丁闊，宋高峰

（北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144）

自2017 年2 月以來，教育部積極開展新工科建設(shè)，相繼形成“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”三大新工科建設(shè)指導(dǎo)文件[1-3]，促進了高等工程教育的改革和發(fā)展。新工科首要是對傳統(tǒng)工科的改造和升級，指向新一輪的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命。當(dāng)前我國在校生人數(shù)和畢業(yè)生人數(shù)較多，存在拔尖創(chuàng)新人才少、人才培養(yǎng)與生產(chǎn)和創(chuàng)新實踐脫節(jié)等問題，新工科更加側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、跨學(xué)科能力、創(chuàng)新能力、智能技術(shù)應(yīng)用能力等，以適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟的發(fā)展[4-5]。

攝影測量學(xué)是基于對光學(xué)攝影機獲取的相片進行量測和解譯，在無須接觸物體本身的情況下通過二維影像重建三維目標(biāo)，但傳統(tǒng)的航空攝影測量難以滿足人們對影像數(shù)據(jù)獲取實時性和實效性的要求，而隨著無人機技術(shù)的不斷成熟和廣泛應(yīng)用，以及各類測繪設(shè)備如相機、傾斜相機、機載LiDAR 的快速普及，影像獲取方式越來越簡單、快捷[6-7]。2017 年，無人機測繪技術(shù)在地理測繪、數(shù)字城市、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域開始被廣泛應(yīng)用，迫切需要大量專業(yè)人才。因此，無人機測繪技術(shù)作為傳統(tǒng)攝影測量方法的重要發(fā)展和補充，是適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)需求的一門技術(shù)，符合國家新工科發(fā)展戰(zhàn)略[8-12]。

2.2 統(tǒng)計學(xué)教學(xué)中的“去數(shù)學(xué)化” 前已述及，統(tǒng)計學(xué)的內(nèi)核在統(tǒng)計思想，而統(tǒng)計學(xué)方法本身呈現(xiàn)給我們的是抽象的數(shù)學(xué)符號。面向數(shù)理功底較差的學(xué)生授課時，如何在講解中，將統(tǒng)計方法“去數(shù)學(xué)化”顯得很重要。所謂的“去數(shù)學(xué)化”實際就是將統(tǒng)計方法呈現(xiàn)給我們的抽象數(shù)學(xué)形式，轉(zhuǎn)換成我們易于理解的語言過程。“去數(shù)學(xué)化”也是對統(tǒng)計方法背后的統(tǒng)計思想的進一步細化和具體化。我們以因子分析為例來說明“去數(shù)學(xué)化”的重要性。

2021 年，無人機測繪技術(shù)專業(yè)被列入《職業(yè)教育專業(yè)目錄（2021 年）》，大量高校都開設(shè)了無人機測繪相關(guān)課程，作為一門新興學(xué)科，其內(nèi)容新穎，貼近市場前沿，實踐性強，且涉及技術(shù)范圍廣，課程發(fā)展建設(shè)既有很大空間，又面臨很多新的困難和挑戰(zhàn)，當(dāng)前仍處于探索階段[13-15]。本文總結(jié)了當(dāng)前無人機測繪技術(shù)課程發(fā)展的現(xiàn)狀及問題，并就課程改革的方案進行了探討。

1 無人機測繪技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課程設(shè)計較為傳統(tǒng)

很多高校在無人機測繪專業(yè)課程建設(shè)方面投入不足，缺乏實驗教學(xué)平臺，在課程設(shè)計上仍以課堂講授為主，且理論教學(xué)內(nèi)容占比較大，即使購買了無人機設(shè)備，實踐教學(xué)中設(shè)備使用率仍然較低，學(xué)生實踐學(xué)時較短，無法滿足實踐教學(xué)的實際需求。

根據(jù)企業(yè)需求合理修改教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容分為實訓(xùn)篇、建模篇和應(yīng)用篇三部分（如圖1 所示）。實訓(xùn)篇為無人機測繪外業(yè)部分的基礎(chǔ)，著重介紹無人機基礎(chǔ)知識，包括基本概念、系統(tǒng)構(gòu)成和飛行注意事項等。建模篇側(cè)重攝影測量技術(shù)的理論知識及三維實景模型的構(gòu)建，內(nèi)容包括解析三角測量、影響特征提取及匹配、數(shù)字地面模型的建立，圖文并茂，與實踐操作環(huán)節(jié)緊密結(jié)合。應(yīng)用篇以多個實踐場景為例，詳細介紹無人機測繪技術(shù)在諸多行業(yè)的應(yīng)用，并邀請合作企業(yè)分享前沿知識和應(yīng)用案例。

