信息化測繪體系下“數(shù)字地形測量學(xué)”教學(xué)模式

花向紅, 向 東, 鄒進(jìn)貴, 章 迪

(武漢大學(xué) 測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079)

0 引 言

測繪作為信息采集、分析、處理、解譯、描述、傳遞、利用、管理、儲(chǔ)存、顯示的重要產(chǎn)業(yè)部門和經(jīng)濟(jì)實(shí)體,對社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)起著并將繼續(xù)起著巨大的推動(dòng)作用。特別是隨著信息技術(shù)、空間技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展及其在測繪領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，以“3S”技術(shù)為代表的現(xiàn)代地理空間信息技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。從上世紀(jì)80年代到本世紀(jì)初，我國已完成了由傳統(tǒng)測繪技術(shù)體系向數(shù)字化測繪體系的轉(zhuǎn)化，并跨越式地進(jìn)入了信息化測繪階段[1]。信息化測繪涵蓋了地理信息獲取、處理、管理、表達(dá)、更新、應(yīng)用和服務(wù)的全過程，其主要特征為：測繪生產(chǎn)自動(dòng)化、測繪成果多樣化、測繪服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化及測繪產(chǎn)品社會(huì)化。信息化測繪對測繪專業(yè)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力提出了更高的要求[2],既要有堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)代測量理論基礎(chǔ)[3],又要具有多學(xué)科廣泛知識(shí)、管理能力、商業(yè)頭腦和法律意識(shí)的新型復(fù)合型人才。另一方面，開發(fā)人的潛能,發(fā)展人的創(chuàng)造性,是教育的使命[4-5]。因此，在專業(yè)課教學(xué)中必須以實(shí)踐和創(chuàng)新為核心目標(biāo)[6]，將教學(xué)目標(biāo)與測繪科技的進(jìn)步結(jié)合起來,進(jìn)行整體、系統(tǒng)和綜合的改革[7]。

“數(shù)字地形測量學(xué)”是測繪工程專業(yè)的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課[8-9]。實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)作為數(shù)字地形測量學(xué)課程的重要組成部分[10-11]，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁和紐帶，對掌握測繪的基本技能和基本方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及獨(dú)立思考、分析和解決工程實(shí)際問題的能力，全面開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力等方面起著非常重要的作用。為此，本文基于信息測繪體系的對測繪人才培養(yǎng)的要求，重點(diǎn)闡述了“數(shù)字地形測量學(xué)”教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境創(chuàng)新舉措和成效。

1 “數(shù)字地形測量學(xué)”教學(xué)模式創(chuàng)新

為了適應(yīng)信息測繪體系的對測繪人才培養(yǎng)的要求，實(shí)現(xiàn)本科教育人才具有寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)的創(chuàng)新型適應(yīng)性人才培養(yǎng)目標(biāo)，我院于2009年修訂了測繪工程專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)方案，此方案從2010年開始執(zhí)行。方案中將原來“數(shù)字測圖原理與方法”[11]更名為“數(shù)字地形測量學(xué)”，并重新制定了教學(xué)大綱，時(shí)間安排上也做了大的調(diào)整。該門課程安排在大學(xué)一年級(jí)進(jìn)行，同時(shí)與之對應(yīng)的集中實(shí)習(xí)課程“數(shù)字測圖實(shí)習(xí)”也相應(yīng)提前。這一舉措旨在更好地促進(jìn)學(xué)生樹立正確的專業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)扎實(shí)的專業(yè)實(shí)踐技能，使理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)緊密結(jié)合。

