“攝影測量學”課程的教學改革探討

劉曉君 郭 鵬 萬 紅

（山東農業大學 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，通過記錄、量測、分析與表達等處理，獲取地球及其環境和其他物體可靠信息的工藝、科學與技術。其中，攝影測量側重于提取幾何信息，遙感側重于提取物理信息。進入21世紀，攝影測量已經邁入了由先進技術輔助的現代攝影測量測量階段，POS（positioning and orientation system）、無人機、LIDAR(light detection and ranging)等新技術在攝影測量領域應用已日趨廣泛。新技術開拓了攝影測量應用的新領域，同時也要求高校必須培養適應學科發展的，兼具完備知識體系的新人才。另一方面，近年用人單位反饋，高校輸出的畢業生不能很好地勝任相應工作崗位，很大程度上是實踐能力與創新能力不足導致。造成這一現象的原因是多方面的，但從一個側面也反應出目前高校的教學方法存在一定弊端。因此如何構建攝影測量學的教學體系、凝練教學內容、改革教學方法、強化實踐環節，培養出社會所需要的實踐型、創新型人才，是一個值得攝影測量教學工作者深入探討的問題。

1 課程特點與現存問題分析

1.1 課程特點

攝影測量學是測繪工程專業與遙感專業的一門專業主干課。該課程的特點是“多、繁、廣”。內容多，覆蓋知識面廣。攝影測量學涉及到高等數學、線性代數、平差原理、計算機圖形學、網絡與數據庫技術、圖像處理技術、模式識別、人工智能等多門學科，因此，對學生的知識結構體系要求較高。概念抽象，數學公式多。整門課程包含的概念有內外方位元素、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，而且具體實現過程多伴有復雜的公式推導，要求學生有扎實的數學推導運算功底。空間關系復雜，空間立體感強。攝影測量的實質是由平面像點坐標計算三維的地面點坐標，共需要6個坐標系的轉換。其中不乏一些空間思維過程，需要學生有較強的空間想象能力。

1.2 教學中所存在的問題

該課程相較于其他專業課程難度系數偏高，且學時數少，授課時間短，很大程度上加大了教師教學和學生學習的難度。大多數學生在實際工作中存在的突出問題：一是對基礎知識掌握不夠好，理解不透徹，不能靈活運用；二是對攝影測量與相關學科的聯系沒有清晰的認識，由于缺乏了完整的知識體系，理解問題乃至創新問題都受到了束縛；三是對學科新領域新技術缺乏了解；四是實際動手能力弱。因此，有必要對攝影測量的教學內容和教學方法進行積極的探索改革。

2 “攝影測量學”教學改革探討

2.1 結合學科新技術，及時修編教學大綱

攝影測量的發展經歷了模擬攝影測量、解析攝影測量和數字攝影測量三個階段。但是隨著攝影測量產業模式的變革，為了便于教學，攝影測量課程分為了“攝影測量學”和“數字攝影測量學”，分別在大三的上下學期開設。“攝影測量學”作為首開課程，在注重內容基礎性的同時還要兼顧體系的完整性，尤其是對后續課程的可延續性。在制定教學大綱時要優化課程結構，精選教學內容，突出重難點內容。使學生的學習過程呈現從易到難、從點到面的狀態。安排時重點突出單像解析這一章，要讓學生吃透并牢固掌握，難點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，例如機載POS可以實現高精度直接地理定位、無人機具有快速響應，實時勘查的優勢、機載LIDAR對測區掃描后可獲取DSM（digital surfacemodel）。修編后的教學大綱既保留了課程的精髓內容又兼顧新技術的理論方法，在拓展學生知識面的同時調動了對該學科更大的學習興趣。

2.2 明確“攝影測量學”在測繪學科中的地位

攝影測量學是測繪學科的一個分支。它是測繪學科中發展歷史較短的一個學科。但由于它與新興學科航天攝影技術、電子計算技術、信息科學有著血緣的相互關系，因此攝影測量的發展，必然影響整個測繪學科的發展。很多學生在學習過程中忽略了攝影測量與測繪中其它學科的關系，缺乏了完整的知識體系，以至于不知所學之所以、所學之所用。如大地測量的任務是建立國家級和地區的控制網，可以為攝影測量中的解析空三提供控制點；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。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。攝影測量與地圖制圖學具有共同的目的，皆是把地圖變為地圖數據庫，為國民經濟服務。其與遙感技術、GPS技術之間的密切關系更是不言而喻。具備了這樣完整的知識體系有助于理解問題和創新性解決問題，可以起到觸類旁通、事半功倍的良好學習效果。

