任務驅動教學改革研究與實踐
——以“攝影測量與遙感”課程為例＊

杜科林

（麗水職業技術學院建筑與設計學院，浙江 麗水 323000）

由于無人機攝影測量技術的不斷發展，當前測繪技術已經從傳統測量方式轉變為空、地協同的觀測方法，并且空對地觀測已逐漸成為行業主流的技術手段。“攝影測量與遙感”是一門通過遙感方式對地物進行不接觸獲得的數據進行記錄、量測和解譯，從而獲得地球地物自然屬性和人文屬性信息的科學和技術[1]。“攝影測量與遙感”作為高等職業教育工程測量技術專業的專業核心課程，與“數字地形測圖”“控制測量”“GPS 測量”等多門學科有緊密的聯系，是一門理論性、實踐性都很強的課程[2]。學生通過該專業課程的學習，能夠樹立無人機測量的基本意識，掌握使用數據處理軟件處理無人機數據的基本能力。但是，當前攝影測量主要講授中心投影、單張相片及立體像對、空中三角測量等理論方法，是一門概念相當抽象、邏輯及其嚴密而實踐環節相當多的課程，對空間變換思維有很高要求，傳統的教學體系無法滿足現代高速發展的工業化、信息化社會對高級應用型人才的需求[3]。

1 “攝影測量與遙感”課程教學現狀

目前，通過問卷調查顯示，“攝影測量與遙感”課程的教學主要存在以下幾點問題。

1.1 課程抽象

高職學生的數學和物理基礎較為薄弱，“攝影測量與遙感”課程設計到“高等數學”“空間變換”“物理”和“計算機”課程等方面的內容，學生難以理解諸如共線方程、內外方位元素、相對定向和絕對定向的基本概念以及空中三角測量、空間前方交會的基本原理等理論知識，學生普遍反映出課程學習較為困難[2]。目前，課堂教學一般是多媒體教學與板書相結合，尤其針對課程中三大定向等一系列的空間變化過程，更是顯得捉襟見肘，導致學生難以理解、想象。

1.2 學生實踐能力弱

學生的實踐能力弱，無法把理論知識和實際生產聯系起來。攝影測量理論知識豐富，但理論與實踐聯系不緊密，學生學習目標不明確。麗水職業技術學院建筑與設計學院“攝影測量與遙感”課程的教學形式主要為理論教學，而“攝影測量與遙感”作為工程測量專業的必修課程，大多數學生只了解該課程的重要性，但是他們并不理解學習此課程的必要性，以及學習這門課程可以用來做什么，應用到生產實踐中該怎么做。這主要是因為該課程目前在授課過程中理論與實踐聯系較少，幾乎沒有設計實踐環節，學生并不能深刻理解攝影測量的意義，因此也并不能理解攝影測量技術在生產實踐中的作用。

1.3 人才培養方案失衡

“攝影測量與遙感”課程理應開設在“數字地形測圖”“GNSS 測量”等相應專業課程的后期，在學生已經掌握了數字線劃圖、GPS 測量等相關原理及一定的實際操作能力之后，為進入到“攝影測量與遙感”課程的學習打下較好的基礎。但在課程教學中，為了與其他專業課程相協調，本課程僅安排56 個學時，其中包括38 個理論學時，18 個實踐學時，課程結束后學生普遍反映難以掌握相關的理論知識，實驗內容也不熟練。

1.4 考核方式一成不變，考核結果不夠真實

目前，“攝影測量與遙感”課程的考核成績是由60%的期末成績和40%的平時成績加權而成。期末成績是依據試卷卷面成績而定，大部分學生忙于應付，考前突擊也能考出高分，而對實際的原理卻掌握不牢，沒有專業知識的理論操作，無法體現學生實踐動手能力；平時成績是根據學生的到課率、課堂提問、課后作業等組成，由于課程本身教學內容繁多，教學時間少，課堂提問次數較少，課后作業也存在抄襲現象，導致平時成績也只是流于形式，甚至只反映老師對學生的個人印象，無法反映學生的真實表現。這種重結果輕過程的陳舊考核形式，導致學生平時學習動力不足，難以反映學生在整個教學過程中的綜合表現及真實能力。

2 面向職業能力進行工作任務分析的涵義

職業能力分析要求優先考慮本專業學生的就業方向覆蓋面，以行業發展中對職業能力的要求即就業崗位的工作要求為依據，確定職業實際工作對課程學習的具體能力要求和所需支撐的理論知識[4]。工作任務分析是指本課程所對應的工作崗位中實現生產作業所需要的具體的工作步驟分解過程[5]。

