信息化測繪體系下“數字地形測量學”教學模式

花向紅, 向 東, 鄒進貴, 章 迪

(武漢大學 測繪學院，湖北 武漢 430079)

0 引 言

測繪作為信息采集、分析、處理、解譯、描述、傳遞、利用、管理、儲存、顯示的重要產業部門和經濟實體,對社會經濟的發展和科學技術的進步已經起著并將繼續起著巨大的推動作用。特別是隨著信息技術、空間技術和通信技術的飛速發展及其在測繪領域的不斷應用，以“3S”技術為代表的現代地理空間信息技術發生了革命性的變化。從上世紀80年代到本世紀初，我國已完成了由傳統測繪技術體系向數字化測繪體系的轉化，并跨越式地進入了信息化測繪階段[1]。信息化測繪涵蓋了地理信息獲取、處理、管理、表達、更新、應用和服務的全過程，其主要特征為：測繪生產自動化、測繪成果多樣化、測繪服務網絡化及測繪產品社會化。信息化測繪對測繪專業人才的知識結構和能力提出了更高的要求[2],既要有堅實的現代測量理論基礎[3],又要具有多學科廣泛知識、管理能力、商業頭腦和法律意識的新型復合型人才。另一方面，開發人的潛能,發展人的創造性,是教育的使命[4-5]。因此，在專業課教學中必須以實踐和創新為核心目標[6]，將教學目標與測繪科技的進步結合起來,進行整體、系統和綜合的改革[7]。

“數字地形測量學”是測繪工程專業的一門實踐性很強的技術基礎課[8-9]。實驗實習作為數字地形測量學課程的重要組成部分[10-11]，是理論聯系實際的橋梁和紐帶，對掌握測繪的基本技能和基本方法，培養嚴謹的科學態度，以及獨立思考、分析和解決工程實際問題的能力，全面開發學生的創造性思維和創新能力等方面起著非常重要的作用。為此，本文基于信息測繪體系的對測繪人才培養的要求，重點闡述了“數字地形測量學”教學內容、教學方法和手段、實驗教學環境創新舉措和成效。

1 “數字地形測量學”教學模式創新

為了適應信息測繪體系的對測繪人才培養的要求，實現本科教育人才具有寬口徑、厚基礎、強能力、高素質的創新型適應性人才培養目標，我院于2009年修訂了測繪工程專業本科教學培養方案，此方案從2010年開始執行。方案中將原來“數字測圖原理與方法”[11]更名為“數字地形測量學”，并重新制定了教學大綱，時間安排上也做了大的調整。該門課程安排在大學一年級進行，同時與之對應的集中實習課程“數字測圖實習”也相應提前。這一舉措旨在更好地促進學生樹立正確的專業意識，培養扎實的專業實踐技能，使理論與實踐學習緊密結合。

1.1 教學內容創新

在教學安排內容上，緊扣測繪發展動態和人才培養需要，并把握本課程與上下游課程的關系，精心設計和不斷更新“數字地形測量學”課程教學內容。使教學內容與科研、工程、社會應用項目密切聯系，充分體現基礎與前沿、經典與現代有機結合。形成包括課堂授課、課堂實驗、集中實習、立體化教材建設、多媒體教學、網絡教學等多種方式在內的教學體系。2010年將該課程理論教學內容調整為測量基本知識、基本測量儀器(全站儀、水準儀、GPS)操作及測量方法、誤差理論與數據處理計算、控制測量、碎部測量、大比例尺數字測圖(數字測圖作業過程、地面地形測繪、水下地形測繪、地下管線測繪等)、測設和線路測量。目前該課程課堂教學時數仍為72學時，其中課間實驗22學時。分兩學期進行授課。課間實驗主要有水準儀認識與使用實習、四等水準測量實習、全站儀認識與使用實習、測回法觀測水平角實習、方向觀測法觀測水平角、豎直角測量及距離測量、全站儀測繪法測繪地形、地下管線測繪、建筑物放樣、數字測圖外業數據采集、數字化成圖軟件內業成圖等11個基礎和綜合性實驗。除此以外，還安排有5周“數字測圖實習”課程，實習分成兩次進行，第一次控制測量實習二周，要求每個學生單獨完成2 km左右的三等水準測量及12個點左右三維導線(閉合或附合)控制測量任務。第二次大比例尺數字測圖實習三周，采用全站儀測記法進行野外測圖，并進行數字測圖內業，最終形成符合規范要求的1：500數字地形圖。為適應數字測圖技術的發展和教學內容的更新，除多次更新教材，2009年9月出版了“十一五”國家規劃教材“數字測圖原理與方法”外，現正在編寫“數字地形測量學”教材。還編寫出版了“數字測圖原理與方法實驗與習題”(2004年)，編寫了“數字測圖實驗實習教程”(2009年)，詳細列出每個實驗的目的、任務、儀器工具、操作步驟、限差要求、注意事項、上交資料等內容。

