线上线下混合式教学模式在《数字摄影测量学》教学中的应用

高 蕾

（宝鸡文理学院地理与环境学院 陕西·宝鸡 721013；陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室 陕西·宝鸡 721013）

教育信息化技术的飞速发展，使传统高校教学模式面临空前挑战，2020年初爆发的疫情形势加速了“互联网+教育”的改革步伐。全新的教学形势对高等教育的教学理念、教学环境、教学模式、教学方法等方面的改革创新提出了新要求。清华大学“学堂在线”于2016年推出了“雨课堂”智慧教学工具，教师可以根据课程特点选择适合的工具辅助教学。“雨课堂”具备操作简单、互动高效、教学便捷等特点。“雨课堂”将信息技术手段与PPT、微信相结合，借助“雨课堂”可以实现课前预习、课堂教学和课后复习有机融合，教师可以在课堂上弹幕互动、实时问答、分组讨论等，让师生互动永不下线。学生们可以在课堂上使用手机学习，能够充分调动学生的学习积极性，提升学生主动参与课堂教学，培养学生创新性思维，提升课堂教学效果。“雨课堂”可以准确记录学习者的学习过程数据，通过分析数据可以精准把握学生的学习状态，为制定科学合理的教学方法提供科学指导。本文将以《数字摄影测量学》课程为例，探索基于“雨课堂”的线上线下混合式教学模式的实践应用，努力探索高校教学改革的新途径和新方法。

1 《数字摄影测量学》课程特点

《数字摄影测量学》课程是我校测绘工程专业的专业核心课程，根据该专业人才培养方案要求设置课程教学方法为理论教学与实践教学相结合，重点培养学生掌握摄影测量数据产品的获取及生产流程，包括低空无人机摄影成像原理、影像处理基本算法、影像匹配、数字正射影像生成、三维建模等理论及实践操作能力，使学生具备数字摄影测量学相关的理论基础和应用技能。经过多年的教学积累，总结了该课程具备以下几个特点：

1.1 概念多、公式多、理论抽象

该课程包括很多基本概念，如像片重采样、特征提取与定位、影像定向、影像匹配、核线影像、特征匹配、数字摄影测量工作站等。各概念相互联系形成概念群，数量多而复杂，某些算法的基本原理也很抽象。教学内容中涉及大量的公式推导，如点线面特征提取及定位算子、最小二乘影像匹配等。这些公式的推导需要将测量平差中的最小二乘方法；高等数学中的微积分、泰勒级数、傅里叶变换等方法；线性代数中的矩阵运算方法综合应用，对学生的数学功底提出了更高的要求，数学知识储备欠缺的学生容易出现畏难心理，增加了课程学习的难度。

1.2 坐标转换复杂，三维立体感强

摄影测量的实质是通过航空摄影技术采集测区像片数据，从像片特征点的像点坐标解算该点对应地面点的三维坐标，并生成相关数据产品的技术。这要求学生拥有较强的空间想象力，能理解三维层面上数据指标间的转换关系及解算步骤，像点坐标的解算涉及坐标系统的转换，数据空间关系复杂，学生需要充分理解各坐标系统的特点及坐标解算方法，才能实现特征点坐标的正确解算。

1.3 跨学科，科技发展促进知识更新

数字摄影测量技术依托计算机立体视觉，将计算机图形学、数字图像处理技术、人工智能、模式识别、测绘学、地理学、数学、物理学等多门学科有机结合，是一门跨学科的综合技术。这要求学生具有全面的知识储备，注重学习各学科间的相关性，多积累、勤思考。同时，随着低空无人机技术、传感器技术的不断发展，数字摄影测量技术的应用范围不断扩大，数字摄影测量系统在相关部门也越发普及，新技术的发展为高校《数字摄影测量学》课程教学注入新鲜血液，同时也为课程知识的更新带来巨大挑战。

