本科數(shù)字?jǐn)z影測量的教學(xué)反思與改革

付波霖

【摘要】“數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)”作為攝影測量與遙感專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，在當(dāng)前新測繪技術(shù)的不斷催化下，教學(xué)計劃、教學(xué)模式和課程安排必須要與時俱進、適時修正。剖析了桂林理工大學(xué)測繪地理學(xué)院本科課程數(shù)字?jǐn)z影測量的教學(xué)現(xiàn)狀，反思了教學(xué)內(nèi)容不聚焦、教學(xué)模式單調(diào)、理論課與實驗課不匹配等問題，提出從定制教學(xué)計劃、聚焦教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建以知識點為基本單元的樹狀結(jié)構(gòu)圖、嵌入式教學(xué)模式等方面逐步實現(xiàn)“數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)”課程的教學(xué)改革。以期實現(xiàn)“新工科”和“以本為本”的教學(xué)要求，增強學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力，可為其他本科院校相同課程教學(xué)改革提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字?jǐn)z影測量 教學(xué)反思 教學(xué)模式 嵌入式教學(xué)

一、引言

數(shù)字?jǐn)z影測量是一門系統(tǒng)性和實踐性較強的課程，其依托于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理，綜合應(yīng)用計算機技術(shù)、數(shù)字圖像處理、影像匹配和模式識別等多學(xué)科理論與方法對不同平臺航攝器獲取的數(shù)字/數(shù)字化影像進行處理，自動（半自動）方式提取所攝對象，并用數(shù)字化方式表達其幾何與物理信息的一門科學(xué)與技術(shù)。隨著空天遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是在第一代傳輸型立體測繪遙感衛(wèi)星、低空無人機遙感、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)的推動下，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)已得到了極大的發(fā)展，被廣泛用于城市真實三維景觀建模和數(shù)字城市建設(shè)、地圖測繪、地形地貌提取與量測、災(zāi)害監(jiān)測與模擬、三維地圖導(dǎo)航和國土資源普查等與人民生活密切相關(guān)的領(lǐng)域。新型數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展既給GIS和RS專業(yè)的學(xué)生帶來了良好的就業(yè)機遇，又帶了需不斷提高自身知識和技術(shù)儲備的挑戰(zhàn)。

高等學(xué)校肩負(fù)著培養(yǎng)大批滿足社會需要和經(jīng)濟建設(shè)的高級專門人才的使命。在數(shù)字?jǐn)z影測量應(yīng)用領(lǐng)域日益大眾和普適化的發(fā)展趨勢下，測繪類專業(yè)如何優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)布局和人才培養(yǎng)類型結(jié)構(gòu)，完善教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和技能水平，實現(xiàn)與經(jīng)濟建設(shè)和社會需求的無縫對接。本文以桂林理工大學(xué)測繪地理信息學(xué)院數(shù)字?jǐn)z影測量課程教學(xué)為例，反思GIS專業(yè)和遙感專業(yè)本科數(shù)字?jǐn)z影測量教學(xué)模式，探討課程教學(xué)改革新途徑。

