新技術背景下的《攝影測量學》課程教學改革探討

丁瓊，魏德宏，余俊鵬

（1.廣東工業大學 土木與交通工程學院 測繪工程系，廣東 廣州 510006）

經濟發展，測繪先行。隨著計算機技術、空間技術和信息技術的飛速發展，無人機、POS、LiDAR、人工智能等新技術在測繪領域的應用不斷推廣，測繪在國家經濟發展過程中的作用日益凸顯。在這種形勢下，《攝影測量學》作為測繪工程專業的核心課程，如何使這門課程的教學實踐與高新技術緊密結合，進一步提高學生的就業競爭力，使人才培養更具實踐性和針對性，實現與用人單位的良好對接，是值得攝影測量教育工作者關注的問題。

《攝影測量學》是測繪工程專業的主干課程，是利用飛機等平臺獲取的相片研究被攝物體形狀、位置、大小、特性及其相互位置關系的學科[1]。通過該課程的學習，使學生了解攝影測量新技術，掌握基于航攝影像生成測繪產品的基本思想與過程以及攝影測量內業實操能力。該課程具有原理復雜、內容抽象、公式推導較多、覆蓋范圍廣等特點，對學生的基礎數學知識、空間思維能力等提出了較高要求。目前，《攝影測量學》課程存在的主要問題包括：①基本理論原理復雜、抽象，需要高等數學、線性代數、測量平差等多方面知識的鋪墊，對學生的數學基礎能力要求較高，并將直接影響該課程的學習效果；②目前實驗室主要采用的實驗軟件為適普公司提供的傳統航測軟件，實驗過程多以軟件提供的示例數據來掌握數據的處理和操作，對于利用POS數據的直接定位技術、高精度表面模型以及正射影像生成等技術沒有直接的體現，且無法和目前普遍使用的無人機數據對接，這種固定的操作模式難以使學生增加感性認識，且缺少對航測內外業全流程的體驗，不利于培養學生的創新能力；③測繪行業數據生產手段已由傳統的地面測量逐步過渡到攝影測量，尤其是以無人機為航測平臺完成生產任務的作業方式已逐漸成為主流，而教學實踐環節缺少真實航飛訓練模塊，與社會實踐脫節。因此，開展《攝影測量學》課程建設和實踐改革十分重要。本文結合廣東工業大學測繪工程系《攝影測量學》課程的教學情況，探討了《攝影測量學》課程教學改革的新途徑。

1 研究現狀

攝影測量作為現代測繪技術體系的重要分支，是一門在多學科基礎上發展起來的新學科、新技術。目前，已有不少學者對該課程的教學改革進行了研究，主要可分為兩類：

1）針對教學內容的改革。從教學中的“教”與“學”兩個大方向出發，改進教學方法、授課手段，提高教學內容的連貫性和時效性，同時激發學生在學習過程中的主動積極性。袁修孝[2]在攝影測量課程教學改革中提出了問題教學法，分別從教學方案、教學效果和教學體會3個方面進行了實踐和分析，調動了學生的積極主動性，激發了學生的創新思維，提高了學生運用所學知識解決實際問題的能力。這些改革思路都以課程特點為切入點，從課程本身的角度尋找出現的問題，并提出了解決思路。卞玉霞[3]等在教學改革中引入了傾斜攝影測量和計算機視覺領域的相關知識，提升了課程內容與新技術的融合程度。

2）針對教學方式的改革。在互聯網時代，知識獲取途徑豐富，課堂講授和學生課后自主學習具有同等的重要性。在教學方式上，變灌輸式教學為啟發式教學，引導學生自主學習，根據培養特色進行實踐教學。徐辛超[4]等在教學模式上引入了OBE教育模式，以學習結果為導向，優化課程實踐教學。葉欣[5]等提出啟發式教學和三維動畫教學的概念，將抽象變為形象，使學生能更加直觀地理解三維空間中的相關概念。尤號田[6]試圖將無人機航測技術融入到《攝影測量學》的教學和實踐中。

隨著低空無人機、機載POS、激光雷達等高新技術在攝影測量領域的出現和逐漸推廣，如何使《攝影測量學》這門專業核心課程的教學體系與高新技術背景下的時代特征相適應，從而滿足社會對具備創新和應用能力的攝影測量人才的需求，是值得攝影測量教育工作者關注的問題。

