误差理论与测量平差基础课程教学改革

2015-03-17左廷英,鲍建宽

测绘工程 2015年10期

误差理论与测量平差基础课程教学改革

左廷英1，鲍建宽2

(1.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410083；2.黑龙江工程学院测绘工程学院，黑龙江哈尔滨150050)

摘要：文章针对测绘工程专业基础核心课程“误差理论与测量平差基础”的教学内容、教学手段和方法以及考试评价体系进行改革和探索。发挥“测量平差”国家精品课程及国家精品资源共享课程的优质教学资源的优势，丰富教学内容，融合程序设计，拓展训练平台，创新考核模式。重点提高课堂和实践教学效果，试行四段式考核和评价系统，并以课外导学、项目引导、交互沟通为补充，探索开放式的学习养成系统。

关键词：测量平差；教学改革；创新和实践

中图分类号：G642

收稿日期：2014-07-01；修回日期：2015-01-15

基金项目：教育部国家精品资源共享课立项项目

作者简介：左廷英(1964-)，女，副教授，博士.

The teaching reform of error theory and surveying adjustment foundation courses

ZUO Ting-ying1，BAO Jian-kuan2

(1.School of Geosciences and Info-Physics，Central South University，Changsha 410083，China; 2.Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150050，China)

Abstract：The teaching contents, teaching methods and the examination assessment system of the core curriculum “Error Theory and Measurement Adjustment” of surveying engineer specialty is reformed and explored in this paper. The superior teaching resources of the “Surveying Adjustment” National Excellent Courses and National Quality Curriculum Resource of our school is given into full play, the teaching contents are enriched, program design is integrated, training platform is developed,teaching, trying out four-part examination and evaluation system, and supplemented with the extra-curricular guide, project guide, interactive communication, exploring open learning development system.

Key words：surveying adjustment；teaching reform；innovation and practice

“误差理论与测量平差基础”(简称“测量平差”)是测绘工程专业一门重要的专业基础核心课程，是测绘类数据处理的理论基础，是数学理论与测量实践紧密结合的一门应用性课程。本课程不仅包含了严谨的数学理论，还具有较强的测绘实践价值。测量平差是测绘工作的“测”(数据采集)、“算”(数据处理)、“绘”(产品输出)三大模块“算”的基础，是连接最终产品的纽带，是测绘学中最重要的、内容最丰富的基础理论与数据处理技术。学生对课程的掌握程度，直接影响到后续专业课如大地测量学基础、摄影测量、工程测量、大地形变测量学、GPS等课程的学习效果，以及解决工程实际问题的能力。测量平差教学既要注重平差基本原理和方法的讲授，又要偏重工程实践能力的培养。为了培养具备良好业务素质的测绘人才，本课程除要求教师具有深厚的专业知识外，在知识的传授方法上也提出了较高的要求[1]。有效可行的教学方法既可以让学生尽快克服“不好学”的情绪，快速掌握所学知识，同时还可在学习过程中培养学生的独立思考、解决实际问题的创新实践能力。随着全球定位技术(GPS)、地理信息技术(GIS)、遥感技术(RS)(简称3S)的快速发展，测量平差课程从理论到实践内容都发生了巨大变化，为适应测绘学科的快速发展，迫切需要教师改变教学模式，建立一套与新世纪人才培养目标相适应的多形式的教学方法。本文结合中南大学教学实践，从测量平差课程的教学内容、教学方法、实践教学以及考核与评价等方面提出自己的改革见解。

