大數(shù)據(jù)背景下GIS專業(yè)《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(shù)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(yè)（地理信息科學專業(yè)）開設(shè)的專業(yè)主干必修課，大數(shù)據(jù)背景下的《攝影測量學》課程的教學現(xiàn)狀不容樂觀，需要引入大數(shù)據(jù)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(yè)《攝影測量學》課程的教學方法。論文提出了一種四層架構(gòu)法的教學模式，同時配合多種教學方法，旨在提升GIS專業(yè)《攝影測量學》的教學效果。

1 《攝影測量學》課程的主要內(nèi)容及教學困難

《攝影測量學》課程的主要內(nèi)容一般包括概述、攝影與空中攝影知識、航攝像片的基本數(shù)學關(guān)系、立體量測和立體測圖基礎(chǔ)、攝影測量解析基礎(chǔ)、空中三角測量、數(shù)字地面模型及其應用、數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)等。《攝影測量學》課程涉及的專業(yè)基本概念多，貫穿整個課程的公式推導較多，對學生的數(shù)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(shù)學、線性代數(shù)、測量平差、GPS原理等多個學科的知識，尤其是高等數(shù)學中的微積分、泰勒級數(shù)展開式、線性代數(shù)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(guān)課程的知識點串聯(lián)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(jīng)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(fā)學生的空間思維，理解空中坐標三維變換等課程內(nèi)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(jié)教學中的經(jīng)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(gòu)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(gòu)法教學模式

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

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

2.2 基于四層架構(gòu)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(gòu)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(nèi)容框架，最后是具體課程內(nèi)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(nèi)容為航攝像片的內(nèi)、外方位元素，中心投影的構(gòu)像方程—共線條件方程，航攝像片的三大定向（內(nèi)定向、相對定向、絕對定向），以及數(shù)字影像匹配原理等。《攝影測量學》課程的難點內(nèi)容是解析攝影測量基礎(chǔ)，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(shù)學模型解算等。這些內(nèi)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(guān)內(nèi)容，使學習帶有目的性。首先將所有章節(jié)按內(nèi)容分為四部分，一般可分為緒論、基礎(chǔ)知識、應用、熱點前沿等，這四部分構(gòu)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(gòu)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(gòu)圖一般在課程講授中期或結(jié)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(nèi)容，思路比較清楚。

2.2.3 具體課程內(nèi)容教學

（1）知識框架的建立。《攝影測量學》課程的四層知識架構(gòu)中體層為教材，面層為章的內(nèi)容歸整，線層為節(jié)的內(nèi)容串接，點層為各節(jié)的重點內(nèi)容。《攝影測量學》課程的從體到點的四層知識架構(gòu)如圖1所示。

圖1：《攝影測量學》課程的四層架構(gòu)圖

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

①專業(yè)課程內(nèi)容的通俗化表達。專業(yè)課程內(nèi)容是用專業(yè)化的規(guī)范語言表述的，有時未免難懂難記，使學生望而生畏，產(chǎn)生厭學情緒。如果對于專業(yè)課程內(nèi)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(nèi)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(guān)這部分內(nèi)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(jié)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(jié)合。比如，在《攝影測量學》課程上機有關(guān)Virtuo-Zo教育版3.7.5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)內(nèi)容時，內(nèi)定向中的像機文件需要設(shè)置有關(guān)主點偏移、焦距、框標坐標等參數(shù)，內(nèi)定向?qū)嶋H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(shè)置這些參數(shù)的原因、鼠標點擊影像上8個框標中心點的目的、內(nèi)定向的數(shù)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(yōu)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(xù)努力，學得更出色；另一方面可以激發(fā)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(nèi)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(diào)知識點；課程結(jié)課前，則需要將一個個的碎片化知識點，串連成線，由線構(gòu)面，面再構(gòu)建成體，形成一個充實的課程知識框架。框架知識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(huán)節(jié)，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(chuàng)新思維的激發(fā)。激發(fā)學生的創(chuàng)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(guān)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(guān)數(shù)學模型的推導解算，學生不懼怕公式推導，能將高等數(shù)學中的相關(guān)知識應用于專業(yè)課程，并獨立推導公式解算，其實這也是學生的一種創(chuàng)新思維。為了激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，可以給學生介紹一些國內(nèi)有名的科技核心期刊，供學生課外學習和拓寬視野。

3 結(jié)論

大數(shù)據(jù)時代，GIS專業(yè)《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(gòu)法，并配合多樣化方式的《攝影測量學》課程的教學方法，經(jīng)過實踐，取得了較好的教學效果，對廣大同仁在GIS專業(yè)《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(shù)據(jù)場景下的教學要求。