1.2 課程內(nèi)容較難

當(dāng)前本課程對于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)主要集中在無人機飛行操作中的動手能力和傾斜攝影測量理論的學(xué)習(xí)理解能力，而對于無人機測繪任務(wù)分工上的團隊協(xié)作能力，針對測繪任務(wù)及航線規(guī)劃的獨立思考和創(chuàng)新能力，三維建模軟件的自主學(xué)習(xí)操作能力，以及思想道德素質(zhì)等方面的培養(yǎng)尚顯不足。

1.3 考核方式單一

把多軸系統(tǒng)簡化成單軸系，把阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Mf折算至變頻電動機軸上為Mr，此時把Mr看作等效的阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。將計算軸作為計算基準(zhǔn)點，以確保系統(tǒng)的功率傳輸關(guān)系和機械總動能一定為折算原則，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量化為兩部分：變頻電機端轉(zhuǎn)動慣量的和標(biāo)記為JⅠ；靠低速軸側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量之和記作JⅡ[4]，如圖2(b)所示。

1.4 能力培養(yǎng)不足

無人機測繪技術(shù)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域較多，學(xué)習(xí)難度較大，對大學(xué)低年級沒有其他課程基礎(chǔ)的學(xué)生來說難度更大，其涉及內(nèi)容既包括無人機結(jié)構(gòu)、飛行原理、操作及維護等無人機相關(guān)內(nèi)容，又包括攝影測量技術(shù)領(lǐng)域的理論知識，以上兩部分內(nèi)容關(guān)聯(lián)較少，缺乏緊密聯(lián)系，尤其攝影測量技術(shù)部分所涉及的理論知識較為枯燥，公式較多且內(nèi)容極為抽象，如果沒有足夠的實踐體驗，會增加學(xué)習(xí)難度，并使學(xué)生降低對本門課程的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

無人機測繪技術(shù)對于學(xué)生來說兼具新奇性、創(chuàng)新性和前沿性，在新工科背景下應(yīng)更加突出以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，融合多學(xué)科知識，培養(yǎng)綜合全面、創(chuàng)新能力突出且適應(yīng)時代需求的學(xué)生，具體包括以下幾個方面。

2 無人機測繪技術(shù)課程教學(xué)改革探討

頭孢哌酮鈉/舒巴坦的兩種配方比較鮑曼不動桿菌所致肺部感染的療效……………………… 熊 潔，彭清臻，厲銀平，等（2·141）

當(dāng)前本課程的考核方式主要以實驗成績和報告成績?yōu)橹?，其中實驗成績主要針對無人機操作實驗，該部分成績?nèi)狈侠碛行У脑u分標(biāo)準(zhǔn)，不夠客觀真實，且學(xué)生在完成實驗報告過程中，往往缺乏獨立自主的思考，對于實驗構(gòu)想的理解不夠深入，實驗報告完成質(zhì)量較低。

2.1 以需求為導(dǎo)向，與企業(yè)結(jié)合

教師可在授課過程中向?qū)W生提供相關(guān)資料及深度學(xué)習(xí)算法代碼，適當(dāng)增加課程的難度和挑戰(zhàn)性，在人工智能課程中也可增加無人機模型構(gòu)建的案例分析，兩門課程都屬于北方工業(yè)大學(xué)智能建造學(xué)科的重要組成部分，均以智能建造行業(yè)的發(fā)展為共同導(dǎo)向，在課程交叉教學(xué)的過程中，必將拓展學(xué)生思維，使學(xué)生加深對行業(yè)的理解。

本課程與實踐結(jié)合極為緊密，如果以大量的理論知識輔以少量實驗進行教學(xué)，則忽略了學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，且本課程的實踐環(huán)節(jié)設(shè)計基本以無人機操作和影像處理為主。無人機操作部分，由于學(xué)時及課堂人數(shù)限制，學(xué)生往往無法熟練掌握操作技巧，且缺乏對航線選取及線路規(guī)劃的認識。影像處理部分實驗，流程類似傳統(tǒng)課程實驗，由教師講解實驗原理和步驟，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書進行對照操作，始終處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，無法培養(yǎng)自主思考的能力。

圖1 課程內(nèi)容體系

可以在學(xué)校學(xué)生會和團委的支持下，成立“無人機協(xié)會”，以社團為載體，在全校范圍舉辦學(xué)科競賽，競賽內(nèi)容應(yīng)涵蓋無人機飛行、無人機和三維激光掃描模型的建筑物3D 構(gòu)建，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以賽促學(xué)，以學(xué)促行。

