應用型本科院校大地測量學基礎課程教學改革探索

禹信，付紅云，張明媚

（山西能源學院，山西晉中 030600）

大地測量學基礎是測繪工程專業的一門主干課程[1]，課程內容包含大量的數學推導，公式繁多、概念抽象且理論性較強[2]，實踐內容有大地測量數據采集技術的應用和經典算法編程實現的技能進階。把握好理論教學內容的深度、實踐課程的難度，對課程內容進行優化設置、多種教學方法混合使用，是適應應用型本科院校定位、培養實踐能力過硬畢業生的必要舉措。

1 教學與實踐中存在的問題

大地測量學基礎設有理論講授、課內實訓、集中實習三大教學環節。在應用型本科測繪工程專業開展該課程的過程中，出現了一些問題。

第一，相似的名詞術語多，學生難于理解和記憶。作為學科基礎課，大地測量學基礎課程中有較多的基礎概念，如旋轉橢球、地球橢球、參考橢球、參心橢球、地心橢球、水準橢球、正常橢球，這些術語名字類似，存在一定的聯系又有本質不同。學生往往難以理解和區分這些概念的內涵。

第二，公式多，課上推導易分散學生注意力。課程中有諸多公式（集中于橢球面、高斯平面上相關計算章節）[2]，需使用基本公式進行嚴密推導，以得出更多表征復雜關系的式子。推導過程中需用到級數展開、近似代入、求導數、求積分、迭代計算等。課上推導公式花費時間較多，降低了學生的學習興趣。

第三，學生總體編程能力弱，難以開展編程相關課內實踐。大多數高校在本課程課內實訓中開設了經典算法的程序編制[2]。然而，應用型本科學生的編程能力總體偏弱，能夠獨立完成編程內容的學生較少，課內開展編程實踐受到學時數的制約，導致實際教學難于推進，學生上交的成果雷同性高。

第四，文字版實訓指導書吸引力弱，教師實操演示效果不佳。對當下接觸過多電子產品的大學生而言，紙質指導書吸引力低，學生很難自主預習。另一方面，教師課上演示儀器時，后排學生易被前排學生遮擋，難以保證所有學生獲取全面的儀器操作知識。

2 針對應用型本科學生的教學改革措施

大地測量學基礎兼具基礎性與專業性、理論性與實踐性，針對應用型測繪工程本科學生，提出以下改革措施。

2.1 降低理論教學深度，設置適合應用型本科的內容

課程通常設置56 個學時，其中理論教學44 學時。在符合培養目標的前提下，降低理論教學內容的難度、增大工程應用實例的內容，是本次教學改革的重點。

第一，將分散于多個章節中的坐標框架相關知識匯總，進行統一講解。本課程關于坐標系的內容在基礎知識章節、高斯平面相關計算章節、坐標系轉換章節以及先修課程中均有講解。將天球坐標系、地球坐標系（天文、大地）、高斯平面直角坐標系匯總后對比講授，能夠加強學生對各種坐標系之間關系的理解。

第二，降低重力場知識難度。重力場是高程基準定義的基礎，是必不可少的授課內容。然而，此章節包括較多的抽象概念和復雜公式，又在課程前期進行講授，導致學生對本章節、甚至本課程的學習興趣下降。改革重點是弱化重力場相關公式推導，重點講授力（引力、離心力、重力）、位（引力位、離心力位、重力位、正常重力位）、位與力的關系，以不降低學生興趣為前提。

第三，加入工程控制網建網方法內容。傳統講授控制網建立內容時，重點是以經典大地測量和衛星定位技術分別構建國家大地控制網的方法。加入工程控制網建設方案，可拓寬學生思路，更貼合絕大多數工程建設中大地測量技術的實際應用。

此外，舍去不必要的復雜公式推導，對比講授相似概念，弱化平差原理等都是降低課程難度的措施；加入常用平差軟件使用的內容，契合實際工程需要、用人單位的用工需求。優化后的理論教學內容如表1 所示。

表1 應用型本科大地測量學基礎理論教學內容設置[3]

2.2 技術實踐與編程實踐分散到不同實踐教學環節中

實習環節是應用型本科實踐教學的重要組成部分，是培養學生創新能力、動手能力和解決工程實際問題能力的重要環節[4]。本課程的實踐內容分測量技術實踐和機房編程實踐兩類，前者注重儀器操作的動手能力培養，后者注重培養學生的編程能力。縱觀培養方案，課程相關的實踐教學環節有：課內實踐、大地測量學基礎與GNSS 應用實習（簡稱“周實習”）、大地測量學基礎課程設計（簡稱“周設計”）[5]、測繪程序設計實驗。將不同類型的實踐內容分配到不同教學環節中，是改革的重點。

