大数据背景下GIS专业《摄影测量学》课程的教学方法探讨与实践

邱春霞 董乾坤

（[1]西安科技大学测绘科学与技术学院 陕西·西安 710054；[2]陕西国土测绘工程院有限公司 陕西·西安 710054）

《摄影测量学》是GIS专业（地理信息科学专业）开设的专业主干必修课，大数据背景下的《摄影测量学》课程的教学现状不容乐观，需要引入大数据的观念和思维。授课教师认为复杂难教，学生感觉抽象难学，教学效果不尽人意。因此，亟待需要摸索出一套切实有效的GIS专业《摄影测量学》课程的教学方法。论文提出了一种四层架构法的教学模式，同时配合多种教学方法，旨在提升GIS专业《摄影测量学》的教学效果。

1 《摄影测量学》课程的主要内容及教学困难

《摄影测量学》课程的主要内容一般包括概述、摄影与空中摄影知识、航摄像片的基本数学关系、立体量测和立体测图基础、摄影测量解析基础、空中三角测量、数字地面模型及其应用、数字摄影测量基础等。《摄影测量学》课程涉及的专业基本概念多，贯穿整个课程的公式推导较多，对学生的数学功底要求高，如共线条件方程、共面条件方程等，综合运用了高等数学、线性代数、测量平差、GPS原理等多个学科的知识，尤其是高等数学中的微积分、泰勒级数展开式、线性代数中的矩阵运算和测量平差中的最小二乘等。

学习《摄影测量学》课程时，需要学生将多门课程的知识点融会贯通、综合运用，而且还需要有较好的空间想象能力，这对一般学生来说比较困难。因为学生在学习中普遍存在的问题是比较孤立地学习各门功课，不会将相关课程的知识点串联成线。另外，空间想象力对学生也是一个考验，空间的三维变化，从空中到地面、从二维到三维的变换。如何将《摄影测量学》课程需要的学生不同学期学习的、可能已经遗忘的课程知识点清楚直观地讲授出来？如何帮学生搭建好《摄影测量学》课程的知识框架？如何启发学生的空间思维，理解空中坐标三维变换等课程内容？面对种种教学困难，需要《摄影测量学》课程授课教师静下心来，认真思考，不断总结教学中的经验教训，摸索出切实可行的教学方法。

2 《摄影测量学》课程的教学方法探讨

《摄影测量学》课程的教和学都面临着一些难题，破解难题需要一定的方法。下面介绍的四层架构法教学模式，可为广大同仁提供有力的教学参考。

2.1 四层架构法教学模式

所谓四层架构法教学模式是指采用点、线、面、体的四层结构，将一门课程的教学内容层层分解，形成四个层次的教学内容体系，对各层内容采用合适的教学方法。

四层架构法教学模式在使用的时候，首先要进行详细、认真的课程内容分解，最好能画出课程内容架构图，而且需要画出两种架构图。在开课时，需要给学生展示并讲解从上到下的架构图，即从体到点的内容体系，让学生先有一个粗略的课程大框架；在结课时，给学生总结从点到体的课程内容体系，使学生能够整合出课程内容的脉络，自觉搭建出课程体系。

2.2 基于四层架构法的《摄影测量学》课程教学

《摄影测量学》课程在使用四层架构法教学模式时，首先需要进行课程重点、难点的梳理，然后建立课程内容框架，最后是具体课程内容的教与学。

2.2.1 课程重点、难点梳理

《摄影测量学》课程的重点内容为航摄像片的内、外方位元素，中心投影的构像方程—共线条件方程，航摄像片的三大定向（内定向、相对定向、绝对定向），以及数字影像匹配原理等。《摄影测量学》课程的难点内容是解析摄影测量基础，包括单像空间后方交会、双像空间前方交会，以及相对定向、绝对定向的数学模型解算等。这些内容公式推导繁琐，教师难讲、学生难学。

2.2.2 课程框架建立

建立《摄影测量学》课程框架，是为了使学生在学习本课程时先搭好架子，然后再去“添砖加瓦”，学习其中相关内容，使学习带有目的性。首先将所有章节按内容分为四部分，一般可分为绪论、基础知识、应用、热点前沿等，这四部分构成面层知识，让学生大概了解作者的写书思路。然后，将各面层分解为纵向、横向的多条线知识，依次构成线层知识。最后，再将各线层知识中的重要知识点提炼为一个个的点知识层。从点到体的知识架构图一般在课程讲授中期或结课前建立较好，因为此时学生已基本或全部学习了课程的主要内容，思路比较清楚。

