羅 艷,劉 榮,肖根如,王勝平,辛俊偉
(東華理工大學(xué),南昌 330013)
隨著“工業(yè)4.0”模式的演進(jìn),人類逐漸進(jìn)入利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代,信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合已經(jīng)成為新形勢(shì)下教育改革的必然趨勢(shì)[1]。教育部在《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中明確提出“三全兩高一大”發(fā)展目標(biāo)[2],對(duì)師生教學(xué)和學(xué)習(xí)的信息化應(yīng)用水平、信息化素養(yǎng)培養(yǎng)以及“互聯(lián)網(wǎng)+教育”平臺(tái)建設(shè)等工作都指明了方向。
在信息化背景下,無(wú)人機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息化高新產(chǎn)物也紛至沓來(lái),測(cè)繪學(xué)科也逐漸在從數(shù)字化測(cè)繪向信息化測(cè)繪發(fā)展[3],龔健雅院士指出,“攝影測(cè)量”需要與計(jì)算機(jī)視覺(jué)、人工智能等學(xué)科的深度交叉融合[4],袁修孝、王志勇、卞玉霞等學(xué)者紛紛對(duì)“攝影測(cè)量學(xué)”在線開(kāi)放課程和微課堂建設(shè)進(jìn)行了大量的探索,并取得了很好的效果[5-6]。但是,在“攝影測(cè)量學(xué)”教學(xué)過(guò)程中,仍普遍存在教學(xué)內(nèi)容滯后、教學(xué)模式單一、課程教學(xué)信息化建設(shè)落伍等問(wèn)題。
為順應(yīng)教育信息化大趨勢(shì),進(jìn)一步適應(yīng)新形勢(shì)下測(cè)繪人才培養(yǎng)需求,筆者對(duì)本校近五年來(lái)該課程的學(xué)生學(xué)習(xí)達(dá)成度情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,并根據(jù)測(cè)繪專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證指標(biāo)要求,結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與考核模式進(jìn)行了改革。通過(guò)引入測(cè)繪行業(yè)新技術(shù)、新知識(shí)充實(shí)課堂教學(xué)資源,采用信息化教學(xué)手段,融入多元化教學(xué)方法,靈活設(shè)置課程考核模式,不斷提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力,以期讓該課程的教學(xué)工作提質(zhì)增效。
“攝影測(cè)量學(xué)”是測(cè)繪專業(yè)課程體系中的核心專業(yè)課之一,課程內(nèi)容涉及知識(shí)面廣,內(nèi)容抽象邏輯嚴(yán)密,對(duì)學(xué)生的立體空間感要求高[7]。主要存在以下特點(diǎn):
1)涉及其他測(cè)繪基礎(chǔ)知識(shí)面廣。攝影測(cè)量學(xué)是通過(guò)影像來(lái)研究信息獲取、數(shù)據(jù)處理、信息提取以及成果表達(dá)的一門信息科學(xué)[7]。“攝影測(cè)量學(xué)”的內(nèi)容涉及測(cè)量學(xué)、測(cè)量平差、計(jì)算機(jī)制圖、地圖學(xué)、地圖投影、數(shù)字圖像處理和地圖數(shù)據(jù)庫(kù)等多種測(cè)繪基礎(chǔ)知識(shí),還與地理信息、遙感等學(xué)科之間聯(lián)系密切。
2)基本概念抽象、公式推導(dǎo)多。在“攝影測(cè)量學(xué)”課程理論知識(shí)中,概念較多且比較抽象,如航向重疊、旁向重疊、絕對(duì)定向、相對(duì)定向、外方位元素、內(nèi)方位元素等,學(xué)生常常不容易理解。此外,在課程教學(xué)中,任課老師需要為學(xué)生講授很多數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過(guò)程,如前方交會(huì)、后方交會(huì)、共線方程、共面方程等,需要學(xué)生熟悉微積分、矩陣運(yùn)算、最小二乘等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)公式,對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。
3)對(duì)學(xué)生的空間立體感要求高。在其教學(xué)過(guò)程中,一般會(huì)涉及到大量影像數(shù)據(jù)的信息表達(dá)、多個(gè)空間坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換,對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求高。如二維空間像點(diǎn)坐標(biāo)求解三維地面點(diǎn)坐標(biāo),在要求學(xué)生具備數(shù)學(xué)基礎(chǔ)外,還需要學(xué)生具備空間變換的立體思維。
