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(桂林理工大學測繪地理信息學院)

一、引言

數(shù)字攝影測量是一門系統(tǒng)性和實踐性較強的課程，其依托于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理，綜合應用計算機技術(shù)、數(shù)字圖像處理、影像匹配和模式識別等多學科理論與方法對不同平臺航攝器獲取的數(shù)字/數(shù)字化影像進行處理，自動(半自動)方式提取所攝對象，并用數(shù)字化方式表達其幾何與物理信息的一門科學與技術(shù)。隨著空天遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是在第一代傳輸型立體測繪遙感衛(wèi)星、低空無人機遙感、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)的推動下，數(shù)字攝影測量技術(shù)已得到了極大的發(fā)展，被廣泛用于城市真實三維景觀建模和數(shù)字城市建設(shè)、地圖測繪、地形地貌提取與量測、災害監(jiān)測與模擬、三維地圖導航和國土資源普查等與人民生活密切相關(guān)的領(lǐng)域。新型數(shù)字攝影測量技術(shù)的應用與發(fā)展既給GIS和RS專業(yè)的學生帶來了良好的就業(yè)機遇，又帶了需不斷提高自身知識和技術(shù)儲備的挑戰(zhàn)。

高等學校肩負著培養(yǎng)大批滿足社會需要和經(jīng)濟建設(shè)的高級專門人才的使命。在數(shù)字攝影測量應用領(lǐng)域日益大眾和普適化的發(fā)展趨勢下，測繪類專業(yè)如何優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)布局和人才培養(yǎng)類型結(jié)構(gòu)，完善教學內(nèi)容，改革教學模式，提高學生的專業(yè)素養(yǎng)和技能水平，實現(xiàn)與經(jīng)濟建設(shè)和社會需求的無縫對接。本文以桂林理工大學測繪地理信息學院數(shù)字攝影測量課程教學為例，反思GIS專業(yè)和遙感專業(yè)本科數(shù)字攝影測量教學模式，探討課程教學改革新途徑。

二、數(shù)字攝影測量教學反思與改革思路

1.數(shù)字攝影測量教學現(xiàn)狀

數(shù)字攝影測量是地理信息科學和遙感專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)主干基礎(chǔ)課程，主要講述數(shù)字影像獲取與處理基礎(chǔ)、數(shù)字影像解析基礎(chǔ)、影像特征提取與定位算子、影像匹配基礎(chǔ)、基于灰度和特征的影像匹配方法、影像自動定向、4D產(chǎn)品的生成與編輯、數(shù)字攝影測量系統(tǒng)。該課程主要存在以下三個問題：本課程共48個學時，理論學時僅有32個學時，造成課堂授課理論知識只能避輕就重、點到為止無法系統(tǒng)深入，學生難以全面理解和掌握相關(guān)內(nèi)容，產(chǎn)生畏難心理。同時，授課內(nèi)容涉及到復雜的空間變換和數(shù)學公式推導，學生需要借助扎實地攝影測量學基礎(chǔ)、遙感數(shù)字圖像處理、測量學、高等數(shù)學和線性代數(shù)等相關(guān)課程知識才能理解，難度較大。16個實驗學時的上機內(nèi)容主要包括：數(shù)字影像獲取與處理、三大定向、立體觀察與測圖、4D產(chǎn)品生成等，使用軟件是武漢適普公司研發(fā)的VirtuoZoNT教育版。該軟件只能使用系統(tǒng)自帶的樣例數(shù)據(jù)，不能處理外業(yè)航攝數(shù)據(jù)，操作內(nèi)容單一，導致學生既不會設(shè)計測區(qū)的航攝基礎(chǔ)參數(shù)和航線，又無法處理無人機航攝數(shù)據(jù)，專業(yè)技能落后，與生產(chǎn)實踐嚴重脫節(jié)，無法滿足新技術(shù)條件下3S行業(yè)和用人單位的需求。課堂教學方式通常是多媒體與板書相結(jié)合，授課模式以教師講，學生被動聽為主，但數(shù)字影像解析基礎(chǔ)、影像特征提取和匹配、影像自動定向等內(nèi)容涉及到一系列復雜的空間變換和矩陣運算，靜態(tài)的文字和圖片難以生動展現(xiàn)抽象難懂的課堂內(nèi)容，“滿堂灌”和“填鴨式”的教學模式無法激起學生的學習興趣，課堂易枯燥無味。

2.數(shù)字攝影測量教學反思

(1)教學內(nèi)容不聚焦，重難點不突

在32個理論學時內(nèi)系統(tǒng)講授和學習“數(shù)字影像獲取與處理基礎(chǔ)、數(shù)字影像解析基礎(chǔ)、影像特征提取與定位算子、影像匹配基礎(chǔ)、基于灰度和特征的影像匹配方法、影像自動定向、4D產(chǎn)品的生成與編輯、數(shù)字攝影測量系統(tǒng)”8章內(nèi)容，對于授課老師和學生來說，難度都是極大的。如果授課老師不詳細梳理各章節(jié)的重、難知識點，不聚焦每堂課的授課內(nèi)容，將會使學生在已有課堂畏難心態(tài)的基礎(chǔ)上，不能準確地把握學習目標，進而導致在學習上出現(xiàn)事倍功半甚至白忙活、瞎忙活的情況，教學質(zhì)量自然不非常不理想。

