王永弟

（1.南京信息工程大學 遙感學院，江蘇 南京210044）

Matlab是由美國MathWorks公司開發(fā)的科學與工程計算軟件，具有功能強、效率高、簡單易學等特點，尤其是矩陣計算，省時直觀，適用于理論教學過程中展示計算實例，用以講解理論公式的計算過程，可以改善大學中課程的教學效果，使學生更容易掌握抽象概念和復雜運算。本文探索了Matlab軟件在測量數(shù)據(jù)處理教學中的應用，使學生從枯燥無味的公式推導和繁瑣的復雜計算中解放出來，積極主動地參與到課程實踐中去，從而激發(fā)他們的學習興趣，使他們更直觀地理解測繪學科的基本概念，更好地培養(yǎng)他們的動手能力。

1 測量數(shù)據(jù)處理教學特點和存在的問題

1.1 測量數(shù)據(jù)處理教學的特點

1）基礎測量數(shù)據(jù)處理[1,2]。其特點是內(nèi)容多、難點多（導線測量、水準測量、前后方交會、坐標轉(zhuǎn)換、極坐標計算、曲線要素計算、施工放樣等）。幾乎涵蓋了所有測量學及數(shù)字化數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容，是測量工作中最重要、最耗時耗力、應用最廣泛的內(nèi)容，多數(shù)學生不容易掌握。

2）測量平差數(shù)據(jù)處理[3-5]。其特點是理論性強、計算量大、數(shù)學知識運用相對集中（如誤差的基本性質(zhì)與處理、誤差合成與分配、測量不確定度、線性參數(shù)的最小二乘法處理、回歸分析等）,對學生《高等數(shù)學》、《線性代數(shù)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》、《數(shù)值計算》等數(shù)學基礎有較高的要求，學生在學習過程中普遍反映難度較大。

3）大地測量數(shù)據(jù)處理[6,7]。其特點是概念多、公式多且長、計算精度要求高、計算工作量大，大多是以Taylor級數(shù)表達的開放公式，手工計算費時費力，容易出錯（如坐標系統(tǒng)、地球重力場及地球形狀的基本理論、地球橢球及其數(shù)學投影變換的基本理論、大地測量基本技術與方法等）。

4）數(shù)字圖像處理[8]。其特點是內(nèi)容多、跨度大、覆蓋面廣、起點高、難度大，具有很強的理論性和實踐性（如圖像中值濾波、圖像幾何處理、圖像的二值化、圖像頻域處理等）。

1.2 測量數(shù)據(jù)處理教學存在的問題

1）教學內(nèi)容多，學時安排緊，但課堂效率不高。一般測量平差基礎和大地測量學等課程都是4個學分，課堂教學都是64學時，然后期末安排有2周的集中實習。課堂教學主要完成理論知識的教學工作，集中實習則完成內(nèi)外業(yè)所有實踐教學工作。學生很難在短時間內(nèi)對所學知識有全面深入的理解和掌握。

2）教學方法單一枯燥，較難理解的抽象問題未能直觀化，使學生難以接受，課堂效果不佳。枯燥的定理證明、繁瑣的計算過程打擊了學生學習的積極性，使他們失去了學習的興趣[9]。

3）計算工作量大、精度要求高、公式多且較復雜、計算過程易出錯，學生有畏難情緒。

2 測量數(shù)據(jù)處理教學運用Matlab的優(yōu)勢

Matlab將矩陣運算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術結(jié)合在一起，為用戶提供了一個強有力的分析、計算和程序設計的工具，使用戶可以從繁瑣的程序編寫與調(diào)試中解脫出來。Matlab具有強大的數(shù)值計算、符號計算、數(shù)據(jù)分析和可視化、文字圖像處理、動態(tài)仿真等功能，靈活運用各種功能可以激發(fā)學生的學習興趣、提高學生的學習效率、培養(yǎng)學生應用專業(yè)知識解決實際問題的能力，從而起到良好的輔助教學的作用。

將Matlab應用到測量數(shù)據(jù)處理的教學環(huán)節(jié), 具有以下幾個方面的優(yōu)勢[10]：

1）能夠有效提高專業(yè)課程課堂教學的效率。Matlab可以運用強大的計算分析功能簡化公式的推導和概念的敘述，使教師可以把重點放在思維過程、解決思路和經(jīng)驗技巧等的講述和傳授上, 從而使課堂的教學效率得以提高；同時能把學生從復雜的編程中解放出來,使他們有更多的精力分析和比較各種處理方法,在有限的學時中掌握更多知識,提高學習效率。

