本科数字摄影测量的教学反思与改革

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(桂林理工大学测绘地理信息学院)

一、引言

数字摄影测量是一门系统性和实践性较强的课程，其依托于数字影像与摄影测量的基本原理，综合应用计算机技术、数字图像处理、影像匹配和模式识别等多学科理论与方法对不同平台航摄器获取的数字/数字化影像进行处理，自动(半自动)方式提取所摄对象，并用数字化方式表达其几何与物理信息的一门科学与技术。随着空天遥感技术的发展，特别是在第一代传输型立体测绘遥感卫星、低空无人机遥感、虚拟现实等新技术的推动下，数字摄影测量技术已得到了极大的发展，被广泛用于城市真实三维景观建模和数字城市建设、地图测绘、地形地貌提取与量测、灾害监测与模拟、三维地图导航和国土资源普查等与人民生活密切相关的领域。新型数字摄影测量技术的应用与发展既给GIS和RS专业的学生带来了良好的就业机遇，又带了需不断提高自身知识和技术储备的挑战。

高等学校肩负着培养大批满足社会需要和经济建设的高级专门人才的使命。在数字摄影测量应用领域日益大众和普适化的发展趋势下，测绘类专业如何优化专业结构布局和人才培养类型结构，完善教学内容，改革教学模式，提高学生的专业素养和技能水平，实现与经济建设和社会需求的无缝对接。本文以桂林理工大学测绘地理信息学院数字摄影测量课程教学为例，反思GIS专业和遥感专业本科数字摄影测量教学模式，探讨课程教学改革新途径。

二、数字摄影测量教学反思与改革思路

1.数字摄影测量教学现状

数字摄影测量是地理信息科学和遥感专业本科生必修的一门专业主干基础课程，主要讲述数字影像获取与处理基础、数字影像解析基础、影像特征提取与定位算子、影像匹配基础、基于灰度和特征的影像匹配方法、影像自动定向、4D产品的生成与编辑、数字摄影测量系统。该课程主要存在以下三个问题：本课程共48个学时，理论学时仅有32个学时，造成课堂授课理论知识只能避轻就重、点到为止无法系统深入，学生难以全面理解和掌握相关内容，产生畏难心理。同时，授课内容涉及到复杂的空间变换和数学公式推导，学生需要借助扎实地摄影测量学基础、遥感数字图像处理、测量学、高等数学和线性代数等相关课程知识才能理解，难度较大。16个实验学时的上机内容主要包括：数字影像获取与处理、三大定向、立体观察与测图、4D产品生成等，使用软件是武汉适普公司研发的VirtuoZoNT教育版。该软件只能使用系统自带的样例数据，不能处理外业航摄数据，操作内容单一，导致学生既不会设计测区的航摄基础参数和航线，又无法处理无人机航摄数据，专业技能落后，与生产实践严重脱节，无法满足新技术条件下3S行业和用人单位的需求。课堂教学方式通常是多媒体与板书相结合，授课模式以教师讲，学生被动听为主，但数字影像解析基础、影像特征提取和匹配、影像自动定向等内容涉及到一系列复杂的空间变换和矩阵运算，静态的文字和图片难以生动展现抽象难懂的课堂内容，“满堂灌”和“填鸭式”的教学模式无法激起学生的学习兴趣，课堂易枯燥无味。

2.数字摄影测量教学反思

(1)教学内容不聚焦，重难点不突

在32个理论学时内系统讲授和学习“数字影像获取与处理基础、数字影像解析基础、影像特征提取与定位算子、影像匹配基础、基于灰度和特征的影像匹配方法、影像自动定向、4D产品的生成与编辑、数字摄影测量系统”8章内容，对于授课老师和学生来说，难度都是极大的。如果授课老师不详细梳理各章节的重、难知识点，不聚焦每堂课的授课内容，将会使学生在已有课堂畏难心态的基础上，不能准确地把握学习目标，进而导致在学习上出现事倍功半甚至白忙活、瞎忙活的情况，教学质量自然不非常不理想。

