新技術(shù)背景下的《攝影測(cè)量學(xué)》課程教學(xué)改革探討

丁瓊，魏德宏，余俊鵬

（1.廣東工業(yè)大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院 測(cè)繪工程系，廣東 廣州 510006）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展，測(cè)繪先行。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)、POS、LiDAR、人工智能等新技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用不斷推廣，測(cè)繪在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的作用日益凸顯。在這種形勢(shì)下，《攝影測(cè)量學(xué)》作為測(cè)繪工程專業(yè)的核心課程，如何使這門課程的教學(xué)實(shí)踐與高新技術(shù)緊密結(jié)合，進(jìn)一步提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭力，使人才培養(yǎng)更具實(shí)踐性和針對(duì)性，實(shí)現(xiàn)與用人單位的良好對(duì)接，是值得攝影測(cè)量教育工作者關(guān)注的問題。

《攝影測(cè)量學(xué)》是測(cè)繪工程專業(yè)的主干課程，是利用飛機(jī)等平臺(tái)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(guān)系的學(xué)科[1]。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解攝影測(cè)量新技術(shù)，掌握基于航攝影像生成測(cè)繪產(chǎn)品的基本思想與過程以及攝影測(cè)量內(nèi)業(yè)實(shí)操能力。該課程具有原理復(fù)雜、內(nèi)容抽象、公式推導(dǎo)較多、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)、空間思維能力等提出了較高要求。目前，《攝影測(cè)量學(xué)》課程存在的主要問題包括：①基本理論原理復(fù)雜、抽象，需要高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、測(cè)量平差等多方面知識(shí)的鋪墊，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)能力要求較高，并將直接影響該課程的學(xué)習(xí)效果；②目前實(shí)驗(yàn)室主要采用的實(shí)驗(yàn)軟件為適普公司提供的傳統(tǒng)航測(cè)軟件，實(shí)驗(yàn)過程多以軟件提供的示例數(shù)據(jù)來掌握數(shù)據(jù)的處理和操作，對(duì)于利用POS數(shù)據(jù)的直接定位技術(shù)、高精度表面模型以及正射影像生成等技術(shù)沒有直接的體現(xiàn)，且無法和目前普遍使用的無人機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)接，這種固定的操作模式難以使學(xué)生增加感性認(rèn)識(shí)，且缺少對(duì)航測(cè)內(nèi)外業(yè)全流程的體驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；③測(cè)繪行業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)手段已由傳統(tǒng)的地面測(cè)量逐步過渡到攝影測(cè)量，尤其是以無人機(jī)為航測(cè)平臺(tái)完成生產(chǎn)任務(wù)的作業(yè)方式已逐漸成為主流，而教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)缺少真實(shí)航飛訓(xùn)練模塊，與社會(huì)實(shí)踐脫節(jié)。因此，開展《攝影測(cè)量學(xué)》課程建設(shè)和實(shí)踐改革十分重要。本文結(jié)合廣東工業(yè)大學(xué)測(cè)繪工程系《攝影測(cè)量學(xué)》課程的教學(xué)情況，探討了《攝影測(cè)量學(xué)》課程教學(xué)改革的新途徑。

1 研究現(xiàn)狀

攝影測(cè)量作為現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)體系的重要分支，是一門在多學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新學(xué)科、新技術(shù)。目前，已有不少學(xué)者對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，主要可分為兩類：

1）針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的改革。從教學(xué)中的“教”與“學(xué)”兩個(gè)大方向出發(fā)，改進(jìn)教學(xué)方法、授課手段，提高教學(xué)內(nèi)容的連貫性和時(shí)效性，同時(shí)激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)積極性。袁修孝[2]在攝影測(cè)量課程教學(xué)改革中提出了問題教學(xué)法，分別從教學(xué)方案、教學(xué)效果和教學(xué)體會(huì)3個(gè)方面進(jìn)行了實(shí)踐和分析，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。這些改革思路都以課程特點(diǎn)為切入點(diǎn)，從課程本身的角度尋找出現(xiàn)的問題，并提出了解決思路。卞玉霞[3]等在教學(xué)改革中引入了傾斜攝影測(cè)量和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，提升了課程內(nèi)容與新技術(shù)的融合程度。