1.1 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

在教學(xué)安排內(nèi)容上，緊扣測繪發(fā)展動(dòng)態(tài)和人才培養(yǎng)需要，并把握本課程與上下游課程的關(guān)系，精心設(shè)計(jì)和不斷更新“數(shù)字地形測量學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容。使教學(xué)內(nèi)容與科研、工程、社會(huì)應(yīng)用項(xiàng)目密切聯(lián)系，充分體現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代有機(jī)結(jié)合。形成包括課堂授課、課堂實(shí)驗(yàn)、集中實(shí)習(xí)、立體化教材建設(shè)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等多種方式在內(nèi)的教學(xué)體系。2010年將該課程理論教學(xué)內(nèi)容調(diào)整為測量基本知識(shí)、基本測量儀器(全站儀、水準(zhǔn)儀、GPS)操作及測量方法、誤差理論與數(shù)據(jù)處理計(jì)算、控制測量、碎部測量、大比例尺數(shù)字測圖(數(shù)字測圖作業(yè)過程、地面地形測繪、水下地形測繪、地下管線測繪等)、測設(shè)和線路測量。目前該課程課堂教學(xué)時(shí)數(shù)仍為72學(xué)時(shí)，其中課間實(shí)驗(yàn)22學(xué)時(shí)。分兩學(xué)期進(jìn)行授課。課間實(shí)驗(yàn)主要有水準(zhǔn)儀認(rèn)識(shí)與使用實(shí)習(xí)、四等水準(zhǔn)測量實(shí)習(xí)、全站儀認(rèn)識(shí)與使用實(shí)習(xí)、測回法觀測水平角實(shí)習(xí)、方向觀測法觀測水平角、豎直角測量及距離測量、全站儀測繪法測繪地形、地下管線測繪、建筑物放樣、數(shù)字測圖外業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)字化成圖軟件內(nèi)業(yè)成圖等11個(gè)基礎(chǔ)和綜合性實(shí)驗(yàn)。除此以外，還安排有5周“數(shù)字測圖實(shí)習(xí)”課程，實(shí)習(xí)分成兩次進(jìn)行，第一次控制測量實(shí)習(xí)二周，要求每個(gè)學(xué)生單獨(dú)完成2 km左右的三等水準(zhǔn)測量及12個(gè)點(diǎn)左右三維導(dǎo)線(閉合或附合)控制測量任務(wù)。第二次大比例尺數(shù)字測圖實(shí)習(xí)三周，采用全站儀測記法進(jìn)行野外測圖，并進(jìn)行數(shù)字測圖內(nèi)業(yè)，最終形成符合規(guī)范要求的1：500數(shù)字地形圖。為適應(yīng)數(shù)字測圖技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)內(nèi)容的更新，除多次更新教材，2009年9月出版了“十一五”國家規(guī)劃教材“數(shù)字測圖原理與方法”外，現(xiàn)正在編寫“數(shù)字地形測量學(xué)”教材。還編寫出版了“數(shù)字測圖原理與方法實(shí)驗(yàn)與習(xí)題”(2004年)，編寫了“數(shù)字測圖實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教程”(2009年)，詳細(xì)列出每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、任務(wù)、儀器工具、操作步驟、限差要求、注意事項(xiàng)、上交資料等內(nèi)容。

1.2 教學(xué)方法和手段創(chuàng)新

教學(xué)思想、教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容要通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和教學(xué)手段來實(shí)現(xiàn)。為了優(yōu)化教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)數(shù)字地形測量學(xué)課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中的作用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的重要性。改變傳統(tǒng)的以教師講為主的教學(xué)形式，將“講課、自學(xué)、討論、實(shí)驗(yàn)、答疑”有機(jī)結(jié)合起來，通過教師啟發(fā)式的教學(xué)，將教學(xué)重心從“教”轉(zhuǎn)移到“學(xué)”，最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，發(fā)展創(chuàng)造性思維。形成了多種教學(xué)方法和教學(xué)手段。

(1) 課堂教授。采用多媒體講授與板書講授有機(jī)結(jié)合方式教學(xué)，多媒體講授主要是針對儀器構(gòu)造、儀器使用、誤差理論、控制測量、碎部測量、數(shù)字地形圖測繪等內(nèi)容，應(yīng)用PowerPoint為主制作教學(xué)課件。板書講授主要是針對課程中坐標(biāo)正反算、導(dǎo)線計(jì)算、水準(zhǔn)路線計(jì)算、誤差傳播定律應(yīng)用等重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，采用板書形式。結(jié)合PPT,通過公式推導(dǎo)、計(jì)算實(shí)例等，循序漸進(jìn)，講解中與學(xué)生互動(dòng)，以便學(xué)生主動(dòng)思考，幫助加深理解。

(2) 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。目前，“數(shù)字地形測量學(xué)”網(wǎng)站以省級(jí)“數(shù)字測圖原理與方法”[12]精品課程網(wǎng)站為依托，不斷充實(shí)新的教學(xué)內(nèi)容、方法。網(wǎng)站上有教學(xué)大綱、習(xí)題及答案、實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)、測繪知識(shí)和大量生動(dòng)的Flash動(dòng)畫能更好的幫助學(xué)生掌握理論知識(shí)。在國家級(jí)測繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心網(wǎng)站上，提供了供學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)使用的材料。目前，地面數(shù)字化測圖網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)已建成，主要包括平臺(tái)簡介、實(shí)驗(yàn)場地、數(shù)字測圖模式、技術(shù)設(shè)計(jì)、野外數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)成圖、平臺(tái)地形圖測繪、二維與三維交互、探究性實(shí)驗(yàn)、典型案例、信息反饋、開放的教學(xué)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)心得、信息公告等模塊。

