一、引言
实践是工程人才培养的关键环节,“卓越工程师教育培养计划”创立了企业与高校进行产学研结合的人才培养协同机制,目的是通过此方式解决工程人才培养过程中校企脱节的问题。为应对新一轮产业变革与科技革命,支撑服务国家创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略,我国2017年启动了“新工科”建设。新工科的“新”包含三方面含义,即“新兴、新型和新生”,其中“新型”指的是对传统的、现有的(旧)学科进行转型、改造和升级,包括对内涵的拓展、培养目标和标准的转变或提高、培养模式的改革和创新等而形成的新学科[1]。当前经济形势下,不断有新兴学科诞生、发展,测绘类专业壁垒降低,BAT(百度、阿里巴巴、腾讯)等大型互联网企业进入测绘类行业。如果传统测绘类专业不谋求转型升级,将面临被侵蚀甚至淘汰的局面。因此传统测绘类专业的建设更应侧重于借鉴人工智能专业、云计算、大数据等方向的发展,对传统专业内涵进行改造升级,拓展课程内容等[2]。
摄影测量学是遥感科学与技术、测绘工程专业的重点课程。摄影测量学是利用像片研究被摄物体的形状、位置、大小、特性及相互位置关系的学科,可以大致概括为三个问题:几何问题、对应问题、解译问题。几何问题是摄影测量基础部分解决的问题,是目前基本解决的问题;对应问题是数字摄影测量的核心;解译问题是遥感等相关课程共同解决的问题。数字摄影测量是应用计算机技术、数字影像处理、模式识别等多学科的理论与方法,提取所摄对象的几何与物理信息。由于摄影测量学与计算机视觉在原理、方法和应用上都有很多相通的地方,尤其是无人机和街景测量车的出现,让摄影测量与计算机视觉领域的学者关注的对象有了更多的交集[3,4]。
随着计算机视觉、人工智能领域的研究人员进入摄影测量领域,当前常用的软件如Pix4Dmapper、Smart3D开发人员皆为计算机视觉领域的人员。这些软件自动化程度高,有逐渐取代传统摄影测量软件的趋势。为了培养更多适应当前生产需求的人才,不少学者开展了相关的教学改革探索。卞玉霞在改革中重在引入计算机视觉与倾斜摄影测量方面的相关知识,增加了计算机视觉中基础矩阵估计、摄像机标定、倾斜摄影和点云建模等内容,扩展了摄影测量的前沿知识[5]。许志华等分析了“数字摄影测量”课程教学中利用VirtuoZo进行实践时存在的主要问题,介绍了一种利用Agisoft PhotoScan与AcrGIS从无人机影像生产数字高程模型、正射影像的实践流程[6],该方案使用的PhotoScan软件起源于计算机视觉领域,软件自动化程度高,被生产单位广泛应用于小型数据生产。王志勇等针对当前数字摄影测量实践教学中存在的与生产实际脱节、学生创新实践能力不强等问题,对数字摄影测量的实践教学进行改革,主要引入Pix4Dmapper、Smart3D等软件对传统VirtuoZo进行补充,在传统4D产品生产基础上,补充倾斜摄影建模实践,并且收集了典型试验数据进行试验,增加了实践的趣味性和工程背景,有利于提高解决实际工程问题的能力[7]。张荣春等则提出结合传统摄影测量学与新技术,通过引入计算机视觉、卫星摄影测量学、激光雷达及相机融合等新课程内容,探讨构建开放式摄影测量试验系统的新思路[8]。徐辛超等则将Matlab引入摄影测量课的教学中,将学生分组利用Matlab实现摄影测量课中典型的特征提取、影像匹配、DEM内插方法,在编程实践方面进行了有意义的尝试[9]。
可见当前的一些实践改革侧重于引入新的软硬件,主要培养软件使用、应用工程师,对于创新能力、编程能力的培养则稍显欠缺。宁津生院士指出“为满足信息化时代的需求,要注重培养计算机编程能力的培养”,他建议“设置少而精的计算机课程,打好所有编程的入门基础,在各专业课程中融入编程作业,不断提升编程能力”[10]。中南大学遥感科学与技术专业设置了计算机程序设计基础(C++)课程,在此基础上,开设了测绘程序设计基础课程,结合测量学和误差理论与平差基础知识进一步提升学生C++的编程能力,但缺乏图像处理等方面的编程能力培养。因此本文以中南大学地球科学与信息物理学院数字摄影测量学课程教学为例,反思遥感科学与技术专业核心课数字摄影测量学教学模式,探讨新工科背景下课程教学改革新途径。
二、改革内容
当前的工程教育着重以学生为中心,着重学生产出,教学目标应以促进学生学业成功为目标,鼓励学生追求卓越与创新。根据调研、讨论确定的数字摄影测量课程目标为以下三点:
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