2.3 找準“攝影測量學”的學習主線

經過調研發現在課程結束之后約40%的學生仍難以將課程作為一個有機整體來把握，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、雙像立體測圖，還是解析空中三角測量，這三部分內容的共同目的是一致的：由像點坐標解求相應地面點坐標。找準主線后就會發現每一章的具體內容都是圍繞這條線進行的。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坐標；雙像立體測圖是根據同名光線相交的原理求地面點坐標；解析空三中的三種方法是完成一個測區里加密點的坐標解算。課程整體知識脈絡清晰呈現，使原本孤立、分散的知識點融會貫通、輕松掌握。

2.4 轉變傳統“教”“學”方法

由該課程的特點決定傳統的“粉筆+黑板”的教學模式是不被適用的，因為這種模式不利于抽象概念的理解和復雜空間關系的呈現。對于這些內容，可以采用多媒體教學，并輔以動畫演示，使抽象復雜的知識動態立體化。復雜而重要的數學公式先在PPT上展示思路，再以板書為主進行推導演示，可增強前后步驟的邏輯性。“板書+多媒體”的動態教學過程更能吸引學生的注意力，規避了采用單一教學模式帶來的課堂效率低下。

課堂教學是一個雙向的過程，不僅要求老師“教”的好，學生還必須“學”的好。如果知識僅作為“信號”很好地發送出去，而“接收端”接收效率不高，一方面要采用啟發式與探究式教學，提高學生的課堂主體地位，濃厚學習興趣。另一方面對于極個別學生“聊天說話看手機”的情況要嚴厲杜絕，這種不良情況一旦產生在課堂上的傳播效應很快，從而會破壞良好的學習氛圍。經過調研發現98%的學生都認同“應該認真聽講”，35%的學生指出認真聽講的大敵就是手機。

2.5 強化實踐教學，增強動手能力

攝影測量是一門工程實踐性極強的課程，實踐環節對學生動手能力與創新思維的培養具有重要作用。筆者從教幾年來一直重視該環節的教學，主要采用課內實踐和綜合實踐兩種教學模式。課內實踐是緊隨課堂理論內容之后，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計、雙像前方交會程序設計，加深對理論知識理解的同時增強了實際動手能力。綜合實踐的時間共有2周，之前的教學過程中一直使用的是VirtuoZo軟件，但該軟件是基于傳統的攝影測量理論進行數據處理，對于利用POS數據進行直接地理定位技術與流程、無人機稀少控制高精度解算技術和傾斜攝影三維建模技術等新技術均沒有體現，且多年未有更新。因此我專業將包含了多項新技術且市場占有率高的MapMatrix軟件引進，作為一個全新的實踐平臺。學生學習熱情普遍高漲，并反應全新的實踐平臺使他們掌握了學科新技術的同時，還極大的增強了他們自主發現問題、解決實際問題的能力。

此外，“科研反哺”也是培養學生應用能力的重要途徑。教師除了完成授課任務，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。將最新科研成果應用到具體教學中，為學生提供更多實訓案例，使教學依托于教學大綱而又不拘泥于教材，提高學生的科技創新能力。在師生共同努力下，去年我系一項有關攝影測量的創新項目獲國家大學生創新創業項目的支持。

2.6 網絡共享教學資料，線上線下答疑解惑

互聯網技術的飛速發展為傳統教學開辟了新途徑，在專業課網站中可以查閱課件、參考資料及歷屆期末考試題。另外學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，保證老師與學生之間的溝通渠道暢通。調研顯示，80%的學生在課后反復學習電子化教學內容，50%的學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，學生的學習成績呈現逐步明顯上升。

3 結束語

對“攝影測量學”課程進行改革與探討既是學科自身發展的需要，也是時代提出的要求。本文在對課程特點和現存問題分析的基礎上，思考并提出教學改革的舉措。教學內容上要及時體現學科新技術、構建完整知識體系、突出學習主線；教學過程中注重轉變“教”“學”方法，努力提高課堂效率；實踐環節采用“課內實踐+綜合實踐+科研反哺”教學模式，提高動手能力；最后教學資料的共享與實時輔導有助于清除學習過程中的難點障礙。以上對“攝影測量學”課程的改革措施，都在實踐中得到有效實施，取得良好的教學效果，具有一定的現實指導意義。但是時代在進步學科在發展，攝影測量學教改依然需要更深入的研究與探討。