新工科背景下的“摄影测量学”课程教学模式探索

罗 艳，刘 荣，王胜平，李 萌，辛俊伟

(东华理工大学 测绘工程学院，江西 南昌 330013)

为培养造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，教育部在2017年提出了“新工科”教育理念。随着“新工科”建设逐渐深入，其六问理念——“问产业需求建专业，问技术发展改内容，问学校主体推改革，问学生志趣变方法，问内外资源创条件，问国际前沿立标准”为高校工科专业建设指明了方向[1]，也向传统工程专业人才培养提出了挑战[2]。

测绘类专业是非常重视动手能力和专业知识应用的学科[3]，而“摄影测量学”是测绘类专业必修的一门重要的专业基础课程。在“新工科”建设背景下，通过该课程的学习，不仅要让学生所学能够满足实际生产项目需求，还要以项目为驱动，以需求为引领，让学生掌握测绘新技术、新理论，培养学生的应用能力与创新能力。如何使该课程适应新工科人才培养的需要，适应新时代教学目标的要求，是当前形势下亟待解决的问题。

1 课程教学现状及存在问题

“摄影测量学”作为高校测绘类专业的必修专业核心课程，其教学过程会涉及大量影像数据的信息表达，要求学生具备对空间变换的立体思维，课堂理论知识较为抽象，数学逻辑十分严密，实践教学环节内容繁多。对照“新工科”教育的要求，目前该课程教学过程中普遍存在以下几个问题：第一，教学理念的前瞻性不够；第二，课程理论知识体系不完善；第三，教学环节中有重理论而轻实践的趋势；第四，课程实践内容较为抽象，而且其过程并不完整。

1.1 教学前瞻性不足，对核心能力重视失衡

目前，大多数高校“摄影测量学”教学理念的前瞻性不足，未紧密结合全球变化、国家战略和行业经济发展，导致学生在思想上不够重视，尚未形成明确的学习认知目标，仅仅满足于学习任务的完成[4]。同时，该课程的培养目标设置较为笼统，相对重视理论知识的培养，对于技能、终身学习和个人素质能力的培养重视不够，从而对学生的实践与创新能力的培养有所忽视，使得培养的工程技术人才较难达到“新工科”人才培养的标准。

1.2 教材内容陈旧，前沿知识外延不足

“摄影测量学”作为测绘类专业的核心课程之一，目前相关前沿技术研究已发展到全数字化时代，与传统的摄影测量学有较大的区别。近年来，伴随着其他新兴测绘技术的发展，如倾斜摄影测量、Lidar技术、云计算、大数据、人工智能等高新技术的交叉融合，摄影测量的应用领域也变得更加广泛和深入[5]。

众多高校中，该课程的教学内容与教学要求，大多倾向对传统摄影测量知识的传授和相关专业技能的培养，与当前行业对专业人才的需求不能有效衔接。该课程的教材大多以“解析摄影测量与数字摄影测量”为主线展开，且实际教学过程中更侧重对摄影原理的讲述，而对数字摄影测量学相关理论讲解较少，对前沿技术涉猎不多。教材中也较少涉及近景摄影测量、贴近摄影测量学以及在大数据下的“云控制”摄影测量等方面的研究成果。教材与课程知识在深度和广度上不够，不能很好地为“新工科”所需求的新型工程人才的培养服务。

1.3 教学模式传统，新型人才培养受限

在新工科背景下，测绘产业的发展急需的是复合型和创新型人才[6]。在知识储备、能力具备和综合素质等方面对人才培养提出更高的要求，教学环节中要更加注重学生的创新能力和解决实际问题能力的培养。该课程教学过程中，大多是以教师主导的课堂教学，教师对学生创新意识的引导不佳，学生也缺乏解决问题的主动性[7]。一般情况下，学生通过课堂只能学到独立的知识点，而综合运用所学知识去解决实际问题的能力受限，达不到“新工科”要求培养全面性、先进性人才的要求。

1.4 实践教学受限，理论联系实践不够

“摄影测量学”是理论学习与实践应用相结合的专业课程，从行业需求上看，要求学生具备理论知识联系实际应用的能力。但该课程的教学内容丰富且理论抽象，涉及各种不同坐标系的转换，对学生的数学运算和空间转换思维能力要求较高[8]。由于硬软件的局限，实践环节主要是以传统的4D产品生产为核心的集中实习。而这样的实践教学，外业数据采集和内业处理存在脱节。其中，对于航测前端数据的获取、航线的敷设、相机的设置等无法和实际生产贴近，仅停留在认知层次，实践动手能力达不到新时代测绘人才培养的要求。

2 “四位一体”立体化“摄影测量学”课程教学模式设计

针对课程教学中的不足，结合“新工科”教学理念，从优化教学内容、改善教学手段、改进教学模式等方面逐步探索课程教学改革，建立以前沿技术与知识为课程内容补充、融入“项目化”教学方式、加上网络教学资源、引入虚拟场景体验式教学的“四位一体”立体化课程教学模式(如图1)，是“摄影测量学”课程教学创新的重要途径。