經(jīng)過(guò)對(duì)本校近五年來(lái)該課程上課學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果顯示,約36%的學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)不熟悉,尤其是共線方程的推導(dǎo)相對(duì)吃力,45%的學(xué)生對(duì)傾斜攝影測(cè)量、三維模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等新概念不太了解,約35%的學(xué)生在空間關(guān)系模擬上覺(jué)得很困難。根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果,結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐,筆者認(rèn)為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)兩方面都存在一定的問(wèn)題,主要表現(xiàn)在以下方面:
1)課程內(nèi)容滯后,無(wú)法適應(yīng)測(cè)繪科技發(fā)展。新形勢(shì)下,攝影測(cè)量學(xué)飛速發(fā)展,普遍超出了人才培養(yǎng)模式及技術(shù)能力的革新速度,如大數(shù)據(jù)時(shí)代的云控制攝影測(cè)量、點(diǎn)云數(shù)據(jù)智能挖掘、無(wú)人機(jī)傳感器等技術(shù)發(fā)揮了極強(qiáng)的引領(lǐng)作用,不斷帶動(dòng)攝影測(cè)量的突破[8-10],教育信息化將以專業(yè)教學(xué)、人工智能及學(xué)習(xí)科學(xué)相結(jié)合形成新的研究?jī)?nèi)容,學(xué)生所掌握的知識(shí)落后于行業(yè)需求。
2)教學(xué)模式單一,師生之間有效互動(dòng)少。以往該課程教學(xué)主要是以教師為主體“面對(duì)面”的教學(xué)為主,存在“灌輸式”“接受式”等弊端[11],時(shí)常受到課堂時(shí)間和地點(diǎn)的限制,師生之間有效互動(dòng)很難保證,也難以實(shí)施個(gè)性化教學(xué)。雖然也有一些高校在測(cè)繪學(xué)科的精品課程建設(shè)方面進(jìn)行了大量研究與探索,但測(cè)繪類精品在線開(kāi)放課程的建設(shè)相對(duì)滯后,仍無(wú)法滿足新形勢(shì)下測(cè)繪人才的培養(yǎng)需求。
3)重“教”輕“學(xué)”,學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)匱乏。學(xué)生們?cè)陂L(zhǎng)期的應(yīng)試教育下,形成目標(biāo)性的依賴思想,在學(xué)習(xí)過(guò)程中,習(xí)慣以“教師、教材、教輔”為中心,以教師的“教”為主,忽略主動(dòng)“學(xué)”,一般由教師設(shè)置教學(xué)目標(biāo),被動(dòng)式的接受信息,學(xué)生的歸納、分析和總結(jié)等自主學(xué)習(xí)能力無(wú)法得以提升。但在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生不能很好將已學(xué)的其它課程知識(shí)用于解決攝影測(cè)量實(shí)際問(wèn)題,同時(shí)也不能將所學(xué)的攝影測(cè)量知識(shí)融匯到其他課程中,缺乏構(gòu)建知識(shí)體系的意識(shí)和能力。
課程教學(xué)流程的重組與再造是促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的關(guān)鍵所在[12]。為了有效解決課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,提高教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)流程重組:第一,課程內(nèi)容重組,以適應(yīng)新形勢(shì)下測(cè)繪人才培養(yǎng)目標(biāo);第二,教學(xué)手段重組,利用信息化技術(shù)建設(shè)在線開(kāi)放課程資源;第三,教學(xué)方法重組,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力;第四,評(píng)價(jià)方式重組,以達(dá)成對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況個(gè)性化評(píng)價(jià)的效果。
在信息化革命的浪潮中,攝影測(cè)量技術(shù)也在高速發(fā)展,其數(shù)據(jù)采集手段、影像信息處理技術(shù)、成果輸出方式以及產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域都在變革之中,只有將攝影測(cè)量新發(fā)展、新理論和新技術(shù)充分融入到課程教學(xué)中,才能不斷提高學(xué)生對(duì)新技術(shù)、新知識(shí)的掌握度[12]。