透明化實(shí)踐教學(xué)在“數(shù)字測(cè)量學(xué)”課程中的應(yīng)用

卞和方　張書(shū)畢　楊化超　鄭南山

摘 要 “數(shù)字測(cè)量學(xué)”是測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干核心課程，文章針對(duì)目前“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的透明化實(shí)踐教學(xué)方法。構(gòu)建了10個(gè)典型的透明化實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與資源共享。通過(guò)改革，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 數(shù)字測(cè)量學(xué) 測(cè)繪工程 透明化實(shí)踐教學(xué) 課程體系

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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(shù)字測(cè)量學(xué)”是一門(mén)測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修主干課程，主要是為本科生奠定測(cè)繪基本理論和技術(shù)基礎(chǔ)。該課程顯著特點(diǎn)是工程實(shí)踐性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)是課程教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。只有加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練和實(shí)踐，才能夠有效鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí)，達(dá)到理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。近年來(lái)以GNSS （全球衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)）、RS （遙感）和GIS （地理信息系統(tǒng)）為代表的“3S”新技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)繪學(xué)科也經(jīng)歷了理論、方法和技術(shù)體系的巨大變革。同時(shí)，高等工程教育全球化對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量、辦學(xué)水平提出了更高的要求。

為了加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，2010年6月23日，教育部聯(lián)合有關(guān)部門(mén)共同實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）。為更好地解決當(dāng)前工程人才培養(yǎng)存在重理論、輕實(shí)踐，重論文、輕設(shè)計(jì)等問(wèn)題，2012年1月10日教育部、中央宣傳部、財(cái)政部、總政治部、共青團(tuán)中央等聯(lián)合聯(lián)合下發(fā)了《教育部等部門(mén)關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見(jiàn)》，文件規(guī)定“理工農(nóng)醫(yī)類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)不少于25%”。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)是工科專(zhuān)業(yè)，據(jù)此我校根據(jù)教育部的要求，重新修訂了2012年版測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱，實(shí)習(xí)實(shí)踐課程占25.12%。為了科學(xué)地摸索和總結(jié)測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)的模式方法，筆者近年來(lái)對(duì)兄弟院校和企事業(yè)單位進(jìn)行了調(diào)研，并針對(duì)性參加了國(guó)內(nèi)相關(guān)高等學(xué)校教學(xué)研討會(huì)。相關(guān)專(zhuān)家普遍認(rèn)為我國(guó)高等工程教育中存在的問(wèn)題是學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力較為薄弱。分析其主要原因?yàn)椋海?）我國(guó)高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)多定位于“厚基礎(chǔ)、寬口徑”，與“卓越工程師”相比，目前教育質(zhì)量落差較大；（2）科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化及學(xué)科交叉融合的特征更加明顯，行業(yè)對(duì)工程人才的知識(shí)、技能、綜合素質(zhì)方面的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量也提出了更高要求。

本文主要以“數(shù)字測(cè)量學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)為例，探索了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，從教學(xué)模式及教學(xué)方法等方面入手，提出了構(gòu)建基于透明化實(shí)踐教學(xué)體系的“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)踐教學(xué)方法，旨在提高學(xué)生的綜合分析能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

1 “數(shù)字測(cè)量學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

“數(shù)字測(cè)量學(xué)”是測(cè)繪技術(shù)的主干核心課程，是一門(mén)主要研究測(cè)定地面點(diǎn)的空間位置，采用計(jì)算機(jī)繪圖軟件將地球表面地形和其他地理信息測(cè)繪成圖，以及確定地球形狀和大小的科學(xué)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)可以地掌握現(xiàn)代測(cè)繪的基本概念、知識(shí)以及大比例尺地形圖信息化測(cè)繪的技術(shù)方法和手段。同時(shí)也是采礦工程、工程管理、土木工程、交通運(yùn)輸、地質(zhì)資源、城鄉(xiāng)規(guī)劃等專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和了解測(cè)繪知識(shí)的重要資源。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)測(cè)繪類(lèi)專(zhuān)業(yè)院校所高校開(kāi)設(shè)了“數(shù)字測(cè)量學(xué)”課程，但在“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中還是存在一些急需解決的問(wèn)題。

