劉曉君 郭 鵬 萬 紅

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 山東·泰安 271018）

0 引言

“攝影測量與遙感”是從非接觸成像和其他傳感器系統(tǒng)，通過記錄、量測、分析與表達(dá)等處理，獲取地球及其環(huán)境和其他物體可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)。其中，攝影測量側(cè)重于提取幾何信息，遙感側(cè)重于提取物理信息。進(jìn)入21世紀(jì)，攝影測量已經(jīng)邁入了由先進(jìn)技術(shù)輔助的現(xiàn)代攝影測量測量階段，POS（positioning and orientation system）、無人機(jī)、LIDAR(light detection and ranging)等新技術(shù)在攝影測量領(lǐng)域應(yīng)用已日趨廣泛。新技術(shù)開拓了攝影測量應(yīng)用的新領(lǐng)域，同時也要求高校必須培養(yǎng)適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的，兼具完備知識體系的新人才。另一方面，近年用人單位反饋，高校輸出的畢業(yè)生不能很好地勝任相應(yīng)工作崗位，很大程度上是實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力不足導(dǎo)致。造成這一現(xiàn)象的原因是多方面的，但從一個側(cè)面也反應(yīng)出目前高校的教學(xué)方法存在一定弊端。因此如何構(gòu)建攝影測量學(xué)的教學(xué)體系、凝練教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)出社會所需要的實(shí)踐型、創(chuàng)新型人才，是一個值得攝影測量教學(xué)工作者深入探討的問題。

1 課程特點(diǎn)與現(xiàn)存問題分析

1.1 課程特點(diǎn)

攝影測量學(xué)是測繪工程專業(yè)與遙感專業(yè)的一門專業(yè)主干課。該課程的特點(diǎn)是“多、繁、廣”。內(nèi)容多，覆蓋知識面廣。攝影測量學(xué)涉及到高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、平差原理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模式識別、人工智能等多門學(xué)科，因此，對學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)體系要求較高。概念抽象，數(shù)學(xué)公式多。整門課程包含的概念有內(nèi)外方位元素、空間后方交會、空間前方交會、相對定向、絕對定向、共面條件方程、空中三角測量等，概念不僅抽象難于理解，而且具體實(shí)現(xiàn)過程多伴有復(fù)雜的公式推導(dǎo)，要求學(xué)生有扎實(shí)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)運(yùn)算功底。空間關(guān)系復(fù)雜，空間立體感強(qiáng)。攝影測量的實(shí)質(zhì)是由平面像點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算三維的地面點(diǎn)坐標(biāo)，共需要6個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。其中不乏一些空間思維過程，需要學(xué)生有較強(qiáng)的空間想象能力。

1.2 教學(xué)中所存在的問題

該課程相較于其他專業(yè)課程難度系數(shù)偏高，且學(xué)時數(shù)少，授課時間短，很大程度上加大了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。大多數(shù)學(xué)生在實(shí)際工作中存在的突出問題：一是對基礎(chǔ)知識掌握不夠好，理解不透徹，不能靈活運(yùn)用；二是對攝影測量與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系沒有清晰的認(rèn)識，由于缺乏了完整的知識體系，理解問題乃至創(chuàng)新問題都受到了束縛；三是對學(xué)科新領(lǐng)域新技術(shù)缺乏了解；四是實(shí)際動手能力弱。因此，有必要對攝影測量的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行積極的探索改革。

2 “攝影測量學(xué)”教學(xué)改革探討

2.1 結(jié)合學(xué)科新技術(shù)，及時修編教學(xué)大綱

攝影測量的發(fā)展經(jīng)歷了模擬攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字?jǐn)z影測量三個階段。但是隨著攝影測量產(chǎn)業(yè)模式的變革，為了便于教學(xué)，攝影測量課程分為了“攝影測量學(xué)”和“數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)”，分別在大三的上下學(xué)期開設(shè)。“攝影測量學(xué)”作為首開課程，在注重內(nèi)容基礎(chǔ)性的同時還要兼顧體系的完整性，尤其是對后續(xù)課程的可延續(xù)性。在制定教學(xué)大綱時要優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，精選教學(xué)內(nèi)容，突出重難點(diǎn)內(nèi)容。使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程呈現(xiàn)從易到難、從點(diǎn)到面的狀態(tài)。安排時重點(diǎn)突出單像解析這一章，要讓學(xué)生吃透并牢固掌握，難點(diǎn)是解析空中三角測量的理論和方法，而且要增加新興起的理論和方法，例如機(jī)載POS可以實(shí)現(xiàn)高精度直接地理定位、無人機(jī)具有快速響應(yīng)，實(shí)時勘查的優(yōu)勢、機(jī)載LIDAR對測區(qū)掃描后可獲取DSM（digital surfacemodel）。修編后的教學(xué)大綱既保留了課程的精髓內(nèi)容又兼顧新技術(shù)的理論方法，在拓展學(xué)生知識面的同時調(diào)動了對該學(xué)科更大的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 明確“攝影測量學(xué)”在測繪學(xué)科中的地位

