基于知识融合的非测绘专业“测量与遥感”课程教学改革探讨

(北京林业大学林学院，北京 100083)

测量与遥感是现代地理数据采集的2种核心技术手段，两者均是理论与实践、研究与应用紧密结合的科学，且均具有综合性与实用性强、针对性突出和应用面较广等特点[1-2]。根据中国测绘学会测绘教育研究委员会统计，全国有400余所普通高校开设了“测量学”课程，设置“测量学”课程的非测绘专业领域主要包括：土建、地质、地理、采矿、土地、房管、农林、交通、港口、水利和管理等[3]。同时，遥感以大面积同步观测、高时效性、经济性、数据的综合可比性等突出优势，受到各行各业的青睐，成为许多部门，特别是农业、林业、国土、城市等进行合理规划、科学决策必不可少的工具[4-5]。近年来，我国很多高等院校都相继开设了“遥感技术与应用”等课程[6]。

目前，部分农林院校在城乡规划、园林、风景园林、草业等重点强调地理数据应用的非测绘专业开设了“测量与遥感”课程，希望学生能掌握现代地理数据获取的核心技术手段和过程，从而对实际工作中所使用的不同来源的地理数据有更深入的认识。作为一门重要的基础课程，“测量与遥感”课程对学生从事城乡规划、园林设计和工程制图、测设与施工等工作具有显著的支撑和促进作用[7-8]。但随着相关学科的不断发展，各种新技术、新装备的不断涌现，以及各专业在城市建设中对人才的综合素质要求的不断提高，现行的“测量与遥感”课程教学模式逐渐暴露出了如下问题：理论知识教学过程中，知识融合不足、教学内容分配和课时量设置不尽合理；实践教学过程中，核心实践内容缺少综合设计、实践教学模式相对陈旧、新仪器和新技术应用未及时跟上。

一、“测量与遥感”课程教学存在的主要问题

(一)理论教学存在的问题

1.理论教学的两大核心内容融合不够、衔接不好

测量学和遥感都有各自完整的知识体系，因此想通过一门“测量与遥感”课程完成2个知识体系的讲授，需要缜密的教学方案设计，包括前述的教学内容与课时量的合理安排、不同知识体系在理论知识教学中的合理衔接，以及教学过程中测量学与遥感两部分知识的融合讲授设计等。

目前，市场上没有任何一本教材能涵盖测量与遥感两方面的知识，致使核心理论知识教学内容融合不足。一是测量与遥感本就属于不同专业方向；二是由于各专业特点不同对知识的需求也各有侧重，因此在“测量与遥感”课程教学中，教师推荐的教材为《园林工程测量》《数字测图原理与方法》和《遥感概论》。这些教材均为独立的测量学和遥感科学的教学内容，导致2种知识体系衔接融合不够，满足不了“测量与遥感”课程培养目标的要求。

2.教学内容多与学时少的矛盾较为突出

多数高校在城乡规划、园林、风景园林、草业等重点强调地理数据应用的非测绘专业的教学大纲中规定，“普通测量学”课程的课时为40～80学时，加上2周左右的综合测图实习[7]。目前，北京林业大学“测量与遥感”课程包含“普通测量学”“遥感概论”2门课程的核心知识，相比“普通测量学”课程，教学内容已大大超出，但该课程的总学时仅为40学时左右，加上1周左右的综合测图实习，导致丰富的教学内容与有限的学时之间矛盾突出。

3.两大核心内容的学时分配不合理

教学内容多与学时少的矛盾还进一步造成了测量学与遥感科学内容分配比例不合理的问题。由于“测量与遥感”课程整体课时少，为了完成对传统测量学知识的系统讲授，教师在“测量与遥感”课程教学过程中被迫选择把课程重心放在了测量学上，而对遥感科学的相关知识只进行了简单的介绍，一般安排4个学时的教学工作，导致核心教学内容课时分配的不合理。

(二)实践教学存在的问题

1.核心的实践内容缺少综合设计

相较于理论知识教学中核心教学内容融合不足、缺少衔接等问题，实践教学环节存在的问题则更为明显。面向测绘类专业的“测量学”和“遥感技术与应用”2门课程分别有其自身独立的、自成体系的实践教学内容，但“测量与遥感”课程要完成2套实践教学内容的融合教学，需要对原有相对独立的2套实践教学内容进行缜密的再组织，开展综合性设计。但目前的“测量与遥感”课程的实践教学内容只是在考虑整体课时的基础上对部分实践教学内容进行了删减后的简单合并，并没有进行有效的实践教学内容融合设计。