針對(duì)現(xiàn)有的課程教學(xué)內(nèi)容,進(jìn)行優(yōu)化和更新,把整個(gè)課程體系大致分為4個(gè)部分:①數(shù)據(jù)采集:在原有的成像系統(tǒng)中補(bǔ)充無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量成像技術(shù)和視頻成像技術(shù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn);②影像信息處理:在原有的立體測(cè)圖原理、單雙像解析原理基礎(chǔ)上,對(duì)空中三角測(cè)量技術(shù)進(jìn)行拓展,且增加數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中特征提取及特征匹配等知識(shí)點(diǎn);③成果輸出:重點(diǎn)講授信息化表達(dá)的內(nèi)容,補(bǔ)充講解點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)等數(shù)字圖像處理技術(shù)和三維建模技術(shù);④產(chǎn)品應(yīng)用:采用專題授課的模式對(duì)目前最新的攝影測(cè)量技術(shù)如無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量、貼近攝影測(cè)量、云控制攝影測(cè)量進(jìn)行講解。通過(guò)對(duì)上述4個(gè)部分的知識(shí)體系更新和完善,得到重組后的課程教學(xué)內(nèi)容體系(如圖1所示),讓學(xué)生學(xué)習(xí)完該課程后,能夠全方位了解攝影測(cè)量技術(shù)。
圖1 重組后的課程教學(xué)內(nèi)容體系
在課間實(shí)踐環(huán)節(jié),緊密結(jié)合課程內(nèi)容,增設(shè)數(shù)據(jù)外業(yè)實(shí)景模擬采集環(huán)節(jié)和無(wú)人機(jī)影像處理內(nèi)容。利用數(shù)字沙盤模型的地形和地貌,模擬無(wú)人機(jī)影像采集全過(guò)程;在原有的垂直航攝的基礎(chǔ)上,增加無(wú)人機(jī)傾斜數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程,增加特征匹配、點(diǎn)云計(jì)算、三維重建等內(nèi)容。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容重組情況如表1所示。其中,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分為樣例數(shù)據(jù)和案例數(shù)據(jù),樣例數(shù)據(jù)即教師授課采用的樣例數(shù)據(jù),案例數(shù)據(jù)采用實(shí)際工程項(xiàng)目數(shù)據(jù),讓學(xué)生通過(guò)獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、動(dòng)手實(shí)踐來(lái)完成數(shù)據(jù)處理全過(guò)程,更好地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
表1 攝影測(cè)量實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容
教育信息化背景下,為教與學(xué)提供了更多支撐環(huán)境,各種新型的如線上線下、智能教學(xué)等將作為新的教學(xué)方式,教學(xué)改革不僅需要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重組來(lái)改革教學(xué)內(nèi)容,更需要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)模式、推動(dòng)教學(xué)資源共享來(lái)改變教學(xué)觀念,進(jìn)而改變學(xué)生的學(xué)習(xí)模式。
筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)以獲批的江西省精品在線開(kāi)放課程項(xiàng)目建設(shè)為契機(jī),從“攝影測(cè)量學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化入手,根據(jù)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r,重新修訂了教學(xué)大綱并精選教學(xué)內(nèi)容,梳理課程知識(shí)點(diǎn),對(duì)知識(shí)點(diǎn)錄制教學(xué)講解視頻,以超星泛雅平臺(tái)為載體,成功搭建了“攝影測(cè)量學(xué)”在線開(kāi)放課程。以課程知識(shí)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn),共梳理和錄制講解視頻33個(gè),每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的視頻時(shí)長(zhǎng)為10~15 min,在線開(kāi)放課程資源的視頻總時(shí)長(zhǎng)達(dá)500 min以上,部分視頻內(nèi)容還在持續(xù)更新中,開(kāi)放課程主要知識(shí)點(diǎn)錄制視頻情況見(jiàn)表2所示。
表2 “攝影測(cè)量學(xué)”在線開(kāi)放課程主要知識(shí)點(diǎn)情況
