新技术背景下的《摄影测量学》课程教学改革探讨

丁琼，魏德宏，余俊鹏

（1.广东工业大学 土木与交通工程学院 测绘工程系，广东 广州 510006）

经济发展，测绘先行。随着计算机技术、空间技术和信息技术的飞速发展，无人机、POS、LiDAR、人工智能等新技术在测绘领域的应用不断推广，测绘在国家经济发展过程中的作用日益凸显。在这种形势下，《摄影测量学》作为测绘工程专业的核心课程，如何使这门课程的教学实践与高新技术紧密结合，进一步提高学生的就业竞争力，使人才培养更具实践性和针对性，实现与用人单位的良好对接，是值得摄影测量教育工作者关注的问题。

《摄影测量学》是测绘工程专业的主干课程，是利用飞机等平台获取的相片研究被摄物体形状、位置、大小、特性及其相互位置关系的学科[1]。通过该课程的学习，使学生了解摄影测量新技术，掌握基于航摄影像生成测绘产品的基本思想与过程以及摄影测量内业实操能力。该课程具有原理复杂、内容抽象、公式推导较多、覆盖范围广等特点，对学生的基础数学知识、空间思维能力等提出了较高要求。目前，《摄影测量学》课程存在的主要问题包括：①基本理论原理复杂、抽象，需要高等数学、线性代数、测量平差等多方面知识的铺垫，对学生的数学基础能力要求较高，并将直接影响该课程的学习效果；②目前实验室主要采用的实验软件为适普公司提供的传统航测软件，实验过程多以软件提供的示例数据来掌握数据的处理和操作，对于利用POS数据的直接定位技术、高精度表面模型以及正射影像生成等技术没有直接的体现，且无法和目前普遍使用的无人机数据对接，这种固定的操作模式难以使学生增加感性认识，且缺少对航测内外业全流程的体验，不利于培养学生的创新能力；③测绘行业数据生产手段已由传统的地面测量逐步过渡到摄影测量，尤其是以无人机为航测平台完成生产任务的作业方式已逐渐成为主流，而教学实践环节缺少真实航飞训练模块，与社会实践脱节。因此，开展《摄影测量学》课程建设和实践改革十分重要。本文结合广东工业大学测绘工程系《摄影测量学》课程的教学情况，探讨了《摄影测量学》课程教学改革的新途径。

1 研究现状

摄影测量作为现代测绘技术体系的重要分支，是一门在多学科基础上发展起来的新学科、新技术。目前，已有不少学者对该课程的教学改革进行了研究，主要可分为两类：

1）针对教学内容的改革。从教学中的“教”与“学”两个大方向出发，改进教学方法、授课手段，提高教学内容的连贯性和时效性，同时激发学生在学习过程中的主动积极性。袁修孝[2]在摄影测量课程教学改革中提出了问题教学法，分别从教学方案、教学效果和教学体会3个方面进行了实践和分析，调动了学生的积极主动性，激发了学生的创新思维，提高了学生运用所学知识解决实际问题的能力。这些改革思路都以课程特点为切入点，从课程本身的角度寻找出现的问题，并提出了解决思路。卞玉霞[3]等在教学改革中引入了倾斜摄影测量和计算机视觉领域的相关知识，提升了课程内容与新技术的融合程度。

2）针对教学方式的改革。在互联网时代，知识获取途径丰富，课堂讲授和学生课后自主学习具有同等的重要性。在教学方式上，变灌输式教学为启发式教学，引导学生自主学习，根据培养特色进行实践教学。徐辛超[4]等在教学模式上引入了OBE教育模式，以学习结果为导向，优化课程实践教学。叶欣[5]等提出启发式教学和三维动画教学的概念，将抽象变为形象，使学生能更加直观地理解三维空间中的相关概念。尤号田[6]试图将无人机航测技术融入到《摄影测量学》的教学和实践中。

随着低空无人机、机载POS、激光雷达等高新技术在摄影测量领域的出现和逐渐推广，如何使《摄影测量学》这门专业核心课程的教学体系与高新技术背景下的时代特征相适应，从而满足社会对具备创新和应用能力的摄影测量人才的需求，是值得摄影测量教育工作者关注的问题。