1.1 缺乏系統(tǒng)的課程項(xiàng)目

“數(shù)字測(cè)量學(xué)”課程主要特點(diǎn)是知識(shí)面廣，涉及大地測(cè)量、測(cè)量誤差理論、地形測(cè)量等多個(gè)方面，原理較為復(fù)雜，為了更好地掌握該課程的基礎(chǔ)理論，需要加強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)訓(xùn)練，而缺乏一系列針對(duì)性強(qiáng)、連貫性好且行之有效的實(shí)踐教學(xué)是目前數(shù)字測(cè)量學(xué)教學(xué)所面臨的最大問(wèn)題，致使學(xué)生的測(cè)繪專(zhuān)業(yè)技能較弱、實(shí)踐創(chuàng)新能力不強(qiáng)。

1.2 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容落后于測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展

自21世紀(jì)以來(lái)，測(cè)繪學(xué)科新儀器得、新技術(shù)、新方法得到快速發(fā)展，特別是3S技術(shù)的不斷發(fā)展（如區(qū)域CORS、低空航測(cè)無(wú)人機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)+的出現(xiàn)）后，其數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)測(cè)圖的方法發(fā)生變化。因此，需探討適合于工科院校測(cè)繪類(lèi)本科生培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系，以滿足行業(yè)對(duì)綜合創(chuàng)新型人才的需求。

1.3 傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式存在一定的問(wèn)題

目前數(shù)字測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)一般采用教師現(xiàn)場(chǎng)講解、學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作的模式，由于近年來(lái)高校不斷擴(kuò)招，任課教師無(wú)法進(jìn)行小班教學(xué)。多數(shù)情況下一名教師需要對(duì)幾十名學(xué)生的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，這種情況下很難保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

“數(shù)字測(cè)量學(xué)”是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的測(cè)繪主干課程，需利用現(xiàn)有平臺(tái)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，構(gòu)建有利于培養(yǎng)學(xué)生提高綜合創(chuàng)新能力的透明化實(shí)踐教學(xué)體系。

2 透明化實(shí)踐教學(xué)改革

2.1 透明化實(shí)踐教學(xué)含義

透明化實(shí)踐教學(xué)是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)實(shí)踐教育多為“黑匣子式”的情況提出的，其目的是為了解決學(xué)生“只知其表不知其里”的問(wèn)題。目前我校測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教育也存在“黑匣子”現(xiàn)象，比如在較為常見(jiàn)的GPS-RTK、全站儀等實(shí)踐教學(xué)時(shí)，學(xué)生只需按幾個(gè)按鈕即可獲得測(cè)量結(jié)果。而測(cè)量結(jié)果到底如何得到的，很多學(xué)生不知其過(guò)程。透明化實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需滿足如下幾點(diǎn)要求：

（1）基本原理清楚：精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理，采用視頻、動(dòng)畫(huà)、圖表等方式，學(xué)生可以更容易掌握其基本原理，這樣能更好地指導(dǎo)實(shí)踐教學(xué)。

（2）儀器結(jié)構(gòu)了解：針對(duì)每次實(shí)驗(yàn)所用到的儀器，采用虛擬仿真的方式對(duì)儀器重要部件進(jìn)行分解，并對(duì)各個(gè)部件之間的聯(lián)系和主要功能進(jìn)行說(shuō)明。

（3）實(shí)驗(yàn)步驟清晰：根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提煉實(shí)驗(yàn)具體步驟，要求學(xué)生按規(guī)定方法操作儀器進(jìn)行測(cè)量，且各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)必須滿足限差要求。可采用視頻、動(dòng)畫(huà)及虛假仿真等方式，以便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確：學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)于驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都比較明確，當(dāng)然對(duì)于全站儀的認(rèn)識(shí)及導(dǎo)線測(cè)量、大比例地形圖測(cè)繪、計(jì)算機(jī)繪圖等綜合性實(shí)驗(yàn)，可借助于標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地建設(shè)來(lái)提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 數(shù)字測(cè)量學(xué)透明化實(shí)踐教學(xué)資源建設(shè)

基于“透明化實(shí)踐教學(xué)”的特點(diǎn)，可以采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段將視頻、虛擬仿真、動(dòng)畫(huà)等多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建適合于“數(shù)字測(cè)量學(xué)”的透明化實(shí)踐教學(xué)體系，具體改革如下所述。

