新時代測繪工程專業攝影測量學課程實踐教學模式改革研究

張卡，盛業華，韋玉春，孫劍，王俊淑

摘? 要：攝影測量學是高校測繪工程專業的一門專業主干課程，具有理論公式多、理解不直觀等特點。如何有效激發學生的主動學習興趣與創新思維，并提高學生的實踐應用能力。這是新時代攝影測量學課程實踐教學改革中必須認真思考解決的問題。文章以原理驗證與實際應用的有效結合為教學出發點，通過對攝影學課程現有實踐環節的教學內容和教學方式進行重新設計、拓展和完善，探索了具有啟發性和應用性的實踐教學模式，以期達到提高學生實踐應用能力的教學目的。

關鍵詞：攝影測量學課程;實踐教學;教學模式;測繪工程專業

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）30-0121-06

Abstract： Photogrammetry is one of main courses for the major of surveying and mapping engineering in high academy， and it has such characteristics as lots of theoretical formulas and unintuitive comprehension. How to effectively stimulate students' learning interest and innovative thought， and improve their practical application ability. This is a problem that must be carefully considered and solved in the reform of practical teaching of photogrammetry course in the new era. To achieve the teaching purpose of improving students' practical application ability， the paper takes the effective combination of principle verification and practical application as the starting point of teaching， and explores an inspiring and applicable practical teaching mode through the redesign， expansion and improvement of the teaching contents and methods of existing practical procedure in photogrammetry course.

Keywords： photogrammetry course; practical teaching; teaching method; the major of surveying and mapping engineering

攝影測量是研究影像測繪理論、方法及應用的一門工藝、科學與技術，已成為目前地理空間信息采集與更新的主要技術方法之一[1-2]。隨著攝影測量技術的發展和應用的需要，我國的許多高等院校相繼開設了攝影測量學課程[3-8]。該課程不僅是測繪工程專業的一門學科基礎課程，也是地理信息科學、遙感科學、自然資源管理等非測繪專業的一門重要專業選修課，在培養學生掌握影像解析的基本理論和必要的運算技能，以及利用數字攝影測量技術實現地物目標的定位和地理信息的采集等方面起到了重要的作用。

攝影測量學又是一門理論抽象不直觀、公式復雜不易懂的課程，單純采用課堂理論講授的教學形式，很難使學生對如何應用攝影測量理論去解決實際問題有充分的感性認識。所以，攝影測量學課程都有相應的實踐教學環節設置[9-12]。然而，現有實踐教學環節的內容和模式比較單一，主要是以某一種商業化的數字攝影測量軟件（如VirtuoZo、JX-4、GeowayDPS、MapMatrix等）的應用操作為基本內容，而忽視攝影測量基本原理的編程實踐與實際應用。另外，商業化數字攝影測量軟件面向的是生產應用，并非是為攝影測量學課程的實踐教學而開發。學生即使掌握了軟件的各種菜單功能及其操作流程，仍難以對攝影測量的基本理論及其實際應用過程有一個整體性和系統性的認識，也無法將課堂所學的理論知識與軟件功能背后的算法原理進行融會貫通，自然無法達到“知其然，亦知其所以然”的教學效果。

隨著傳感器與信息科學、計算機科學、數字圖像處理與模式識別等學科的新技術與新方法被引入到攝影測量學科中來，攝影測量已越來越具有多學科、多技術交叉的色彩[13]。在新時代中國特色社會主義建設穩步推進的大背景下，攝影測量技術的不斷發展對測繪地理信息人才的培養也提出了更高的要求，不僅理論基礎要扎實，實踐創新應用能力也應突出。如何培養學生運用攝影測量的基礎理論來解決實際問題中實踐應用能力，并有效激發學生的主動學習興趣與創新思維。這是新時代攝影測量學課程實踐教學中值得認真思考與研究的問題。

因此，針對攝影測量學課程現有實踐教學環節存在的“重軟件技能操作，輕技術方法實現，難以有效提升學生實踐應用能力”等問題，文章以原理驗證與實際應用的有效結合為教學出發點，通過對攝影學課程現有實踐教學環節的教學內容和教學方式進行重新設計、拓展和完善，探索具有啟發性和應用性的攝影測量課程實踐教學模式改革方案，以期提高現有攝影測量學課程實踐教學環節的教學質量，增強學生的分析問題和解決問題能力、編程開發與實踐應用能力，這對培養適應新時代國家重大戰略需求的全面發展的高質量復合型人才具有重要的實際意義。

一、研究方法

文章關于攝影測量學實踐教學模式的研究，主要面向以下兩個問題：如何拓展攝影測量學課程的實踐教學內容？如何提升學生的實踐應用能力？對于問題一，文章對現有攝影測量實踐教學內容進行完善，形成了“空天地”一體化的攝影測量實踐教學內容體系。對于問題二，文章強化了理論學習與應用開發相結合的攝影測量實踐教學形式，在“室內外”相結合的多樣化攝影測量實踐教學過程中，提高學生的實踐創新能力。

（一）構建“空天地”一體化的攝影測量實踐教學內容體系

隨著無人機、新型傳感器、圖像處理等技術的發展，攝影測量也從傳統單一的豎直下視航空攝影模式發展為無人機/有人機傾斜航空攝影、航天衛星、地面多傳感器集成的陸基移動測量等多種平臺并行的“空天地”一體化攝影測量模式。為了應對新時代背景下攝影測量的發展趨勢，文章對攝影測量實踐教學內容體系進行了拓展和完善，在保持傳統航空攝影測量實踐內容的基礎上，增加了智能手機攝影測量、地面車載移動攝影測量、無人機攝影測量、航天衛星攝影測量等新型傳感器攝影測量的實踐內容，并將所有實踐內容按類型分為：傳統下視航空影像的4D產品制作、攝影測量基礎理論的編程驗證與新型攝影平臺影像的應用實踐這三個模塊，從而形成包含地面/航空/航天等多源攝影平臺的“空天地”一體化的新型攝影測量實踐教學內容體系（如圖1所示），具體實踐教學內容及其學時安排見表1。

