新时代测绘工程专业摄影测量学课程实践教学模式改革研究

张卡，盛业华，韦玉春，孙剑，王俊淑

摘  要：摄影测量学是高校测绘工程专业的一门专业主干课程，具有理论公式多、理解不直观等特点。如何有效激发学生的主动学习兴趣与创新思维，并提高学生的实践应用能力。这是新时代摄影测量学课程实践教学改革中必须认真思考解决的问题。文章以原理验证与实际应用的有效结合为教学出发点，通过对摄影学课程现有实践环节的教学内容和教学方式进行重新设计、拓展和完善，探索了具有启发性和应用性的实践教学模式，以期达到提高学生实践应用能力的教学目的。

关键词：摄影测量学课程;实践教学;教学模式;测绘工程专业

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：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

攝影测量是研究影像测绘理论、方法及应用的一门工艺、科学与技术，已成为目前地理空间信息采集与更新的主要技术方法之一[1-2]。随着摄影测量技术的发展和应用的需要，我国的许多高等院校相继开设了摄影测量学课程[3-8]。该课程不仅是测绘工程专业的一门学科基础课程，也是地理信息科学、遥感科学、自然资源管理等非测绘专业的一门重要专业选修课，在培养学生掌握影像解析的基本理论和必要的运算技能，以及利用数字摄影测量技术实现地物目标的定位和地理信息的采集等方面起到了重要的作用。

摄影测量学又是一门理论抽象不直观、公式复杂不易懂的课程，单纯采用课堂理论讲授的教学形式，很难使学生对如何应用摄影测量理论去解决实际问题有充分的感性认识。所以，摄影测量学课程都有相应的实践教学环节设置[9-12]。然而，现有实践教学环节的内容和模式比较单一，主要是以某一种商业化的数字摄影测量软件（如VirtuoZo、JX-4、GeowayDPS、MapMatrix等）的应用操作为基本内容，而忽视摄影测量基本原理的编程实践与实际应用。另外，商业化数字摄影测量软件面向的是生产应用，并非是为摄影测量学课程的实践教学而开发。学生即使掌握了软件的各种菜单功能及其操作流程，仍难以对摄影测量的基本理论及其实际应用过程有一个整体性和系统性的认识，也无法将课堂所学的理论知识与软件功能背后的算法原理进行融会贯通，自然无法达到“知其然，亦知其所以然”的教学效果。

随着传感器与信息科学、计算机科学、数字图像处理与模式识别等学科的新技术与新方法被引入到摄影测量学科中来，摄影测量已越来越具有多学科、多技术交叉的色彩[13]。在新时代中国特色社会主义建设稳步推进的大背景下，摄影测量技术的不断发展对测绘地理信息人才的培养也提出了更高的要求，不仅理论基础要扎实，实践创新应用能力也应突出。如何培养学生运用摄影测量的基础理论来解决实际问题中实践应用能力，并有效激发学生的主动学习兴趣与创新思维。这是新时代摄影测量学课程实践教学中值得认真思考与研究的问题。

因此，针对摄影测量学课程现有实践教学环节存在的“重软件技能操作，轻技术方法实现，难以有效提升学生实践应用能力”等问题，文章以原理验证与实际应用的有效结合为教学出发点，通过对摄影学课程现有实践教学环节的教学内容和教学方式进行重新设计、拓展和完善，探索具有启发性和应用性的摄影测量课程实践教学模式改革方案，以期提高现有摄影测量学课程实践教学环节的教学质量，增强学生的分析问题和解决问题能力、编程开发与实践应用能力，这对培养适应新时代国家重大战略需求的全面发展的高质量复合型人才具有重要的实际意义。

一、研究方法

文章关于摄影测量学实践教学模式的研究，主要面向以下两个问题：如何拓展摄影测量学课程的实践教学内容？如何提升学生的实践应用能力？对于问题一，文章对现有摄影测量实践教学内容进行完善，形成了“空天地”一体化的摄影测量实践教学内容体系。对于问题二，文章强化了理论学习与应用开发相结合的摄影测量实践教学形式，在“室内外”相结合的多样化摄影测量实践教学过程中，提高学生的实践创新能力。

（一）构建“空天地”一体化的摄影测量实践教学内容体系

随着无人机、新型传感器、图像处理等技术的发展，摄影测量也从传统单一的竖直下视航空摄影模式发展为无人机/有人机倾斜航空摄影、航天卫星、地面多传感器集成的陆基移动测量等多种平台并行的“空天地”一体化摄影测量模式。为了应对新时代背景下摄影测量的发展趋势，文章对摄影测量实践教学内容体系进行了拓展和完善，在保持传统航空摄影测量实践内容的基础上，增加了智能手机摄影测量、地面车载移动摄影测量、无人机摄影测量、航天卫星摄影测量等新型传感器摄影测量的实践内容，并将所有实践内容按类型分为：传统下视航空影像的4D产品制作、摄影测量基础理论的编程验证与新型摄影平台影像的应用实践这三个模块，从而形成包含地面/航空/航天等多源摄影平台的“空天地”一体化的新型摄影测量实践教学内容体系（如图1所示），具体实践教学内容及其学时安排见表1。

