“摄影测量学”课程的教学改革探讨

刘晓君 郭 鹏 万 红

（山东农业大学 山东·泰安 271018）

0 引言

“摄影测量与遥感”是从非接触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术。其中，摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于提取物理信息。进入21世纪，摄影测量已经迈入了由先进技术辅助的现代摄影测量测量阶段，POS（positioning and orientation system）、无人机、LIDAR(light detection and ranging)等新技术在摄影测量领域应用已日趋广泛。新技术开拓了摄影测量应用的新领域，同时也要求高校必须培养适应学科发展的，兼具完备知识体系的新人才。另一方面，近年用人单位反馈，高校输出的毕业生不能很好地胜任相应工作岗位，很大程度上是实践能力与创新能力不足导致。造成这一现象的原因是多方面的，但从一个侧面也反应出目前高校的教学方法存在一定弊端。因此如何构建摄影测量学的教学体系、凝练教学内容、改革教学方法、强化实践环节，培养出社会所需要的实践型、创新型人才，是一个值得摄影测量教学工作者深入探讨的问题。

1 课程特点与现存问题分析

1.1 课程特点

摄影测量学是测绘工程专业与遥感专业的一门专业主干课。该课程的特点是“多、繁、广”。内容多，覆盖知识面广。摄影测量学涉及到高等数学、线性代数、平差原理、计算机图形学、网络与数据库技术、图像处理技术、模式识别、人工智能等多门学科，因此，对学生的知识结构体系要求较高。概念抽象，数学公式多。整门课程包含的概念有内外方位元素、空间后方交会、空间前方交会、相对定向、绝对定向、共面条件方程、空中三角测量等，概念不仅抽象难于理解，而且具体实现过程多伴有复杂的公式推导，要求学生有扎实的数学推导运算功底。空间关系复杂，空间立体感强。摄影测量的实质是由平面像点坐标计算三维的地面点坐标，共需要6个坐标系的转换。其中不乏一些空间思维过程，需要学生有较强的空间想象能力。

1.2 教学中所存在的问题

该课程相较于其他专业课程难度系数偏高，且学时数少，授课时间短，很大程度上加大了教师教学和学生学习的难度。大多数学生在实际工作中存在的突出问题：一是对基础知识掌握不够好，理解不透彻，不能灵活运用；二是对摄影测量与相关学科的联系没有清晰的认识，由于缺乏了完整的知识体系，理解问题乃至创新问题都受到了束缚；三是对学科新领域新技术缺乏了解；四是实际动手能力弱。因此，有必要对摄影测量的教学内容和教学方法进行积极的探索改革。

2 “摄影测量学”教学改革探讨

2.1 结合学科新技术，及时修编教学大纲

摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。但是随着摄影测量产业模式的变革，为了便于教学，摄影测量课程分为了“摄影测量学”和“数字摄影测量学”，分别在大三的上下学期开设。“摄影测量学”作为首开课程，在注重内容基础性的同时还要兼顾体系的完整性，尤其是对后续课程的可延续性。在制定教学大纲时要优化课程结构，精选教学内容，突出重难点内容。使学生的学习过程呈现从易到难、从点到面的状态。安排时重点突出单像解析这一章，要让学生吃透并牢固掌握，难点是解析空中三角测量的理论和方法，而且要增加新兴起的理论和方法，例如机载POS可以实现高精度直接地理定位、无人机具有快速响应，实时勘查的优势、机载LIDAR对测区扫描后可获取DSM（digital surfacemodel）。修编后的教学大纲既保留了课程的精髓内容又兼顾新技术的理论方法，在拓展学生知识面的同时调动了对该学科更大的学习兴趣。

2.2 明确“摄影测量学”在测绘学科中的地位

摄影测量学是测绘学科的一个分支。它是测绘学科中发展历史较短的一个学科。但由于它与新兴学科航天摄影技术、电子计算技术、信息科学有着血缘的相互关系，因此摄影测量的发展，必然影响整个测绘学科的发展。很多学生在学习过程中忽略了摄影测量与测绘中其它学科的关系，缺乏了完整的知识体系，以至于不知所学之所以、所学之所用。如大地测量的任务是建立国家级和地区的控制网，可以为摄影测量中的解析空三提供控制点；而高精度的解析空三可以为大地测量增加新的加密控制点。工程测量中的竣工检测、变形观测，则是非地形摄影测量的主要任务。摄影测量与地图制图学具有共同的目的，皆是把地图变为地图数据库，为国民经济服务。其与遥感技术、GPS技术之间的密切关系更是不言而喻。具备了这样完整的知识体系有助于理解问题和创新性解决问题，可以起到触类旁通、事半功倍的良好学习效果。

