大數據背景下GIS專業《攝影測量學》課程的教學方法探討與實踐

邱春霞 董乾坤

（[1]西安科技大學測繪科學與技術學院 陜西·西安 710054；[2]陜西國土測繪工程院有限公司 陜西·西安 710054）

《攝影測量學》是GIS專業（地理信息科學專業）開設的專業主干必修課，大數據背景下的《攝影測量學》課程的教學現狀不容樂觀，需要引入大數據的觀念和思維。授課教師認為復雜難教，學生感覺抽象難學，教學效果不盡人意。因此，亟待需要摸索出一套切實有效的GIS專業《攝影測量學》課程的教學方法。論文提出了一種四層架構法的教學模式，同時配合多種教學方法，旨在提升GIS專業《攝影測量學》的教學效果。

1 《攝影測量學》課程的主要內容及教學困難

《攝影測量學》課程的主要內容一般包括概述、攝影與空中攝影知識、航攝像片的基本數學關系、立體量測和立體測圖基礎、攝影測量解析基礎、空中三角測量、數字地面模型及其應用、數字攝影測量基礎等?！稊z影測量學》課程涉及的專業基本概念多，貫穿整個課程的公式推導較多，對學生的數學功底要求高，如共線條件方程、共面條件方程等，綜合運用了高等數學、線性代數、測量平差、GPS原理等多個學科的知識，尤其是高等數學中的微積分、泰勒級數展開式、線性代數中的矩陣運算和測量平差中的最小二乘等。

學習《攝影測量學》課程時，需要學生將多門課程的知識點融會貫通、綜合運用，而且還需要有較好的空間想象能力，這對一般學生來說比較困難。因為學生在學習中普遍存在的問題是比較孤立地學習各門功課，不會將相關課程的知識點串聯成線。另外，空間想象力對學生也是一個考驗，空間的三維變化，從空中到地面、從二維到三維的變換。如何將《攝影測量學》課程需要的學生不同學期學習的、可能已經遺忘的課程知識點清楚直觀地講授出來？如何幫學生搭建好《攝影測量學》課程的知識框架？如何啟發學生的空間思維，理解空中坐標三維變換等課程內容？面對種種教學困難，需要《攝影測量學》課程授課教師靜下心來，認真思考，不斷總結教學中的經驗教訓，摸索出切實可行的教學方法。

2 《攝影測量學》課程的教學方法探討

《攝影測量學》課程的教和學都面臨著一些難題，破解難題需要一定的方法。下面介紹的四層架構法教學模式，可為廣大同仁提供有力的教學參考。

2.1 四層架構法教學模式

所謂四層架構法教學模式是指采用點、線、面、體的四層結構，將一門課程的教學內容層層分解，形成四個層次的教學內容體系，對各層內容采用合適的教學方法。

四層架構法教學模式在使用的時候，首先要進行詳細、認真的課程內容分解，最好能畫出課程內容架構圖，而且需要畫出兩種架構圖。在開課時，需要給學生展示并講解從上到下的架構圖，即從體到點的內容體系，讓學生先有一個粗略的課程大框架；在結課時，給學生總結從點到體的課程內容體系，使學生能夠整合出課程內容的脈絡，自覺搭建出課程體系。

2.2 基于四層架構法的《攝影測量學》課程教學

《攝影測量學》課程在使用四層架構法教學模式時，首先需要進行課程重點、難點的梳理，然后建立課程內容框架，最后是具體課程內容的教與學。

2.2.1 課程重點、難點梳理

《攝影測量學》課程的重點內容為航攝像片的內、外方位元素，中心投影的構像方程—共線條件方程，航攝像片的三大定向（內定向、相對定向、絕對定向），以及數字影像匹配原理等?！稊z影測量學》課程的難點內容是解析攝影測量基礎，包括單像空間后方交會、雙像空間前方交會，以及相對定向、絕對定向的數學模型解算等。這些內容公式推導繁瑣，教師難講、學生難學。

2.2.2 課程框架建立

建立《攝影測量學》課程框架，是為了使學生在學習本課程時先搭好架子，然后再去“添磚加瓦”，學習其中相關內容，使學習帶有目的性。首先將所有章節按內容分為四部分，一般可分為緒論、基礎知識、應用、熱點前沿等，這四部分構成面層知識，讓學生大概了解作者的寫書思路。然后，將各面層分解為縱向、橫向的多條線知識，依次構成線層知識。最后，再將各線層知識中的重要知識點提煉為一個個的點知識層。從點到體的知識架構圖一般在課程講授中期或結課前建立較好，因為此時學生已基本或全部學習了課程的主要內容，思路比較清楚。