（1）建立數(shù)字測(cè)量學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系。“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系應(yīng)該數(shù)字化地形圖測(cè)繪過(guò)程為主線，包括測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，重點(diǎn)針對(duì)測(cè)量基本知識(shí)及原理、常規(guī)測(cè)量?jī)x器、控制測(cè)量、地形圖測(cè)繪技術(shù)基礎(chǔ)、大的比例尺地形圖測(cè)繪等進(jìn)行深入分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。建立適合于測(cè)繪類(lèi)本科生的透明化實(shí)踐教學(xué)體系。

（2）構(gòu)建典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)“數(shù)字測(cè)量學(xué)”重點(diǎn)內(nèi)容建立針對(duì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)考慮實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性、通用性及新技術(shù)的應(yīng)用。表 1列出了10個(gè)典型的“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)材料主要包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地介紹、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。

（3）多層次透明化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特點(diǎn)及其內(nèi)在聯(lián)系，將教材內(nèi)容層次化和模塊化；以GPS RTK點(diǎn)坐標(biāo)采集為例，傳統(tǒng)的方式是采用商業(yè)的儀器，只需簡(jiǎn)單操作即可完成坐標(biāo)的采集，不利培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新能力，而透明化實(shí)踐教學(xué)是明確該過(guò)程的具體內(nèi)容，讓學(xué)生在一定平臺(tái)基礎(chǔ)上采用模塊化編程并結(jié)合專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)。

（4）構(gòu)建特色鮮明的透明化實(shí)踐教學(xué)資源。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置，借助攝影機(jī)錄取每個(gè)專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)操作過(guò)程，針對(duì)典型儀器采用三維虛擬仿真技術(shù)將儀器部件進(jìn)行分解。并建立透明化實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)，研究實(shí)際項(xiàng)目向?qū)嵺`教學(xué)案例的轉(zhuǎn)換方法。最后形成一系列的錄像文件、軟件平臺(tái)，與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料、多媒體課件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等一起組成透明化實(shí)踐教學(xué)資源。

2.3 數(shù)字測(cè)量學(xué)透明化實(shí)踐教的實(shí)施

（1）教學(xué)資源的共享。利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺(tái)，如礦山測(cè)量國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、測(cè)繪與國(guó)土信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心等網(wǎng)站，將透明化實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行共享。方便學(xué)生在課下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。另外，學(xué)生可以瀏覽多媒體課件，觀看動(dòng)畫(huà)、視頻影像等材料，對(duì)基本原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉僮鬟^(guò)程等有大致了解，然后完成具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，具體地說(shuō)就是學(xué)生根據(jù)實(shí)際測(cè)量任務(wù)要求、采用新技術(shù)、新儀器，高質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。為此設(shè)立了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)課程、大學(xué)生技能提升訓(xùn)練及大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等。由于學(xué)院的“多功能數(shù)字化測(cè)繪創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)”、“校內(nèi)測(cè)繪實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)”等平臺(tái)可提供高精度的已知坐標(biāo)信息。可為相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供精確的結(jié)果，供學(xué)生參考。

此外，近年來(lái)學(xué)院每年開(kāi)展“中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中海達(dá)杯”測(cè)繪技能競(jìng)賽，競(jìng)賽分為四個(gè)項(xiàng)目，包括四等水準(zhǔn)測(cè)量、二等水準(zhǔn)測(cè)量、一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量和數(shù)字測(cè)圖。在2016 年第四屆全國(guó)普通高等學(xué)校大學(xué)生測(cè)量技能競(jìng)賽中，共有 400 多名選手參加。我院代表隊(duì)取得一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量一等獎(jiǎng)、數(shù)字測(cè)圖一等獎(jiǎng)、二等水準(zhǔn)測(cè)量二等獎(jiǎng)、程序設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)的好成績(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)的“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)模式進(jìn)行了探討，提出了透明化實(shí)踐教學(xué)體系。以“數(shù)字測(cè)量學(xué)”課程為例，構(gòu)建了10個(gè)專(zhuān)題的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，并取得了良好的教學(xué)效果。本文的研究成果可以推廣到相關(guān)院校的“數(shù)字測(cè)量學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，特別是透明化實(shí)踐教學(xué)體系的建立、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、典型實(shí)驗(yàn)案例制作、虛擬仿真等實(shí)踐教學(xué)資源的構(gòu)建，可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用。

基金項(xiàng)目：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目（編號(hào)：2014SY05，2014YB24）；江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)工程（編號(hào)：PPZY2015B144）；測(cè)繪工程教育部卓越工程師培養(yǎng)項(xiàng)目（編號(hào)：152121508G）

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