“攝影測量學(xué)”課程教學(xué)改革與實踐

王志勇

（1.山東科技大學(xué) 測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.海島（礁）觀測技術(shù)國家測繪局重點實驗室，山東 青島 266590）

“攝影測量學(xué)”課程教學(xué)改革與實踐

王志勇1，2

（1.山東科技大學(xué) 測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；2.海島（礁）觀測技術(shù)國家測繪局重點實驗室，山東 青島 266590）

針對“攝影測量學(xué)”教學(xué)中普遍存在的問題，進行課程教學(xué)改革。總結(jié)“攝影測量學(xué)”課程的特點和理論體系框架，對目前教學(xué)中存在的幾個問題進行闡述，提出教學(xué)改革的對策和建議，并進行實踐，在教學(xué)中取得很好的效果。

攝影測量學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)實踐；教學(xué)模式

“攝影測量學(xué)”是目前我國高校面向測繪工程專業(yè)、遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及其它相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)主干課程，主要教授攝影測量學(xué)的中心投影、航攝像片幾何關(guān)系、幾何定位、空中三角測量理論與方法及其當代最新發(fā)展。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得航空影像解析的基本知識和采用航空攝影測量方法實施對地物目標進行幾何定位的主要作業(yè)過程及必要的運算技能，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)后運用所學(xué)知識進行實際的航測生產(chǎn)或從事相關(guān)的科研和教學(xué)工作打下堅實的基礎(chǔ)。

而目前，由于攝影測量學(xué)的特點，導(dǎo)致該課程的教和學(xué)還存在著許多問題，學(xué)生普遍反映課程學(xué)習(xí)困難，對基本概念、基本原理、基本方法等理解不深，動手能力差，學(xué)生走向工作崗位很難立刻順利開展相關(guān)的工作。

針對攝影測量課程教學(xué)中普遍存在的問題，如何使攝影測量教學(xué)順應(yīng)學(xué)科發(fā)展的要求，積極地改善教育和教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，是攝影測量學(xué)教師所亟待解決的問題。

1 課程特點及理論框架

攝影測量學(xué)是一門理論極為抽象、邏輯非常嚴密、實踐環(huán)節(jié)相當多的專業(yè)主干課程。其課程的主要特點可以概括為以下幾個方面：

1）基本概念多，理論抽象性強。課程涉及大量的基本概念，如內(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、光束法、空三加密等。基本理論的抽象性較強，不易理解。

2）數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多，邏輯嚴密。攝影測量有大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，如共線條件方程式、共面條件方程式、相對定向、絕對定向的解算，都需要綜合運用高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、誤差理論與測量平差等相關(guān)方面的知識，特別是高等數(shù)學(xué)的微積分、泰勒級數(shù)展開、線性代數(shù)的矩陣運算、測量平差中的最小二乘法等。

3）空間關(guān)系復(fù)雜，坐標轉(zhuǎn)換多。攝影測量的實質(zhì)是由二維的像點坐標解算三維的地面點坐標，它涉及到多個不同坐標系的轉(zhuǎn)換，又有內(nèi)方位元素、外方位元素、相對定向元素、絕對定向元素等概念，導(dǎo)致空間關(guān)系十分復(fù)雜。

4）知識面廣，前后銜接緊密。由于攝影測量學(xué)是一門多學(xué)科相互融合的交叉點，是影像信息科學(xué)的重要組成部分［1］。“攝影測量”的基本目的是從航空或航天影像上能快速、精確地解譯出空間信息，主要涉及數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、人工智能、模式識別、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，要綜合運用高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、誤差理論與測量平差數(shù)據(jù)處理、數(shù)字圖像處理等眾多知識來解決實際問題。因此，需要加強與其它學(xué)科的聯(lián)系。

該課程的章節(jié)內(nèi)容前后關(guān)系銜接緊密，后續(xù)章節(jié)內(nèi)容建立在前面內(nèi)容基礎(chǔ)上，因此，在教學(xué)過程中，要做到循序漸進，讓學(xué)生把前面內(nèi)容掌握好，把基礎(chǔ)打好，切實吸收、消化后，再進行后續(xù)的學(xué)習(xí)。

