基于知識融合的非測繪專業(yè)“測量與遙感”課程教學改革探討

(北京林業(yè)大學林學院，北京 100083)

測量與遙感是現(xiàn)代地理數(shù)據(jù)采集的2種核心技術手段，兩者均是理論與實踐、研究與應用緊密結合的科學，且均具有綜合性與實用性強、針對性突出和應用面較廣等特點[1-2]。根據(jù)中國測繪學會測繪教育研究委員會統(tǒng)計，全國有400余所普通高校開設了“測量學”課程，設置“測量學”課程的非測繪專業(yè)領域主要包括：土建、地質、地理、采礦、土地、房管、農(nóng)林、交通、港口、水利和管理等[3]。同時，遙感以大面積同步觀測、高時效性、經(jīng)濟性、數(shù)據(jù)的綜合可比性等突出優(yōu)勢，受到各行各業(yè)的青睞，成為許多部門，特別是農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、城市等進行合理規(guī)劃、科學決策必不可少的工具[4-5]。近年來，我國很多高等院校都相繼開設了“遙感技術與應用”等課程[6]。

目前，部分農(nóng)林院校在城鄉(xiāng)規(guī)劃、園林、風景園林、草業(yè)等重點強調地理數(shù)據(jù)應用的非測繪專業(yè)開設了“測量與遙感”課程，希望學生能掌握現(xiàn)代地理數(shù)據(jù)獲取的核心技術手段和過程，從而對實際工作中所使用的不同來源的地理數(shù)據(jù)有更深入的認識。作為一門重要的基礎課程，“測量與遙感”課程對學生從事城鄉(xiāng)規(guī)劃、園林設計和工程制圖、測設與施工等工作具有顯著的支撐和促進作用[7-8]。但隨著相關學科的不斷發(fā)展，各種新技術、新裝備的不斷涌現(xiàn)，以及各專業(yè)在城市建設中對人才的綜合素質要求的不斷提高，現(xiàn)行的“測量與遙感”課程教學模式逐漸暴露出了如下問題：理論知識教學過程中，知識融合不足、教學內容分配和課時量設置不盡合理；實踐教學過程中，核心實踐內容缺少綜合設計、實踐教學模式相對陳舊、新儀器和新技術應用未及時跟上。

一、“測量與遙感”課程教學存在的主要問題

(一)理論教學存在的問題

1.理論教學的兩大核心內容融合不夠、銜接不好

測量學和遙感都有各自完整的知識體系，因此想通過一門“測量與遙感”課程完成2個知識體系的講授，需要縝密的教學方案設計，包括前述的教學內容與課時量的合理安排、不同知識體系在理論知識教學中的合理銜接，以及教學過程中測量學與遙感兩部分知識的融合講授設計等。

目前，市場上沒有任何一本教材能涵蓋測量與遙感兩方面的知識，致使核心理論知識教學內容融合不足。一是測量與遙感本就屬于不同專業(yè)方向；二是由于各專業(yè)特點不同對知識的需求也各有側重，因此在“測量與遙感”課程教學中，教師推薦的教材為《園林工程測量》《數(shù)字測圖原理與方法》和《遙感概論》。這些教材均為獨立的測量學和遙感科學的教學內容，導致2種知識體系銜接融合不夠，滿足不了“測量與遙感”課程培養(yǎng)目標的要求。

2.教學內容多與學時少的矛盾較為突出

多數(shù)高校在城鄉(xiāng)規(guī)劃、園林、風景園林、草業(yè)等重點強調地理數(shù)據(jù)應用的非測繪專業(yè)的教學大綱中規(guī)定，“普通測量學”課程的課時為40～80學時，加上2周左右的綜合測圖實習[7]。目前，北京林業(yè)大學“測量與遙感”課程包含“普通測量學”“遙感概論”2門課程的核心知識，相比“普通測量學”課程，教學內容已大大超出，但該課程的總學時僅為40學時左右，加上1周左右的綜合測圖實習，導致豐富的教學內容與有限的學時之間矛盾突出。