2）有助于激發(fā)學生的學習興趣, 改善課堂教學效果。Matlab可以方便迅速地用圖形、圖像、聲音、動畫等表達計算結(jié)果,輔助邏輯思維。通過計算機輔助教學,特別是設計簡單方便的界面演示，方便快捷、圖文并茂的處理方法,有助于學生直觀地觀察實驗結(jié)果,可以激發(fā)學生學習和應用的興趣,促使學生加強對專業(yè)知識的學習、理解、掌握和應用,從而大大改善課堂教學的效果。

3）可以加深學生對知識點的理解和認識。使用豐富的Matlab工具箱,可以自己設計教學軟件或教學多媒體課件的用戶界面，制作靈活多樣的教學實例，以培養(yǎng)學生的學習興趣,使學生對測量數(shù)據(jù)處理的認識從原來的畏難狀態(tài)變得比較自覺主動。

4）有助于豐富專業(yè)課程的教學資源，改善專業(yè)課程的教學質(zhì)量?？偨Y(jié)Matlab在專業(yè)課程上的應用實例,可以積累大量的教學實例資料,豐富專業(yè)課的教學資源；及時發(fā)現(xiàn)教學上的不足和了解學生的掌握程度,為教師改進教學工作提供依據(jù),有助于改善教學質(zhì)量。

3 測量數(shù)據(jù)處理教學改革的具體措施

3.1 抽象內(nèi)容直觀化

Matlab強大的可視化功能可以將測量數(shù)據(jù)處理教學中抽象的內(nèi)容直觀地呈現(xiàn)在學生面前,極大地激發(fā)了學生的學習興趣。

3.2 復雜計算簡單化

在測量數(shù)據(jù)處理的教學中,可以借助于Matlab強大的數(shù)值計算功能,設計出恰當?shù)膶嵗?，進行計算和分析，培養(yǎng)學生對學習內(nèi)容和學習過程的興趣。

3.3 經(jīng)典實驗打基礎

測量數(shù)據(jù)處理課程的實踐性很強, 上機實驗不僅能加深學生對理論的理解,鍛煉學生的編程能力,還能培養(yǎng)學生質(zhì)疑問題的能力和創(chuàng)新精神[11]。因此每章結(jié)束后,可以提出1～2個問題，要求學生利用Matlab軟件自編程序或利用其庫函數(shù)求解問題，并分析計算結(jié)果。

3.4 案例分析練能力

測繪工程專業(yè)諸多課程的一個重要特征就是具有較強的實踐性。在每個部分理論教學完成后,可以安排一個綜合的案例分析,通過這些案例分析,使學生不僅掌握了測繪數(shù)據(jù)處理的基本方法,而且體會到了Matlab的強大功能,積累了解決實際問題的經(jīng)驗[11]。

4 結(jié) 語

對于測繪工程專業(yè)的《測量學》、《測量平差基礎》、《大地測量學》、《數(shù)字圖像處理》等這幾門需要進行大量數(shù)據(jù)處理的專業(yè)基礎課程，用Matlab進行輔助教學可以得到事半功倍的效果。Matlab與測量數(shù)據(jù)處理課程相結(jié)合,可以在教學過程中把師生從繁瑣重復的低級勞動中解放出來，有更多時間去思考和理解，不僅改善了課堂教學效果、提高了教學效率，而且激發(fā)了學生實踐的興趣，提高了學生應用測量理論知識解決實際問題的能力。同時，對進一步提高專業(yè)課程的教學水平和教學質(zhì)量，推動課程建設的發(fā)展起到積極的作用。

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[3]邱衛(wèi)寧，陶本藻，姚宜斌．誤差理論與測量平差基礎精品課程的建設與實踐[J]．測繪工程，2011，20（1）：77-80

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[8]劉春國，韓瑞梅，盧曉峰．遙感專業(yè)《數(shù)字圖像處理》課程教學探討[J]．地理空間信息，2012，10（3）：180-182

[9]秦永，曹俊茹，劉科利．當前測繪專業(yè)本科教學存在的問題及解決思路[J]．地理空間信息，2012，10（3）：172-174

[10]張建珍，陳振斌，何金戈．Matlab在理工專業(yè)課程教學中的應用[J]．海南大學學報：自然科學版，2010，28（3）：276-278

[11]桂曙光．基于Matlab平臺工科碩士研究生數(shù)值分析教學實踐[J]．安徽理工大學學報：社會科學版，2010，12（3）：90-92

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