二、數(shù)字?jǐn)z影測量教學(xué)反思與改革思路

1.數(shù)字?jǐn)z影測量教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字?jǐn)z影測量是地理信息科學(xué)和遙感專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)主干基礎(chǔ)課程，主要講述數(shù)字影像獲取與處理基礎(chǔ)、數(shù)字影像解析基礎(chǔ)、影像特征提取與定位算子、影像匹配基礎(chǔ)、基于灰度和特征的影像匹配方法、影像自動定向、4D產(chǎn)品的生成與編輯、數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)。該課程主要存在以下三個問題：本課程共48個學(xué)時，理論學(xué)時僅有32個學(xué)時，造成課堂授課理論知識只能避輕就重、點到為止無法系統(tǒng)深入，學(xué)生難以全面理解和掌握相關(guān)內(nèi)容，產(chǎn)生畏難心理。同時，授課內(nèi)容涉及到復(fù)雜的空間變換和數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，學(xué)生需要借助扎實地攝影測量學(xué)基礎(chǔ)、遙感數(shù)字圖像處理、測量學(xué)、高等數(shù)學(xué)和線性代數(shù)等相關(guān)課程知識才能理解，難度較大。16個實驗學(xué)時的上機內(nèi)容主要包括：數(shù)字影像獲取與處理、三大定向、立體觀察與測圖、4D產(chǎn)品生成等，使用軟件是武漢適普公司研發(fā)的VirtuoZoNT教育版。該軟件只能使用系統(tǒng)自帶的樣例數(shù)據(jù)，不能處理外業(yè)航攝數(shù)據(jù)，操作內(nèi)容單一，導(dǎo)致學(xué)生既不會設(shè)計測區(qū)的航攝基礎(chǔ)參數(shù)和航線，又無法處理無人機航攝數(shù)據(jù)，專業(yè)技能落后，與生產(chǎn)實踐嚴(yán)重脫節(jié)，無法滿足新技術(shù)條件下3S行業(yè)和用人單位的需求。課堂教學(xué)方式通常是多媒體與板書相結(jié)合，授課模式以教師講，學(xué)生被動聽為主，但數(shù)字影像解析基礎(chǔ)、影像特征提取和匹配、影像自動定向等內(nèi)容涉及到一系列復(fù)雜的空間變換和矩陣運算，靜態(tài)的文字和圖片難以生動展現(xiàn)抽象難懂的課堂內(nèi)容，“滿堂灌”和“填鴨式”的教學(xué)模式無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂易枯燥無味。

2.數(shù)字?jǐn)z影測量教學(xué)反思

（1）教學(xué)內(nèi)容不聚焦，重難點不突

在32個理論學(xué)時內(nèi)系統(tǒng)講授和學(xué)習(xí)“數(shù)字影像獲取與處理基礎(chǔ)、數(shù)字影像解析基礎(chǔ)、影像特征提取與定位算子、影像匹配基礎(chǔ)、基于灰度和特征的影像匹配方法、影像自動定向、4D產(chǎn)品的生成與編輯、數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)”8章內(nèi)容，對于授課老師和學(xué)生來說，難度都是極大的。如果授課老師不詳細梳理各章節(jié)的重、難知識點，不聚焦每堂課的授課內(nèi)容，將會使學(xué)生在已有課堂畏難心態(tài)的基礎(chǔ)上，不能準(zhǔn)確地把握學(xué)習(xí)目標(biāo)，進而導(dǎo)致在學(xué)習(xí)上出現(xiàn)事倍功半甚至白忙活、瞎忙活的情況，教學(xué)質(zhì)量自然不非常不理想。

（2）教學(xué)模式單調(diào)，學(xué)生參與度低

數(shù)字?jǐn)z影測量不僅涉及到抽象的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)，還有復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)和解算，授課過程中已有發(fā)現(xiàn)，僅僅利用傳統(tǒng)靜態(tài)的圖片+文字的課件和板書，易造成教師一人唱“獨角戲”，課堂死氣沉沉，無人應(yīng)和，缺乏趣味性，學(xué)生易陷入課堂冷漠狀態(tài)，不愿積極主動參與課堂討論。最終導(dǎo)致教師無激情地教，學(xué)生默不作聲地被動聽，兩個課堂主體毫無配合，“兩張皮”。因此，通過巧妙地設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生參與課堂教學(xué)，提升沉浸式參與感。

（3）理論課與實驗課不匹配

數(shù)字?jǐn)z影測量以攝影測量學(xué)為基礎(chǔ)，理論課主體在于講授數(shù)字圖像處理、特征提取與影像匹配、4D產(chǎn)品生成與測圖。數(shù)字?jǐn)z影解析基礎(chǔ)只是其中一章，僅有4個理論學(xué)時。但是實驗上機使用的數(shù)字?jǐn)z影測量軟件是武漢大學(xué)遙感學(xué)院與武漢適普公司共同研發(fā)的VirtuozoNT（教育版），只能使用系統(tǒng)自帶航攝影像和相機參數(shù)、控制點文件，不支持實際航攝影像的導(dǎo)入與處理。在無人機攝影測量技術(shù)日益成熟的今天，學(xué)生上機使用VirtuozoNT（教育版）軟件已經(jīng)嚴(yán)重脫離了測繪行業(yè)的用人要求。同時，該軟件設(shè)計的重點在于數(shù)字解析攝影測量，沒有數(shù)字影像處理、特征提取和影像匹配等內(nèi)容。

