)計(jì)算和三維顯示。

5)成果應(yīng)用。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程得到DEM、DOM、DLG、道路裂縫、古建筑三維模型、生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)專題圖等實(shí)踐產(chǎn)品，并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。

6)評(píng)價(jià)與檢查。教師對(duì)各小組得到的最終產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢查和精度評(píng)價(jià)，并對(duì)各小組的實(shí)踐情況進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。

圖4 基于近景攝影測(cè)量的道路裂縫觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)施方案

通過(guò)上述CDIO“六步法”的訓(xùn)練，學(xué)生在主動(dòng)靈活地完成實(shí)踐任務(wù)的同時(shí)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。仍以無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量實(shí)踐項(xiàng)目為例，學(xué)生可以掌握不同成圖比例尺條件下外業(yè)像控點(diǎn)選取的基本要求、不同的像控點(diǎn)布點(diǎn)方案以及對(duì)區(qū)域網(wǎng)平差精度的影響；熟練掌握DPGRID等軟件的使用，并掌握攝影測(cè)量工作站中各種空三成果的導(dǎo)入；學(xué)會(huì)利用手輪、腳盤完成航空影像的快速采集作業(yè)，掌握航攝數(shù)據(jù)處理的整個(gè)作業(yè)流程；學(xué)會(huì)利用控制測(cè)量成果與影像立體測(cè)圖成果進(jìn)行精度分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)我校測(cè)繪工程專業(yè)進(jìn)行工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新實(shí)踐。在一個(gè)完整的框架體系下，按照數(shù)據(jù)采集、處理、顯示與應(yīng)用的產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一規(guī)劃、整合優(yōu)化專業(yè)課程群的實(shí)踐教學(xué)流程，為建立工程實(shí)踐創(chuàng)新模式打下基礎(chǔ)；通過(guò)建立野外綜合實(shí)踐基地、環(huán)校區(qū)綜合實(shí)踐基地和校企合作實(shí)踐基地等生產(chǎn)化的綜合實(shí)踐基地，為實(shí)踐教學(xué)提供工程化實(shí)踐的教學(xué)環(huán)境保障；通過(guò)層層推進(jìn)、由簡(jiǎn)入深、工程化程度高的基于CDIO“六步法”綜合實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)，教師只需給學(xué)生分配項(xiàng)目任務(wù)并進(jìn)行成果評(píng)價(jià)與檢查，學(xué)生則積極主動(dòng)地以工程項(xiàng)目化方式完成實(shí)踐。這種工程實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系可以使教師在傳授學(xué)生理論知識(shí)、專業(yè)儀器與軟件使用技巧的同時(shí)，教會(huì)學(xué)生如何處理大量的數(shù)據(jù)，訓(xùn)練和加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)技巧和能力。進(jìn)而促進(jìn)我校測(cè)繪工程專業(yè)及其相關(guān)學(xué)科的專業(yè)交叉和融合，實(shí)現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為學(xué)生開展綜合型、創(chuàng)新型實(shí)踐訓(xùn)練提供基礎(chǔ)支撐。同時(shí)，著眼于集實(shí)踐教學(xué)、科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)于一體的培養(yǎng)方案，為空間信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)創(chuàng)新型與應(yīng)用型的高級(jí)專業(yè)人才。

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Innovation of engineering practice teaching system for Surveying and Mapping Engineering major based on CDIO

YANG Zhaohui, ZHANG Xu, LIAN Dajun, CHEN Zhihui, BAI Junwu, GAO Enting

(Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009,China)

Aiming at the innovative and applied talents cultivation in Surveying and Mapping Engineering major, the innovation of engineering practice teaching system is studied based on CDIO (Conceive, Design, Implement and Operate). Firstly, considering system and integrity of course group for Surveying and Mapping Engineering major, the practice teaching process is integrated and optimized based on product guidance. Secondly, with building and improving comprehensive practice bases, engineering practice projects, which can guide students to finish the task actively and initiatively, are designed based on CDIO six step process. By the innovation mode of engineering practice teaching system, students can actually obtain the knowledge and skills that meet the requirements of relevant professional project. Additionally, advanced talents will be cultivated for the spatial geographic information industry in Suzhou.

Surveying and Mapping Engineering major; engineering practice; teaching system; CDIO

2017-02-08

江蘇省高等教育教改研究課題(2013JSJG246)；蘇州科技大學(xué)“本科教學(xué)工程”教改項(xiàng)目(2015JGM-03;2015JGM-07)

楊朝輝(1976-)，男，副教授，博士.

著錄：楊朝輝，張序，連達(dá)軍，等.基于CDIO的測(cè)繪工程專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新實(shí)踐[J].測(cè)繪工程，2018，27(2)：75-80.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2018.02.015

G64

A

1006-7949(2018)02-0075-06

張德福]