高等職業教育的主要特征是面向就業，將技術作為主要方向的能力和專業技術培訓作為主要目標的能力。必須根據行業發展形勢和就業崗位群工作要求，并依據相應的專業標準，制定適當的人才培養方案和課程教學設計[6]。

3 “攝影測量與遙感”教學改革實施與應用

3.1 教學體系的改革

無人機“攝影測量與遙感”課程作為技術應用課程，以使用無人機進行地面地理信息的數據采集、數據處理、生產測繪產品及應用為主要學習內容，適度學習相關理論支撐知識。為此，從本課程對應的相關職業崗位上的實際工作任務出發構建本課程的學習任務，將知識點和能力點包含在一個具體的系統任務內。

基于任務型課堂進行設計，一般而言，技術應用課程注重實踐操作能力的學習提升和項目流程的掌握。每一個模塊分為幾個子任務（具體）進行，每一個具體任務一般包括以下環節：情境創設—任務布置—小組討論—思路分享—方案制定—小組展示—評價總結。

設計思路：基于一個真實完整的無人機測繪項目，從數據采集到產品生成過程中的一系列工作任務來設計學習任務，學生在完成這些學習任務的過程中可以獲得本課程的學習效果，而無人機測繪相關的技術及理論知識則是穿插在整個的工作任務處理中，學生在工作流程中“邊做邊學，邊學邊做”。

3.2 教學改革的目標

“攝影測量與遙感”課程作為工程測量技術專業的一門專業必修課程，旨在培養學生傳統測量技術能力的同時培養學生無人機測繪新技術的應用能力，讓學生適應經濟社會發展多樣性需求，具備扎實的傳統測繪和無人機測繪專業知識和較強的實踐技能，為地方經濟和社會發展貢獻出自己的力量。

為了突出技術的實際應用，教學改革將采用實景模擬手段，通過對真實項目的模擬，讓學生全程參與到課程實踐當中，改變以課程全程理論教學的方法，通過實際的操作與數據處理幫助學生理解攝影測量學的基本原理及核心內容，領悟攝影測量學與普通攝影測量學、大地測量學的聯系與區別，提高學生的動手能力。

基于以上培養思想，需要培養學生具有以下的能力目標：①能夠生產各種比例尺的地形圖，建立數字地面模型，為各種地理信息系統和土地信息系統提供基礎數據等解決實際問題的能力；②能夠使用無人機進行資料收集、作業方案設計、外業飛行、內業數據處理、4D 測繪產品生產、產品質量檢查和成果驗收等一系列工作流程的課程綜合能力；③能夠將無人機測繪與傳統測繪聯系比較、能根據實際測繪區域進行飛行作業方案設計、能根據不同作業要求進行無人機外業飛行參數計算、能根據不同作業要求進行飛控軟件各項參數設置、能依據作業區域面積和不同的精度要求布設像控點、能進行外業采集數據的預處理、能熟練使用軟件進行內業數據處理、對三維模型數據進行后續生產4D 產品等8 點單項專業能力；④培養學生的團隊協作、認真細致、實事求是、勇于承擔等社會能力；⑤培養學生理論聯系實際、信息處理、實踐動手、語言文字表達等方面的能力。

以人才培養目標為基礎，構建具有明確實踐教學目的的實踐教學體系。

3.3 教學內容的改革

更新人才培養方案，將“攝影測量與遙感”在培養方案中的課程設置為“無人機攝影測量技術”。與此同時，把課程設置在“控制測量”及“GNSS 測量”等傳統測量課程之后的第四學期，與傳統測繪只是相輔相成。

課程教學內容改革以項目化實踐教學為基礎，進行深入的課程實踐教學研究。將教學實踐教學分為2大模塊，即課內實踐內容和課外實踐內容。課內實踐主要包括無人機數據處理軟件的應用；課外實踐主要包括無人機外業飛行操作、無人機航測數據采集等。合理的實踐內容可以降低課程難度，拓寬學生的知識面，提高學生學習的積極性。

課內外實踐教學內容的改革，是以產教融合為依托，根據無人機航測的實際生產項目的技術要求，逐步將實際生產中的制定航測計劃書、外業數據采集和內業數據處理3大模塊的內容分解成具體的操作任務，具體的操作任務即是教學任務，實際生產融于教學過程。通過小班化教學，將學生分為若干工作小組，每組4 人。

3.3.1 制定航測生產計劃書

給定每一小組航測測區任務。各小組選定任務測區后，分別進行實地踏勘、測區控制測量、無人機采集設備組裝、航測計劃等各項參數設置、外業數據采集等外業作業操作。與此同時，將傳統攝影測量中航向旁向重疊、航高、比例尺、內外方位元素等各項理論概念性知識融于上述實操過程當中，讓學生通過實際作業，實現“做中學、學中做”。