（二）发展理论学习与应用开发相结合的摄影测量实践教学形式

为了有效激发学生在摄影测量学课程实践教学环节中的主动学习兴趣与创新思维，并提高他们的实际动手能力，在常规摄影测量软件操作的实践教学形式基础上，作者发展了理论学习与应用开发相结合的实践教学形式，着重强化摄影测量相关理论内容的编程应用。在分发实际应用的影像数据及其对应的地理信息产品作为实验数据的前提下，让学生对所学的相关理论知识点进行编程实现，使学生加深理解课堂所学摄影测量原理的实际实现过程与应用效果，达到理论与实践相结合的教学目的。在此实践教学形式下，学生们不仅要对课堂所学理论知识进行有效掌握和认真复习，而且要根据自己所掌握的一门编程语言对所学理论算法进行程序设计与实现。在理论知识的编程实现过程中，涉及到文本文件的读取、像点像平面坐标的计算、相对定向误差方程系数阵和常数项矩阵的设置与赋值、矩阵求逆、误差方程最小二乘解算等诸多理论知识，这大大强化了学生们的实践练习强度，可有效提高他们的实践编程与解决实际问题的能力。

另外，针对“空天地”一体化的摄影测量实践教学内容体系，作者也对传统的实验室室内实践教学过程（图2a）进行拓展，在原有航空摄影测量内业软件处理实践的基础上，将课堂编程实践作品展示汇报（图2b），室外的新型移动摄影测量设备操作（图2c）、像控点选择与测量（图2d）、像片调绘（图2e）等外业工作都加入到实践教学过程。从而在“室内外”相结合的多样化实践教学过程中，逐步吸引学生们的学习兴趣，增强他们的学习获得感，也可进一步提高学生们内外业一体化作业的实践能力。

二、研究成效

自2016年起，作者在所負责测绘工程专业的摄影测量学课程教学中，逐步推进文章的实践教学模式改革。经过针对性的编程实践作业训练，学生不仅进一步夯实了对摄影测量基本原理的理解和掌握，还强化了他们的程序编写实践能力。而且，面向智能手机、无人机、移动测量车等新型摄影测量平台的操作与数据处理方面的实践教学形式，丰富了摄影测量学实践教学的内容和形式，可充分调动学生的主观能动性，激发他们的自发学习兴趣，有效提高他们应用理论所学知识解决实际问题的实践应用与创新能力。

在此教学模式下，学生们的实践应用能力明显得到增强。图3展示了近4届部分同学的编程实践作业成果，从中可见，学生们所编写的程序逐渐由控制台程序（有相应的编程必修课支持）转变为带有界面的窗体化交互式程序（需要自学相应的面向对象编程语言）。这也说明随着实践教学模式的变化，同学们的学习积极性有了较大的提高。另外，该课程中实践能力较强的学生也积极主动参加全国高校大学生测绘技能大赛、大学生实践创新训练项目等实践创新活动，并获得了不错的成绩。图4展示了学生们的部分优秀实践创新成果。

另外，为了适应新时代信息化条件下知识获取方式和传授方式的革命性变化需求，在线开放课程、虚拟仿真实验教学项目、线上线下混合课程等新型的教学形式越来越受到重视。如何更好地突出“学生中心、产出导向、持续改进”的教学原则，强化“以能力为先”的人才培养理念？作者也在教学实践过程中做了一些初步工作和思考。例如，文章第一、第二作者作为负责人参与建设的欧盟Erasmus+国际合作项目在线课程“3D City Modeling”，已上线运行（https：//geos4s.moodlecloud.com/course/view.php？id=10#section-0），可供学生自由下载学习，具有全国性推广应用价值。而且，作者就面向城市空间地理信息快速采集的航空遥感摄影测量这一主题，在积极推进相应的虚拟仿真实验教学软件的开发。相信在不久的将来，这一虚拟仿真实验教学软件可以作为作者所负责的摄影测量学课程实践教学环节的重要补充内容，从而进一步丰富摄影测量课程的实践教学形式。

三、结束语

面向新时代摄影测量学课程实践教学模式改革的发展需求，文章从如何拓展摄影测量学课程的实践教学内容、如何提升学生的实践应用与创新能力这两个方面，对现有摄影测量实践教学内容进行扩充完善，构建了“空天地”一体化的摄影测量课程实践教学内容体系;并进一步强化理论学习与应用开发相结合、“室内外教学过程”相结合的实践教学形式，从而构建了具有启发性和应用性的摄影测量学课程实践教学模式，以期在多样化摄影测量实践教学过程中，提高学生的实践创新与应用能力。经过近几年的教学实践，在学生学习兴趣增强、创新应用能力提高等方面取得了积极的教学效果。当然，文章的研究还存在一些不足，作者将在以后的教学过程中，进一步深化摄影测量学课程实践教学模式改革的力度和形式，助力作者所在高校的实践教学质量和水平提升。

参考文献：

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