在課程教學(xué)中,通過(guò)融入泛雅平臺(tái)的移動(dòng)學(xué)習(xí)功能,實(shí)現(xiàn)了線上教學(xué)的師生互動(dòng)功能,并面向校內(nèi)外對(duì)課程教學(xué)視頻資源共享,基本達(dá)到教師能自主進(jìn)行課程內(nèi)容建設(shè)、學(xué)習(xí)情況監(jiān)控、教學(xué)資源共享和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線上、線下教學(xué)的有效整合。特別是在2020年新冠肺炎“疫情”期間,單純利用直播網(wǎng)上授課,對(duì)學(xué)生很難達(dá)到以往線下教學(xué)的效果,通過(guò)融合移動(dòng)學(xué)習(xí)資源,要求學(xué)生在非教學(xué)時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)線上精品課程資源,并與任課老師進(jìn)行線上互動(dòng),學(xué)生的學(xué)習(xí)達(dá)成情況比以往線下教學(xué)效果更佳。
在新形勢(shì)下,教學(xué)應(yīng)該由傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)逐步轉(zhuǎn)向?qū)W生為中心的教學(xué)[13]。培養(yǎng)適合新時(shí)代行業(yè)的創(chuàng)新性人才,關(guān)鍵的不是學(xué)生知識(shí)概念掌握的多少,重要的是對(duì)科學(xué)知識(shí)本質(zhì)的了解和延伸,從而達(dá)到對(duì)科學(xué)精神的培養(yǎng)。在教學(xué)方法方面,筆者通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分層次導(dǎo)學(xué),將課程內(nèi)容的知識(shí)問(wèn)題化、問(wèn)題層次化,分層次導(dǎo)學(xué)情況如表3所示。
表3 分層次導(dǎo)學(xué)情況表
根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo),將教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)體系問(wèn)題化,根據(jù)知識(shí)體系構(gòu)建一條問(wèn)題主線,將知識(shí)體系學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為問(wèn)題體系學(xué)習(xí),讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué),根據(jù)大綱確定的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn),將大綱內(nèi)容分為3個(gè)層級(jí)的問(wèn)題:基礎(chǔ)層、理解層、應(yīng)用層。①基礎(chǔ)層:主要是一些基本概念、基本規(guī)律等內(nèi)容,如攝影基線、航線要求、核線、同名核線等,要求學(xué)生在上課之前通過(guò)學(xué)習(xí)線上開(kāi)放課程,進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、線上討論、搜集資料來(lái)解決和自我掌握。②理解層:體現(xiàn)學(xué)生對(duì)基本概念和基本規(guī)律的變式運(yùn)用,如共線條件方程、像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換、空三解算等。采取學(xué)生線上預(yù)習(xí)、教師線下講解、師生線上與線下討論互動(dòng)、學(xué)生課后復(fù)習(xí)來(lái)解決。③應(yīng)用層(綜合題):開(kāi)放型問(wèn)題。通過(guò)教師精講點(diǎn)撥、師生課中討論,并結(jié)合目前行業(yè)最新的案例分析,注重剖析知識(shí)要點(diǎn),分析知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系,以啟發(fā)為主,引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用多種基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能去分析和解決實(shí)際問(wèn)題,且還需涉及到其他相關(guān)課程的知識(shí),用于訓(xùn)練學(xué)生的思考能力。此外,在應(yīng)用層中,根據(jù)需求設(shè)置相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)(如無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理),讓學(xué)生自主完成該實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,從而激發(fā)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識(shí)。
作為教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成之一,學(xué)生考核評(píng)價(jià)對(duì)教學(xué)起著直接導(dǎo)向性作用。新形勢(shì)下,人才培養(yǎng)目標(biāo)已從傳統(tǒng)的知識(shí)型人才轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆浣鉀Q問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力的復(fù)合型人才,所以,不能再將標(biāo)準(zhǔn)化考試作為驗(yàn)證學(xué)生學(xué)習(xí)成效的唯一途徑[14]。