攝影測量學(xué)是測繪學(xué)科的一個分支。它是測繪學(xué)科中發(fā)展歷史較短的一個學(xué)科。但由于它與新興學(xué)科航天攝影技術(shù)、電子計(jì)算技術(shù)、信息科學(xué)有著血緣的相互關(guān)系，因此攝影測量的發(fā)展，必然影響整個測繪學(xué)科的發(fā)展。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中忽略了攝影測量與測繪中其它學(xué)科的關(guān)系，缺乏了完整的知識體系，以至于不知所學(xué)之所以、所學(xué)之所用。如大地測量的任務(wù)是建立國家級和地區(qū)的控制網(wǎng)，可以為攝影測量中的解析空三提供控制點(diǎn)；而高精度的解析空三可以為大地測量增加新的加密控制點(diǎn)。工程測量中的竣工檢測、變形觀測，則是非地形攝影測量的主要任務(wù)。攝影測量與地圖制圖學(xué)具有共同的目的，皆是把地圖變?yōu)榈貓D數(shù)據(jù)庫，為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。其與遙感技術(shù)、GPS技術(shù)之間的密切關(guān)系更是不言而喻。具備了這樣完整的知識體系有助于理解問題和創(chuàng)新性解決問題，可以起到觸類旁通、事半功倍的良好學(xué)習(xí)效果。

2.3 找準(zhǔn)“攝影測量學(xué)”的學(xué)習(xí)主線

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)在課程結(jié)束之后約40%的學(xué)生仍難以將課程作為一個有機(jī)整體來把握，究其深層次原因是對課程的主線沒理清。無論是單像解析基礎(chǔ)、雙像立體測圖，還是解析空中三角測量，這三部分內(nèi)容的共同目的是一致的：由像點(diǎn)坐標(biāo)解求相應(yīng)地面點(diǎn)坐標(biāo)。找準(zhǔn)主線后就會發(fā)現(xiàn)每一章的具體內(nèi)容都是圍繞這條線進(jìn)行的。如單像解析中已知外方位元素和DEM，利用共線方程可求地面點(diǎn)坐標(biāo)；雙像立體測圖是根據(jù)同名光線相交的原理求地面點(diǎn)坐標(biāo)；解析空三中的三種方法是完成一個測區(qū)里加密點(diǎn)的坐標(biāo)解算。課程整體知識脈絡(luò)清晰呈現(xiàn)，使原本孤立、分散的知識點(diǎn)融會貫通、輕松掌握。

2.4 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)“教”“學(xué)”方法

由該課程的特點(diǎn)決定傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的教學(xué)模式是不被適用的，因?yàn)檫@種模式不利于抽象概念的理解和復(fù)雜空間關(guān)系的呈現(xiàn)。對于這些內(nèi)容，可以采用多媒體教學(xué)，并輔以動畫演示，使抽象復(fù)雜的知識動態(tài)立體化。復(fù)雜而重要的數(shù)學(xué)公式先在PPT上展示思路，再以板書為主進(jìn)行推導(dǎo)演示，可增強(qiáng)前后步驟的邏輯性。“板書+多媒體”的動態(tài)教學(xué)過程更能吸引學(xué)生的注意力，規(guī)避了采用單一教學(xué)模式帶來的課堂效率低下。

課堂教學(xué)是一個雙向的過程，不僅要求老師“教”的好，學(xué)生還必須“學(xué)”的好。如果知識僅作為“信號”很好地發(fā)送出去，而“接收端”接收效率不高，一方面要采用啟發(fā)式與探究式教學(xué)，提高學(xué)生的課堂主體地位，濃厚學(xué)習(xí)興趣。另一方面對于極個別學(xué)生“聊天說話看手機(jī)”的情況要嚴(yán)厲杜絕，這種不良情況一旦產(chǎn)生在課堂上的傳播效應(yīng)很快，從而會破壞良好的學(xué)習(xí)氛圍。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)98%的學(xué)生都認(rèn)同“應(yīng)該認(rèn)真聽講”，35%的學(xué)生指出認(rèn)真聽講的大敵就是手機(jī)。