(3) 錄像教學(xué)。主要是將數(shù)字地形測量學(xué)中的全站儀、光學(xué)水準(zhǔn)儀、GPS接收機(jī)等儀器的規(guī)范化操作流程，制作成多媒體視頻，并在測繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站發(fā)布，供測繪工程、及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在線瀏覽或下載，學(xué)生可以在任意時(shí)候觀摩學(xué)習(xí)。對于難以闡述清楚的實(shí)踐性知識(shí)，采用錄像的方式，使學(xué)生易于模仿。

(4) 開放實(shí)驗(yàn)。作為該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的補(bǔ)充，對本課程所屬實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)儀器設(shè)備開放，學(xué)生可根據(jù)自己學(xué)習(xí)需要和興趣，按照有關(guān)規(guī)定使用儀器進(jìn)行實(shí)踐，教師將結(jié)合實(shí)際提供必要的指導(dǎo)，從而保證因材施教，保證同學(xué)能夠有足夠的使用測量儀器的時(shí)間。

(5) 啟發(fā)式和案例教學(xué)。教師在課堂上精講，將知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)講清講透，而把一些比較容易或通過一定的努力可以自己看懂的內(nèi)容留給學(xué)生自學(xué)，并提出問題供學(xué)生思考，學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。同時(shí)，在教學(xué)中通過分析和解決一個(gè)比較綜合性的案例來給學(xué)生以示范，讓學(xué)生在對案例的挖掘和思考中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

1.3 教學(xué)環(huán)境創(chuàng)新

隨著測繪儀器的更新和測繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測繪方法發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)的測圖技術(shù)逐步被數(shù)字測圖技術(shù)所取代。要真正全面地開展數(shù)字化地形測圖教學(xué)，使學(xué)生全面掌握數(shù)字化測圖技術(shù)，就必須具備基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境[13-14]。

為了搞好實(shí)踐教學(xué)，學(xué)校加大實(shí)踐教學(xué)軟硬件的投入力度，不斷更新現(xiàn)代測繪儀器等，擁有全站儀150多臺(tái)、數(shù)字水準(zhǔn)儀40多臺(tái)，且在教學(xué)實(shí)習(xí)和科研項(xiàng)目在儀器使用上發(fā)生沖突時(shí)，儀器安排上實(shí)行教學(xué)第一、實(shí)習(xí)優(yōu)先的原則。全面改造數(shù)字測圖內(nèi)業(yè)成圖實(shí)驗(yàn)室，與數(shù)字測圖軟件公司簽定協(xié)議，學(xué)生實(shí)習(xí)無償使用其軟件。建立穩(wěn)固的校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地，校內(nèi)實(shí)習(xí)基地建設(shè)與學(xué)科建設(shè)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)GPS建設(shè)結(jié)合起來，建立數(shù)字測圖與GPS實(shí)習(xí)共用的測量控制基準(zhǔn)網(wǎng)，其坐標(biāo)與國家坐標(biāo)系統(tǒng)相一致。校外實(shí)習(xí)基地建設(shè)強(qiáng)調(diào)教學(xué)、科研、生產(chǎn)相結(jié)合，學(xué)院與多個(gè)生產(chǎn)單位聯(lián)合先后共同建立實(shí)習(xí)教學(xué)基地如龍泉山、花果山、大花嶺實(shí)習(xí)基地等。

2009年，我院組織人力和物力，在信息化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室中建立了地面數(shù)字化測圖模擬與仿真平臺(tái)。在教學(xué)中，運(yùn)用該平臺(tái)學(xué)生可以在室內(nèi)測量，利用周邊觀測墩上的控制點(diǎn)學(xué)生可對三維地形測繪仿真模型進(jìn)行數(shù)字測圖仿真實(shí)習(xí)，對選定的測區(qū)制定測圖技術(shù)方案，同時(shí)利用模型還可以進(jìn)行如基于免棱鏡測量技術(shù)的碎部點(diǎn)測量精度研究等專題研究，便于學(xué)生理解和掌握新技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。結(jié)合該平臺(tái)，通過建立地面數(shù)字化測圖網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源獲取有效的信息，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，使網(wǎng)絡(luò)資源與數(shù)字測圖教學(xué)過程緊密的結(jié)合起來，以此實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意愿，可以按照學(xué)生自己的需要選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)生自己的特點(diǎn)選擇學(xué)習(xí)方法、學(xué)生自己的時(shí)間安排學(xué)習(xí)的進(jìn)度、學(xué)生自己的能力選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度。從而培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行測量工作的基本操作技能，培養(yǎng)學(xué)生在地形測量工作中的設(shè)計(jì)、組織、安排、總結(jié)等方面的能力，通過探究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

2 “數(shù)字地形測量學(xué)”教學(xué)實(shí)踐

近年來，我院在“數(shù)字地形測量學(xué)”課程教學(xué)中，對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新與實(shí)踐，不段充實(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，采用現(xiàn)代化教學(xué)手段授課；引導(dǎo)學(xué)生思維培養(yǎng)創(chuàng)新能力，建設(shè)具有特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，取得了明顯效果。