攝影測量學(xué)的主要任務(wù)是用于測繪各種比例尺的地形圖，建立數(shù)字高程模型［1－2］，其核心工作是由像點量測坐標（x，y）解算其地面點坐標（X，Y，Z）。基于這個基本任務(wù)，攝影測量課程的基本內(nèi)容可以劃分為兩個大的部分：攝影、測量。攝影主要是獲取符合作業(yè)規(guī)范要求的高質(zhì)量的航空影像；測量主要是由像點量測坐標來解算對應(yīng)的地面點大地坐標，包括像點坐標的量測、判讀、解算，其內(nèi)容又可分為3個主要的部分：單像解析基礎(chǔ)、雙像解析基礎(chǔ)、多像解析基礎(chǔ)（即空中三角測量）。

“攝影測量學(xué)”課程的整體理論框架如圖1所示。

圖1 課程整體理論框架體系

攝影測量只有圍繞和把握這個主線和框架，形成完整的知識體系，突出重點內(nèi)容，加強對基本概念、基本原理、基本知識的講解，才能讓學(xué)生更全面地學(xué)習(xí)攝影測量知識，理解攝影測量的精髓。

2 目前教學(xué)中存在的問題及對策

該課程抽象概念多、覆蓋內(nèi)容廣、數(shù)學(xué)公式多，再加上學(xué)時數(shù)少、授課時間短，很大程度上增加了教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。目前在教學(xué)過程中，主要存在如下問題：

2.1 教學(xué)內(nèi)容方面

雖然出版了一系列的相關(guān)教材，但目前在教材方面存在的最大問題是部分章節(jié)內(nèi)容陳舊過時，知識體系不夠完整。

因此，有必要對攝影測量學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進行整合和優(yōu)化，剔除陳舊過時的內(nèi)容，介紹當代攝影測量的最新研究成果，建設(shè)一批知識體系完整、反映當今攝影測量最新技術(shù)的教材，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，以真正反映當代攝影測量的基本原理、方法與內(nèi)涵，以利于承前啟后，加速攝影測量學(xué)科的發(fā)展。

另外，要特別加強該課程與基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)的聯(lián)系，特別是在低年級的基礎(chǔ)課教學(xué)中，對攝影測量所涉及的問題要重點講授，專業(yè)課教師應(yīng)該與基礎(chǔ)課教師進行有效的溝通和交流，要讓基礎(chǔ)課教師了解后續(xù)課程需要用到哪些知識，比如在《高等數(shù)學(xué)》的教學(xué)中，要對微積分、泰勒級數(shù)展開等內(nèi)容重點講授，并讓學(xué)生能靈活運用。

2.2 學(xué)生學(xué)習(xí)方面

1）知識體系不完善：雖然“攝影測量”課程涉及不同學(xué)科領(lǐng)域下眾多知識點，但它們都是圍繞一個基本命題“地形圖測繪”展開的，相互間有關(guān)聯(lián)、有脈絡(luò)可尋，組成一個完整的知識體系［3］。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往忽略了這一點，從而產(chǎn)生許多不良的后果，表現(xiàn)為孤立地學(xué)習(xí)知識，不會觸類旁通地將這個知識引申到別的知識當中去；缺乏知識體系，致使學(xué)到的知識分散、孤立，難以融會貫通，不知所學(xué)何用。

對于這點，授課教師一定要給學(xué)生灌輸“先把握樹干、再學(xué)習(xí)枝葉”的學(xué)習(xí)方法，讓其先了解完整的知識體系，在此基礎(chǔ)上再掌握每一個知識點，做到相互聯(lián)系，形成一個有機的整體。

2）實際動手能力差。主要表現(xiàn)為編程能力差，雖然高校對本科生都開設(shè)了相關(guān)的程序設(shè)計課程，講授過一兩門編程語言，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握的不深，仍然停留在書本內(nèi)容上，學(xué)生普遍不能靈活運用所學(xué)的計算機語言解決實際問題。

