信息化测绘体系下“数字地形测量学”教学模式

花向红, 向 东, 邹进贵, 章 迪

(武汉大学 测绘学院，湖北 武汉 430079)

0 引 言

测绘作为信息采集、分析、处理、解译、描述、传递、利用、管理、储存、显示的重要产业部门和经济实体,对社会经济的发展和科学技术的进步已经起着并将继续起着巨大的推动作用。特别是随着信息技术、空间技术和通信技术的飞速发展及其在测绘领域的不断应用，以“3S”技术为代表的现代地理空间信息技术发生了革命性的变化。从上世纪80年代到本世纪初，我国已完成了由传统测绘技术体系向数字化测绘体系的转化，并跨越式地进入了信息化测绘阶段[1]。信息化测绘涵盖了地理信息获取、处理、管理、表达、更新、应用和服务的全过程，其主要特征为：测绘生产自动化、测绘成果多样化、测绘服务网络化及测绘产品社会化。信息化测绘对测绘专业人才的知识结构和能力提出了更高的要求[2],既要有坚实的现代测量理论基础[3],又要具有多学科广泛知识、管理能力、商业头脑和法律意识的新型复合型人才。另一方面，开发人的潜能,发展人的创造性,是教育的使命[4-5]。因此，在专业课教学中必须以实践和创新为核心目标[6]，将教学目标与测绘科技的进步结合起来,进行整体、系统和综合的改革[7]。

“数字地形测量学”是测绘工程专业的一门实践性很强的技术基础课[8-9]。实验实习作为数字地形测量学课程的重要组成部分[10-11]，是理论联系实际的桥梁和纽带，对掌握测绘的基本技能和基本方法，培养严谨的科学态度，以及独立思考、分析和解决工程实际问题的能力，全面开发学生的创造性思维和创新能力等方面起着非常重要的作用。为此，本文基于信息测绘体系的对测绘人才培养的要求，重点阐述了“数字地形测量学”教学内容、教学方法和手段、实验教学环境创新举措和成效。

1 “数字地形测量学”教学模式创新

为了适应信息测绘体系的对测绘人才培养的要求，实现本科教育人才具有宽口径、厚基础、强能力、高素质的创新型适应性人才培养目标，我院于2009年修订了测绘工程专业本科教学培养方案，此方案从2010年开始执行。方案中将原来“数字测图原理与方法”[11]更名为“数字地形测量学”，并重新制定了教学大纲，时间安排上也做了大的调整。该门课程安排在大学一年级进行，同时与之对应的集中实习课程“数字测图实习”也相应提前。这一举措旨在更好地促进学生树立正确的专业意识，培养扎实的专业实践技能，使理论与实践学习紧密结合。

1.1 教学内容创新

在教学安排内容上，紧扣测绘发展动态和人才培养需要，并把握本课程与上下游课程的关系，精心设计和不断更新“数字地形测量学”课程教学内容。使教学内容与科研、工程、社会应用项目密切联系，充分体现基础与前沿、经典与现代有机结合。形成包括课堂授课、课堂实验、集中实习、立体化教材建设、多媒体教学、网络教学等多种方式在内的教学体系。2010年将该课程理论教学内容调整为测量基本知识、基本测量仪器(全站仪、水准仪、GPS)操作及测量方法、误差理论与数据处理计算、控制测量、碎部测量、大比例尺数字测图(数字测图作业过程、地面地形测绘、水下地形测绘、地下管线测绘等)、测设和线路测量。目前该课程课堂教学时数仍为72学时，其中课间实验22学时。分两学期进行授课。课间实验主要有水准仪认识与使用实习、四等水准测量实习、全站仪认识与使用实习、测回法观测水平角实习、方向观测法观测水平角、竖直角测量及距离测量、全站仪测绘法测绘地形、地下管线测绘、建筑物放样、数字测图外业数据采集、数字化成图软件内业成图等11个基础和综合性实验。除此以外，还安排有5周“数字测图实习”课程，实习分成两次进行，第一次控制测量实习二周，要求每个学生单独完成2 km左右的三等水准测量及12个点左右三维导线(闭合或附合)控制测量任务。第二次大比例尺数字测图实习三周，采用全站仪测记法进行野外测图，并进行数字测图内业，最终形成符合规范要求的1：500数字地形图。为适应数字测图技术的发展和教学内容的更新，除多次更新教材，2009年9月出版了“十一五”国家规划教材“数字测图原理与方法”外，现正在编写“数字地形测量学”教材。还编写出版了“数字测图原理与方法实验与习题”(2004年)，编写了“数字测图实验实习教程”(2009年)，详细列出每个实验的目的、任务、仪器工具、操作步骤、限差要求、注意事项、上交资料等内容。