2）針對(duì)教學(xué)方式的改革。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，知識(shí)獲取途徑豐富，課堂講授和學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)具有同等的重要性。在教學(xué)方式上，變灌輸式教學(xué)為啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，根據(jù)培養(yǎng)特色進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。徐辛超[4]等在教學(xué)模式上引入了OBE教育模式，以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向，優(yōu)化課程實(shí)踐教學(xué)。葉欣[5]等提出啟發(fā)式教學(xué)和三維動(dòng)畫教學(xué)的概念，將抽象變?yōu)樾蜗?，使學(xué)生能更加直觀地理解三維空間中的相關(guān)概念。尤號(hào)田[6]試圖將無人機(jī)航測(cè)技術(shù)融入到《攝影測(cè)量學(xué)》的教學(xué)和實(shí)踐中。

隨著低空無人機(jī)、機(jī)載POS、激光雷達(dá)等高新技術(shù)在攝影測(cè)量領(lǐng)域的出現(xiàn)和逐漸推廣，如何使《攝影測(cè)量學(xué)》這門專業(yè)核心課程的教學(xué)體系與高新技術(shù)背景下的時(shí)代特征相適應(yīng)，從而滿足社會(huì)對(duì)具備創(chuàng)新和應(yīng)用能力的攝影測(cè)量人才的需求，是值得攝影測(cè)量教育工作者關(guān)注的問題。

綜上所述，本文結(jié)合廣東工業(yè)大學(xué)《攝影測(cè)量學(xué)》課程特點(diǎn)以及當(dāng)前攝影測(cè)量領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，首先從課程內(nèi)容建設(shè)方面進(jìn)行深入改革，根據(jù)該專業(yè)培養(yǎng)特色和技術(shù)的發(fā)展，引入深度學(xué)習(xí)的概念，利用該技術(shù)的內(nèi)容識(shí)別能力，強(qiáng)化攝影測(cè)量輸出結(jié)果；其次豐富教學(xué)手段，引入多種在線教學(xué)平臺(tái)，探討課堂教育與網(wǎng)絡(luò)教育相結(jié)合的混合教學(xué)模式；最后重點(diǎn)改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，針對(duì)缺少無人機(jī)航攝外業(yè)實(shí)操環(huán)節(jié)的問題，開設(shè)無人機(jī)航攝演示和實(shí)操教學(xué)，改變?cè)屑兝碚撝v授的教學(xué)模式，形成以創(chuàng)新和應(yīng)用能力培養(yǎng)為主的思路，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新能力以及分析并解決問題的能力。

2 教學(xué)改革探討

《攝影測(cè)量學(xué)》是一門涵蓋內(nèi)容廣泛的學(xué)科，不僅教學(xué)內(nèi)容多而且極為抽象。針對(duì)課程特點(diǎn)，為確保課程建設(shè)和實(shí)踐改革的有效性，使這門專業(yè)核心課程的教學(xué)體系與高新技術(shù)背景下的時(shí)代特征相適應(yīng)，改革內(nèi)容主要包括：

1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和體系。調(diào)研《攝影測(cè)量學(xué)》各類教學(xué)資源，針對(duì)該專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)特色，梳理教學(xué)內(nèi)容；明確主線，引入新技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，優(yōu)化課程教學(xué)體系，強(qiáng)調(diào)新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的融合與異同。攝影測(cè)量的主要任務(wù)是為測(cè)繪領(lǐng)域提供各種地形圖和專題圖。深度學(xué)習(xí)作為一種新技術(shù)，近年來在無人機(jī)航測(cè)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛研究。目前，深度學(xué)習(xí)最重要的應(yīng)用是對(duì)攝影測(cè)量技術(shù)內(nèi)業(yè)流程的部分環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，如改善特征描述和特征匹配[7]，以及基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的分類專題圖自動(dòng)提取[1]等。適度引用深度學(xué)習(xí)等前沿高新技術(shù)的知識(shí)，可擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面并激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和興趣。在具體教學(xué)改革細(xì)節(jié)上，一方面可通過增加授課學(xué)時(shí)，使內(nèi)容增加而不影響授課進(jìn)度；另一方面可通過增加最新科技前沿內(nèi)容和相關(guān)文獻(xiàn)，擴(kuò)充知識(shí)面。