2.3 找准“摄影测量学”的学习主线

经过调研发现在课程结束之后约40%的学生仍难以将课程作为一个有机整体来把握，究其深层次原因是对课程的主线没理清。无论是单像解析基础、双像立体测图，还是解析空中三角测量，这三部分内容的共同目的是一致的：由像点坐标解求相应地面点坐标。找准主线后就会发现每一章的具体内容都是围绕这条线进行的。如单像解析中已知外方位元素和DEM，利用共线方程可求地面点坐标；双像立体测图是根据同名光线相交的原理求地面点坐标；解析空三中的三种方法是完成一个测区里加密点的坐标解算。课程整体知识脉络清晰呈现，使原本孤立、分散的知识点融会贯通、轻松掌握。

2.4 转变传统“教”“学”方法

由该课程的特点决定传统的“粉笔+黑板”的教学模式是不被适用的，因为这种模式不利于抽象概念的理解和复杂空间关系的呈现。对于这些内容，可以采用多媒体教学，并辅以动画演示，使抽象复杂的知识动态立体化。复杂而重要的数学公式先在PPT上展示思路，再以板书为主进行推导演示，可增强前后步骤的逻辑性。“板书+多媒体”的动态教学过程更能吸引学生的注意力，规避了采用单一教学模式带来的课堂效率低下。

课堂教学是一个双向的过程，不仅要求老师“教”的好，学生还必须“学”的好。如果知识仅作为“信号”很好地发送出去，而“接收端”接收效率不高，一方面要采用启发式与探究式教学，提高学生的课堂主体地位，浓厚学习兴趣。另一方面对于极个别学生“聊天说话看手机”的情况要严厉杜绝，这种不良情况一旦产生在课堂上的传播效应很快，从而会破坏良好的学习氛围。经过调研发现98%的学生都认同“应该认真听讲”，35%的学生指出认真听讲的大敌就是手机。

2.5 强化实践教学，增强动手能力

摄影测量是一门工程实践性极强的课程，实践环节对学生动手能力与创新思维的培养具有重要作用。笔者从教几年来一直重视该环节的教学，主要采用课内实践和综合实践两种教学模式。课内实践是紧随课堂理论内容之后，有拍摄立体像对、立体观察、量测航片比例尺、单像空间后方交会程序设计、双像前方交会程序设计，加深对理论知识理解的同时增强了实际动手能力。综合实践的时间共有2周，之前的教学过程中一直使用的是VirtuoZo软件，但该软件是基于传统的摄影测量理论进行数据处理，对于利用POS数据进行直接地理定位技术与流程、无人机稀少控制高精度解算技术和倾斜摄影三维建模技术等新技术均没有体现，且多年未有更新。因此我专业将包含了多项新技术且市场占有率高的MapMatrix软件引进，作为一个全新的实践平台。学生学习热情普遍高涨，并反应全新的实践平台使他们掌握了学科新技术的同时，还极大的增强了他们自主发现问题、解决实际问题的能力。

此外，“科研反哺”也是培养学生应用能力的重要途径。教师除了完成授课任务，还要积极参加课题，努力提高自身科研水平，这即是“一桶水”和“一碗水”的理论。将最新科研成果应用到具体教学中，为学生提供更多实训案例，使教学依托于教学大纲而又不拘泥于教材，提高学生的科技创新能力。在师生共同努力下，去年我系一项有关摄影测量的创新项目获国家大学生创新创业项目的支持。

2.6 网络共享教学资料，线上线下答疑解惑

互联网技术的飞速发展为传统教学开辟了新途径，在专业课网站中可以查阅课件、参考资料及历届期末考试题。另外学生可以通过线上提问，老师有问必答，疑难问题也可以线下交流，保证老师与学生之间的沟通渠道畅通。调研显示，80%的学生在课后反复学习电子化教学内容，50%的学生使用线上线下多种方式与老师交流问题，从而保证了近三年来，学生的学习成绩呈现逐步明显上升。

3 结束语

对“摄影测量学”课程进行改革与探讨既是学科自身发展的需要，也是时代提出的要求。本文在对课程特点和现存问题分析的基础上，思考并提出教学改革的举措。教学内容上要及时体现学科新技术、构建完整知识体系、突出学习主线；教学过程中注重转变“教”“学”方法，努力提高课堂效率；实践环节采用“课内实践+综合实践+科研反哺”教学模式，提高动手能力；最后教学资料的共享与实时辅导有助于清除学习过程中的难点障碍。以上对“摄影测量学”课程的改革措施，都在实践中得到有效实施，取得良好的教学效果，具有一定的现实指导意义。但是时代在进步学科在发展，摄影测量学教改依然需要更深入的研究与探讨。