在“攝影測(cè)量學(xué)”課程教學(xué)中,教師應(yīng)該合理安排教學(xué)內(nèi)容,深入淺出,循序漸進(jìn),讓學(xué)生從已經(jīng)熟悉的舊有知識(shí)逐步引申構(gòu)建新的知識(shí),那么教學(xué)考評(píng)不應(yīng)聚焦在以考試為標(biāo)準(zhǔn)的終結(jié)性評(píng)價(jià),更應(yīng)充分參考這種能凸顯學(xué)生主體地位的形成性評(píng)價(jià)(過(guò)程性評(píng)價(jià)),對(duì)于學(xué)生在學(xué)習(xí)階段中反饋出的進(jìn)步、思維閃光點(diǎn)給予充分肯定。將這兩種評(píng)價(jià)體系有機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)既定的教育目標(biāo),充分發(fā)揮教學(xué)評(píng)價(jià)的導(dǎo)向功能,考核中適當(dāng)提高形成性評(píng)價(jià)的比例(與終結(jié)性評(píng)價(jià)占比各50%);同時(shí)也注重形成性評(píng)價(jià)的多元化,不僅僅依據(jù)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)過(guò)程及學(xué)習(xí)結(jié)果,同時(shí)聚焦學(xué)生解決問(wèn)題的綜合素質(zhì)和能力,并參考基于在線開(kāi)放課程中的自主學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),其中,將過(guò)程性評(píng)價(jià)分解為課堂學(xué)習(xí)情況(占比20%),線上預(yù)習(xí)、線上和線下作業(yè)完成情況(占比30%),課程期中考試(占比30%),撰寫課程讀書報(bào)告或模擬工程項(xiàng)目(占比20%)。評(píng)價(jià)指標(biāo)占比見(jiàn)圖2和圖3。且在終結(jié)性評(píng)價(jià)考試中參照“注冊(cè)測(cè)繪師”考試模式,考核學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力,以主觀題、論述題、案例題等為主,減少客觀記憶性題目的比值。
圖2 學(xué)生教學(xué)考評(píng)指標(biāo)
圖3 過(guò)程性評(píng)價(jià)指標(biāo)
通過(guò)擺脫考試分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)導(dǎo)向,形成學(xué)習(xí)知識(shí)與培養(yǎng)能力有機(jī)結(jié)合的評(píng)價(jià)導(dǎo)向。學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程不再僅僅是書本知識(shí)的理解和應(yīng)用,考察學(xué)生的方式也不再僅僅是試卷考試,而加強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的過(guò)程性評(píng)價(jià),讓學(xué)生加強(qiáng)對(duì)知識(shí)本質(zhì)的了解和解決實(shí)際問(wèn)題的延伸,從而達(dá)成對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下,信息技術(shù)與教育教學(xué)正在逐漸深度融合,對(duì)“攝影測(cè)量學(xué)”進(jìn)行課程教學(xué)改革與創(chuàng)新順應(yīng)了測(cè)繪學(xué)科發(fā)展的需要,也適應(yīng)了新形勢(shì)下對(duì)測(cè)繪人才的培養(yǎng)需求。在教學(xué)改革中,對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組,增加無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量、貼近攝影測(cè)量等理論教學(xué)內(nèi)容,完善和更新課程知識(shí)體系;更新課程教學(xué)手段,建設(shè)“攝影測(cè)量學(xué)”在線開(kāi)放課程,實(shí)現(xiàn)線上、線下教學(xué)有機(jī)融合;優(yōu)化課程教學(xué)方法,教學(xué)過(guò)程充分融入分層次導(dǎo)學(xué)理念;優(yōu)化學(xué)生考評(píng)方式,推行多元化考評(píng)模式。本課程教學(xué)改革意在充分借助信息化教學(xué)手段,更新和完善課程知識(shí)體系,建設(shè)和推廣在線開(kāi)放課程資源,不斷優(yōu)化教學(xué)方法,強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng),通過(guò)將教學(xué)改革運(yùn)用于實(shí)踐教學(xué),以期培養(yǎng)新時(shí)代社會(huì)發(fā)展所需的高素質(zhì)測(cè)繪人才。