1.2 教学方法和手段创新

教学思想、教学目的、教学内容要通过适当的教学方法和教学手段来实现。为了优化教学效果，提高教学质量，在教学中强调数字地形测量学课程在专业学习中的作用，使学生认识到学习本课程的重要性。改变传统的以教师讲为主的教学形式，将“讲课、自学、讨论、实验、答疑”有机结合起来，通过教师启发式的教学，将教学重心从“教”转移到“学”，最大限度地培养学生的动手能力，发展创造性思维。形成了多种教学方法和教学手段。

(1) 课堂教授。采用多媒体讲授与板书讲授有机结合方式教学，多媒体讲授主要是针对仪器构造、仪器使用、误差理论、控制测量、碎部测量、数字地形图测绘等内容，应用PowerPoint为主制作教学课件。板书讲授主要是针对课程中坐标正反算、导线计算、水准路线计算、误差传播定律应用等重点和难点内容，采用板书形式。结合PPT,通过公式推导、计算实例等，循序渐进，讲解中与学生互动，以便学生主动思考，帮助加深理解。

(2) 网络教学。目前，“数字地形测量学”网站以省级“数字测图原理与方法”[12]精品课程网站为依托，不断充实新的教学内容、方法。网站上有教学大纲、习题及答案、实验与实习、测绘知识和大量生动的Flash动画能更好的帮助学生掌握理论知识。在国家级测绘实验教学示范中心网站上，提供了供学生学习、实验使用的材料。目前，地面数字化测图网络自主学习系统已建成，主要包括平台简介、实验场地、数字测图模式、技术设计、野外数据采集、内业成图、平台地形图测绘、二维与三维交互、探究性实验、典型案例、信息反馈、开放的教学环境、实验心得、信息公告等模块。

(3) 录像教学。主要是将数字地形测量学中的全站仪、光学水准仪、GPS接收机等仪器的规范化操作流程，制作成多媒体视频，并在测绘实验教学中心网站发布，供测绘工程、及相关专业的学生在线浏览或下载，学生可以在任意时候观摩学习。对于难以阐述清楚的实践性知识，采用录像的方式，使学生易于模仿。

(4) 开放实验。作为该课程实践环节的补充，对本课程所属实验及相应仪器设备开放，学生可根据自己学习需要和兴趣，按照有关规定使用仪器进行实践，教师将结合实际提供必要的指导，从而保证因材施教，保证同学能够有足够的使用测量仪器的时间。

(5) 启发式和案例教学。教师在课堂上精讲，将知识的重点和难点讲清讲透，而把一些比较容易或通过一定的努力可以自己看懂的内容留给学生自学，并提出问题供学生思考，学生带着问题学习，培养学生的自学能力。同时，在教学中通过分析和解决一个比较综合性的案例来给学生以示范，让学生在对案例的挖掘和思考中进行学习。

1.3 教学环境创新

随着测绘仪器的更新和测绘技术、计算机技术的发展，传统的测绘方法发生了巨大的变化。传统的测图技术逐步被数字测图技术所取代。要真正全面地开展数字化地形测图教学，使学生全面掌握数字化测图技术，就必须具备基本的实验教学环境[13-14]。

为了搞好实践教学，学校加大实践教学软硬件的投入力度，不断更新现代测绘仪器等，拥有全站仪150多台、数字水准仪40多台，且在教学实习和科研项目在仪器使用上发生冲突时，仪器安排上实行教学第一、实习优先的原则。全面改造数字测图内业成图实验室，与数字测图软件公司签定协议，学生实习无偿使用其软件。建立稳固的校内外实习基地，校内实习基地建设与学科建设、专业实验GPS建设结合起来，建立数字测图与GPS实习共用的测量控制基准网，其坐标与国家坐标系统相一致。校外实习基地建设强调教学、科研、生产相结合，学院与多个生产单位联合先后共同建立实习教学基地如龙泉山、花果山、大花岭实习基地等。

