透明化实践教学在“数字测量学”课程中的应用

卞和方　张书毕　杨化超　郑南山

摘 要 “数字测量学”是测绘类专业的一门主干核心课程，文章针对目前“数字测量学”实践教学存在的问题进行了分析，提出了一种基于网络环境的透明化实践教学方法。构建了10个典型的透明化实践教学项目，实现了实践教学资源网络发布与资源共享。通过改革，培养了学生的实践能力，提高了学生的创新思维和综合创新能力。

关键词 数字测量学 测绘工程 透明化实践教学 课程体系

中图分类号：G424 文献标识码：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

“數字测量学”是一门测绘类专业的必修主干课程，主要是为本科生奠定测绘基本理论和技术基础。该课程显著特点是工程实践性强，实验是课程教学中必不可少的重要环节。只有加强实验教学环节的训练和实践，才能够有效巩固课堂所学的理论知识，达到理论与实践紧密结合。近年来以GNSS （全球卫星导航与定位系统）、RS （遥感）和GIS （地理信息系统）为代表的“3S”新技术的不断发展，测绘学科也经历了理论、方法和技术体系的巨大变革。同时，高等工程教育全球化对人才培养质量、办学水平提出了更高的要求。

为了加强实践教学，2010年6月23日，教育部联合有关部门共同实施“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）。为更好地解决当前工程人才培养存在重理论、轻实践，重论文、轻设计等问题，2012年1月10日教育部、中央宣传部、财政部、总政治部、共青团中央等联合联合下发了《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》，文件规定“理工农医类本科专业的实践教学不少于25%”。中国矿业大学测绘工程专业是工科专业，据此我校根据教育部的要求，重新修订了2012年版测绘工程专业教学大纲，实习实践课程占25.12%。为了科学地摸索和总结测绘类专业本科生实践教学培养的模式方法，笔者近年来对兄弟院校和企事业单位进行了调研，并针对性参加了国内相关高等学校教学研讨会。相关专家普遍认为我国高等工程教育中存在的问题是学生的实践创新能力较为薄弱。分析其主要原因为：（1）我国高等教育人才培养目标多定位于“厚基础、宽口径”，与“卓越工程师”相比，目前教育质量落差较大；（2）科学技术的发展，信息化及学科交叉融合的特征更加明显，行业对工程人才的知识、技能、综合素质方面的结构和质量也提出了更高要求。

本文主要以“数字测量学”课程实践教学为例，探索了传统实践教学中存在的问题，从教学模式及教学方法等方面入手，提出了构建基于透明化实践教学体系的“数字测量学”实践教学方法，旨在提高学生的综合分析能力、工程实践能力和创新能力。

1 “数字测量学”课程实践教学存在的问题

“数字测量学”是测绘技术的主干核心课程，是一门主要研究测定地面点的空间位置，采用计算机绘图软件将地球表面地形和其他地理信息测绘成图，以及确定地球形状和大小的科学。通过该课程的学习可以地掌握现代测绘的基本概念、知识以及大比例尺地形图信息化测绘的技术方法和手段。同时也是采矿工程、工程管理、土木工程、交通运输、地质资源、城乡规划等专业学习和了解测绘知识的重要资源。目前国内大多数测绘类专业院校所高校开设了“数字测量学”课程，但在“数字测量学”实践教学过程中还是存在一些急需解决的问题。

1.1 缺乏系统的课程项目

“数字测量学”课程主要特点是知识面广，涉及大地测量、测量误差理论、地形测量等多个方面，原理较为复杂，为了更好地掌握该课程的基础理论，需要加强系统的实验、实习训练，而缺乏一系列针对性强、连贯性好且行之有效的实践教学是目前数字测量学教学所面临的最大问题，致使学生的测绘专业技能较弱、实践创新能力不强。

1.2 实践教学内容落后于测绘新技术的发展

自21世纪以来，测绘学科新仪器得、新技术、新方法得到快速发展，特别是3S技术的不断发展（如区域CORS、低空航测无人机及互联网+的出现）后，其数据采集、内业测图的方法发生变化。因此，需探讨适合于工科院校测绘类本科生培养的实践教学体系，以满足行业对综合创新型人才的需求。

1.3 传统课堂教学模式存在一定的问题

目前数字测量学实践教学一般采用教师现场讲解、学生根据实验内容操作的模式，由于近年来高校不断扩招，任课教师无法进行小班教学。多数情况下一名教师需要对几十名学生的进行现场指导，这种情况下很难保证实践教学质量。

“数字测量学”是一门实践性和应用性都很强的测绘主干课程，需利用现有平台鼓励学生独立完成“数字测量学”实验教学任务，构建有利于培养学生提高综合创新能力的透明化实践教学体系。

2 透明化实践教学改革

2.1 透明化实践教学含义

透明化实践教学是针对目前国内实践教育多为“黑匣子式”的情况提出的，其目的是为了解决学生“只知其表不知其里”的问题。目前我校测绘工程专业的实践教育也存在“黑匣子”现象，比如在较为常见的GPS-RTK、全站仪等实践教学时，学生只需按几个按钮即可获得测量结果。而测量结果到底如何得到的，很多学生不知其过程。透明化实践教学过程中每个实验项目需满足如下幾点要求：

（1）基本原理清楚：精简实验项目的原理，采用视频、动画、图表等方式，学生可以更容易掌握其基本原理，这样能更好地指导实践教学。

（2）仪器结构了解：针对每次实验所用到的仪器，采用虚拟仿真的方式对仪器重要部件进行分解，并对各个部件之间的联系和主要功能进行说明。

（3）实验步骤清晰：根据实验内容提炼实验具体步骤，要求学生按规定方法操作仪器进行测量，且各项观测数据必须满足限差要求。可采用视频、动画及虚假仿真等方式，以便学生自主学习。