2.2.3 具體課程內容教學

（1）知識框架的建立?！稊z影測量學》課程的四層知識架構中體層為教材，面層為章的內容歸整，線層為節的內容串接，點層為各節的重點內容?！稊z影測量學》課程的從體到點的四層知識架構如圖1所示。

圖1：《攝影測量學》課程的四層架構圖

（2）教學方法的多樣化?！稊z影測量學》課程難學難教，在具體課程教學時，在注意四層架構法的前提下，還可采用一些多樣化的教學方法。

①專業課程內容的通俗化表達。專業課程內容是用專業化的規范語言表述的，有時未免難懂難記，使學生望而生畏，產生厭學情緒。如果對于專業課程內容采用通俗化的語言講述，不僅簡單易懂，而且還能使學生快速記住。比如，航攝像片上特殊的點、線、面，這部分內容在講述時，可按照幾何上的作圖順序來講。先畫一個水平面作為地面E，畫一傾斜面作為像片面P，再在空中畫一點作為攝影中心S，然后開始這樣講述：過S點做P的垂線與P的交點為像主點o；過S點做E的垂線與E的交點為地底點N；這兩條垂線的交角為像片傾角 ，做 的角平分線，角平分線與像片的交點c為等角點，與地面E的交點為地面等角點C。此時，可提醒學生，作圖中與像片面P的交點用小寫字母，與地面E的交點用相應的大寫字母；無論是向地面作線，還是向像片面作線，線都要穿越這兩個面，而且這兩個面上的交點都有名字，做的線也有名詞。那么，過S點做P的垂線延長與地面E的交點為地主點O；過S點做E的垂線延長與像片面的交點為像底點n；過S點做E的垂線為主垂線；過S點做P的垂線為攝影機軸。有關這部分內容的講述，鑒于篇幅，此處只做拋磚引玉。

②理論與實踐的二次結合。在《攝影測量學》課程的教學中，不只要做到理論指導實踐，更重要的是要教會學生在實踐中去尋找理論，要將理論與實踐進行二次結合。比如，在《攝影測量學》課程上機有關Virtuo-Zo教育版3.7.5數字攝影測量系統內容時，內定向中的像機文件需要設置有關主點偏移、焦距、框標坐標等參數，內定向實際操作時要進行8個框標點的掃描影像坐標的獲取。給學生講述操作時，不能單純地只講操作步驟，而是要讓學生理解設置這些參數的原因、鼠標點擊影像上8個框標中心點的目的、內定向的數學模型及軟件解算的原理和方法等，以此達到學生對課堂理論知識的二次消化。

③教師與學生課堂角色的互換。教師與學生課堂角色的互換是在課堂講授或上機實習時，讓一些學習本課程的優秀學生上講臺給其他學生講解或演示操作，教師在臺下聽，學生講完后教師給予點評。當然，也可在課堂講授或上機實習前，教師提前安排一些學生做好上講臺的準備。教師與學生課堂角色互換，一方面可以鼓勵學得好的學生，使他們繼續努力，學得更出色；另一方面可以激發其他學生的學習熱情，使他們以上講臺的學生為榜樣，認真學習課程內容。

④框架知識的碎片化與碎片知識的框架化。開課之初，需要給學生建立《攝影測量學》課程的知識框架；課程講授中間階段，需要將框架知識碎片化，即重點強調知識點；課程結課前，則需要將一個個的碎片化知識點，串連成線，由線構面，面再構建成體，形成一個充實的課程知識框架?？蚣苤R的碎片化與碎片知識的框架化是課程學習過程中必不可少的環節，只有這樣反復搭建，學生才能真正對《攝影測量學》課程的知識融會貫通。

⑤學生創新思維的激發。激發學生的創新思維，不僅使學生對攝影測量學科的熱點研究問題有所了解，知道目前攝影測量學界關注的主要研究議題，并對這些研究方向自覺探索，而且更重要的是對《攝影測量學》課程的重要知識點，比如有關數學模型的推導解算，學生不懼怕公式推導，能將高等數學中的相關知識應用于專業課程，并獨立推導公式解算，其實這也是學生的一種創新思維。為了激發學生的創新思維，可以給學生介紹一些國內有名的科技核心期刊，供學生課外學習和拓寬視野。

3 結論

大數據時代，GIS專業《攝影測量學》課程的教學工作的確存在較大困難，論文提出的基于四層架構法，并配合多樣化方式的《攝影測量學》課程的教學方法，經過實踐，取得了較好的教學效果，對廣大同仁在GIS專業《攝影測量學》課程的教學中能夠提供一定的參考和借鑒，滿足大數據場景下的教學要求。