第一，課內實訓以技術實踐為主，編程實踐不作為課內實踐項目。對于編程能力較弱的應用型本科學生，開展測繪程序編制教學需加入編程基礎知識的培訓，課內實踐學時數明顯不足。將編程實踐融入集中實踐環節中，是解決此問題的關鍵。

第二，測繪程序設計實驗以角度轉換、矩陣運算等算例開頭，強化編程基礎，此后進行經典算法的編程實踐。這是提高學生編程能力、加深理論知識理解的有效途徑。

第三，大地測量學基礎課程設計以某中、大型項目的控制網設計實例為內容，用到鄰帶換算、坐標系轉換等知識時，可要求學生進行編程處理。

第四，大地測量周實習以精密大地測量技術的工程控制網布測為主要內容，涵蓋控制網設計、外業觀測到內業處理全部內容。表2 是對實踐教學內容及相應教學環節的改革設置。

表2 課程實踐內容優化設置[2]

2.3 結合課程特點，設計課程思政融入點

大地測量學基礎是一門蓬勃發展的課程[6]，有理論教學，有需團隊合作的實踐教學。表3 為課程思政融入點及思政內容，將其融入到專業知識的講解過程中，能夠實現思政育人[7]，對于實現高校立德樹人的教育目標具有十分重要的意義[8]。

表3 課程思政融入點與思政教育內容設置[9]

2.4 多種教學方法融合，合理利用網絡教學平臺

板書、多媒體相結合的教師講授法、提問式教學法，能夠調動學生積極性，提高課堂教學質量[10]。在“雙線教學”并存、交融的新時代[11]背景下，混合式教學能有效地將傳統教學和線上教學的優勢結合，對提高學生的學習積極性大有助益[12]。引入工程實例、翻轉課堂、微課、實踐課程線上教學等方法，能夠有效增強課程趣味性，調動學生的學習主動性。

第一，引入工程實例，豐富教學內容。實例教學的重點和難點在于備課，教師宜具有“雙師”背景，能夠梳理工程實例的知識點，能去除干擾信息，抓住問題的本質，能夠提供多種解決方案并將其“步驟化”，便于學生梳理出邏輯關系。

第二，使用翻轉課堂培養學生的自學能力和溝通能力。翻轉課堂以任務的形式，要求學生通過自學獲得新知識，并能夠組織語言，使用多種工具將所思所想進行精準地表達，是培養溝通能力的重要手段，是強調“以學生為本”教育理念[13]的有效措施。在實施過程中，教師應提前布置任務（如新型空間大地測量新技術），為學生指出學習思路和學習途徑，在其進行課堂匯報時，教師在指出其不足和錯誤的同時，還應給予學生必要的肯定與鼓勵。

第三，將相似概念匯總，錄制微課。微課的教學時間短、內容少而精，適用于本課程眾多相似名詞的類比教學。將多個相似或相關概念組織起來，制成包括文字、圖片、音頻的小視頻，有利于學生區分概念、增強理解與記憶。

第四，錄制課內實踐視頻，進行線上模擬實踐教學。疫情等特殊時期可能導致實踐課不能及時開展，但環環相扣的教學內容又不能缺少實踐環節。此時，提前錄制的實踐視頻搭配模擬數據，是進行線上實踐的途徑之一。實踐教學視頻加入了儀器操作特寫鏡頭，能夠幫助學生在預習、復習時全面掌握實習的全部流程。

第五，合理利用網絡平臺管理課程并組織線上教學。輔助教學平臺提供了考勤、發布資料、隨堂練習、主題討論、錄播、直播等實用功能，為線下教學提供了便捷，也為線上教學提供了平臺支持。直播授課、錄播教學、語音教學及文字教學的四種線上教學模式中[14]，效果最佳的線上教學方式是直播與錄播混搭教學，即教師上課時使用直播的方式進行內容講解與師生互動，同時進行屏幕錄制，再將上課視頻放于網絡平臺，供學生多次學習。

3 結語

針對應用型本科院校學生，以厚基礎、重實踐為宗旨，在理論教學中采取降低理論難度、相關內容整合、調整授課先后順序、加入工程實例、注重軟件培養等措施；在實踐教學中，將數據采集技術的實踐內容融入課內實踐和周實習，編程實踐放于課程設計等教學環節；結合課程性質，挖掘諸多思政融入點；采用實例教學、翻轉課堂、微課教學、實踐視頻指導等多種教學方法，同時應發揮網絡教學平臺的管理優勢與線上教學的組織優勢。