应用型本科院校大地测量学基础课程教学改革探索

禹信，付红云，张明媚

（山西能源学院，山西晋中 030600）

大地测量学基础是测绘工程专业的一门主干课程[1]，课程内容包含大量的数学推导，公式繁多、概念抽象且理论性较强[2]，实践内容有大地测量数据采集技术的应用和经典算法编程实现的技能进阶。把握好理论教学内容的深度、实践课程的难度，对课程内容进行优化设置、多种教学方法混合使用，是适应应用型本科院校定位、培养实践能力过硬毕业生的必要举措。

1 教学与实践中存在的问题

大地测量学基础设有理论讲授、课内实训、集中实习三大教学环节。在应用型本科测绘工程专业开展该课程的过程中，出现了一些问题。

第一，相似的名词术语多，学生难于理解和记忆。作为学科基础课，大地测量学基础课程中有较多的基础概念，如旋转椭球、地球椭球、参考椭球、参心椭球、地心椭球、水准椭球、正常椭球，这些术语名字类似，存在一定的联系又有本质不同。学生往往难以理解和区分这些概念的内涵。

第二，公式多，课上推导易分散学生注意力。课程中有诸多公式（集中于椭球面、高斯平面上相关计算章节）[2]，需使用基本公式进行严密推导，以得出更多表征复杂关系的式子。推导过程中需用到级数展开、近似代入、求导数、求积分、迭代计算等。课上推导公式花费时间较多，降低了学生的学习兴趣。

第三，学生总体编程能力弱，难以开展编程相关课内实践。大多数高校在本课程课内实训中开设了经典算法的程序编制[2]。然而，应用型本科学生的编程能力总体偏弱，能够独立完成编程内容的学生较少，课内开展编程实践受到学时数的制约，导致实际教学难于推进，学生上交的成果雷同性高。

第四，文字版实训指导书吸引力弱，教师实操演示效果不佳。对当下接触过多电子产品的大学生而言，纸质指导书吸引力低，学生很难自主预习。另一方面，教师课上演示仪器时，后排学生易被前排学生遮挡，难以保证所有学生获取全面的仪器操作知识。

2 针对应用型本科学生的教学改革措施

大地测量学基础兼具基础性与专业性、理论性与实践性，针对应用型测绘工程本科学生，提出以下改革措施。

2.1 降低理论教学深度，设置适合应用型本科的内容

课程通常设置56 个学时，其中理论教学44 学时。在符合培养目标的前提下，降低理论教学内容的难度、增大工程应用实例的内容，是本次教学改革的重点。

第一，将分散于多个章节中的坐标框架相关知识汇总，进行统一讲解。本课程关于坐标系的内容在基础知识章节、高斯平面相关计算章节、坐标系转换章节以及先修课程中均有讲解。将天球坐标系、地球坐标系（天文、大地）、高斯平面直角坐标系汇总后对比讲授，能够加强学生对各种坐标系之间关系的理解。

第二，降低重力场知识难度。重力场是高程基准定义的基础，是必不可少的授课内容。然而，此章节包括较多的抽象概念和复杂公式，又在课程前期进行讲授，导致学生对本章节、甚至本课程的学习兴趣下降。改革重点是弱化重力场相关公式推导，重点讲授力（引力、离心力、重力）、位（引力位、离心力位、重力位、正常重力位）、位与力的关系，以不降低学生兴趣为前提。

第三，加入工程控制网建网方法内容。传统讲授控制网建立内容时，重点是以经典大地测量和卫星定位技术分别构建国家大地控制网的方法。加入工程控制网建设方案，可拓宽学生思路，更贴合绝大多数工程建设中大地测量技术的实际应用。

此外，舍去不必要的复杂公式推导，对比讲授相似概念，弱化平差原理等都是降低课程难度的措施；加入常用平差软件使用的内容，契合实际工程需要、用人单位的用工需求。优化后的理论教学内容如表1 所示。

表1 应用型本科大地测量学基础理论教学内容设置[3]

2.2 技术实践与编程实践分散到不同实践教学环节中

实习环节是应用型本科实践教学的重要组成部分，是培养学生创新能力、动手能力和解决工程实际问题能力的重要环节[4]。本课程的实践内容分测量技术实践和机房编程实践两类，前者注重仪器操作的动手能力培养，后者注重培养学生的编程能力。纵观培养方案，课程相关的实践教学环节有：课内实践、大地测量学基础与GNSS 应用实习（简称“周实习”）、大地测量学基础课程设计（简称“周设计”）[5]、测绘程序设计实验。将不同类型的实践内容分配到不同教学环节中，是改革的重点。

