透明化實踐教學在“數字測量學”課程中的應用

卞和方　張書畢　楊化超　鄭南山

摘 要 “數字測量學”是測繪類專業的一門主干核心課程，文章針對目前“數字測量學”實踐教學存在的問題進行了分析，提出了一種基于網絡環境的透明化實踐教學方法。構建了10個典型的透明化實踐教學項目，實現了實踐教學資源網絡發布與資源共享。通過改革，培養了學生的實踐能力，提高了學生的創新思維和綜合創新能力。

關鍵詞 數字測量學 測繪工程 透明化實踐教學 課程體系

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.08.040

Application of Transparent Practice Teaching in the Course of

“Digital Surveying”

BIAN Hefang， ZHANG Shubi， YANG Huachao， ZHENG Nanshan

（School of Environmental Science and Spatial Informatics， China University of Mining and

Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116）

Abstract "Digital Surveying" is a main core curriculum professional surveying and mapping， this paper analysis the current "Digital Surveying" practice teaching problems， put forward a transparent practice teaching method based on network environment. 10 typical transparent practice teaching items are constructed， and the network publishing and resource sharing of practice teaching resources are realized. Through the reform， the students' practical ability has been cultivated and the innovative thinking and comprehensive creative ability of the students have been improved.

Keywords digital surveying； surveying and mapping engineering； transparent practice teaching； course system

“數字測量學”是一門測繪類專業的必修主干課程，主要是為本科生奠定測繪基本理論和技術基礎。該課程顯著特點是工程實踐性強，實驗是課程教學中必不可少的重要環節。只有加強實驗教學環節的訓練和實踐，才能夠有效鞏固課堂所學的理論知識，達到理論與實踐緊密結合。近年來以GNSS （全球衛星導航與定位系統）、RS （遙感）和GIS （地理信息系統）為代表的“3S”新技術的不斷發展，測繪學科也經歷了理論、方法和技術體系的巨大變革。同時，高等工程教育全球化對人才培養質量、辦學水平提出了更高的要求。

為了加強實踐教學，2010年6月23日，教育部聯合有關部門共同實施“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）。為更好地解決當前工程人才培養存在重理論、輕實踐，重論文、輕設計等問題，2012年1月10日教育部、中央宣傳部、財政部、總政治部、共青團中央等聯合聯合下發了《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》，文件規定“理工農醫類本科專業的實踐教學不少于25%”。中國礦業大學測繪工程專業是工科專業，據此我校根據教育部的要求，重新修訂了2012年版測繪工程專業教學大綱，實習實踐課程占25.12%。為了科學地摸索和總結測繪類專業本科生實踐教學培養的模式方法，筆者近年來對兄弟院校和企事業單位進行了調研，并針對性參加了國內相關高等學校教學研討會。相關專家普遍認為我國高等工程教育中存在的問題是學生的實踐創新能力較為薄弱。分析其主要原因為：（1）我國高等教育人才培養目標多定位于“厚基礎、寬口徑”，與“卓越工程師”相比，目前教育質量落差較大；（2）科學技術的發展，信息化及學科交叉融合的特征更加明顯，行業對工程人才的知識、技能、綜合素質方面的結構和質量也提出了更高要求。

本文主要以“數字測量學”課程實踐教學為例，探索了傳統實踐教學中存在的問題，從教學模式及教學方法等方面入手，提出了構建基于透明化實踐教學體系的“數字測量學”實踐教學方法，旨在提高學生的綜合分析能力、工程實踐能力和創新能力。

1 “數字測量學”課程實踐教學存在的問題

“數字測量學”是測繪技術的主干核心課程，是一門主要研究測定地面點的空間位置，采用計算機繪圖軟件將地球表面地形和其他地理信息測繪成圖，以及確定地球形狀和大小的科學。通過該課程的學習可以地掌握現代測繪的基本概念、知識以及大比例尺地形圖信息化測繪的技術方法和手段。同時也是采礦工程、工程管理、土木工程、交通運輸、地質資源、城鄉規劃等專業學習和了解測繪知識的重要資源。目前國內大多數測繪類專業院校所高校開設了“數字測量學”課程，但在“數字測量學”實踐教學過程中還是存在一些急需解決的問題。

1.1 缺乏系統的課程項目

“數字測量學”課程主要特點是知識面廣，涉及大地測量、測量誤差理論、地形測量等多個方面，原理較為復雜，為了更好地掌握該課程的基礎理論，需要加強系統的實驗、實習訓練，而缺乏一系列針對性強、連貫性好且行之有效的實踐教學是目前數字測量學教學所面臨的最大問題，致使學生的測繪專業技能較弱、實踐創新能力不強。

1.2 實踐教學內容落后于測繪新技術的發展

自21世紀以來，測繪學科新儀器得、新技術、新方法得到快速發展，特別是3S技術的不斷發展（如區域CORS、低空航測無人機及互聯網+的出現）后，其數據采集、內業測圖的方法發生變化。因此，需探討適合于工科院校測繪類本科生培養的實踐教學體系，以滿足行業對綜合創新型人才的需求。

1.3 傳統課堂教學模式存在一定的問題

目前數字測量學實踐教學一般采用教師現場講解、學生根據實驗內容操作的模式，由于近年來高校不斷擴招，任課教師無法進行小班教學。多數情況下一名教師需要對幾十名學生的進行現場指導，這種情況下很難保證實踐教學質量。

“數字測量學”是一門實踐性和應用性都很強的測繪主干課程，需利用現有平臺鼓勵學生獨立完成“數字測量學”實驗教學任務，構建有利于培養學生提高綜合創新能力的透明化實踐教學體系。