2009年，我院组织人力和物力，在信息化创新实验室中建立了地面数字化测图模拟与仿真平台。在教学中，运用该平台学生可以在室内测量，利用周边观测墩上的控制点学生可对三维地形测绘仿真模型进行数字测图仿真实习，对选定的测区制定测图技术方案，同时利用模型还可以进行如基于免棱镜测量技术的碎部点测量精度研究等专题研究，便于学生理解和掌握新技术，培养学生的创新能力。结合该平台，通过建立地面数字化测图网络自主学习系统数字化学习环境，让学生能充分利用网络资源获取有效的信息，丰富学习内容，使网络资源与数字测图教学过程紧密的结合起来，以此实现学生自主学习的意愿，可以按照学生自己的需要选择学习内容、学生自己的特点选择学习方法、学生自己的时间安排学习的进度、学生自己的能力选择学习内容的深度。从而培养学生进行测量工作的基本操作技能，培养学生在地形测量工作中的设计、组织、安排、总结等方面的能力，通过探究性实验，培养学生的创新思维能力。

2 “数字地形测量学”教学实践

近年来，我院在“数字地形测量学”课程教学中，对该课程的教学模式进行创新与实践，不段充实更新教学内容，采用现代化教学手段授课；引导学生思维培养创新能力，建设具有特色的实验教学环境，取得了明显效果。

在教学方法和手段上，不断改进教学方法，综合采用了多媒体教学、网络教学、录像教学等现代教育手段，营造生动活泼的教学氛围；认真批改作业，热情辅导答疑，及时了解并解决教学中存在的问题。平时不定期组织听课、进行教研活动和撰写教研论文。采用启发式、案例式教学，取得了较好的效果。如在大比比例尺数字地形测图讲述时，让学生结合某区域地形图测绘案例，启发学生从技术设计、图根控制、碎部测量、成果验收、技术总结等相关技术问题进行独立思考与分组讨论，再汇报小组讨论结果，由教师归纳总结。这样培养了学生解决实际问题的能力和创新意识。

在实践性教学环节[15]上，① 强化师资队伍建设，完善实习指导方式。目前已形成了以实验教师为主，任课教师为辅的的数字测图实习指导教师团队，该团队在实习指导方式上，不断改革创新；实现从布置任务(提供丰富实习辅助资料)、集中答疑(交流)、分阶段总结、实习总结和考核等多种形式的指导方式，减少实习过程中教师的干预，强化学生自主实践能力。② 在实习方式上，改变了传统的单一测图模式，实现以按照工程项目管理形式开展实习工作，完成从项目技术设计、现场踏勘选点、控制测量、碎部测量、内业成图、成果质量检查、组织实施到成果提交的各项工作，熟练掌握数字测图软件，感受项目实施各项流程，具有很强的实践性。同时，实习中涉及到大地测量学、测绘工程监理学(测绘项目管理)、地理信息系统等相关课程，老师注意引导和启发，给学生一个大测绘的概念，便于学生对后期各门课程的学习。③ 重视基地建设，优化实习组织，不仅为实践教学的开展打下坚实基础，同时也通过十年来数字测图实习从2003年的龙泉山、2008年的花果山，再到现在的大花岭，收获了建设校外测绘工程实习基地和在实习基地组织学生开展实习的经验和体会。多功能、开放性的测绘工程实习基地可满足不同课程实习，便于课程发展革新；外业数据采集，内业上机成图，多班级间内外业隔日交替进行，即减少了数字测图对实验教学资源的需求，又提高了组织实习的高效性。④ 优化评价体系，保证实验教学效果。通过多年实践教学效果的回顾和反思，不断完善和优化学生实践效果评价体系，形成了日常巡视、控制测量数据处理、仪器操作与内业成图考核、一对一面试等综合评价方法，有效地保证了数字测图实践教学效果，确保了学生实践能力的提高。

3 结 语

信息化测绘为测绘工程专业人才培养模式的创新注入了新的动力，同时也对测绘教学的创新提出了新的挑战和要求。尽管我们对“数字地形测量学”教学改革，做出了大胆尝试并取得了一定成绩。但是，教学改革是一项长期而艰巨的任务，应当不断创新。特别是对于学生创新能力的培养，在立足于启发学生的思维的前提下，不仅仅是教学内容的改革，而且是教学思想上的突破，是在知识的不断积累上的创新。

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