“雙高”背景下三維激光掃描技術(shù)課程改革研究與實踐

楊忞婧

（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院，廣東 廣州 510510）

0 引言

目前三維激光掃描技術(shù)已成為測繪領域研究與應用的熱點技術(shù)，該技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的單點測量方式，它利用激光測距原理，無須接觸，不受時間和天氣限制，就能自動、連續(xù)地獲取目標物體表面海量且密集的高精度三維坐標信息和反射率信息，從而實現(xiàn)快速地實景復制。該技術(shù)又稱為高清晰測量技術(shù)，通過計算機的可視化，真實場景以數(shù)據(jù)模型的形式展現(xiàn)，并直觀地反映目標物體的位置、形狀、材質(zhì)和顏色等信息。近年來隨著三維激光掃描技術(shù)在測繪等領域的應用不斷擴大，采購掃描儀的企業(yè)不斷增多，學校積極引入新技術(shù)，采購新設備，并在各年級逐步開設三維激光掃描技術(shù)課程。該課程的開設，不僅提高了學生對新技術(shù)的學習興趣，培養(yǎng)了學生學習新技術(shù)的能力，也讓學生能夠更加靈活地適應行業(yè)的變化及滿足市場用人單位的需求。

1 課程改革總概要

三維激光掃描技術(shù)課程改革總概要如圖1所示。

圖1 三維激光掃描技術(shù)課程改革總概要

2 課程研究現(xiàn)狀

我院于2019年開設三維激光掃描技術(shù)課程，經(jīng)過對課程教學的研究和觀察，發(fā)現(xiàn)存在以下幾方面的不足：

2.1 設備昂貴，無法滿足校內(nèi)課程實踐的需求

通過實踐教學不僅能很好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，還能提高學生的綜合素質(zhì)。三維激光掃描技術(shù)是一門技術(shù)性較強的課程，需要適量的校內(nèi)實踐來輔助理論課堂的教學，從而強化學生的動手操作能力并加快對該技術(shù)的理解和掌握。但是，目前業(yè)內(nèi)認可的三維激光掃描儀器設備主要依賴進口，價格昂貴，成本較高。在高職院校擴招背景下，隨著學生數(shù)量不斷增加，不僅對設備的數(shù)量有一定要求，而且隨著使用率增加，設備的維護及配套應用軟件的升級管理也存在一定的難度。因此，要滿足學生盡可能多地使用并熟悉三維激光掃描設備來完成教學實訓任務是非常困難的。

2.2 現(xiàn)有教材跟不上技術(shù)發(fā)展的腳步

三維激光掃描技術(shù)是一項發(fā)展迅速的測繪新技術(shù)，但目前三維激光掃描技術(shù)課程公開出版的國內(nèi)教材比較少，中文技術(shù)參考書也非常短缺?，F(xiàn)有的教材跟不上技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)內(nèi)容往往得不到及時更新。目前行業(yè)內(nèi)的三維激光掃描技術(shù)學習主要依賴儀器制造商提供的相關(guān)文件、高校論文及專業(yè)技術(shù)期刊文獻。此外，三維激光掃描技術(shù)課程在教學內(nèi)容設計、數(shù)據(jù)采集與處理、模型創(chuàng)建等方面都與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)課程存在一定的差異，因此教材的編寫要在技術(shù)內(nèi)容、課程設計與建設、實驗實習等方面進行改進。

2.3 專業(yè)技術(shù)人才缺口大

近年來，隨著三維激光掃描技術(shù)在測繪工程、文物保護及地質(zhì)災害監(jiān)測等領域的使用越來越廣泛，行業(yè)和企業(yè)對掌握該技術(shù)人才的需求量也日益增大。目前國內(nèi)已有多所高校已面向本科和研究生層次開設了三維激光掃描技術(shù)相關(guān)課程，但該課程在高職院校卻剛剛起步。因此一方面高職院校缺乏三維激光技術(shù)專業(yè)的教師，另一方面行業(yè)又急需大量三維激光掃描技術(shù)專業(yè)人才。對接現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)職業(yè)需求，專業(yè)技術(shù)人才缺口大。

3 課程改革實踐

3.1 引入虛擬仿真教學系統(tǒng)，創(chuàng)建虛擬仿真教學環(huán)境資源

隨著智能科技的快速發(fā)展，三維激光掃描儀越來越智能化，操作越來越便捷，但是儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍然復雜。對于該課程的初學者，可以引入虛擬仿真教學系統(tǒng)（見圖2），將枯燥的理論教學課堂搬至虛擬仿真教學實訓室。學生通過在三維激光掃描技術(shù)虛擬仿真一體機上模擬實訓，不僅能夠熟悉三維激光掃描設備的結(jié)構(gòu)和功能，還能夠通過虛擬平臺模擬操作設備并獲取模擬數(shù)據(jù)（見圖3）。經(jīng)過多次反復練習，熟悉三維激光掃描儀的基本操作及數(shù)據(jù)采集步驟后，學生可以到真實的三維激光掃描儀上進行實操訓練。通過虛擬仿真教學系統(tǒng)的引入及虛擬仿真教學環(huán)境資源的創(chuàng)建，不僅能為學生提供足夠的設備模型訓練的機會，也能夠保障主要儀器設備的使用安全。