3.3.2 外業數據采集

教師在旁起到引導輔助的作用。指導學生如何進行像控點的選取，可采用像控布或者地面噴射L 字的形式，如何使用RTK 等儀器進行像控點數據采集。根據任務要求，設置航高、重疊度等各項參數，以至測區影像數據采集完成為止。

3.3.3 內業數據處理

內業數據采用目前行業中使用率較高的ContextCapure Center 軟件進行處理。此過程在機房內進行統一講解。通過實際航測項目生產過程的演示，將電腦集群、POS 數據解算、空三測量及空三分層問題的解決、刺點、模型修復等一系列內業數據處理操作貫穿其中。

3.4 教學形式的改革

項目化教學是設計一個完整且具有真實生產意義的無人機測繪項目，將學生進行分組，每組自己設計飛行方案、采集數據、處理數據，并最終做出具有實際生產意義的DOM、DLG、DRM、DEM 等4D 產品以及規定項目區域的三維模型。

改變以往攝影測量純理論授課形式。以4 課時為例，分為2 課時理論課和2 課時實訓課，理論課上講解基本原理及要點難點，實訓課上學生結合理論知識，組內討論飛行方案及航高、重疊度等各項參數設置。學生能夠通過實踐消化吸收新的知識，包括無人機飛行、數據處理等。各類教學場所學時分配表如表1所示。

表1 各類教學場所學時分配表

增加課程集中實訓周。在集中實訓周內，布置每一組測繪項目的總體設計，學生依據本組項目獨立完成一整套從設計方案到出4D 產品圖的實際生產流程。

與“1+X”證書制度相結合。將“X”證書即無人機職業技能等級證書考試內容融入到課程教學當中，將考試內容和教學內容有機結合，讓學生在課程學習的同時，可以進行無人機駕駛員合格證的考試。

與競賽制度相結合。全國大學生無人機測繪技能大賽主要賽項為無人機外業數據采集、塊拼圖的制作和4D 產品的快生產。“攝影測量與遙感”課程的教學實踐改革以課程實踐為基礎，將無人機測繪的制定航攝計劃、外業數據采集、內業數據處理等完整工作流程和比賽內容相融合，實現教學過程中的以賽促教、以賽促學。

3.5 考核方式的改革

采用多元考核方式，改變以往期末紙質考試成績和平時成績加權平均考核的方式。設置過程性考核和期末考核。每個小組需要在學期末獨立完成其任務測區的三維建模以及DEM、DOM、DLG、DRM 等傳統4D 產品的制作，作為項目成果進行檢查，對每一小組的期末產品進行考核評價，并將考核成績納入到總成績中。考核成績指標構成如表2 所示。

表2 考核成績指標構成

4 教學改革效果

歷經2 年教學驗證，“攝影測量與遙感”課程的教學改革取得了良好的效果，有效實現了產教融合、課證融通的教學方法。

首先，教學改革以來，畢業生頂崗實習從事無人機測繪工作人數逐年上升。2019 年頂崗實習畢業生總人數為63 人，從事無人機測繪工作人數為1 人；2020年頂崗實習畢業生總人數為59 人，從事無人機測繪人數為5 人；2021 年頂崗實習畢業生總人數為49 人，從事無人機測繪工作人數為18 人。通過對畢業生的調查問卷了解到，無人機攝影測量的教學改革與當前測繪行業發展的前沿較為契合，進入工作崗位就可以直接進行生產工作。

其次，“攝影測量與遙感”課程教學改革有效實現了課程融通教學。在教學過程中，將高職教育中“1+X”證書制度中的“X”證書即無人機職業技能等級證書考試內容融入到課程教學當中，學生學完課程可以直接考取無人機職業技能等級證書。無人機職業技能等級證書可直接衍生出無人機駕駛員合格證，實現一考多證。

課程教學改革有效實現了以賽促教、以賽促學，并且在競賽過程中有效展現了學生對本課程的學習積極性。2021 年全國無人機測繪技能大賽預報名人數達到了28 人，經過層層選拔確定2 人參加比賽，并取得了二等獎。

5 總結

“攝影測量與遙感”教學通過在教學體系、教學形式、教學內容和考核方式等方面的改革和在實際教學中的有效實施，教師和學生反饋效果良好。學生通過任務型驅動教學模式，既掌握了實際航測生產的專業能力，又深入理解了傳統攝影測量中的復雜理論知識，激發了學生的學習興趣和積極性，培養了團隊協作的職業精神，能夠將理論知識靈活運用到實踐中，基本形成使用無人機進行測繪的基本思想。