1“测量平差”课程教学中存在的问题

测量平差是测绘类专业必修的一门主干课，也是我校硕士研究生入学唯一的专业考试课程。2010、2013年我校“测量平差”课程分别获得国家精品课和国家资源共享课的双重称号。在课程的教学方法、教学体系及教学资源等方面我们进行了一系列的设计，并取得了一定成效，但综合近年的教学效果来看，还存在着一些不足。主要表现在：1)教材内容落后，与测绘新技术新方法严重脱节。大学阶段的测量平差学习目的是要牢固地掌握测量数据处理的理论和方法，为后续专业课程的学习打下扎实的基础，同时培养独立思考问题和解决问题的能力。随着现代数字化技术、“3S”等各种新技术在测量中的应用和研究，使得测量数据处理的理论和方法都发生了变革，很多新知识成了课程必讲内容，一些陈旧的内容需要逐渐淘汰，同时需要补充测绘新技术和新方法的理论与案例。2)教学方法单一，教学资源简单。现阶段课堂教学多媒体使用越来越多，板书使用有限，减少了师生互动的课堂氛围，不能很好调动学生主动记笔记以及积极思考的良好学习习惯，过分依赖课件；教学资源也是以教材及教师的课件为主，课外资源缺乏。3)实践教学欠缺，理论教学与实践教学脱节。测量平差是一门理论与实践并重的课程，但传统教学实践就是课后作业习题，阶段知识模块学习后安排两节课堂习题。这些远远满足不了理论与实践相结合的要求，更谈不上培养学生实践与创新能力。4)现有考试和考核评价不完善：一是考试方式单一，采用千篇一律的闭卷考试形式，以笔试为主，口试答辩的方式几乎没有；学业成绩评价缺乏过程性评价，基本是“一张试卷定终分”。

2“测量平差”课程教学改革

2.1　更新教学内容，加强教材建设

课程的教学内容是人才培养的关键。测绘工程专业是地学领域中一门实践性较强的专业之一，由于“3S”技术在测绘领域的应用和普及，使测绘工作从工具到理论都发生了根本的变化，故传统测绘专业课程内容必须跟上时代的步伐。首先，现有“测量平差”教材或习题集普遍存在着反映新技术、新方法的教学内容欠缺，算例或题集与实际应用相差甚远。学习之后虽然能够掌握测量平差基本原理和方法，但学生的认知往往局限于测量平差只针对“测量控制网”的数据处理上。实际中，我们教师需要给学生灌输测量平差不仅仅是为测量控制网，同时也是所有测绘类数据处理的手段。其次，随着“3S”技术应用越来越广泛，测量数据呈现多元化、海量化，因此要求平差内容、理论和方法不断丰富和发展，因此我们认为有必要在教学中反映这一现实。为此，我们重新编写了《误差理论与测量平差基础》教材，教材内容遵循理论、原理、方法和应用四个层次进行设计。其中平差原理、平差方法、平差计算组成了测量平差基础核心内容。点和线的位置误差针对地理信息和遥感中的不确定性误差在传统点误差基础上新增了线的位置误差的相关内容。假设检验与近代测量平差内容是高精度数据处理的基础。课本的算例以体现新技术和新方法为主，另外各知识点还设计了习题，题型多样，难易结合，可以较好的帮助学生从不同角度理解和掌握测量平差的基础知识。与该教材配套的习题集也已完成，习题集中不仅有对传统测量方法设计的题目，还增加了贴近测绘生产实际、符合测绘新技术发展的习题和案例，兼顾理论与实用性，强调理论和实践相结合，体现本学科的新理论、新方法和新技术。

2.2　丰富教学方法和手段，进一步提高教学质量

课程的教学内容是人才培养的关键，但教学方法、教学手段以及教学效果对人才培养同样起着非常重要的作用。为了更好利用和发挥我校“测量平差”国家精品课程及国家精品资源共享课程的优质教学资源和平台，在教学方法上我们做了以下系列改革：

1)课堂讲授：“测量平差”是一门数据处理类的应用型学科[4],涉及面较广，具有理论性强、概念抽象、图表和公式繁多、与相关学科联系多等特点。针对教学内容采取“讲授+动画演示(PPT)+习题+课程设计”交替进行的模式，使学生能够真正学懂学会，进一步提升课堂教学质量。在讲授基本平差原理时，采用板书推导，循序渐进，易于学生消化与理解。对基本理论、知识的归纳总结、习题案例等均可利用动画演示，增大知识容量。每一个知识模块结束后，根据知识模块的特点，可选择习题课来巩固知识；阶段学习完成后，进行相关内容的课程设计，学生根据课程设计内容和要求，查阅相关资料，引导学生自主学习、激发学生的学习潜力，培养学生综合应用理论知识去解决测量数据处理中的实际问题的能力。