3.兩大核心內容的學時分配不合理

教學內容多與學時少的矛盾還進一步造成了測量學與遙感科學內容分配比例不合理的問題。由于“測量與遙感”課程整體課時少，為了完成對傳統(tǒng)測量學知識的系統(tǒng)講授，教師在“測量與遙感”課程教學過程中被迫選擇把課程重心放在了測量學上，而對遙感科學的相關知識只進行了簡單的介紹，一般安排4個學時的教學工作，導致核心教學內容課時分配的不合理。

(二)實踐教學存在的問題

1.核心的實踐內容缺少綜合設計

相較于理論知識教學中核心教學內容融合不足、缺少銜接等問題，實踐教學環(huán)節(jié)存在的問題則更為明顯。面向測繪類專業(yè)的“測量學”和“遙感技術與應用”2門課程分別有其自身獨立的、自成體系的實踐教學內容，但“測量與遙感”課程要完成2套實踐教學內容的融合教學，需要對原有相對獨立的2套實踐教學內容進行縝密的再組織，開展綜合性設計。但目前的“測量與遙感”課程的實踐教學內容只是在考慮整體課時的基礎上對部分實踐教學內容進行了刪減后的簡單合并，并沒有進行有效的實踐教學內容融合設計。

2.實踐教學模式相對陳舊，新儀器和新技術的應用滯后

目前，實踐教學中仍然以傳統(tǒng)的測量學內容為主。首先，運用水準儀、經(jīng)緯儀等常規(guī)測量儀器，在一定區(qū)域按圖根控制測量的精度要求，通過單獨測定角度、高差、水平距離等觀測量，解算并確定測量區(qū)域的圖根控制導線；其次，在此基礎上進行區(qū)域的碎部測量工作；最后，利用圖根控制與碎步測量成果完成測量區(qū)域的地形圖繪制。一系列先進的電子測繪裝備并沒有被有效應用于“測量與遙感”課程實踐中，學生并未利用先進測繪裝備開展外業(yè)數(shù)據(jù)采集。

對于城鄉(xiāng)規(guī)劃、園林等非測繪專業(yè)，數(shù)字地形圖的應用實踐也十分重要。但目前的地形圖應用實踐仍以紙質地形圖的應用練習為主，缺乏利用測繪或地理信息系統(tǒng)專業(yè)軟件進行數(shù)字地形圖應用的實踐練習，不利于學生長遠的學業(yè)發(fā)展。

此外，由于“測量與遙感”實驗課程的設計是與理論知識教學相配套的，受理論知識教學的課程比例設置影響，該課程的實踐教學也偏重于測量學方面的動手能力的培養(yǎng)，因而學生針對最新的遙感數(shù)據(jù)獲取、處理、信息提取及其內外業(yè)應用等方面動手能力的鍛煉存在缺失。

二、基于知識融合開展非測繪專業(yè)“測量與遙感”課程改革的探索

(一)理論教學的改革

1.“與時俱進”修訂教學大綱，實現(xiàn)兩大核心內容的有機融合

筆者根據(jù)各專業(yè)的特點，圍繞各專業(yè)的培養(yǎng)目標，明確了“測量與遙感”課程的需求，以此確定教學內容的側重點，按專業(yè)不同進行有針對性的教學內容設計，具體教學內容設計如下。

(1)修訂教學大綱。在推薦遙感相關書籍如《遙感概論》等作為參考教材的基礎上，自主編寫了綜合性強的課程講義。比如，在空間數(shù)據(jù)采集相關理論知識講授環(huán)節(jié)，將測量學數(shù)據(jù)采集的理論知識內容與遙感技術的空間數(shù)據(jù)采集理論知識、方法等內容進行集成整合；在空間數(shù)據(jù)應用講授環(huán)節(jié)，將地形圖的應用與遙感數(shù)據(jù)應用進行集成講授等。