第一，课内实训以技术实践为主，编程实践不作为课内实践项目。对于编程能力较弱的应用型本科学生，开展测绘程序编制教学需加入编程基础知识的培训，课内实践学时数明显不足。将编程实践融入集中实践环节中，是解决此问题的关键。

第二，测绘程序设计实验以角度转换、矩阵运算等算例开头，强化编程基础，此后进行经典算法的编程实践。这是提高学生编程能力、加深理论知识理解的有效途径。

第三，大地测量学基础课程设计以某中、大型项目的控制网设计实例为内容，用到邻带换算、坐标系转换等知识时，可要求学生进行编程处理。

第四，大地测量周实习以精密大地测量技术的工程控制网布测为主要内容，涵盖控制网设计、外业观测到内业处理全部内容。表2 是对实践教学内容及相应教学环节的改革设置。

表2 课程实践内容优化设置[2]

2.3 结合课程特点，设计课程思政融入点

大地测量学基础是一门蓬勃发展的课程[6]，有理论教学，有需团队合作的实践教学。表3 为课程思政融入点及思政内容，将其融入到专业知识的讲解过程中，能够实现思政育人[7]，对于实现高校立德树人的教育目标具有十分重要的意义[8]。

表3 课程思政融入点与思政教育内容设置[9]

2.4 多种教学方法融合，合理利用网络教学平台

板书、多媒体相结合的教师讲授法、提问式教学法，能够调动学生积极性，提高课堂教学质量[10]。在“双线教学”并存、交融的新时代[11]背景下，混合式教学能有效地将传统教学和线上教学的优势结合，对提高学生的学习积极性大有助益[12]。引入工程实例、翻转课堂、微课、实践课程线上教学等方法，能够有效增强课程趣味性，调动学生的学习主动性。

第一，引入工程实例，丰富教学内容。实例教学的重点和难点在于备课，教师宜具有“双师”背景，能够梳理工程实例的知识点，能去除干扰信息，抓住问题的本质，能够提供多种解决方案并将其“步骤化”，便于学生梳理出逻辑关系。

第二，使用翻转课堂培养学生的自学能力和沟通能力。翻转课堂以任务的形式，要求学生通过自学获得新知识，并能够组织语言，使用多种工具将所思所想进行精准地表达，是培养沟通能力的重要手段，是强调“以学生为本”教育理念[13]的有效措施。在实施过程中，教师应提前布置任务（如新型空间大地测量新技术），为学生指出学习思路和学习途径，在其进行课堂汇报时，教师在指出其不足和错误的同时，还应给予学生必要的肯定与鼓励。

第三，将相似概念汇总，录制微课。微课的教学时间短、内容少而精，适用于本课程众多相似名词的类比教学。将多个相似或相关概念组织起来，制成包括文字、图片、音频的小视频，有利于学生区分概念、增强理解与记忆。

第四，录制课内实践视频，进行线上模拟实践教学。疫情等特殊时期可能导致实践课不能及时开展，但环环相扣的教学内容又不能缺少实践环节。此时，提前录制的实践视频搭配模拟数据，是进行线上实践的途径之一。实践教学视频加入了仪器操作特写镜头，能够帮助学生在预习、复习时全面掌握实习的全部流程。

第五，合理利用网络平台管理课程并组织线上教学。辅助教学平台提供了考勤、发布资料、随堂练习、主题讨论、录播、直播等实用功能，为线下教学提供了便捷，也为线上教学提供了平台支持。直播授课、录播教学、语音教学及文字教学的四种线上教学模式中[14]，效果最佳的线上教学方式是直播与录播混搭教学，即教师上课时使用直播的方式进行内容讲解与师生互动，同时进行屏幕录制，再将上课视频放于网络平台，供学生多次学习。

3 结语

针对应用型本科院校学生，以厚基础、重实践为宗旨，在理论教学中采取降低理论难度、相关内容整合、调整授课先后顺序、加入工程实例、注重软件培养等措施；在实践教学中，将数据采集技术的实践内容融入课内实践和周实习，编程实践放于课程设计等教学环节；结合课程性质，挖掘诸多思政融入点；采用实例教学、翻转课堂、微课教学、实践视频指导等多种教学方法，同时应发挥网络教学平台的管理优势与线上教学的组织优势。