2)课前导学与课外研究学习：借助“误差理论与测量平差基础”国家精品课、国家资源共享课的网络资源，使学生通过网络资源了解课程的教学计划、教学大纲、教学目的等；利用共享资源的电子教案、授课课件、教学视频、试题库、习题库和模拟考试题等资源，丰富学生获取知识的途径。网上学习没有时间限制，学习起来更方便。将网上学习与课堂学习有机结合起来，实现优势互补，全面提高教学水平和质量。资源来源方面，我们还增加了拓展资源供学生学习，包括：国内外专家专题报告展示、学科最新研究成果以及教师基金项目等资源，这些知识获取，不仅有利于学生了解最新国际研究动态，开阔视野，同时增强创新意识、提高创新思维能力。

3)课后辅导与答疑：一是借助我校本科生院的教务平台，建立网上学习园地，开设网上讨论室，实现师生互动，真正做到教师可通过网络向学生发布学习任务，在网上进行辅导和作业批阅，打破时空局限，简化师生辅导、答疑、批改作业等工作的进程。还可通过QQ群方式实现师生实时、交互式交流，及时掌握学生学习动态，改变了传统的课间十分钟或指定时间辅导或答疑的局限。通过网上学习园地拉近了师生间的距离，采取网络面对面，或留言方式进行答疑和辅导，更灵活、更实际。

2.3　理论教学与实践教学相结合

“测量平差”是一门应用性学科，课程的实践性非常强，在教学中往往会忽视这个环节。传统的测量平差教学多以课堂案例与课后习题作为实践环节，通过习题案例进一步理解平差原理。由于课堂或课后作业都是一些简单案例，目的是通过案例让学生理解测量平差原理和方法，而对于解决生产实际问题，由于受后续专业课程知识的限制、现有课时限制以及生产实际题目计算量较大等因素影响，一般在授课阶段未涉及或较少涉及。这样不可避免会导致学生对课堂教学一知半解，更谈不上创新和实践能力的培养。为此，本课程改变传统以例题、习题为主的实践教学模式，开展综合性、研究性的实践项目，将测绘新技术、新方法的数据处理应用到教学中，借助我校重点实验室及教师科研等平台，加强理论知识的应用能力，进一步启发和激励、培养学生的学习、科研兴趣。具体体现在：

1)将测量平差程序设计内容融合到“测量平差”教学中：测量平差课程融入了高等数学、线性代数以及概率论知识，在问题的处理中多数需要借助计算机来完成。以往教学设计中，第四学期开设“测量平差”课程，第六学期才开设“测量程序设计”，这样不仅使学生本能的将其看做两门独立课程，更重要的是实际平差课程中的案例因计算量过大而不能较好诠释，影响学生对课程的理解。为此，我们在设计和讲授教学实践(习题)时，增加了计算机应用或编程的内容。因为大二下学期学生至少已掌握了一门计算机编程语言，多数同学能够借助计算机编程来完成相应的平差计算，对于编程较弱的学生，可以引导他们利用Matlab语言来完成平差计算过程。在引进测绘新技术的算例时，对于较大数据计算和处理时，借助编程或Matlab运算，既能克服因计算繁杂导致学生不愿意学习的困扰，还可简化数据处理的大运算的难度，更重要的是凸显“测量平差”在现代测绘新技术中的实用性以及科学性。

2)将科技创新平台拓展为测量平差创新能力的训练平台：测量平差实践除以上教学实践还应包括生产实践部分。所谓生产实践就是结合学生创新试验或教师科研实际项目等数据处理进行平差研究。一般在完成测量平差课程教学内容后，通过试验平台，让学生开展创新试验项目工作，主要围绕课程知识点展开，把理论教学与实践活动相结合，培养学生理论与实际相结合，掌握解决实际问题的能力。我校拥有“精密工程测量与形变灾害监测湖南省普通高等学校重点实验室”、“湖南省地理空间信息技术工程研究中心”、“中南大学-香港理工大学空间信息技术与地质灾害监测”等特色鲜明的测绘科技创新试验平台，通过这些平台可以开展精密工程测量数据采集、变形监测数据采集等各种创新试验项目研究。利用这些平台资源，学生可以结合教师提供的创新试验项目或学生自主提出经老师认可的项目开展，引导优秀的学生直接进行科学研究方面的训练，激发学生的主观能动性，消除他们对测量平差课程学习的畏惧感，提升学生分析问题和解决问题的能力，为毕业设计或继续深造及走入社会打下良好的基础。