2.2.3 具体课程内容教学

（1）知识框架的建立。《摄影测量学》课程的四层知识架构中体层为教材，面层为章的内容归整，线层为节的内容串接，点层为各节的重点内容。《摄影测量学》课程的从体到点的四层知识架构如图1所示。

图1：《摄影测量学》课程的四层架构图

（2）教学方法的多样化。《摄影测量学》课程难学难教，在具体课程教学时，在注意四层架构法的前提下，还可采用一些多样化的教学方法。

①专业课程内容的通俗化表达。专业课程内容是用专业化的规范语言表述的，有时未免难懂难记，使学生望而生畏，产生厌学情绪。如果对于专业课程内容采用通俗化的语言讲述，不仅简单易懂，而且还能使学生快速记住。比如，航摄像片上特殊的点、线、面，这部分内容在讲述时，可按照几何上的作图顺序来讲。先画一个水平面作为地面E，画一倾斜面作为像片面P，再在空中画一点作为摄影中心S，然后开始这样讲述：过S点做P的垂线与P的交点为像主点o；过S点做E的垂线与E的交点为地底点N；这两条垂线的交角为像片倾角 ，做 的角平分线，角平分线与像片的交点c为等角点，与地面E的交点为地面等角点C。此时，可提醒学生，作图中与像片面P的交点用小写字母，与地面E的交点用相应的大写字母；无论是向地面作线，还是向像片面作线，线都要穿越这两个面，而且这两个面上的交点都有名字，做的线也有名词。那么，过S点做P的垂线延长与地面E的交点为地主点O；过S点做E的垂线延长与像片面的交点为像底点n；过S点做E的垂线为主垂线；过S点做P的垂线为摄影机轴。有关这部分内容的讲述，鉴于篇幅，此处只做抛砖引玉。

②理论与实践的二次结合。在《摄影测量学》课程的教学中，不只要做到理论指导实践，更重要的是要教会学生在实践中去寻找理论，要将理论与实践进行二次结合。比如，在《摄影测量学》课程上机有关Virtuo-Zo教育版3.7.5数字摄影测量系统内容时，内定向中的像机文件需要设置有关主点偏移、焦距、框标坐标等参数，内定向实际操作时要进行8个框标点的扫描影像坐标的获取。给学生讲述操作时，不能单纯地只讲操作步骤，而是要让学生理解设置这些参数的原因、鼠标点击影像上8个框标中心点的目的、内定向的数学模型及软件解算的原理和方法等，以此达到学生对课堂理论知识的二次消化。

③教师与学生课堂角色的互换。教师与学生课堂角色的互换是在课堂讲授或上机实习时，让一些学习本课程的优秀学生上讲台给其他学生讲解或演示操作，教师在台下听，学生讲完后教师给予点评。当然，也可在课堂讲授或上机实习前，教师提前安排一些学生做好上讲台的准备。教师与学生课堂角色互换，一方面可以鼓励学得好的学生，使他们继续努力，学得更出色；另一方面可以激发其他学生的学习热情，使他们以上讲台的学生为榜样，认真学习课程内容。

④框架知识的碎片化与碎片知识的框架化。开课之初，需要给学生建立《摄影测量学》课程的知识框架；课程讲授中间阶段，需要将框架知识碎片化，即重点强调知识点；课程结课前，则需要将一个个的碎片化知识点，串连成线，由线构面，面再构建成体，形成一个充实的课程知识框架。框架知识的碎片化与碎片知识的框架化是课程学习过程中必不可少的环节，只有这样反复搭建，学生才能真正对《摄影测量学》课程的知识融会贯通。

⑤学生创新思维的激发。激发学生的创新思维，不仅使学生对摄影测量学科的热点研究问题有所了解，知道目前摄影测量学界关注的主要研究议题，并对这些研究方向自觉探索，而且更重要的是对《摄影测量学》课程的重要知识点，比如有关数学模型的推导解算，学生不惧怕公式推导，能将高等数学中的相关知识应用于专业课程，并独立推导公式解算，其实这也是学生的一种创新思维。为了激发学生的创新思维，可以给学生介绍一些国内有名的科技核心期刊，供学生课外学习和拓宽视野。

3 结论

大数据时代，GIS专业《摄影测量学》课程的教学工作的确存在较大困难，论文提出的基于四层架构法，并配合多样化方式的《摄影测量学》课程的教学方法，经过实践，取得了较好的教学效果，对广大同仁在GIS专业《摄影测量学》课程的教学中能够提供一定的参考和借鉴，满足大数据场景下的教学要求。