2.3 教師素質(zhì)方面

這是攝影測量教學(xué)中的一個關(guān)鍵，教師的素質(zhì)和專業(yè)水平?jīng)Q定著教學(xué)的成敗。目前，高校攝影測量教師水平參差不齊，也導(dǎo)致了授課水平有高有低。另外，目前高校教師還普遍存在著“重理論，輕實踐”的思想，這也導(dǎo)致學(xué)生的動手能力較差，使學(xué)生學(xué)到的知識不能靈活運用到實際的工作中。

教師要明白“一桶水和一碗水”的理論，要教好學(xué)生，必須提高自身的素質(zhì)和專業(yè)水平。教師應(yīng)該首先把握相關(guān)知識體系，要吃透教學(xué)大綱、吃透教材，精心備課，不斷了解學(xué)科的最新發(fā)展，與實際問題相結(jié)合，形成一個完整的教學(xué)理論體系。高校教師應(yīng)該積極參加科研，解決攝影測量中的難題和問題，將最新的科研成果應(yīng)用到具體的教學(xué)中。

3 教學(xué)改革與教學(xué)實踐

教學(xué)改革的目的是為了提高教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生的應(yīng)用能力和動手能力。為此，主要在以下幾個方面進行了教學(xué)改革嘗試：

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，形成一個完整的教學(xué)體系

教學(xué)內(nèi)容的改革，是攝影測量教學(xué)改革的重點所在，應(yīng)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，形成完整的教學(xué)體系。

為了適應(yīng)當前攝影測量技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)需要，教師必須精心備課，從基本概念出發(fā)，抓住重點內(nèi)容，建立系統(tǒng)的概念。同時，教師要善于從復(fù)雜而龐大的課程知識體系中，提取出一條主線，幫助學(xué)生建立合理的知識體系結(jié)構(gòu)。圍繞教學(xué)主線和理論框架，突出重點內(nèi)容，加深對基本概念、基本原理、基本技能的講解，在增強數(shù)學(xué)分析嚴謹性的同時適量簡化數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，強調(diào)對數(shù)學(xué)公式內(nèi)在物理意義的理解。

教師要著重課程基本原理和內(nèi)在結(jié)構(gòu)的傳授，應(yīng)注重思路、方法、重點以及難點的講解，同時教學(xué)應(yīng)留有余地，給學(xué)生留一點問題和懸念，鼓勵學(xué)生獨立思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

3.2 加強實踐教學(xué)

由于攝影測量是一門實踐性很強的學(xué)科，為了適應(yīng)社會的需要，必須加強實踐教學(xué)，為此我們采用集中與分散相結(jié)合的實踐教學(xué)模式，使實習(xí)環(huán)節(jié)與課堂教學(xué)緊密聯(lián)系起來，切實提高學(xué)生的動手能力。

1）分散實踐教學(xué)環(huán)節(jié)：平時教學(xué)過程中布置一些相關(guān)的編程操作題，如空間后方交會、空間前方交會等，要求學(xué)生獨立畫出流程框圖，并編制相應(yīng)的程序代碼，給出相關(guān)數(shù)據(jù)，能調(diào)試程序、得到實驗結(jié)果。學(xué)生可以在編制程序過程中，加深對內(nèi)容的理解。另外，還安排學(xué)生參觀攝影測量實驗室，并到相關(guān)生產(chǎn)單位進行參觀學(xué)習(xí)，加深對攝影測量生產(chǎn)作業(yè)的認識。

2）集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)：在授課計劃中安排2周的集中實習(xí)，采用武漢適普軟件有限公司開發(fā)的VirtuoZo軟件教學(xué)版，學(xué)生需要完成從數(shù)據(jù)準備到4D產(chǎn)品的生產(chǎn)的全過程，主要包括：參數(shù)設(shè)置、定向處理、核線采集與匹配、DEM與DOM以及等高線生成、數(shù)字化測圖、拼接與出圖等。實習(xí)依據(jù)攝影測量作業(yè)規(guī)范進行，遵循作業(yè)流程，依次進行空三加密、DEM、DLG、DOM的作業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)實際情況完成4個像對左右的測圖，個人要獨立完成全部任務(wù)。另外，該環(huán)節(jié)還包含一部分外業(yè)調(diào)繪。通過集中實習(xí)，可以使學(xué)生了解攝影測量的整個作業(yè)過程及內(nèi)容，對整個的攝影測量數(shù)據(jù)處理全過程有一個整體的認識。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中需要合理的安排實習(xí)內(nèi)容和實習(xí)計劃。具體的實習(xí)流程可以參考七步教學(xué)法［4］。