2 透明化實踐教學改革

2.1 透明化實踐教學含義

透明化實踐教學是針對目前國內實踐教育多為“黑匣子式”的情況提出的，其目的是為了解決學生“只知其表不知其里”的問題。目前我校測繪工程專業的實踐教育也存在“黑匣子”現象，比如在較為常見的GPS-RTK、全站儀等實踐教學時，學生只需按幾個按鈕即可獲得測量結果。而測量結果到底如何得到的，很多學生不知其過程。透明化實踐教學過程中每個實驗項目需滿足如下幾點要求：

（1）基本原理清楚：精簡實驗項目的原理，采用視頻、動畫、圖表等方式，學生可以更容易掌握其基本原理，這樣能更好地指導實踐教學。

（2）儀器結構了解：針對每次實驗所用到的儀器，采用虛擬仿真的方式對儀器重要部件進行分解，并對各個部件之間的聯系和主要功能進行說明。

（3）實驗步驟清晰：根據實驗內容提煉實驗具體步驟，要求學生按規定方法操作儀器進行測量，且各項觀測數據必須滿足限差要求。可采用視頻、動畫及虛假仿真等方式，以便學生自主學習。

（4）實驗結果明確：學生明確實驗結果有助于設計實驗方案、觀察實驗現象。對于驗證性的實驗結果都比較明確，當然對于全站儀的認識及導線測量、大比例地形圖測繪、計算機繪圖等綜合性實驗，可借助于標準化實習、實驗場地建設來提供實驗結果。

2.2 數字測量學透明化實踐教學資源建設

基于“透明化實踐教學”的特點，可以采用網絡教學手段將視頻、虛擬仿真、動畫等多種實驗教學相結合，構建適合于“數字測量學”的透明化實踐教學體系，具體改革如下所述。

（1）建立數字測量學實踐教學體系。“數字測量學”實驗教學體系應該數字化地形圖測繪過程為主線，包括測繪新技術的發展及應用，重點針對測量基本知識及原理、常規測量儀器、控制測量、地形圖測繪技術基礎、大的比例尺地形圖測繪等進行深入分析及現場調研。建立適合于測繪類本科生的透明化實踐教學體系。

（2）構建典型實驗項目。根據“數字測量學”重點內容建立針對性實驗項目，同時考慮實驗的基礎性、通用性及新技術的應用。表 1列出了10個典型的“數字測量學”實驗教學項目。

根據上述實驗項目細化實驗內容并編寫實驗指導書，每個實驗項目的指導材料主要包括：實驗目的、實驗要求、實驗場地介紹、實驗步驟、數據處理過程、實驗結果及分析。

（3）多層次透明化實踐教學內容設計。針對不同的實驗項目的特點及其內在聯系，將教材內容層次化和模塊化；以GPS RTK點坐標采集為例，傳統的方式是采用商業的儀器，只需簡單操作即可完成坐標的采集，不利培養學生的思考能力和創新能力，而透明化實踐教學是明確該過程的具體內容，讓學生在一定平臺基礎上采用模塊化編程并結合專業理論知識自己動手實現。

（4）構建特色鮮明的透明化實踐教學資源。根據實驗項目的設置，借助攝影機錄取每個專題實驗的詳細操作過程，針對典型儀器采用三維虛擬仿真技術將儀器部件進行分解。并建立透明化實踐教學案例庫，研究實際項目向實踐教學案例的轉換方法。最后形成一系列的錄像文件、軟件平臺，與實驗指導材料、多媒體課件、實驗數據等一起組成透明化實踐教學資源。

2.3 數字測量學透明化實踐教的實施

（1）教學資源的共享。利用學校的網絡資源共享平臺，如礦山測量國家級虛擬仿真實驗教學中心、測繪與國土信息實驗教學中心、江蘇高校協同創新中心等網站，將透明化實踐教學資源進行共享。方便學生在課下進行自主學習，并完成相關的實驗任務。另外，學生可以瀏覽多媒體課件，觀看動畫、視頻影像等材料，對基本原理、實驗目的、操作過程等有大致了解，然后完成具體實驗內容，旨在培養學生根據已學知識解決工程實際問題的能力，具體地說就是學生根據實際測量任務要求、采用新技術、新儀器，高質量地完成實驗任務。為此設立了開放實驗課程、大學生技能提升訓練及大學生創新項目等。由于學院的“多功能數字化測繪創新實踐平臺”、“校內測繪實驗實訓場”等平臺可提供高精度的已知坐標信息。可為相關實驗提供精確的結果，供學生參考。

此外，近年來學院每年開展“中國礦業大學中海達杯”測繪技能競賽，競賽分為四個項目，包括四等水準測量、二等水準測量、一級導線測量和數字測圖。在2016 年第四屆全國普通高等學校大學生測量技能競賽中，共有 400 多名選手參加。我院代表隊取得一級導線測量一等獎、數字測圖一等獎、二等水準測量二等獎、程序設計二等獎的好成績。

3 結語

本文針對測繪工程專業的“數字測量學”實踐教學存在的問題，對實驗教學手段和教學模式進行了探討，提出了透明化實踐教學體系。以“數字測量學”課程為例，構建了10個專題的實驗教學項目，并取得了良好的教學效果。本文的研究成果可以推廣到相關院校的“數字測量學”實驗課程的教學，特別是透明化實踐教學體系的建立、實驗項目的設置、典型實驗案例制作、虛擬仿真等實踐教學資源的構建，可供相關專業本科生的實驗教學使用。

基金項目：中國礦業大學教改項目（編號：2014SY05，2014YB24）；江蘇高校品牌專業建設工程（編號：PPZY2015B144）；測繪工程教育部卓越工程師培養項目（編號：152121508G）

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