1.2 教學方法和手段創新

教學思想、教學目的、教學內容要通過適當的教學方法和教學手段來實現。為了優化教學效果，提高教學質量，在教學中強調數字地形測量學課程在專業學習中的作用，使學生認識到學習本課程的重要性。改變傳統的以教師講為主的教學形式，將“講課、自學、討論、實驗、答疑”有機結合起來，通過教師啟發式的教學，將教學重心從“教”轉移到“學”，最大限度地培養學生的動手能力，發展創造性思維。形成了多種教學方法和教學手段。

(1) 課堂教授。采用多媒體講授與板書講授有機結合方式教學，多媒體講授主要是針對儀器構造、儀器使用、誤差理論、控制測量、碎部測量、數字地形圖測繪等內容，應用PowerPoint為主制作教學課件。板書講授主要是針對課程中坐標正反算、導線計算、水準路線計算、誤差傳播定律應用等重點和難點內容，采用板書形式。結合PPT,通過公式推導、計算實例等，循序漸進，講解中與學生互動，以便學生主動思考，幫助加深理解。

(2) 網絡教學。目前，“數字地形測量學”網站以省級“數字測圖原理與方法”[12]精品課程網站為依托，不斷充實新的教學內容、方法。網站上有教學大綱、習題及答案、實驗與實習、測繪知識和大量生動的Flash動畫能更好的幫助學生掌握理論知識。在國家級測繪實驗教學示范中心網站上，提供了供學生學習、實驗使用的材料。目前，地面數字化測圖網絡自主學習系統已建成，主要包括平臺簡介、實驗場地、數字測圖模式、技術設計、野外數據采集、內業成圖、平臺地形圖測繪、二維與三維交互、探究性實驗、典型案例、信息反饋、開放的教學環境、實驗心得、信息公告等模塊。

(3) 錄像教學。主要是將數字地形測量學中的全站儀、光學水準儀、GPS接收機等儀器的規范化操作流程，制作成多媒體視頻，并在測繪實驗教學中心網站發布，供測繪工程、及相關專業的學生在線瀏覽或下載，學生可以在任意時候觀摩學習。對于難以闡述清楚的實踐性知識，采用錄像的方式，使學生易于模仿。

(4) 開放實驗。作為該課程實踐環節的補充，對本課程所屬實驗及相應儀器設備開放，學生可根據自己學習需要和興趣，按照有關規定使用儀器進行實踐，教師將結合實際提供必要的指導，從而保證因材施教，保證同學能夠有足夠的使用測量儀器的時間。

(5) 啟發式和案例教學。教師在課堂上精講，將知識的重點和難點講清講透，而把一些比較容易或通過一定的努力可以自己看懂的內容留給學生自學，并提出問題供學生思考，學生帶著問題學習，培養學生的自學能力。同時，在教學中通過分析和解決一個比較綜合性的案例來給學生以示范，讓學生在對案例的挖掘和思考中進行學習。

1.3 教學環境創新

隨著測繪儀器的更新和測繪技術、計算機技術的發展，傳統的測繪方法發生了巨大的變化。傳統的測圖技術逐步被數字測圖技術所取代。要真正全面地開展數字化地形測圖教學，使學生全面掌握數字化測圖技術，就必須具備基本的實驗教學環境[13-14]。

為了搞好實踐教學，學校加大實踐教學軟硬件的投入力度，不斷更新現代測繪儀器等，擁有全站儀150多臺、數字水準儀40多臺，且在教學實習和科研項目在儀器使用上發生沖突時，儀器安排上實行教學第一、實習優先的原則。全面改造數字測圖內業成圖實驗室，與數字測圖軟件公司簽定協議，學生實習無償使用其軟件。建立穩固的校內外實習基地，校內實習基地建設與學科建設、專業實驗GPS建設結合起來，建立數字測圖與GPS實習共用的測量控制基準網，其坐標與國家坐標系統相一致。校外實習基地建設強調教學、科研、生產相結合，學院與多個生產單位聯合先后共同建立實習教學基地如龍泉山、花果山、大花嶺實習基地等。