通過分散實踐和集中實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，提高學(xué)生的實際動手能力和解決問題的能力，使學(xué)生畢業(yè)后可以快速適應(yīng)航測一線的生產(chǎn)及管理工作。

3.3 轉(zhuǎn)變創(chuàng)新教學(xué)模式

通過創(chuàng)新教學(xué)改革，變革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，要把傳統(tǒng)的教師“教”為主，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生“學(xué)”為主。通過介紹一些學(xué)科的最新發(fā)展前沿和動態(tài)、交流自己的研究成果和心得體會、適當?shù)夭贾靡恍┰鰪娖渑d趣的課外作業(yè)等一系列措施，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和求知欲望，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使他們學(xué)會學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)，讓學(xué)生充分體驗學(xué)習(xí)的快樂。

另外，在課程教學(xué)過程中嘗試在部分章節(jié)中實施雙語教學(xué)，實施雙語教學(xué)是教學(xué)改革的要求［7］。考慮到學(xué)生的英語水平現(xiàn)狀以及攝影測量學(xué)課程的特點，在雙語教學(xué)中采用英語授課與中文授課相結(jié)合，加大專業(yè)外文詞匯的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生具備一定的專業(yè)外文詞匯，能初步閱讀專業(yè)外文文獻。

4 結(jié)束語

攝影測量學(xué)課程教學(xué)改革的探索與實踐，在實際教學(xué)過程中得到有效實施，取得良好的教學(xué)效果，為培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的創(chuàng)新型人才探索出了一套行之有效的教學(xué)方法，對于攝影測量學(xué)的教學(xué)有一定的指導(dǎo)意義。

只要抓住了攝影測量學(xué)的課程特點和知識體系框架，明確了教學(xué)目的，不斷應(yīng)用先進的教學(xué)手段，改進、提高教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，就一定能夠達到預(yù)期的教學(xué)效果，使學(xué)生可以掌握攝影測量的精髓，為今后進行實際的航測生產(chǎn)或從事相關(guān)的科研和教學(xué)工作打下堅實的基礎(chǔ)。

［1］李德仁，周月琴，金為銑.攝影測量與遙感概論［M］.北京：測繪出版社，2001.

［2］林君建，蒼桂華.攝影測量學(xué)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2006.

［3］吳軍.“攝影測量”教學(xué)中學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.桂林電子科技大學(xué)學(xué)報，2007（10）：435－437.

［4］楊可明，李苗苗，郭達志.數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)實習(xí)的七步教學(xué)法［J］.測繪通報，2008（1）：74－76.

［5］葉勤，程效軍，陳鷹，等.關(guān)于攝影測量與遙感雙語教學(xué)的實踐與思考［J］.測繪通報，2006（2）：70－73.

［6］張劍清，潘勵，王樹根.攝影測量學(xué)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

［7］萬幼川，劉良明，張永軍.我國攝影測量與遙感發(fā)展探討［J］.測繪通報，2007（1）：124.

［8］袁修孝.“攝影測量基礎(chǔ)”課程的創(chuàng)新教學(xué)嘗試［J］.測繪信息與工程，2008，33（5）：47－49.

Teaching reform and practice ofPhotogrammetry Course

WANG Zhi－yong1，2
（1.Geomatics College，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；2.Key Laboratory of Surveying and Mapping Technology on Island and Reed，State Bureau of Surveying and Mapping，Qingdao 266590，China）

According to the common problems in the teaching of Photogrammetry Course，it carried out teaching reform.It summarized the characteristics and theoretical framework of photogrammetry course.It discussed some problems in teaching process.Then it put forward some countermeasures and suggestions for teaching reform.And it carried out the teaching reform and practice.It got a good effect in teaching.

photogrammetry；teaching reform；teaching practice；teaching mode

G642

A

1006－7949（2012）04－0093－04

2012－02－10

山東省“泰山學(xué)者”建設(shè)工程專項經(jīng)費資助

王志勇（1978－），男，副教授，博士.

[責(zé)任編輯:張德福］