2.实践教学模式相对陈旧，新仪器和新技术的应用滞后

目前，实践教学中仍然以传统的测量学内容为主。首先，运用水准仪、经纬仪等常规测量仪器，在一定区域按图根控制测量的精度要求，通过单独测定角度、高差、水平距离等观测量，解算并确定测量区域的图根控制导线；其次，在此基础上进行区域的碎部测量工作；最后，利用图根控制与碎步测量成果完成测量区域的地形图绘制。一系列先进的电子测绘装备并没有被有效应用于“测量与遥感”课程实践中，学生并未利用先进测绘装备开展外业数据采集。

对于城乡规划、园林等非测绘专业，数字地形图的应用实践也十分重要。但目前的地形图应用实践仍以纸质地形图的应用练习为主，缺乏利用测绘或地理信息系统专业软件进行数字地形图应用的实践练习，不利于学生长远的学业发展。

此外，由于“测量与遥感”实验课程的设计是与理论知识教学相配套的，受理论知识教学的课程比例设置影响，该课程的实践教学也偏重于测量学方面的动手能力的培养，因而学生针对最新的遥感数据获取、处理、信息提取及其内外业应用等方面动手能力的锻炼存在缺失。

二、基于知识融合开展非测绘专业“测量与遥感”课程改革的探索

(一)理论教学的改革

1.“与时俱进”修订教学大纲，实现两大核心内容的有机融合

笔者根据各专业的特点，围绕各专业的培养目标，明确了“测量与遥感”课程的需求，以此确定教学内容的侧重点，按专业不同进行有针对性的教学内容设计，具体教学内容设计如下。

(1)修订教学大纲。在推荐遥感相关书籍如《遥感概论》等作为参考教材的基础上，自主编写了综合性强的课程讲义。比如，在空间数据采集相关理论知识讲授环节，将测量学数据采集的理论知识内容与遥感技术的空间数据采集理论知识、方法等内容进行集成整合；在空间数据应用讲授环节，将地形图的应用与遥感数据应用进行集成讲授等。

(2)针对不同专业不同的知识需求，对原有的理论教学内容进行适当的取舍和补充。比如，对于即将淘汰的部分光学测量仪器、手工数据处理、平板绘图等进行适当的精简，将钢尺量距等简单内容安排学生自主学习；补充新的电子测量装备、新的无人机航空测量技术等基础理论知识与使用方法，在讲课过程中，对地形图综合测绘、空间数据应用等内容进行重点讲述。唯有与时俱进地更新、充实与优化教学大纲与教材内容，才能激发学生对“测绘与遥感”课程的学习兴趣，跟上测绘与遥感科学的飞速发展，适应现代化人才培养的需要。

2.适当增加课时，完善和更新理论教学内容

针对教学内容多与学时数少的矛盾，在完成测量学系统性理论知识讲解和实践教学任务的基础上，增加了遥感技术的理论知识讲授。同时，适当增加总课时量，将原来的40个学时加1周综合实习增加到48个学时加2周综合实习。另外，将测量学中的少量陈旧的和对该专业意义不大的内容(如平板测图)进行适当的删减，将诸如误差传播理论、施工测量等部分知识作为学生自主学习的内容。

(二)实践教学的改革

相比于理论教学知识结构的独立性特点，“测量与遥感”课程的实践教学环节有更大的融合空间。从地理数据采集的角度看，测绘与遥感2种技术都是十分重要的地理数据采集技术，2种数据采集过程可以通过综合设计进行创新性融合，从而形成“测量与遥感”课程的独特实践教学内容。

1.综合设计实习过程，实现测量实践与遥感实践的有机融合与良好衔接

原来的“测量与遥感”课程实习内容利用经纬仪、水准仪、全站仪等测绘装备绘制一幅1∶500的大比例尺地形图作为唯一实践内容，这种单一的实习内容同“测量与遥感”课程的综合定位并不一致，且不能满足市场对城乡规划、园林等专业复合型人才培养的需求。因此，在教学过程中，笔者结合该专业方向对测量与遥感技术的应用需求，综合设计了“测量与遥感”课程实习内容，其技术流程方案见图1。

