1、利用三维激光扫描仪培养本科生实践创 新能力探索 谢宏全 周立 谷风云 孙美萍 高祥伟 王秀萍 孙佳 龙 淮海工学院测绘与海洋信息学院 摘 要： 在简要介绍开展本科生实践创新能力培养背景的基础上, 详细阐述了实施对本 科生实践创新的三种渠道, 包括本科生毕业论文教学环节、 大学生实践创新训练 计划项目和本科生实验教学, 同时对实践创新取得的成果做了简要介绍。 关键词： 三维激光扫描仪; 毕业论文; 实验教学; 实践创新能力; 作者简介：谢宏全 (1964) , 男, 博士, 教授, 主要从事三维激光扫描测量方 面的教学与科研工作。 基金：江苏省海洋技术品牌专业资助 (项目编号:PPZY2015B
2、116) 近年来, 我校大型仪器设备有了不同程度的增加, 但是在管理上还存在着使用 率较低、共享程度不高等问题。大型实验设备是高校开展教学、科研以及向社会 提供服务的重要资源, 是培养学生创新思维、实践能力不可或缺的物质基础。 近年来已经有学者从多种角度进行了相关的研究。 主要有:王守刚等1探索形成 了“国际视野、公益精神、创新意识、实践能力”的人才培养理念, 加大实验与 实践教学改革力度, 促进学生创新能力培养。潘国兵等2提出了一种适应测绘 专业的全新的实践教学方式开放式实践教学。张毅等3建立了地面激光 扫描三维重建技术的实验教学平台。杨妮等4构建了面向专业特点的三维激光 扫描测量项目化教学
3、模式。 1 实践创新培养的背景 地面三维激光扫描仪大概在 2000以后逐渐进入中国, 高校是购置设备的主要用 户。 由于价格昂贵和数量稀少, 高校主要用于研究生的培养, 硕士论文居多, 博 士论文较少。 为了更好地服务于本科生的教学工作, 个别高校做了相关工作, 主要代表有:武 汉太学测绘学院建立地面激光扫描三维重建技术的实验教学平台, 该平台利用 多媒体教学手段介绍理论知识、 提供点云数据获取和三维重建的技术路线和数据 处理方法。 以专业点云软件和在线式实验环境为依托, 建立了实验教学平台网站, 开放若干自主学习型、 综合设计型和研究创新型实验项目, 使学生熟练掌握地面 激光扫描三维重建技术
4、3。广西财经学院的管理科学与工程学院针对三维激光 扫描新兴技术在不同专业的教学侧重点问题, 以工程管理、 物流管理、 工程造价、 房地产经营与管理与人文地理与城乡规划五个专业为例, 通过专业特点、 创新创 业教学、 三维激光扫描测绘三者相互间的耦合联系, 推动三者的改革与发展, 构 建了多样化的理论教学、规范化的训练、订单式的教学、项目化的管理等面向专 业特点的三维激光扫描测量项目化教学模式4。另外, 随着仪器设备在高校的 普及, 极少数高校针对本科生开设了相关课程, 安排一定的实验学时。 地面三维激光扫描仪的教学内容主要包括相关理论基础、 仪器操作和数据处理软 件。 随着激光扫描技术的发展,
5、 原有的服务于少数学生教学模式已经不能适应技 术进步和高校管理的需要, 教学改革已经非常必要。 2012年 5月, 测绘与海洋信息学院 (简称测绘学院) 购置的瑞士徕卡 Scan Station C10三维激光扫描仪通过学校管理部门的验收。考虑到多种因素, 测绘 学院领导决定采用专任教师与实验员共同管理的模式, 进行管理改革的主要原 因如下: (1) 在学校实验室每年进行的绩效评估中, 对于40万元以上设备的额定使用时 间要求为300小时/年。 (2) 2012年测绘工程专业开始准备中国工程教育专业认证工作, 在中国工程教 育专业认证协会出台的工程教育认证标准 (2015 版) 中有相关要求。