3.數(shù)字?jǐn)z影測量教學(xué)改革與創(chuàng)新

（1）定制切實可行的教學(xué)計劃

結(jié)合已有的數(shù)字?jǐn)z影測量教學(xué)經(jīng)驗，修訂已有的教學(xué)大綱，定制切實可行的教學(xué)計劃。將各章節(jié)內(nèi)容分為兩部分，一部分是需要課堂講授，通過設(shè)計日常生活中實例引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)習(xí)的內(nèi)容;另一部分是不需要課堂講授，通過教育在線布置課下作業(yè)讓學(xué)生通過校園網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)訪問百度文庫、問答，豆丁和知網(wǎng)等網(wǎng)站自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容。每部分章節(jié)內(nèi)容均詳細歸納知識點，明確其中的重難點，形成以知識點為基本單元的樹狀結(jié)構(gòu)圖。課堂講授內(nèi)容提煉聚焦，同時巧妙設(shè)計隨堂問題，以案例教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生參與課堂討論的同時，明確每堂課需要學(xué)習(xí)的知識點。通過微信教學(xué)質(zhì)量管理平臺，設(shè)計隨堂小節(jié)，強化課堂所學(xué)內(nèi)容。

（2）踐行嵌入式教學(xué)

在桂林理工大學(xué)教育在線平臺上，有針對性地開展與課程內(nèi)容相關(guān)的資源推薦、文獻檢索、資料搜集等方面的教學(xué)。讓學(xué)生了解所學(xué)課程及相關(guān)專業(yè)學(xué)科文獻的基本知識，學(xué)會獲取與利用所需文獻信息的方法和技巧，增強學(xué)生自學(xué)能力、知識的自我更新能力、科研能力和創(chuàng)新能力。從而讓學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)新知識，形成以學(xué)生為中心的主動教學(xué)模式，教師由傳統(tǒng)的“灌輸者”變成課堂的“組織者”和知識的啟發(fā)者、引導(dǎo)者。

（3）強化理論課與實驗課契合度

理論課和實驗課是相互作用的統(tǒng)一整體。理論是實驗的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，而實驗則是理論的一個催化劑。在授課過程中，圍繞第二章“數(shù)字影像獲取預(yù)處理基礎(chǔ)”理論內(nèi)容，通過設(shè)計無人機航攝影像和遙感影像的彩色融合和RGB顯示、二值化、插值和重采樣處理、空間卷積濾波、傅里葉變換和逆變換等實驗環(huán)節(jié)強化和鞏固學(xué)生對理論知識的理解。針對第三章“數(shù)字影像解析基礎(chǔ)”，通過引導(dǎo)學(xué)生參觀學(xué)院攝影測量虛擬仿真實驗室，親自設(shè)置航攝基礎(chǔ)參數(shù)、航線、航攝角度結(jié)合機房的DP-Modeler無人機傾斜建模與測圖，系統(tǒng)深入理解攝影測量的理論知識。

三、結(jié)論

“數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)”作為攝影測量與遙感專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，在當(dāng)前新測繪技術(shù)的不斷催化下，教學(xué)計劃、教學(xué)模式和課程安排必須要與時俱進、適時修正。本文剖析了桂林理工大學(xué)測繪地理學(xué)院本科課程數(shù)字?jǐn)z影測量的教學(xué)現(xiàn)狀，反思了教學(xué)內(nèi)容不聚焦、教學(xué)模式單調(diào)、理論課與實驗課不匹配等問題，提出從定制教學(xué)計劃、聚焦教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建以知識點為基本單元的樹狀結(jié)構(gòu)圖、創(chuàng)新教學(xué)模式等方面逐步實現(xiàn)“數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)”課程的教學(xué)改革。在當(dāng)前“新工科”和“以本為本”的要求下，本文提出的改革方案和措施，旨在消除學(xué)生的畏難情緒，提升學(xué)生的主體感，增強學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力，可為其他本科院校相同課程教學(xué)改革提供參考和借鑒。

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