3)以赛带练，提高学生实践创新能力：教学中遵循“以教师为引导，以学生为主体，以实践为主线”的原则，指导学生将课内教学实践与课外实践相结合，开发综合性和设计性实践环节。课堂教学中，除了讲授测量平差原理、理论和算法，还需灌输和鼓励学生申请国家、省、学校、学院四级创新训练项目立项。积极引导学生参加校级“测绘实践创新能力大赛”、“全国大学生测绘创新技能大赛”以及“全国大学生测绘创新论文大赛”，平时围绕上述目标开展研究，指导学生完成研究性论文，体现综合能力训练，既让学生获得达成目标的成就感，又增加了对课程的学习兴趣。

2.4　考核和评价体系的改革

传统考试方式主要是平时考核(占30%)和期末考试(占70%)综合评价，导致“一张试卷定优劣”的局面。为此，迫切需要对现有课程成绩评价体系进行改革。鉴于传统考试不利于实践和创新能力培养的弊端，本着培养和发展学生的自主学习能力、分析和解决具体问题能力以及实践创新能力，我校测量平差课程试行四段式考核和评价系统的模式。具体为：

1)课堂考核。课堂提问、讨论交流，以及老师和学生间的互动情况等作为一项考核评价方式。通过提问，根据学生回答情况，教师可以掌握学生理解程度，从而调整讲课进度；课堂讨论交流、师生互动、积极鼓励学生回答问题，不仅可以活跃课堂气氛，而且能够全程集中课堂注意力。

2)阶段考试。设置以章为单位的阶段考试，对学生进行阶段性的知识总结和考察。考试是一种抽样测量，具有偶然性。单靠一个学期的两次考试(期中和期末)是不能检测学生全面掌握知识的程度。一门课程的学习检测，可根据其性质的需要，采取不同阶段的多次考试来完成。以闭卷测试、作业或讨论形式开展，促进学生对知识的归纳和总结，便于帮助学生形成知识体系，让同学们对这门课程有清晰的思路。同时教师根据对阶段试卷分析，注重考试信息反馈，发现存在问题，及时调整教学计划和授课方式。

3)课外实践与研学。每个知识点学习完成后布置能够体现创新思维能力的测试题目或实验项目。教师根据所学内容，拟定选题范围，学生按照个人的学习体会来完成选题。以此促进学生学习兴趣以及分析和解决问题的能力。

4)期末考试。期末考试是考察和帮助学生回顾知识的一个重要途径。也是对前两种测试的总结。相比传统考试，应加大一些开放性题目的比例，减少死记硬背的东西，提高学生的思维活跃度。

以上四段多元化的考核方式，根据不同人才培养目标，权衡分配权重，综合考核学生对知识的掌握和应用程度。

多元化的考核形式具有多样性、灵活性和科学性。可以使学生意识到成绩的取得不是由一张试卷决定的，必须在不同的阶段完成相关的学习任务才能通过最后的考核，这样学生由被动学习变为主动探索，不仅在课堂上认真听取教师的讲授，而且在课后走进图书馆、实验室，发挥主观能动性，学习书本上学不到的知识，既扩大了知识汲取的空间，又提高了自主学习和实践创新能力。

3结束语

本文从测量平差教学内容、教学方法、教学实践以及考核评价模式的改革进行了讨论。通过加强教材建设来更新教学内容，以适应测绘新技术、新方法的发展要求；在理论教学上，利用国家资源共享课的优质资源，加强学生自主学习以及师生互动的环节；借助实验、竞赛及创新项目平台，拓展实践教学，达到全面提升学生创新能力的目的。尝试四段式考核评价模式，不仅保证了课堂教学，且实现了课内课外相结合，既调动学生的学习积极性，同时也极大激发学生自主学习的潜能和实践创新意识，促进创新和实践能力的培养。

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