(2)教學模式單調(diào)，學生參與度低

數(shù)字攝影測量不僅涉及到抽象的坐標系轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)，還有復雜的數(shù)學公式推導和解算，授課過程中已有發(fā)現(xiàn)，僅僅利用傳統(tǒng)靜態(tài)的圖片+文字的課件和板書，易造成教師一人唱“獨角戲”，課堂死氣沉沉，無人應和，缺乏趣味性，學生易陷入課堂冷漠狀態(tài)，不愿積極主動參與課堂討論。最終導致教師無激情地教，學生默不作聲地被動聽，兩個課堂主體毫無配合，“兩張皮”。因此，通過巧妙地設(shè)計問題，引導學生參與課堂教學，提升沉浸式參與感。

(3)理論課與實驗課不匹配

數(shù)字攝影測量以攝影測量學為基礎(chǔ)，理論課主體在于講授數(shù)字圖像處理、特征提取與影像匹配、4D產(chǎn)品生成與測圖。數(shù)字攝影解析基礎(chǔ)只是其中一章，僅有4個理論學時。但是實驗上機使用的數(shù)字攝影測量軟件是武漢大學遙感學院與武漢適普公司共同研發(fā)的VirtuozoNT(教育版)，只能使用系統(tǒng)自帶航攝影像和相機參數(shù)、控制點文件，不支持實際航攝影像的導入與處理。在無人機攝影測量技術(shù)日益成熟的今天，學生上機使用VirtuozoNT(教育版)軟件已經(jīng)嚴重脫離了測繪行業(yè)的用人要求。同時，該軟件設(shè)計的重點在于數(shù)字解析攝影測量，沒有數(shù)字影像處理、特征提取和影像匹配等內(nèi)容。

3.數(shù)字攝影測量教學改革與創(chuàng)新

(1)定制切實可行的教學計劃

結(jié)合已有的數(shù)字攝影測量教學經(jīng)驗，修訂已有的教學大綱，定制切實可行的教學計劃。將各章節(jié)內(nèi)容分為兩部分，一部分是需要課堂講授，通過設(shè)計日常生活中實例引導學生思考學習的內(nèi)容；另一部分是不需要課堂講授，通過教育在線布置課下作業(yè)讓學生通過校園網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)訪問百度文庫、問答，豆丁和知網(wǎng)等網(wǎng)站自主學習的內(nèi)容。每部分章節(jié)內(nèi)容均詳細歸納知識點，明確其中的重難點，形成以知識點為基本單元的樹狀結(jié)構(gòu)圖。課堂講授內(nèi)容提煉聚焦，同時巧妙設(shè)計隨堂問題，以案例教學引導學生參與課堂討論的同時，明確每堂課需要學習的知識點。通過微信教學質(zhì)量管理平臺，設(shè)計隨堂小節(jié)，強化課堂所學內(nèi)容。

(2)踐行嵌入式教學

在桂林理工大學教育在線平臺上，有針對性地開展與課程內(nèi)容相關(guān)的資源推薦、文獻檢索、資料搜集等方面的教學。讓學生了解所學課程及相關(guān)專業(yè)學科文獻的基本知識，學會獲取與利用所需文獻信息的方法和技巧，增強學生自學能力、知識的自我更新能力、科研能力和創(chuàng)新能力。從而讓學生在探索中學習新知識，形成以學生為中心的主動教學模式，教師由傳統(tǒng)的“灌輸者”變成課堂的“組織者”和知識的啟發(fā)者、引導者。

(3)強化理論課與實驗課契合度

理論課和實驗課是相互作用的統(tǒng)一整體。理論是實驗的基礎(chǔ)和先導，而實驗則是理論的一個催化劑。在授課過程中，圍繞第二章“數(shù)字影像獲取預處理基礎(chǔ)”理論內(nèi)容，通過設(shè)計無人機航攝影像和遙感影像的彩色融合和RGB顯示、二值化、插值和重采樣處理、空間卷積濾波、傅里葉變換和逆變換等實驗環(huán)節(jié)強化和鞏固學生對理論知識的理解。針對第三章“數(shù)字影像解析基礎(chǔ)”，通過引導學生參觀學院攝影測量虛擬仿真實驗室，親自設(shè)置航攝基礎(chǔ)參數(shù)、航線、航攝角度結(jié)合機房的DP-Modeler無人機傾斜建模與測圖，系統(tǒng)深入理解攝影測量的理論知識。

三、結(jié)論

“數(shù)字攝影測量學”作為攝影測量與遙感專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，在當前新測繪技術(shù)的不斷催化下，教學計劃、教學模式和課程安排必須要與時俱進、適時修正。本文剖析了桂林理工大學測繪地理學院本科課程數(shù)字攝影測量的教學現(xiàn)狀，反思了教學內(nèi)容不聚焦、教學模式單調(diào)、理論課與實驗課不匹配等問題，提出從定制教學計劃、聚焦教學內(nèi)容、構(gòu)建以知識點為基本單元的樹狀結(jié)構(gòu)圖、創(chuàng)新教學模式等方面逐步實現(xiàn)“數(shù)字攝影測量學”課程的教學改革。在當前“新工科”和“以本為本”的要求下，本文提出的改革方案和措施，旨在消除學生的畏難情緒，提升學生的主體感，增強學生分析和解決實際工程問題的能力，可為其他本科院校相同課程教學改革提供參考和借鑒。