綜上所述，本文結合廣東工業大學《攝影測量學》課程特點以及當前攝影測量領域的先進技術，首先從課程內容建設方面進行深入改革，根據該專業培養特色和技術的發展，引入深度學習的概念，利用該技術的內容識別能力，強化攝影測量輸出結果；其次豐富教學手段，引入多種在線教學平臺，探討課堂教育與網絡教育相結合的混合教學模式；最后重點改進實踐教學環節，針對缺少無人機航攝外業實操環節的問題，開設無人機航攝演示和實操教學，改變原有純理論講授的教學模式，形成以創新和應用能力培養為主的思路，重點培養學生的計算思維、創新能力以及分析并解決問題的能力。

2 教學改革探討

《攝影測量學》是一門涵蓋內容廣泛的學科，不僅教學內容多而且極為抽象。針對課程特點，為確保課程建設和實踐改革的有效性，使這門專業核心課程的教學體系與高新技術背景下的時代特征相適應，改革內容主要包括：

1）優化教學內容和體系。調研《攝影測量學》各類教學資源，針對該專業學生的培養特色，梳理教學內容；明確主線，引入新技術的相關知識，優化課程教學體系，強調新技術與傳統技術的融合與異同。攝影測量的主要任務是為測繪領域提供各種地形圖和專題圖。深度學習作為一種新技術，近年來在無人機航測領域進行了廣泛研究。目前，深度學習最重要的應用是對攝影測量技術內業流程的部分環節進行優化，如改善特征描述和特征匹配[7]，以及基于神經元網絡的分類專題圖自動提取[1]等。適度引用深度學習等前沿高新技術的知識，可擴大學生的知識面并激發學習熱情和興趣。在具體教學改革細節上，一方面可通過增加授課學時，使內容增加而不影響授課進度；另一方面可通過增加最新科技前沿內容和相關文獻，擴充知識面。

2）豐富教學手段。隨著互聯網、慕課、雨課堂等新興網絡學習平臺的涌現，采取線下課堂教育與線上網絡教育相結合的混合教學模式是高校教學新的發展方向。本課程在教學過程中基于云課堂平臺開展包括課前、課中和課后的混合教學模式，加強師生互動、拓展學生視野、培養學生興趣。課前模塊利用云課堂發布學習任務，包括預習課件、國內其他高校相關優質課程資源、交流互動區等模塊。在線上平臺利用更豐富形象的多媒體手段來表達課程中抽象的內容，加深學生對抽象概念的理解。這種線上模式既能幫助學生拓展知識面，又可與老師互動交流，培養學生的學習興趣，使學生能隨時隨地移動學習。課中模塊包括課前測試、課堂講授、課堂討論和總結等環節，其中課前測試主要考察學生課前環節自學的效果和知識點掌握情況；課堂講授主要根據重點難點和學生掌握薄弱環節，對重要內容進行重點講解；課堂討論通過引入相關問題再次加深學生對知識點的理解；最后對整節課程進行回顧和整理。課后模塊主要包括課后作業和測試，用以對課前和課中模塊進行總結和鞏固。

3）改進教學實踐。《攝影測量學》是一門注重實踐的課程，包括實驗和實習兩個實踐環節。理論課程結束后，在為期一周的集中實踐環節，引入無人機這一主流航測平臺，從方案設計、外業實施、內業處理和產品制作等環節開展實踐。采用“探究式”教學方法，以學生為中心，通過查閱資料、自主設計，形成初步方案，教師幫助學生發現問題、分析問題、找出設計缺陷并完善設計方案。實踐教學部分，目前實驗室已購置行業級以及小飛機無人機多臺，并已開設無人機操作實訓和航飛培訓環節，讓學生能真正接觸到無人機實操環節，并能以小組為單位獨立完成攝影測量外業和內業處理的整個流程，以提高動手能力，訓練學生分析問題、解決問題和創新的能力，實現實踐教學和訓練的目標。改革前后實驗流程對比如圖1所示。

圖1 改革前后實驗流程圖

3 結語

隨著無人機、深度學習、人工智能的發展，攝影測量已逐漸成為測繪行業一種重要的數據采集方式，社會大眾對攝影測量人才的需求也越來越大。為了提升學生的創新和應用能力，在原有的《攝影測量學》教學的基礎上，引入深度學習、計算機視覺等相關知識，豐富《攝影測量學》的教學內容；在教學方式上采用課前、課中和課后相結合的混合教學模式，充分調動學生學習的積極性；在實踐教學環節，開設無人機航攝演示和實操環節，使該課程的教學實踐與高新技術時代特征相適應，滿足社會對具備創新能力適應社會發展的攝影測量人才的需求。