2.5 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)動手能力

攝影測量是一門工程實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，實(shí)踐環(huán)節(jié)對學(xué)生動手能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有重要作用。筆者從教幾年來一直重視該環(huán)節(jié)的教學(xué)，主要采用課內(nèi)實(shí)踐和綜合實(shí)踐兩種教學(xué)模式。課內(nèi)實(shí)踐是緊隨課堂理論內(nèi)容之后，有拍攝立體像對、立體觀察、量測航片比例尺、單像空間后方交會程序設(shè)計(jì)、雙像前方交會程序設(shè)計(jì)，加深對理論知識理解的同時增強(qiáng)了實(shí)際動手能力。綜合實(shí)踐的時間共有2周，之前的教學(xué)過程中一直使用的是VirtuoZo軟件，但該軟件是基于傳統(tǒng)的攝影測量理論進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對于利用POS數(shù)據(jù)進(jìn)行直接地理定位技術(shù)與流程、無人機(jī)稀少控制高精度解算技術(shù)和傾斜攝影三維建模技術(shù)等新技術(shù)均沒有體現(xiàn)，且多年未有更新。因此我專業(yè)將包含了多項(xiàng)新技術(shù)且市場占有率高的MapMatrix軟件引進(jìn)，作為一個全新的實(shí)踐平臺。學(xué)生學(xué)習(xí)熱情普遍高漲，并反應(yīng)全新的實(shí)踐平臺使他們掌握了學(xué)科新技術(shù)的同時，還極大的增強(qiáng)了他們自主發(fā)現(xiàn)問題、解決實(shí)際問題的能力。

此外，“科研反哺”也是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的重要途徑。教師除了完成授課任務(wù)，還要積極參加課題，努力提高自身科研水平，這即是“一桶水”和“一碗水”的理論。將最新科研成果應(yīng)用到具體教學(xué)中，為學(xué)生提供更多實(shí)訓(xùn)案例，使教學(xué)依托于教學(xué)大綱而又不拘泥于教材，提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。在師生共同努力下，去年我系一項(xiàng)有關(guān)攝影測量的創(chuàng)新項(xiàng)目獲國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的支持。

2.6 網(wǎng)絡(luò)共享教學(xué)資料，線上線下答疑解惑

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展為傳統(tǒng)教學(xué)開辟了新途徑，在專業(yè)課網(wǎng)站中可以查閱課件、參考資料及歷屆期末考試題。另外學(xué)生可以通過線上提問，老師有問必答，疑難問題也可以線下交流，保證老師與學(xué)生之間的溝通渠道暢通。調(diào)研顯示，80%的學(xué)生在課后反復(fù)學(xué)習(xí)電子化教學(xué)內(nèi)容，50%的學(xué)生使用線上線下多種方式與老師交流問題，從而保證了近三年來，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績呈現(xiàn)逐步明顯上升。

3 結(jié)束語

對“攝影測量學(xué)”課程進(jìn)行改革與探討既是學(xué)科自身發(fā)展的需要，也是時代提出的要求。本文在對課程特點(diǎn)和現(xiàn)存問題分析的基礎(chǔ)上，思考并提出教學(xué)改革的舉措。教學(xué)內(nèi)容上要及時體現(xiàn)學(xué)科新技術(shù)、構(gòu)建完整知識體系、突出學(xué)習(xí)主線；教學(xué)過程中注重轉(zhuǎn)變“教”“學(xué)”方法，努力提高課堂效率；實(shí)踐環(huán)節(jié)采用“課內(nèi)實(shí)踐+綜合實(shí)踐+科研反哺”教學(xué)模式，提高動手能力；最后教學(xué)資料的共享與實(shí)時輔導(dǎo)有助于清除學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)障礙。以上對“攝影測量學(xué)”課程的改革措施，都在實(shí)踐中得到有效實(shí)施，取得良好的教學(xué)效果，具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。但是時代在進(jìn)步學(xué)科在發(fā)展，攝影測量學(xué)教改依然需要更深入的研究與探討。