2）豐富教學(xué)手段。隨著互聯(lián)網(wǎng)、慕課、雨課堂等新興網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的涌現(xiàn)，采取線下課堂教育與線上網(wǎng)絡(luò)教育相結(jié)合的混合教學(xué)模式是高校教學(xué)新的發(fā)展方向。本課程在教學(xué)過程中基于云課堂平臺(tái)開展包括課前、課中和課后的混合教學(xué)模式，加強(qiáng)師生互動(dòng)、拓展學(xué)生視野、培養(yǎng)學(xué)生興趣。課前模塊利用云課堂發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，包括預(yù)習(xí)課件、國內(nèi)其他高校相關(guān)優(yōu)質(zhì)課程資源、交流互動(dòng)區(qū)等模塊。在線上平臺(tái)利用更豐富形象的多媒體手段來表達(dá)課程中抽象的內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)抽象概念的理解。這種線上模式既能幫助學(xué)生拓展知識(shí)面，又可與老師互動(dòng)交流，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能隨時(shí)隨地移動(dòng)學(xué)習(xí)。課中模塊包括課前測(cè)試、課堂講授、課堂討論和總結(jié)等環(huán)節(jié)，其中課前測(cè)試主要考察學(xué)生課前環(huán)節(jié)自學(xué)的效果和知識(shí)點(diǎn)掌握情況；課堂講授主要根據(jù)重點(diǎn)難點(diǎn)和學(xué)生掌握薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)重要內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)講解；課堂討論通過引入相關(guān)問題再次加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；最后對(duì)整節(jié)課程進(jìn)行回顧和整理。課后模塊主要包括課后作業(yè)和測(cè)試，用以對(duì)課前和課中模塊進(jìn)行總結(jié)和鞏固。

3）改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐?！稊z影測(cè)量學(xué)》是一門注重實(shí)踐的課程，包括實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。理論課程結(jié)束后，在為期一周的集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，引入無人機(jī)這一主流航測(cè)平臺(tái)，從方案設(shè)計(jì)、外業(yè)實(shí)施、內(nèi)業(yè)處理和產(chǎn)品制作等環(huán)節(jié)開展實(shí)踐。采用“探究式”教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，通過查閱資料、自主設(shè)計(jì)，形成初步方案，教師幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、找出設(shè)計(jì)缺陷并完善設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐教學(xué)部分，目前實(shí)驗(yàn)室已購置行業(yè)級(jí)以及小飛機(jī)無人機(jī)多臺(tái)，并已開設(shè)無人機(jī)操作實(shí)訓(xùn)和航飛培訓(xùn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生能真正接觸到無人機(jī)實(shí)操環(huán)節(jié)，并能以小組為單位獨(dú)立完成攝影測(cè)量外業(yè)和內(nèi)業(yè)處理的整個(gè)流程，以提高動(dòng)手能力，訓(xùn)練學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新的能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)和訓(xùn)練的目標(biāo)。改革前后實(shí)驗(yàn)流程對(duì)比如圖1所示。

圖1 改革前后實(shí)驗(yàn)流程圖

3 結(jié)語

隨著無人機(jī)、深度學(xué)習(xí)、人工智能的發(fā)展，攝影測(cè)量已逐漸成為測(cè)繪行業(yè)一種重要的數(shù)據(jù)采集方式，社會(huì)大眾對(duì)攝影測(cè)量人才的需求也越來越大。為了提升學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)用能力，在原有的《攝影測(cè)量學(xué)》教學(xué)的基礎(chǔ)上，引入深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺等相關(guān)知識(shí)，豐富《攝影測(cè)量學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容；在教學(xué)方式上采用課前、課中和課后相結(jié)合的混合教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，開設(shè)無人機(jī)航攝演示和實(shí)操環(huán)節(jié)，使該課程的教學(xué)實(shí)踐與高新技術(shù)時(shí)代特征相適應(yīng)，滿足社會(huì)對(duì)具備創(chuàng)新能力適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的攝影測(cè)量人才的需求。