根据图1所设计的综合实习技术流程，学生在选定测区的基础上，首先获取该区域高分辨率遥感影像，通过图根控制测量完成测区控制点的测量与坐标解算；其次利用控制测量成果对遥感影像进行几何纠正和正射校正；最后利用专业遥感数据采集软件，进行测区细部数据的提取，并生成测绘4D产品，完成信息提取、变化检测等应用练习。这样的实习可使学生对所学理论知识强化记忆、感性吸收、深化理解，并使学生掌握仪器设备操作、测绘数据整理与解算、专业软件应用等系列技能，提高了学生动手和创新能力，达到了综合实习的目的。

图1 “测量与遥感”课程综合实习技术流程方案

2.及时将新仪器和新技术应用于课程实践教学

随着各行业的发展，电子化、数字化测图方法已逐步代替常规的经纬仪测绘地形图的方法。首先，学生可以利用电子经纬仪、全站仪等先进测绘装备，实现外业高差、距离、角度等基本观测量的自动观测、跟踪记录、数据自动存储等功能；然后再借助配套的专业软件，完成数据的内业自动处理和解算工作，实现内外业一体化测绘。另外，在实习的测区高分辨率遥感数据收集环节，学生可以首先考虑采用无人机遥感技术拍摄测区高分辨率遥感影像，然后利用前期的测区控制测量成果对无人机获取的高分辨率遥感影像进行几何纠正与地理定位纠正。

3.广泛联系与测量和遥感相关的企业，开拓新的实践教学基地

通过学校、院系和个人广泛联系测量与遥感专业相关企业，获取教学和实习所需的现实和历史数据，及时跟进行业需求，设定实习内容，尝试让学生直接参与到企业的科研、开发和生产工作中，让学生主动学习知识，锻炼学生利用课堂理论知识解决实际问题的能力，从而提高教学效率。具体来说，可考虑与企业在科研项目上进行合作，形成工学结合的模式。此外，实习基地的建设直接关系到实习教学的质量，对学生实践能力和创新能力的培养具有十分重要的作用。由于北京林业大学没有固定的实践基地，目前学校学生大部分实验和实习都是在校园进行的。学生随意选站、标记，给校园的环境和交通造成一定影响，且对实习效果也产生不利影响。因此，笔者认为，与企业合作建立实习基地，不仅开拓了实践教学基地，能将学生课堂的理论知识、仪器操作与野外实践相结合，熟悉并掌握野外测图的全过程，而且还能培养学生的专业兴趣，全方位地锻炼学生综合运用知识、独立处理问题的能力[9]。

三、非测绘专业“测量与遥感”课程教学改革的预期效果

(一)强化理论教学内容的综合性

通过“测量与遥感”课程理论知识教学的改革，将有效提升测量学与遥感科学技术理论知识的有机融合，使得“测量与遥感”课程的理论知识教学更富有综合性。学生通过该课程理论知识的学习，能够从空间数据获取、处理与应用的角度，对该课程的知识进行整体认知与把握。

(二)提高学生采集空间数据的综合实践能力

通过“测量与遥感”课程实践教学的改革，学生可以掌握最新的空间数据采集装备的使用技术和方法，系统地学习包括野外数字测图、高分遥感数据获取、内业测绘数据整理与解算、遥感数据定位与几何纠正，以及基于遥感观测的细部数据采集等基本技能。一系列测绘类基础数据产品生产与制作的技术过程，有效地提高了学生利用测量与遥感技术开展空间数据采集的综合实践能力。

(三)激发学生学习“测量与遥感”课程的兴趣

一系列领域新装备、新技术和新方法的引入，促使学生对前沿科研和一线生产萌生强烈的好奇心，从而有效地激发学生学习“测量与遥感”课程的兴趣。笔者近年的教学实践表明，学生的学习主动性明显增强，课堂讨论也更加热烈。

总之，“测量与遥感”课程的理论与实践教学是一项复杂的工作，其教学改革工作也必定是长期的、系统性的。如何在保留该课程经典知识体系的基础上，顺应测绘与遥感技术飞速发展的需要，仍需笔者结合相关学科的发展特点和该课程的最新成果，在教学内容、教学方法、教学手段等方面进行不断地探索和研究，以满足不同专业对测量与遥感技术的需求。