6、在通用标 准的毕业要求中, 在“问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具” 中有具体的要求描述。 (3) 在 2012级本科生培养方案修订中, 将“三维激光扫描测量”以选修课方式 列入3 个本科专业的培养方案, 计划安排在第 6学期开设 (2016年上半年) 。 (4) 在毕业设计 (论文) 集中实践教学中, 可以利用仪器进行创新实验研究。 另 外, 还可以利用每年的大学生实践创新训练计划项目指导本科生进行实践创新 研究。 基于以上原因, 提高三维激光扫描仪的利用率迫在眉睫, 也是培养本科生实践 创新能力的良好渠道。 2 利用本科生毕业论文实施实践创新 毕业设计 (论文) 的教学环节是
7、是培养大学生创新能力、实践能力、创新精神的 重要环节。 毕业设计是培养学生实践创新能力的重要途径, 但从用人单位的反馈 情况来看, 在人才创新实践能力培养方面还有不足。 充分利用毕业论文教学环节, 将三维激光扫描仪应用于培养本科生实践创新能 力。2012 年至2017 年, 在6名教师的指导下, 共有38名学生 (涉及到测绘工 程与地理信息科学专业) 毕业论文的选题都利用了三维激光扫描仪, 研究内容 涉及到以下六个方面: (1) 激光点云数据获取方法的研究。 利用球形标靶的两种基本方法试验研究, 平 坦区域等密度激光点云数据获取方法试验研究。 (2) 仪器精度检测方面的研究。主要涉及到仪器的水
8、平角度、距离、目标颜色、 粗糙度、点位精度。 (3) 建筑物三维建模方面的研究。 选择苍梧校区有代表性的建筑物, 采用多种建 模软件进行了试验研究, 软件包括Sketch Up、Geomagic、Cyclone、3D MAX、 Imageware、Pro/Engineer、VRay等, 另外对室内办公区、雕塑、地下室管道建 模技术也进行了试验研究。 (4) 文物三维建模方面的研究。选择连云港市海清寺院内的阿育王塔、浮雕、古 鼎、石赑屃、古神像, 采用Geomagic等软件进行了研究, 另外对海州区内钟鼓 楼进行了古建筑测绘制图研究。 (5) 树木三维建模应用方面的研究。选择学校苍梧校区内的雪松
9、、广玉兰等有代 表性的树种, 采用 Speed Tree、Geomagic等软件进行了三维建模研究, 同时也 对三维绿量计算方法进行了研究。 (6) 测绘领域应用方面的研究。 主要涉及到房屋面积测量、 异型建筑物竣工测量、 沙堆体积快速测量、风电塔筒倾斜度测量。另外, 围绕采石场进行了系统研究, 包括地貌特征提取、开采量计算、动态储量监测。 对于绝大多数学生而言, 在没有任何技术基础情况下, 在指导教师的耐心指导 下, 学生掌握了仪器相关的基础理论与操作方法, 同时也掌握了相关软件的使 用。 通过毕业论文的教学环节, 学生拓展了专业知识, 提高了仪器与软件的动手 能力, 重点是提高了本科生的实
10、践创新能力。学生的毕业论文曾获 2012年淮海 工学院优秀毕业论文, 2013年江苏省高校测绘本科生优秀毕业论文二等奖, 2015年江苏省高校测绘本科生优秀毕业论文二等奖。“则泰杯”第八届全国高 等学校测绘学科大学生科技论文大赛三等奖。 为了推广学生实践创新研究的成果, 指导教师非常重视对学生的指导工作, 及 时将毕业论文的成果撰写成学术论文, 在测绘类专业期刊上发表论文 7篇。 在武 汉大学出版社出版了 2部专著, 分别是2013 年地面三维激光扫描技术与工程 应用, 2014 年基于激光点云数据的三维建模应用实践。 3 利用“大创项目”实施实践创新 2012年江苏省开始实施大学生实践创新训
