構建數字地形測量學課程全過程教學體系

王宇會 余旭 蔣利龍

[摘 要]數字地形測量學是測繪工程專業的核心課程之一，包括理論、實驗和實習三個教學環節。課題組從三個教學環節的教材、教學內容、教學方法及考核方式對數字地形測量學課程的教學體系進行全過程構建，從而形成一個有機整體。實踐證明，該課程教學體系可有效提高教學效果。

[關鍵詞]數字地形測量學;全過程;教學體系

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）02-0045-03

數字地形測量學是測繪工程專業的核心課程之一。它是由測量學到數字測圖原理與方法，經過改革、實踐、修改、補充、創新而發展起來的一門適應現代測繪技術和社會生產需要的新課程，在測繪專業的課程體系中起奠基的作用。

數字地形測量學課程的特點是：1.基礎性強：該課程是測繪專業入門級課程，在專業導論及CAD基礎課程之后、其他課程之前講授，為其他專業課程的講授奠定基礎。2.實踐性強：課程重點要求學生掌握測量常規儀器的基本構造、常規測量方法的基本操作，3個教學環節（理論教學、實驗教學和實習教學）中實踐性環節占2個。

整個課程，理論教學是實驗教學和實習教學的基礎，實驗教學是理論教學的支撐、實習教學的分模塊，實習教學是理論知識在實際工程中的應用、實驗教學內容的綜合。三者需密切配合，建立全過程教學體系，才能使課程成為一個整體。本文對三個教學環節的教材選擇、教學內容及方法、考核方式等進行了全過程系統構建，提升了課程的教學質量。

一、理論教學

（一）教材選擇

目前，測繪科學技術已完成了由傳統模擬測繪向數字測繪的轉化，并跨越式地進入了信息化測繪階段。測繪工程專業的學生應掌握空間信息獲取、處理、表達、應用的基本原理、基本方法和基本技能，全面了解測繪學科的新技術和發展趨勢。

《數字地形測量學》是全國高等學校測繪學科教學指導委員會組織實施的“測繪學科專業規范核心課程規劃教材”之一，該教材在及時引進新的測繪技術、方法和理念，使經典的理論內容與先進的應用技術緊密結合等方面，進行了富有成效的探索與實踐。教材內容符合“測繪工程專業規范”對人才培養的基本要求，還充分體現了測繪學科的新發展、新要求，考慮學科之間的交叉與融合，減少陳舊內容。

（二）授課內容及順序

《數字地形測量學》教材共計15章（包括緒論），根據筆者所在學校測繪工程專業課程體系設置的情況，將第8章（衛星定位系統）和第14章（地籍圖和房產圖測繪），放到相關課程（GNSS定位原理與應用及不動產測繪）中講述，所以在本課程中講課內容共計13章。

在授課順序上，將第2章地形圖的基本知識，放在控制測量與碎部測量之間，以便于前后知識的銜接;將第3章測量誤差的基本知識放在全站儀測量之后控制測量之前進行，以便在了解測量的基本方法之后對測量誤差的性質、特點及消除或減弱的方法掌握得更深入。對教材內容進行調整后，將課程內容分為4個模塊，詳見表1所示。

（三）教學方式

理論教學綜合采用教師授課、學生自學、研究教學等多種教學方式相結合的模式進行。

教師授課主要采用PPT講解的方式進行，并輔以板書教學、視頻播放、課堂提問等方式。PPT側重于基本概念、基本理論及基本方法的講解，板書教學適用于公式推導、坐標計算、誤差傳播定律的應用等的講解，視頻播放主要是進行儀器操作、地形測繪等內容的講解。三者應有機結合，優勢互補，實現有關知識的融合與最佳講授。課上應注意調動學生的參與性，適時進行提問，鼓勵學生表達自己的思想，以啟發學生進行思考，并活躍課堂教學氣氛。

學生自學主要適用于易于理解的規范及條款性內容，如地形圖的分幅與編號、地物測繪及地形圖上各要素配合表示的一般原則等，可以培養學生的自學能力與獨立思考的能力，并能夠在目前課時減少的情況下完成課程的教學內容。

授課時，還應留有一部分內容給學生進行研究，如精密三角高程測量、利用Excel表格或編程進行導線及水準路線的平差計算等，鼓勵學生利用課余時間進行延伸閱讀，撰寫研究報告，查閱資料完成相關任務，以引導學生對相關問題進行深入研究，更加牢固地掌握知識。

（四）考試

理論課程的考核主要以卷面考試（占70%～80%）為主，輔以平時表現（占20%～30%）。

卷面考試范圍并非要涵蓋整本教材，而是要強調突出學習重點，并且為檢查學生自學及研究教學的效果，應適當增加相關內容的考核點。在考題形式上應適當降低客觀題的分值，減少記憶性知識點;增加主觀性題目，以激發學生的思考及創新意識。

平時成績由出勤、課堂回答及研究式教學成果構成。

二、實驗教學

（一）實驗教材

隨著科學技術的進步和測繪儀器的發展，當今各種工程建設中已普遍使用全站儀、電子水準儀等現代測量儀器，傳統的以光學水準儀和光學經緯儀為主要實驗工具的測量實驗指導書已不能適應現代教學的需要。工程測量實驗教程考慮到理論課時縮減、實驗設備變化等因素，將重點由光學儀器轉向電子設備，同時配套一冊實驗報告，用于實驗數據的記錄、計算及總結，是評定實驗成績的基礎資料和依據。