（4）实验结果明确：学生明确实验结果有助于设计实验方案、观察实验现象。对于验证性的实验结果都比较明确，当然对于全站仪的认识及导线测量、大比例地形图测绘、计算机绘图等综合性实验，可借助于标准化实习、实验场地建设来提供实验结果。

2.2 数字测量学透明化实践教学资源建设

基于“透明化实践教学”的特点，可以采用网络教学手段将视频、虚拟仿真、动画等多种实验教学相结合，构建适合于“数字测量学”的透明化实践教学体系，具体改革如下所述。

（1）建立数字测量学实践教学体系。“数字测量学”实验教学体系应该数字化地形图测绘过程为主线，包括测绘新技术的发展及应用，重点针对测量基本知识及原理、常规测量仪器、控制测量、地形图测绘技术基础、大的比例尺地形图测绘等进行深入分析及现场调研。建立适合于测绘类本科生的透明化实践教学体系。

（2）构建典型实验项目。根据“数字测量学”重点内容建立针对性实验项目，同时考虑实验的基础性、通用性及新技术的应用。表 1列出了10个典型的“数字测量学”实验教学项目。

根据上述实验项目细化实验内容并编写实验指导书，每个实验项目的指导材料主要包括：实验目的、实验要求、实验场地介绍、实验步骤、数据处理过程、实验结果及分析。

（3）多层次透明化实践教学内容设计。针对不同的实验项目的特点及其内在联系，将教材内容层次化和模块化；以GPS RTK点坐标采集为例，传统的方式是采用商业的仪器，只需简单操作即可完成坐标的采集，不利培养学生的思考能力和创新能力，而透明化实践教学是明确该过程的具体内容，让学生在一定平台基础上采用模块化编程并结合专业理论知识自己动手实现。

（4）构建特色鲜明的透明化实践教学资源。根据实验项目的设置，借助摄影机录取每个专题实验的详细操作过程，针对典型仪器采用三维虚拟仿真技术将仪器部件进行分解。并建立透明化实践教学案例库，研究实际项目向实践教学案例的转换方法。最后形成一系列的录像文件、软件平台，与实验指导材料、多媒体课件、实验数据等一起组成透明化实践教学资源。

2.3 数字测量学透明化实践教的实施

（1）教学资源的共享。利用学校的网络资源共享平台，如矿山测量国家级虚拟仿真实验教学中心、测绘与国土信息实验教学中心、江苏高校协同创新中心等网站，将透明化实践教学资源进行共享。方便学生在课下进行自主学习，并完成相关的实验任务。另外，学生可以浏览多媒体课件，观看动画、视频影像等材料，对基本原理、实验目的、操作过程等有大致了解，然后完成具体实验内容，旨在培养学生根据已学知识解决工程实际问题的能力，具体地说就是学生根据实际测量任务要求、采用新技术、新仪器，高质量地完成实验任务。为此设立了开放实验课程、大学生技能提升训练及大学生创新项目等。由于学院的“多功能数字化测绘创新实践平台”、“校内测绘实验实训场”等平台可提供高精度的已知坐标信息。可为相关实验提供精确的结果，供学生参考。

此外，近年来学院每年开展“中国矿业大学中海达杯”测绘技能竞赛，竞赛分为四个项目，包括四等水准测量、二等水准测量、一级导线测量和数字测图。在2016 年第四届全国普通高等学校大学生测量技能竞赛中，共有 400 多名选手参加。我院代表队取得一级导线测量一等奖、数字测图一等奖、二等水准测量二等奖、程序设计二等奖的好成绩。

3 结语

本文针对测绘工程专业的“数字测量学”实践教学存在的问题，对实验教学手段和教学模式进行了探讨，提出了透明化实践教学体系。以“数字测量学”课程为例，构建了10个专题的实验教学项目，并取得了良好的教学效果。本文的研究成果可以推广到相关院校的“数字测量学”实验课程的教学，特别是透明化实践教学体系的建立、实验项目的设置、典型实验案例制作、虚拟仿真等实践教学资源的构建，可供相关专业本科生的实验教学使用。

基金项目：中国矿业大学教改项目（编号：2014SY05，2014YB24）；江苏高校品牌专业建设工程（编号：PPZY2015B144）；测绘工程教育部卓越工程师培养项目（编号：152121508G）

参考文献

[1] 王志勇，于胜文.网络环境下的“微课堂”实验教学改革[J].测绘通报，2016（2）：140-142.

[2] 杨化超，张书毕，卞和方.以专业认证为导向的测绘工程专业课程体系构建[J].科教导刊，2014（10）：65-67.

[3] 窦世卿，张晓宇.矿业类专业测量实践课程教学与创新教育的改革与实践[J].矿山测量，2010（4）：94-96.

[4] 花向红，向东，邹进贵.数字地形测量学教学方法的创新探索与实践[J].实验科学与技术，2015（13）：53-56.

[5] 翟翊，郝向阳，赵夫来，等.提高“现代测量学”实践教学质量的研究[J].测绘通报，2012（2）：41-43.

[6] 高井祥，李增科，王坚，等.测绘人才培养的国际化教学模式研究[J].矿山测量，2012（1）：84-86.

[7] 潘国兵，陈琨，李灵爱，等.测绘专业开放式实践教学体系研究[J].测绘通报，2016（8）：135-138.