在教學(xué)方法和手段上，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，綜合采用了多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、錄像教學(xué)等現(xiàn)代教育手段，營造生動(dòng)活潑的教學(xué)氛圍；認(rèn)真批改作業(yè)，熱情輔導(dǎo)答疑，及時(shí)了解并解決教學(xué)中存在的問題。平時(shí)不定期組織聽課、進(jìn)行教研活動(dòng)和撰寫教研論文。采用啟發(fā)式、案例式教學(xué)，取得了較好的效果。如在大比比例尺數(shù)字地形測圖講述時(shí)，讓學(xué)生結(jié)合某區(qū)域地形圖測繪案例，啟發(fā)學(xué)生從技術(shù)設(shè)計(jì)、圖根控制、碎部測量、成果驗(yàn)收、技術(shù)總結(jié)等相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行獨(dú)立思考與分組討論，再匯報(bào)小組討論結(jié)果，由教師歸納總結(jié)。這樣培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。

在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)[15]上，① 強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè)，完善實(shí)習(xí)指導(dǎo)方式。目前已形成了以實(shí)驗(yàn)教師為主，任課教師為輔的的數(shù)字測圖實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)在實(shí)習(xí)指導(dǎo)方式上，不斷改革創(chuàng)新；實(shí)現(xiàn)從布置任務(wù)(提供豐富實(shí)習(xí)輔助資料)、集中答疑(交流)、分階段總結(jié)、實(shí)習(xí)總結(jié)和考核等多種形式的指導(dǎo)方式，減少實(shí)習(xí)過程中教師的干預(yù)，強(qiáng)化學(xué)生自主實(shí)踐能力。② 在實(shí)習(xí)方式上，改變了傳統(tǒng)的單一測圖模式，實(shí)現(xiàn)以按照工程項(xiàng)目管理形式開展實(shí)習(xí)工作，完成從項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場踏勘選點(diǎn)、控制測量、碎部測量、內(nèi)業(yè)成圖、成果質(zhì)量檢查、組織實(shí)施到成果提交的各項(xiàng)工作，熟練掌握數(shù)字測圖軟件，感受項(xiàng)目實(shí)施各項(xiàng)流程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。同時(shí)，實(shí)習(xí)中涉及到大地測量學(xué)、測繪工程監(jiān)理學(xué)(測繪項(xiàng)目管理)、地理信息系統(tǒng)等相關(guān)課程，老師注意引導(dǎo)和啟發(fā)，給學(xué)生一個(gè)大測繪的概念，便于學(xué)生對后期各門課程的學(xué)習(xí)。③ 重視基地建設(shè)，優(yōu)化實(shí)習(xí)組織，不僅為實(shí)踐教學(xué)的開展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也通過十年來數(shù)字測圖實(shí)習(xí)從2003年的龍泉山、2008年的花果山，再到現(xiàn)在的大花嶺，收獲了建設(shè)校外測繪工程實(shí)習(xí)基地和在實(shí)習(xí)基地組織學(xué)生開展實(shí)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。多功能、開放性的測繪工程實(shí)習(xí)基地可滿足不同課程實(shí)習(xí)，便于課程發(fā)展革新；外業(yè)數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)上機(jī)成圖，多班級(jí)間內(nèi)外業(yè)隔日交替進(jìn)行，即減少了數(shù)字測圖對實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的需求，又提高了組織實(shí)習(xí)的高效性。④ 優(yōu)化評(píng)價(jià)體系，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。通過多年實(shí)踐教學(xué)效果的回顧和反思，不斷完善和優(yōu)化學(xué)生實(shí)踐效果評(píng)價(jià)體系，形成了日常巡視、控制測量數(shù)據(jù)處理、儀器操作與內(nèi)業(yè)成圖考核、一對一面試等綜合評(píng)價(jià)方法，有效地保證了數(shù)字測圖實(shí)踐教學(xué)效果，確保了學(xué)生實(shí)踐能力的提高。

3 結(jié) 語

信息化測繪為測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新注入了新的動(dòng)力，同時(shí)也對測繪教學(xué)的創(chuàng)新提出了新的挑戰(zhàn)和要求。盡管我們對“數(shù)字地形測量學(xué)”教學(xué)改革，做出了大膽嘗試并取得了一定成績。但是，教學(xué)改革是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，應(yīng)當(dāng)不斷創(chuàng)新。特別是對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在立足于啟發(fā)學(xué)生的思維的前提下，不僅僅是教學(xué)內(nèi)容的改革，而且是教學(xué)思想上的突破，是在知識(shí)的不斷積累上的創(chuàng)新。

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