圖2 三維激光掃描技術(shù)虛擬仿真教學平臺

圖3 三維激光掃描技術(shù)虛擬仿真數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

此外，為了提高學生學習的主動性，還可以設立課外選修學分，讓學生充分利用課外時間，在虛擬仿真教學系統(tǒng)上實名登錄后開始學習操作，系統(tǒng)能夠自動記錄學習次數(shù)、學習內(nèi)容、學習時長及任務考核，并對每次的學習給予學習反饋及評價。

3.2 開展卓越技術(shù)技能人才培養(yǎng)試點

初學者完成三維激光掃描技術(shù)專業(yè)基礎課程后，可選拔優(yōu)秀或興趣濃厚的學生創(chuàng)辦“三維激光掃描技術(shù)技能卓越班”，通過小班授課，以項目為依托，深化課程內(nèi)容，集中開展技能應用培訓。技術(shù)技能卓越班課程可以對已學內(nèi)容進行深層次地知識點細分，通過融匯貫通其他基礎課程的應用，針對某個項目或某個技術(shù)難點進行教學分析及研究探索。

3.3 建設“工學結(jié)合”的教學資源庫，建設多元化的電子教材

“工學結(jié)合”的教學資源庫以學生學習為主體，通過解決工程實際問題來帶動學生自主學習的積極性。引入三維激光掃描技術(shù)工程應用案例進行教學、問題導入教學、課外探討教學，提高學生學習成效。建設多元化的電子教材，通過思維導圖將所有的知識點和技能點串聯(lián)并與教學資源一一關(guān)聯(lián)，采用文本、圖片、視頻、音頻、動畫等形式多樣且生動有趣的教材讓學生更好地理解及掌握學習內(nèi)容。結(jié)合線上線下一體化教學平臺，通過課前任務、課中互動、課后反饋，讓學生充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢，根據(jù)自己學習的進度及掌握情況，自主進行針對性學習，從而完成各個擊破。

3.4 著力構(gòu)建校企人員雙向協(xié)同的服務機制

專業(yè)教師需要不斷提高技術(shù)服務水平，充分利用團隊技術(shù)資源優(yōu)勢，積極開展技術(shù)創(chuàng)新與服務。專業(yè)教師應積極參與市場調(diào)研，深入企業(yè)，了解行業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，學習企業(yè)新技術(shù)新方法。此外，專業(yè)教師還應充分發(fā)揮教師技能專長，尋找技術(shù)瓶頸突破口，解決生產(chǎn)技術(shù)難題，利用教學資源和技術(shù)優(yōu)勢為企業(yè)員工開展培訓及技術(shù)服務。一方面，企業(yè)能夠為教師團隊提供持續(xù)新鮮的技術(shù)支持；另一方面，教師團隊也可以協(xié)同企業(yè)進行技術(shù)攻關(guān)。二者相互協(xié)同，共同促進教學與生產(chǎn)的完美契合。

3.5 構(gòu)建“專兼結(jié)合”的師資團隊，促進技能教學的“理實結(jié)合”

將有一線豐富工作經(jīng)驗的企業(yè)人員作為兼職教師引入校內(nèi)課堂與專業(yè)教師共同完成教學任務，構(gòu)建“專兼結(jié)合”的師資團隊，促進技能教學的“理實結(jié)合”。專業(yè)教師主要把握課程整體節(jié)奏，主導教學內(nèi)容，做好課程設計與建設。企業(yè)兼職教師則發(fā)揮項目應用的優(yōu)勢，從實踐操作及案例應用方面去輔助教學。多開展工匠精神進校園，技能大師進課堂等活動，將職業(yè)技能培養(yǎng)與職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)有機結(jié)合，促進學生同步提升。

3.6 以人才定向培養(yǎng)模式推進高職院校與企業(yè)的精準對接

以三維激光掃描技術(shù)課程為基礎，通過項目驅(qū)動，引入企業(yè)項目和人才定向培養(yǎng)實訓，分層次、分類別、分階段的學生培養(yǎng)模式，根據(jù)企業(yè)需求，訂單式對接企業(yè)。根據(jù)對接崗位工作內(nèi)容優(yōu)化教學內(nèi)容，對接企業(yè)生產(chǎn)設備優(yōu)化實訓條件，對接生產(chǎn)過程設計訓練項目，對接工作標準制定考核評價標準，將行業(yè)規(guī)范、操作規(guī)范廣泛應用與教學之中。

4 結(jié)語

三維激光掃描技術(shù)課程從實踐中找到不足，再從虛擬教學實訓設備、師資建設、校企協(xié)同育人、定向培養(yǎng)精準對接等方面進行改革實踐，并闡述了課程改革的措施和意義。產(chǎn)教融合不但能培養(yǎng)學生會學，還能培養(yǎng)學生會做。在學習的過程中，學生能夠培養(yǎng)扎實的理論和實踐基礎，將知識運用同企業(yè)提出的新技術(shù)新方法相結(jié)合，完成從專業(yè)知識到適應社會的綜合能力的轉(zhuǎn)變。