（二）實驗內容及設備

實驗內容及學時分配詳見表2所示。由于電子水準儀的操作過程非常簡單（粗平—照準—測量），不能為學生的操作技能提升奠定基礎，所以涉及水準測量的實驗除電子水準儀的認識與使用外，其余均使用微傾式光學水準儀。但涉及角度測量的實驗，均采用全站儀進行（全站儀和經緯儀在使用上的區別僅在于是否需要人工讀數）。

表2 實驗內容

[序號 內容 學時 1 光學水準儀的認識與使用 2 2 電子水準儀的認識與使用 2 3 普通水準測量 2 4 四等水準測量 2 5 水準儀的檢驗與校正 2 6 全站儀的認識與使用 2 7 水平角測量（測回法） 2 8 水平角測量（方向法） 2 9 豎直角測量 2 10 全站儀的檢驗與校正 2 11 經緯儀測繪法測繪地形圖 2 12 數字測圖數據采集 2 合計 24 ]

（三）教學方法

實驗教學采用演示與驗證的方法。其中，儀器認識與使用類實驗要求教師在上課前向學生介紹儀器構造、基本操作方法，然后由學生親自進行儀器基本操作的學習，這種教學法稱為演示教學法。測量方法類實驗則一般在理論課上介紹測量方法的操作過程、注意事項，在實驗課程上進行驗證，這種實驗教學法稱為驗證教學法。

為保證教學效果，建立了測量實驗基地，該基地距離實驗室較近，減少了學生借還儀器在路途上花費的時間，同時不受風雨的影響，可以使實驗教學在任何氣候條件下進行。該場地可滿足4個班級同時進行實驗教學。場地布設后，采用高精度的電子全站儀和精密水準儀對點位進行觀測，經過嚴密平差計算出各點的三維坐標。

實驗教學應與理論課相關內容的教學時間相匹配，這就要求授課教師對課程章節的授課時間有準確的把握，根據理論課進度安排各實驗時間，并與實驗室和學生進行溝通，確保實驗按時順利進行。

為給每個學生動手練習的機會，提高整體的教學效果，實驗任務下放至個人。如儀器認識的實驗要求每人單獨操作1次;測量方法的實驗要求每人觀測1測回（測站）、記錄1測站、豎立觀測標志（棱鏡或標尺）2測站。

（四）成績評定

測量實驗均以小組為單位進行，實驗場地較為分散，為給每一個學生進行精確考核，實驗成績的評定以平時成績（出勤和報告）和考試成績構成。考試參照實驗技能競賽的評分方法進行，以提升學生的操作技能，保證實驗教學的效果。

三、實習教學

（一）實習教材

實習教材即實習指導書，是開展實習教學的第一手資料。在實習教材中對實習的目的、內容、進度、地點、任務、紀律、所需儀器設備、作業程序、技術要求以及應提交的實習成果、考核內容、參考資料等進行詳細說明。在學校實習基地進行實習時，應每年對已知數據進行一定的坐標變換，并對分區進行調整。在校外實習基地進行實習時，應使測區的介紹與實地相一致，所以實習教材應每年進行更新，以自編為主。

（二）實習內容

數字地形測量學實習的內容包括儀器的檢驗與校正、圖根控制網的布設、圖根控制測量的外業觀測和內業計算、地形圖測繪、地形圖檢查與驗收、撰寫技術總結報告等。

實習中使用的方法與儀器設備應盡量與生產實際相吻合。考慮到圖紙測圖雖然效率低下，脫離現代數字測圖技術，脫離生產實際，但能夠凸顯地形測圖的每個環節，通過詳細的操作步驟有利于學生對測量知識的理解和鞏固，因此地形圖測繪部分以全站儀數據采集、電腦成圖為主，圖紙測圖仍需完成不少于30cm×30cm的范圍。

（三）實習組織

由于數字地形測量學課時數較多，理論教學與實習教學不在一個學期，因此在理論課程結束后，應向學生布置實習任務，并要求在實習的第一天以小組為單位進行實習講解，以督促學生利用假期將理論知識和實驗內容進行系統梳理，對實習建立初步的框架。

實習第一天，所有實習小組講解完畢，教師進行實習的綜合講解。講解時，除實習內容外還應將之前學生實習時出現的問題向學生進行介紹，以提示他們不要再犯相同的錯誤。

為保證教學任務的順利展開和對學生實習進行考核，學校在大學城校區建立了約1Km2的數字地形測量實習基地。基地內有排列整齊的建筑物（教學樓、實驗樓、辦公樓等），也有自然地物（湖泊、山頭等），能夠滿足數字地形測量實習的要求。

為保證每位學生都能積極參加實習，從實習中獲益，要求小組內分配任務時，不能將工作固定人選，而應使所有學生都有機會參與實習的每個任務。

實習中，建立過程跟蹤及監督機制，以及時跟蹤學生在整個實習過程中的表現，督促與監督表現欠佳的學生，嚴格要求學生按照有關測量規范的要求進行實習及成果質量控制。

（四）實習成績評定

個人實習成績由小組考核成績（占20%）、個人考核成績（占60%）和實習報告成績（占20%）構成。

小組主要考核實習質量：外業觀測記錄手簿是否規范、導線測量及水準測量精度、地形圖精度等。個人考核包括計算考核（水準測量和導線測量平差計算等）、儀器操作考核（水準儀測量、水平角測量等）、地形圖繪制考核以及當面提問。實習報告主要考察報告的完整性、規范性。

四、結語

本文對數字地形測量學的三個教學環節的全過程進行了系統構建，并在實際教學中使用。從學生參加實驗技能競賽獲獎情況、后續課程教師反映及學生評教情況看，數字地形測量學課程全過程教學體系可有效提高教學效果。

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[責任編輯：鐘 嵐]