(2)針對不同專業(yè)不同的知識需求，對原有的理論教學內容進行適當?shù)娜∩岷脱a充。比如，對于即將淘汰的部分光學測量儀器、手工數(shù)據(jù)處理、平板繪圖等進行適當?shù)木啠瑢摮吡烤嗟群唵蝺热莅才艑W生自主學習；補充新的電子測量裝備、新的無人機航空測量技術等基礎理論知識與使用方法，在講課過程中，對地形圖綜合測繪、空間數(shù)據(jù)應用等內容進行重點講述。唯有與時俱進地更新、充實與優(yōu)化教學大綱與教材內容，才能激發(fā)學生對“測繪與遙感”課程的學習興趣，跟上測繪與遙感科學的飛速發(fā)展，適應現(xiàn)代化人才培養(yǎng)的需要。

2.適當增加課時，完善和更新理論教學內容

針對教學內容多與學時數(shù)少的矛盾，在完成測量學系統(tǒng)性理論知識講解和實踐教學任務的基礎上，增加了遙感技術的理論知識講授。同時，適當增加總課時量，將原來的40個學時加1周綜合實習增加到48個學時加2周綜合實習。另外，將測量學中的少量陳舊的和對該專業(yè)意義不大的內容(如平板測圖)進行適當?shù)膭h減，將諸如誤差傳播理論、施工測量等部分知識作為學生自主學習的內容。

(二)實踐教學的改革

相比于理論教學知識結構的獨立性特點，“測量與遙感”課程的實踐教學環(huán)節(jié)有更大的融合空間。從地理數(shù)據(jù)采集的角度看，測繪與遙感2種技術都是十分重要的地理數(shù)據(jù)采集技術，2種數(shù)據(jù)采集過程可以通過綜合設計進行創(chuàng)新性融合，從而形成“測量與遙感”課程的獨特實踐教學內容。

1.綜合設計實習過程，實現(xiàn)測量實踐與遙感實踐的有機融合與良好銜接

原來的“測量與遙感”課程實習內容利用經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀等測繪裝備繪制一幅1∶500的大比例尺地形圖作為唯一實踐內容，這種單一的實習內容同“測量與遙感”課程的綜合定位并不一致，且不能滿足市場對城鄉(xiāng)規(guī)劃、園林等專業(yè)復合型人才培養(yǎng)的需求。因此，在教學過程中，筆者結合該專業(yè)方向對測量與遙感技術的應用需求，綜合設計了“測量與遙感”課程實習內容，其技術流程方案見圖1。

根據(jù)圖1所設計的綜合實習技術流程，學生在選定測區(qū)的基礎上，首先獲取該區(qū)域高分辨率遙感影像，通過圖根控制測量完成測區(qū)控制點的測量與坐標解算；其次利用控制測量成果對遙感影像進行幾何糾正和正射校正；最后利用專業(yè)遙感數(shù)據(jù)采集軟件，進行測區(qū)細部數(shù)據(jù)的提取，并生成測繪4D產(chǎn)品，完成信息提取、變化檢測等應用練習。這樣的實習可使學生對所學理論知識強化記憶、感性吸收、深化理解，并使學生掌握儀器設備操作、測繪數(shù)據(jù)整理與解算、專業(yè)軟件應用等系列技能，提高了學生動手和創(chuàng)新能力，達到了綜合實習的目的。