（二）發展理論學習與應用開發相結合的攝影測量實踐教學形式

為了有效激發學生在攝影測量學課程實踐教學環節中的主動學習興趣與創新思維，并提高他們的實際動手能力，在常規攝影測量軟件操作的實踐教學形式基礎上，作者發展了理論學習與應用開發相結合的實踐教學形式，著重強化攝影測量相關理論內容的編程應用。在分發實際應用的影像數據及其對應的地理信息產品作為實驗數據的前提下，讓學生對所學的相關理論知識點進行編程實現，使學生加深理解課堂所學攝影測量原理的實際實現過程與應用效果，達到理論與實踐相結合的教學目的。在此實踐教學形式下，學生們不僅要對課堂所學理論知識進行有效掌握和認真復習，而且要根據自己所掌握的一門編程語言對所學理論算法進行程序設計與實現。在理論知識的編程實現過程中，涉及到文本文件的讀取、像點像平面坐標的計算、相對定向誤差方程系數陣和常數項矩陣的設置與賦值、矩陣求逆、誤差方程最小二乘解算等諸多理論知識，這大大強化了學生們的實踐練習強度，可有效提高他們的實踐編程與解決實際問題的能力。

另外，針對“空天地”一體化的攝影測量實踐教學內容體系，作者也對傳統的實驗室室內實踐教學過程（圖2a）進行拓展，在原有航空攝影測量內業軟件處理實踐的基礎上，將課堂編程實踐作品展示匯報（圖2b），室外的新型移動攝影測量設備操作（圖2c）、像控點選擇與測量（圖2d）、像片調繪（圖2e）等外業工作都加入到實踐教學過程。從而在“室內外”相結合的多樣化實踐教學過程中，逐步吸引學生們的學習興趣，增強他們的學習獲得感，也可進一步提高學生們內外業一體化作業的實踐能力。

二、研究成效

自2016年起，作者在所負責測繪工程專業的攝影測量學課程教學中，逐步推進文章的實踐教學模式改革。經過針對性的編程實踐作業訓練，學生不僅進一步夯實了對攝影測量基本原理的理解和掌握，還強化了他們的程序編寫實踐能力。而且，面向智能手機、無人機、移動測量車等新型攝影測量平臺的操作與數據處理方面的實踐教學形式，豐富了攝影測量學實踐教學的內容和形式，可充分調動學生的主觀能動性，激發他們的自發學習興趣，有效提高他們應用理論所學知識解決實際問題的實踐應用與創新能力。

在此教學模式下，學生們的實踐應用能力明顯得到增強。圖3展示了近4屆部分同學的編程實踐作業成果，從中可見，學生們所編寫的程序逐漸由控制臺程序（有相應的編程必修課支持）轉變為帶有界面的窗體化交互式程序（需要自學相應的面向對象編程語言）。這也說明隨著實踐教學模式的變化，同學們的學習積極性有了較大的提高。另外，該課程中實踐能力較強的學生也積極主動參加全國高校大學生測繪技能大賽、大學生實踐創新訓練項目等實踐創新活動，并獲得了不錯的成績。圖4展示了學生們的部分優秀實踐創新成果。

另外，為了適應新時代信息化條件下知識獲取方式和傳授方式的革命性變化需求，在線開放課程、虛擬仿真實驗教學項目、線上線下混合課程等新型的教學形式越來越受到重視。如何更好地突出“學生中心、產出導向、持續改進”的教學原則，強化“以能力為先”的人才培養理念？作者也在教學實踐過程中做了一些初步工作和思考。例如，文章第一、第二作者作為負責人參與建設的歐盟Erasmus+國際合作項目在線課程“3D City Modeling”，已上線運行（https：//geos4s.moodlecloud.com/course/view.php？id=10#section-0），可供學生自由下載學習，具有全國性推廣應用價值。而且，作者就面向城市空間地理信息快速采集的航空遙感攝影測量這一主題，在積極推進相應的虛擬仿真實驗教學軟件的開發。相信在不久的將來，這一虛擬仿真實驗教學軟件可以作為作者所負責的攝影測量學課程實踐教學環節的重要補充內容，從而進一步豐富攝影測量課程的實踐教學形式。

三、結束語

面向新時代攝影測量學課程實踐教學模式改革的發展需求，文章從如何拓展攝影測量學課程的實踐教學內容、如何提升學生的實踐應用與創新能力這兩個方面，對現有攝影測量實踐教學內容進行擴充完善，構建了“空天地”一體化的攝影測量課程實踐教學內容體系;并進一步強化理論學習與應用開發相結合、“室內外教學過程”相結合的實踐教學形式，從而構建了具有啟發性和應用性的攝影測量學課程實踐教學模式，以期在多樣化攝影測量實踐教學過程中，提高學生的實踐創新與應用能力。經過近幾年的教學實踐，在學生學習興趣增強、創新應用能力提高等方面取得了積極的教學效果。當然，文章的研究還存在一些不足，作者將在以后的教學過程中，進一步深化攝影測量學課程實踐教學模式改革的力度和形式，助力作者所在高校的實踐教學質量和水平提升。

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