综上所述，本文结合广东工业大学《摄影测量学》课程特点以及当前摄影测量领域的先进技术，首先从课程内容建设方面进行深入改革，根据该专业培养特色和技术的发展，引入深度学习的概念，利用该技术的内容识别能力，强化摄影测量输出结果；其次丰富教学手段，引入多种在线教学平台，探讨课堂教育与网络教育相结合的混合教学模式；最后重点改进实践教学环节，针对缺少无人机航摄外业实操环节的问题，开设无人机航摄演示和实操教学，改变原有纯理论讲授的教学模式，形成以创新和应用能力培养为主的思路，重点培养学生的计算思维、创新能力以及分析并解决问题的能力。

2 教学改革探讨

《摄影测量学》是一门涵盖内容广泛的学科，不仅教学内容多而且极为抽象。针对课程特点，为确保课程建设和实践改革的有效性，使这门专业核心课程的教学体系与高新技术背景下的时代特征相适应，改革内容主要包括：

1）优化教学内容和体系。调研《摄影测量学》各类教学资源，针对该专业学生的培养特色，梳理教学内容；明确主线，引入新技术的相关知识，优化课程教学体系，强调新技术与传统技术的融合与异同。摄影测量的主要任务是为测绘领域提供各种地形图和专题图。深度学习作为一种新技术，近年来在无人机航测领域进行了广泛研究。目前，深度学习最重要的应用是对摄影测量技术内业流程的部分环节进行优化，如改善特征描述和特征匹配[7]，以及基于神经元网络的分类专题图自动提取[1]等。适度引用深度学习等前沿高新技术的知识，可扩大学生的知识面并激发学习热情和兴趣。在具体教学改革细节上，一方面可通过增加授课学时，使内容增加而不影响授课进度；另一方面可通过增加最新科技前沿内容和相关文献，扩充知识面。

2）丰富教学手段。随着互联网、慕课、雨课堂等新兴网络学习平台的涌现，采取线下课堂教育与线上网络教育相结合的混合教学模式是高校教学新的发展方向。本课程在教学过程中基于云课堂平台开展包括课前、课中和课后的混合教学模式，加强师生互动、拓展学生视野、培养学生兴趣。课前模块利用云课堂发布学习任务，包括预习课件、国内其他高校相关优质课程资源、交流互动区等模块。在线上平台利用更丰富形象的多媒体手段来表达课程中抽象的内容，加深学生对抽象概念的理解。这种线上模式既能帮助学生拓展知识面，又可与老师互动交流，培养学生的学习兴趣，使学生能随时随地移动学习。课中模块包括课前测试、课堂讲授、课堂讨论和总结等环节，其中课前测试主要考察学生课前环节自学的效果和知识点掌握情况；课堂讲授主要根据重点难点和学生掌握薄弱环节，对重要内容进行重点讲解；课堂讨论通过引入相关问题再次加深学生对知识点的理解；最后对整节课程进行回顾和整理。课后模块主要包括课后作业和测试，用以对课前和课中模块进行总结和巩固。

3）改进教学实践。《摄影测量学》是一门注重实践的课程，包括实验和实习两个实践环节。理论课程结束后，在为期一周的集中实践环节，引入无人机这一主流航测平台，从方案设计、外业实施、内业处理和产品制作等环节开展实践。采用“探究式”教学方法，以学生为中心，通过查阅资料、自主设计，形成初步方案，教师帮助学生发现问题、分析问题、找出设计缺陷并完善设计方案。实践教学部分，目前实验室已购置行业级以及小飞机无人机多台，并已开设无人机操作实训和航飞培训环节，让学生能真正接触到无人机实操环节，并能以小组为单位独立完成摄影测量外业和内业处理的整个流程，以提高动手能力，训练学生分析问题、解决问题和创新的能力，实现实践教学和训练的目标。改革前后实验流程对比如图1所示。

图1 改革前后实验流程图

3 结语

随着无人机、深度学习、人工智能的发展，摄影测量已逐渐成为测绘行业一种重要的数据采集方式，社会大众对摄影测量人才的需求也越来越大。为了提升学生的创新和应用能力，在原有的《摄影测量学》教学的基础上，引入深度学习、计算机视觉等相关知识，丰富《摄影测量学》的教学内容；在教学方式上采用课前、课中和课后相结合的混合教学模式，充分调动学生学习的积极性；在实践教学环节，开设无人机航摄演示和实操环节，使该课程的教学实践与高新技术时代特征相适应，满足社会对具备创新能力适应社会发展的摄影测量人才的需求。