圖1 “測量與遙感”課程綜合實習技術流程方案

2.及時將新儀器和新技術應用于課程實踐教學

隨著各行業(yè)的發(fā)展，電子化、數(shù)字化測圖方法已逐步代替常規(guī)的經(jīng)緯儀測繪地形圖的方法。首先，學生可以利用電子經(jīng)緯儀、全站儀等先進測繪裝備，實現(xiàn)外業(yè)高差、距離、角度等基本觀測量的自動觀測、跟蹤記錄、數(shù)據(jù)自動存儲等功能；然后再借助配套的專業(yè)軟件，完成數(shù)據(jù)的內業(yè)自動處理和解算工作，實現(xiàn)內外業(yè)一體化測繪。另外，在實習的測區(qū)高分辨率遙感數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，學生可以首先考慮采用無人機遙感技術拍攝測區(qū)高分辨率遙感影像，然后利用前期的測區(qū)控制測量成果對無人機獲取的高分辨率遙感影像進行幾何糾正與地理定位糾正。

3.廣泛聯(lián)系與測量和遙感相關的企業(yè)，開拓新的實踐教學基地

通過學校、院系和個人廣泛聯(lián)系測量與遙感專業(yè)相關企業(yè)，獲取教學和實習所需的現(xiàn)實和歷史數(shù)據(jù)，及時跟進行業(yè)需求，設定實習內容，嘗試讓學生直接參與到企業(yè)的科研、開發(fā)和生產(chǎn)工作中，讓學生主動學習知識，鍛煉學生利用課堂理論知識解決實際問題的能力，從而提高教學效率。具體來說，可考慮與企業(yè)在科研項目上進行合作，形成工學結合的模式。此外，實習基地的建設直接關系到實習教學的質量，對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有十分重要的作用。由于北京林業(yè)大學沒有固定的實踐基地，目前學校學生大部分實驗和實習都是在校園進行的。學生隨意選站、標記，給校園的環(huán)境和交通造成一定影響，且對實習效果也產(chǎn)生不利影響。因此，筆者認為，與企業(yè)合作建立實習基地，不僅開拓了實踐教學基地，能將學生課堂的理論知識、儀器操作與野外實踐相結合，熟悉并掌握野外測圖的全過程，而且還能培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣，全方位地鍛煉學生綜合運用知識、獨立處理問題的能力[9]。

三、非測繪專業(yè)“測量與遙感”課程教學改革的預期效果

(一)強化理論教學內容的綜合性

通過“測量與遙感”課程理論知識教學的改革，將有效提升測量學與遙感科學技術理論知識的有機融合，使得“測量與遙感”課程的理論知識教學更富有綜合性。學生通過該課程理論知識的學習，能夠從空間數(shù)據(jù)獲取、處理與應用的角度，對該課程的知識進行整體認知與把握。

(二)提高學生采集空間數(shù)據(jù)的綜合實踐能力

通過“測量與遙感”課程實踐教學的改革，學生可以掌握最新的空間數(shù)據(jù)采集裝備的使用技術和方法，系統(tǒng)地學習包括野外數(shù)字測圖、高分遙感數(shù)據(jù)獲取、內業(yè)測繪數(shù)據(jù)整理與解算、遙感數(shù)據(jù)定位與幾何糾正，以及基于遙感觀測的細部數(shù)據(jù)采集等基本技能。一系列測繪類基礎數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)與制作的技術過程，有效地提高了學生利用測量與遙感技術開展空間數(shù)據(jù)采集的綜合實踐能力。

(三)激發(fā)學生學習“測量與遙感”課程的興趣

一系列領域新裝備、新技術和新方法的引入，促使學生對前沿科研和一線生產(chǎn)萌生強烈的好奇心，從而有效地激發(fā)學生學習“測量與遙感”課程的興趣。筆者近年的教學實踐表明，學生的學習主動性明顯增強，課堂討論也更加熱烈。

總之，“測量與遙感”課程的理論與實踐教學是一項復雜的工作，其教學改革工作也必定是長期的、系統(tǒng)性的。如何在保留該課程經(jīng)典知識體系的基礎上，順應測繪與遙感技術飛速發(fā)展的需要，仍需筆者結合相關學科的發(fā)展特點和該課程的最新成果，在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行不斷地探索和研究，以滿足不同專業(yè)對測量與遙感技術的需求。