2.2 自主性、開放式實驗框架

引入翻轉(zhuǎn)課堂和CDIO（Conceive，Design，Implement and Operate，構(gòu)思—設(shè)計—實施—操作）的自主學(xué)習(xí)教學(xué)理念，改變原有的驗證式實驗方式，構(gòu)建以學(xué)生為主體的開放性實驗框架。以三維模型構(gòu)建實驗為例，由教師向各組學(xué)生分別安排教學(xué)任務(wù)，各組任務(wù)可側(cè)重不同應(yīng)用領(lǐng)域，由學(xué)生自主設(shè)計飛行計劃、測量精度、模型構(gòu)建等，學(xué)生在執(zhí)行過程中會存在一些難度較大的問題，由教師負責(zé)引導(dǎo)學(xué)生自行交流并解決問題。在傳統(tǒng)的實驗報告考核過程中，學(xué)生始終處于被考核狀態(tài)，而開放式實驗可將考核辦法進行修正，由各組學(xué)生匯報完成情況，并由其他各組學(xué)生對評定成果打分，作為最終成績的重要組成部分。整個考核過程堅持以學(xué)生為中心，鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決問題能力、交流溝通能力、演示匯報能力等，可有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.3 與人工智能技術(shù)融合

隨著社會的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)之間的互聯(lián)互通日益密切，新工科推動現(xiàn)有學(xué)科的交叉融合，也是未來創(chuàng)新人才培養(yǎng)的趨勢。例如，人工智能技術(shù)目前已快速融入各個行業(yè)，在無人機測繪技術(shù)中，無人機影像拼接中的特征點匹配主要就是通過人工智能分層卷積特征進行的，需要對不同深度的卷積特征逐層進行關(guān)聯(lián)性分析，最終完成無人機影像的拼接。同時在很多無人機應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域中，無人機搭載的人工智能技術(shù)，通過智能化，來減少人的識別和判斷帶來的誤差，從而提高決策能力。

應(yīng)明確以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，學(xué)校的“供”應(yīng)該與企業(yè)的“需”相適應(yīng)，借助學(xué)校平臺優(yōu)勢建立并拓寬與相關(guān)無人機應(yīng)用企業(yè)的合作，以無人機三維模型構(gòu)建人才培養(yǎng)為切入點，與企業(yè)開展校企合作，培養(yǎng)人才，企業(yè)參與教學(xué)大綱、教學(xué)計劃的制訂，在生產(chǎn)認識實習(xí)階段，由教師帶領(lǐng)學(xué)生到企業(yè)參加生產(chǎn)實踐。

Simulation on Power System of Offshore Platform with Closed Bus-Tie(s)

治療后，2組患者的膝關(guān)節(jié)功能評分較治療前均顯著升高(均P<0.05)，觀察組膝關(guān)節(jié)評分更高于對照組(P<0.05)。見表1。

2.4 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

由于實踐課程學(xué)時有限，實踐飛行時間往往用在學(xué)生對飛行技巧的掌握上，學(xué)生對于測量方案設(shè)計、線路規(guī)劃等方面的知識相對掌握不足。此外，無人機設(shè)備往往無法滿足所有學(xué)生實驗，導(dǎo)致學(xué)生實驗參與度不高，因此，可將虛擬仿真技術(shù)引入課程教學(xué)設(shè)計，解決無人機測繪實驗中儀器不足、風(fēng)險大和容易受到天氣影響等問題，并保證了外業(yè)飛行實驗的質(zhì)量。

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建無人機虛擬現(xiàn)實平臺有兩大優(yōu)勢：一是傳統(tǒng)的無人機培訓(xùn)方式，如視頻教學(xué)模式、培訓(xùn)模式，存在效率低、成本高的問題。通過無人機虛擬平臺，教師可以進行無限制的飛行測試，從而提高訓(xùn)練效率，減少訓(xùn)練成本。二是該平臺可以幫助研究人員進行深度學(xué)習(xí)，通過無人機虛擬平臺，研究人員可以收集大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和圖像，能夠以低成本的方式為無人機飛行過程中的無人機航路規(guī)劃提供支持。無人機深度學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以生成大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，提高人工智能系統(tǒng)的訓(xùn)練效率，有利于工程應(yīng)用。

3 結(jié)語

在新工科建設(shè)背景下，無人機測繪技術(shù)作為一門實踐性很強的前沿學(xué)科，應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容上以需求為主導(dǎo)，融合人工智能、虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建多學(xué)科融合的知識體系，在教學(xué)方法上探索更加自主開放的實驗框架，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，開展校企合作，開展多種形式學(xué)科競賽，多主體協(xié)同發(fā)力，實現(xiàn)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐技能的強化培養(yǎng)。以上教學(xué)改革方案能夠提高學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生潛能，讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)熟練掌握知識，提高綜合能力，最終培養(yǎng)出適應(yīng)時代需求、綜合全面、創(chuàng)新能力突出的人才。