2.1 扩展前沿技术知识，加强课程内涵建设

当前，现代测绘技术与传统测绘技术处于“新老交替”阶段[9]，随着新兴技术的交叉与融合，如激光雷达、无人机等技术，传统的摄影测量慢慢被新技术取代，摄影测量步入以信息技术为主的全数字摄影测量时期。在课程的教学过程中，专业教师要对课程讲授内容进行梳理，强调教学内容的“基础性”“实用性”和“先进性”[10]。专业教师要以整体知识体系为主线，对课程内容模块化，在对基本概念及原理优化整合的基础上，以教材为本,保留原有核心内容，对陈旧落后和不再应用的知识仅简要介绍，重点加入行业的新技术、新成果、新动态，如应用较为广泛的无人机遥感技术、“贴近摄影测量”和“云控制的摄影测量”等相关原理。同时，专业教师要对教学内容进行外延和扩展，不但让学生理解和掌握复杂抽象理论，也能紧跟行业社会发展，了解到更多的学科前沿知识。

2.2 融入“项目化”教学方式，实现理论教学形式多样化

在理论课程教学方式方面，融入“项目化教学”模式，以生产应用为驱动，强化学生的实践与创新能力培养；建设网络视频课程，丰富学生学习的方式，通过网络互动开展启发式教学。在课程教学过程中，教师选取相关的科研项目、工程实践项目和企业生产项目，从项目分析到实施流程，向学生讲解关键技术要点，初步培养学生开展生产实践的能力。通过具体的案例项目分析和实施的讲解，学生可以学会将理论知识融入于实际的生产过程，进而培养学生的思维模式。通过“项目化”教学，将零散无序的知识点和应用技能密切联系起来，强化自主学习、增强课堂讨论和答疑等教学环节，让学生学会自主学习和自主创新，提高他们处理实际问题的工程实践应用与团队协作的能力，强化工程人才的实践与创新能力的培养，为培养新工科人才奠定扎实的基础。

2.3 加入网络教学资源，打破课堂学习壁垒

在新工科的教育理念下，借助互联网技术可以丰富教学资源，改变教学方式，从传统的单向传授方式改变为以双向互动为主的交流方式。依托“摄影测量学”精品在线课程，以及网络教学平台(微课堂、雨课堂等)，提供给学生利用网络资源自主学习的条件。对于个别重点难点内容，重新录制“在线课程”，按照课程模块和教学思路剪辑整理，加入思考题、讨论题和知识点，发布在学校网络教学平台中，通过网络课程的形式方便学生随时随地进行知识点温习和复习。同时，通过网上布置学习任务，师生网络互动讨论，可以进一步开展启发式教学。

2.4 引入“VR+数字模拟仿真实验室”体验式场景教学，构建特色实践教学环节

在课程实践教学环节中，依托“多功能摄影测量数字模拟仿真实验室”构建具有不同地形与地貌特征的实体沙盘，可以使学生在实验室虚拟仿真场景中去模拟航空摄影生产实践全过程，进行摄影测量实践模拟。此外在虚拟场景中，通过对外业采集数据、数据预处理、生产影像数据和构建三维模型各实践环节进行体验式教学授课，学生可以更充分地了解实践环节，弄懂弄通三维空间概念。同时，借助VR技术构建仿真实验室实景三维立体空间场景，能够让学生既学到传统摄影测量的知识，也了解到新技术、新方法和新产品。通过改变摄影测量实验教学方式，实践教学的立体化、生动化得以展现，让学生既能将理论结合实际，又能了解新兴科技，更满足行业人才需求。

2.5 优化课程考核，突出特色化培养

合理的考核方式对教学过程有序开展、提高学生学习动力和提高教学效果有重要作用[11]。在“四位一体”立体化课程教学模式实施过程中,逐渐加重过程性与实践性考核的比例是优化课程考核的重要手段，如实行学生学习过程考核、课程考试、实践考核“3∶5∶2”的加权考核体系。在课程考核中，细化考核指标，学生学习过程考核侧重课堂上师生互动情况和作业完成情况，加大网络课堂相关环节占比；同时，实践考核中侧重考核学生实际生产的流程作业技能掌握情况和规范意识，突出应用型人才培养的特色。结合常规教学考核，专业教师要不断细化考核指标，将课程考核做到有据可循，并与新的教学模式相辅相成。

3 结语

“四位一体”的立体化教学模式，实现了理论教学与前沿技术、生产实践的有机结合，打破了课堂教学壁垒。同时，通过“虚拟实验场景”开展体验式学习,学生也能更好地熟悉整个摄影测量工程全过程。通过实施“四位一体”的立体化教学模式,融入了“新工科”教学理念，做到了以产业需求为导向，体现了技术交叉融合，顺应了测绘工程专业技术人才培养的新形势，对高校“新工科”教育的开展产生积极的影响。