2009年，我院組織人力和物力，在信息化創新實驗室中建立了地面數字化測圖模擬與仿真平臺。在教學中，運用該平臺學生可以在室內測量，利用周邊觀測墩上的控制點學生可對三維地形測繪仿真模型進行數字測圖仿真實習，對選定的測區制定測圖技術方案，同時利用模型還可以進行如基于免棱鏡測量技術的碎部點測量精度研究等專題研究，便于學生理解和掌握新技術，培養學生的創新能力。結合該平臺，通過建立地面數字化測圖網絡自主學習系統數字化學習環境，讓學生能充分利用網絡資源獲取有效的信息，豐富學習內容，使網絡資源與數字測圖教學過程緊密的結合起來，以此實現學生自主學習的意愿，可以按照學生自己的需要選擇學習內容、學生自己的特點選擇學習方法、學生自己的時間安排學習的進度、學生自己的能力選擇學習內容的深度。從而培養學生進行測量工作的基本操作技能，培養學生在地形測量工作中的設計、組織、安排、總結等方面的能力，通過探究性實驗，培養學生的創新思維能力。

2 “數字地形測量學”教學實踐

近年來，我院在“數字地形測量學”課程教學中，對該課程的教學模式進行創新與實踐，不段充實更新教學內容，采用現代化教學手段授課；引導學生思維培養創新能力，建設具有特色的實驗教學環境，取得了明顯效果。

在教學方法和手段上，不斷改進教學方法，綜合采用了多媒體教學、網絡教學、錄像教學等現代教育手段，營造生動活潑的教學氛圍；認真批改作業，熱情輔導答疑，及時了解并解決教學中存在的問題。平時不定期組織聽課、進行教研活動和撰寫教研論文。采用啟發式、案例式教學，取得了較好的效果。如在大比比例尺數字地形測圖講述時，讓學生結合某區域地形圖測繪案例，啟發學生從技術設計、圖根控制、碎部測量、成果驗收、技術總結等相關技術問題進行獨立思考與分組討論，再匯報小組討論結果，由教師歸納總結。這樣培養了學生解決實際問題的能力和創新意識。

在實踐性教學環節[15]上，① 強化師資隊伍建設，完善實習指導方式。目前已形成了以實驗教師為主，任課教師為輔的的數字測圖實習指導教師團隊，該團隊在實習指導方式上，不斷改革創新；實現從布置任務(提供豐富實習輔助資料)、集中答疑(交流)、分階段總結、實習總結和考核等多種形式的指導方式，減少實習過程中教師的干預，強化學生自主實踐能力。② 在實習方式上，改變了傳統的單一測圖模式，實現以按照工程項目管理形式開展實習工作，完成從項目技術設計、現場踏勘選點、控制測量、碎部測量、內業成圖、成果質量檢查、組織實施到成果提交的各項工作，熟練掌握數字測圖軟件，感受項目實施各項流程，具有很強的實踐性。同時，實習中涉及到大地測量學、測繪工程監理學(測繪項目管理)、地理信息系統等相關課程，老師注意引導和啟發，給學生一個大測繪的概念，便于學生對后期各門課程的學習。③ 重視基地建設，優化實習組織，不僅為實踐教學的開展打下堅實基礎，同時也通過十年來數字測圖實習從2003年的龍泉山、2008年的花果山，再到現在的大花嶺，收獲了建設校外測繪工程實習基地和在實習基地組織學生開展實習的經驗和體會。多功能、開放性的測繪工程實習基地可滿足不同課程實習，便于課程發展革新；外業數據采集，內業上機成圖，多班級間內外業隔日交替進行，即減少了數字測圖對實驗教學資源的需求，又提高了組織實習的高效性。④ 優化評價體系，保證實驗教學效果。通過多年實踐教學效果的回顧和反思，不斷完善和優化學生實踐效果評價體系，形成了日常巡視、控制測量數據處理、儀器操作與內業成圖考核、一對一面試等綜合評價方法，有效地保證了數字測圖實踐教學效果，確保了學生實踐能力的提高。

3 結 語

信息化測繪為測繪工程專業人才培養模式的創新注入了新的動力，同時也對測繪教學的創新提出了新的挑戰和要求。盡管我們對“數字地形測量學”教學改革，做出了大膽嘗試并取得了一定成績。但是，教學改革是一項長期而艱巨的任務，應當不斷創新。特別是對于學生創新能力的培養，在立足于啟發學生的思維的前提下，不僅僅是教學內容的改革，而且是教學思想上的突破，是在知識的不斷積累上的創新。

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