11、练计划项目“简称:大创项目”, 学 校越来越重视这项工作, 数量上逐年增加, 从2012年的120多项增加到了2017 年的380 多项。利用项目平台对大学生实践创新能力培养是最佳的方式。 2014年度大学生实践创新训练计划项目“基于地面三维激光扫描技术的大比例 尺测图方法研究”获得江苏省级指导项目的立项, 共有测绘工程专业 2012级4 名学生参加。在指导教师的耐心指导下, 按照计划研究内容顺利完成, 并于 2016年 6月项目通过验收。被评为 2016年度校级优秀项目三等奖, 导师被评为 优秀指导教师。 通过此项目的研究, 项目组成员掌握了仪器操作、软件使用、实验数据处理, 在 学生自主学
12、习能力提高的基础上, 分析和解决工程问题的能力显著提升, 同时 学生撰写期刊学术论文的能力得到了锻炼, 也为撰写毕业论文打下了良好的基 础。 对于项目组成员实践创新能力有了不同程度的提高, 另外, 还有 2名学生考 取了中国地质大学 (武汉) 与河海大学硕士研究生, 对于硕士研究生阶段的学 习起到了辅助作用。 以学生为第一作者在中文核心期刊测绘通报上发表学术论文 1篇。 以大学生实践 创新训练计划项目为依托, 探索学生创新能力培养模式已经得到推广, 2017年2 名教师获得江苏省级指导项目的立项。 4 利用本科生实验教学实施实践创新 为了将最新的三维激光扫描技术普及到本科生, 在2012级、2
13、014级、2016级本 科培养方案修订中, 测绘工程、地理信息科学、海洋技术三个专业在专业选修课 模块中增加了“三维激光扫描测量” (32学时, 12学时实验) 课程。2014年完 成“三维激光扫描测量”课程教学大纲与实验大纲的编写, 同时编写了实验指 导书。 针对2013 级测绘工程专业本科生已经于 2015-2016第二学期完成“三维激光扫 描测量”课程的教学, 共有22 名学生选修。2016-2017第二学期已经有 2014级 地理信息科学与海洋技术专业的 91名学生选修“三维激光扫描测量”课程。通 过实验课程, 学生能够熟悉仪器和配套软件的基本使用, 掌握获取激光点云数 据的方法, 利
14、用软件对激光点云数据的预处理流程。 目前, 有关地面三维激光扫描的公开出版图书较少, 以专著类型居多, 不太适 合做教材供学生使用。 针对教学的实际需要, 结合2012-2015年进行相关研究的 基础, 收集最新相关技术资料, 由谢宏全与谷风云共同编著了 地面三维激光扫 描技术与应用教材, 并于2016年2月由武汉大学出版社出版。 自2016 年开始在本科生中开设“三维激光扫描测量”课程, 在国内处于领先地 位。将地面三维激光扫描技术系统地讲授给本科生的学校还很少。对于本科生而 言, 了解最先进的测绘技术, 为毕业论文的选题和毕业后从事相关技术工作打 下了一定的基础, 为创新应用奠定了良好的基
15、础。 5 结语 地面三维激光扫描技术是测绘领域中新技术之一, 高校利用三维激光扫描仪培 养本科生实践创新能力是非常重要的渠道。研究结果表明:利用本科生毕业论文 教学环节和大学生实践创新训练计划项目对本科生实践创新能力培养是非常必 要的, 可以提高本科生实践创新水平。 参考文献 1王守刚, 厉东伟, 王铭, 等.测绘工程专业创新型人才培养模式的实践与探 索以中国矿业大学环境与测绘学院为例J.测绘通报, 2016 (8) :131-134. 2潘国兵, 陈琨, 李灵爱, 等.测绘专业开放式实践教学体系研究J.测绘通 报, 2016 (8) :135-138. 3张毅, 宫丽玮.地面激光扫描三维重建技术的实验教学平台构建J.实验技 术与管理, 2012, 29 (5) :84-88. 4杨妮, 吴良林, 曾凡涛, 等.面向专业特点的三维激光扫描测量项目化教学 探讨J.教育现代化, 2017 (6) :127-130.