(2)教学模式单调，学生参与度低

数字摄影测量不仅涉及到抽象的坐标系转换和旋转，还有复杂的数学公式推导和解算，授课过程中已有发现，仅仅利用传统静态的图片+文字的课件和板书，易造成教师一人唱“独角戏”，课堂死气沉沉，无人应和，缺乏趣味性，学生易陷入课堂冷漠状态，不愿积极主动参与课堂讨论。最终导致教师无激情地教，学生默不作声地被动听，两个课堂主体毫无配合，“两张皮”。因此，通过巧妙地设计问题，引导学生参与课堂教学，提升沉浸式参与感。

(3)理论课与实验课不匹配

数字摄影测量以摄影测量学为基础，理论课主体在于讲授数字图像处理、特征提取与影像匹配、4D产品生成与测图。数字摄影解析基础只是其中一章，仅有4个理论学时。但是实验上机使用的数字摄影测量软件是武汉大学遥感学院与武汉适普公司共同研发的VirtuozoNT(教育版)，只能使用系统自带航摄影像和相机参数、控制点文件，不支持实际航摄影像的导入与处理。在无人机摄影测量技术日益成熟的今天，学生上机使用VirtuozoNT(教育版)软件已经严重脱离了测绘行业的用人要求。同时，该软件设计的重点在于数字解析摄影测量，没有数字影像处理、特征提取和影像匹配等内容。

3.数字摄影测量教学改革与创新

(1)定制切实可行的教学计划

结合已有的数字摄影测量教学经验，修订已有的教学大纲，定制切实可行的教学计划。将各章节内容分为两部分，一部分是需要课堂讲授，通过设计日常生活中实例引导学生思考学习的内容；另一部分是不需要课堂讲授，通过教育在线布置课下作业让学生通过校园网或移动网络访问百度文库、问答，豆丁和知网等网站自主学习的内容。每部分章节内容均详细归纳知识点，明确其中的重难点，形成以知识点为基本单元的树状结构图。课堂讲授内容提炼聚焦，同时巧妙设计随堂问题，以案例教学引导学生参与课堂讨论的同时，明确每堂课需要学习的知识点。通过微信教学质量管理平台，设计随堂小节，强化课堂所学内容。

(2)践行嵌入式教学

在桂林理工大学教育在线平台上，有针对性地开展与课程内容相关的资源推荐、文献检索、资料搜集等方面的教学。让学生了解所学课程及相关专业学科文献的基本知识，学会获取与利用所需文献信息的方法和技巧，增强学生自学能力、知识的自我更新能力、科研能力和创新能力。从而让学生在探索中学习新知识，形成以学生为中心的主动教学模式，教师由传统的“灌输者”变成课堂的“组织者”和知识的启发者、引导者。

(3)强化理论课与实验课契合度

理论课和实验课是相互作用的统一整体。理论是实验的基础和先导，而实验则是理论的一个催化剂。在授课过程中，围绕第二章“数字影像获取预处理基础”理论内容，通过设计无人机航摄影像和遥感影像的彩色融合和RGB显示、二值化、插值和重采样处理、空间卷积滤波、傅里叶变换和逆变换等实验环节强化和巩固学生对理论知识的理解。针对第三章“数字影像解析基础”，通过引导学生参观学院摄影测量虚拟仿真实验室，亲自设置航摄基础参数、航线、航摄角度结合机房的DP-Modeler无人机倾斜建模与测图，系统深入理解摄影测量的理论知识。

三、结论

“数字摄影测量学”作为摄影测量与遥感专业的核心基础课，在当前新测绘技术的不断催化下，教学计划、教学模式和课程安排必须要与时俱进、适时修正。本文剖析了桂林理工大学测绘地理学院本科课程数字摄影测量的教学现状，反思了教学内容不聚焦、教学模式单调、理论课与实验课不匹配等问题，提出从定制教学计划、聚焦教学内容、构建以知识点为基本单元的树状结构图、创新教学模式等方面逐步实现“数字摄影测量学”课程的教学改革。在当前“新工科”和“以本为本”的要求下，本文提出的改革方案和措施，旨在消除学生的畏难情绪，提升学生的主体感，增强学生分析和解决实际工程问题的能力，可为其他本科院校相同课程教学改革提供参考和借鉴。