2 《数字摄影测量学》课程存在的教学问题

2.1 教师层面

基于《数字摄影测量学》课程跨学科、理论抽象、空间感强的特点，传统的灌输式教学模式易造成学生学习兴趣不浓、学习效果不佳、教师教学效率不高、教学效果不理想的情况。在教学时间上，课程知识点多且难，为了完成教学任务，不得不加快教学节奏，学生反映有些难点知识点不能完全理解；在教学目标上，教学模式教条单一，不能发挥学生的积极性和创造性；在教学方法上，以课堂面授为主，师生互动较少，教师只能通过课堂问答了解个别学生掌握知识的程度；在课外辅导上，课后学生进行知识复习时遇到的问题不能及时解决。

《数字摄影测量学》教学包括理论和实验教学两个方面，教师需选定合适教材，认真分析并吃透教材内容，同时，结合摄影测量产品生产的应用实际，设计适合的实验内容，独立讲授全方位数字摄影测量系统模块及功能、像片定向处理、空三数据处理、影像匹配处理、正射影像生成、数据处理精度评价。因《数字摄影测量学》实验环节对实验环境的软硬件条件要求较高，造成根据实验环境设计有条件开展的实验内容，而忽略课程中较重要的摄影测量产品生产环节，如DLG（数字线画图）。

实验教学中，实验教学时间有限，教师讲解实验目的、实验原理、实验系统、实验步骤时，不能及时发现学生操作问题，部分学生实验操作能力弱，容易造成跟不上进度，不理解原理而停滞的情况。教师一对多指导学生，精力有限，不能了解到所有学生实验情况，不能有效保证实验教学质量。

2.2 学生层面

我校属地方二本院校，学生学习能力一般，基础较弱。大部分学生学习知识缺乏主动性，知识获取主要靠教师课堂讲授，课下知识复习不及时，遇到难点知识点如不及时解决，知识点日益累积，学习兴趣减退，进入学习的恶性循环，教学效果大受影响；实验教学中，学生全靠教师的演示指导，不能理论联系实践，缺乏独立思考能力。课后缺乏与教师沟通，不能及时进行知识总结及反思，知识点理解不深刻，无法灵活应用。

3 线上线下混合教学模式的探索及应用

混合式教学模式包括教学技术、教学手段、教学形式、教学评价等多方面的混合。线上线下混合教学模式是将传统的课堂面授与网络资源教学、智慧教学工具相结合，实现二者优势互补，技术统一，充分利用优质的网络课程资源和智慧教学工具辅助教学，迎合学生对网络和新鲜事物的热情，解决课堂师生互动不充分的难题。

在线上线下教学资源融合的《数字摄影测量学》课程混合教学模式的探索应用中，我们将该课程的课堂教学进行多方位扩展，引入“雨课堂”智慧教学工具，借助PPT和微信技术手段，把课堂学习高效分散到课前、课中、课后，充分利用学生的零散时间，提高学习效率和教学效果，教学流程见图1。

图1：线上线下混合式教学流程示意图

3.1 课前发布课程预习资料

教师根据课程教学目标于课前设计本节课教学方案，并对方案进行优化，制作课件、设计习题、上传试题、发布视频资料等，给学生发送课程二维码，并将学习任务和讨论问题发布给学生，指导学生提前预习和整理课程内容，有效地提高课堂教学效果。如图2所示，学生在手机端预习课程内容，本次课程为数字影像采样原理，知识具有一定的抽象性，通过预习课前资料，学生可以提前了解与影像采样相关的概念，了解影像采样的过程，梳理知识盲区，更有目的性地进入课堂讲授环节。“雨课堂”平台有效地解决了教师提前发布课程预习资料的需求。

图2：雨课堂平台发布课程预习课件示意图

实验前，提前发布本次实验内容，要求学生了解实验系统的基本功能和基本操作，提前熟悉实验环境和实验流程，结合理论知识基础，提前掌握实验环节中需要用到的理论知识，真正做到理论联系实践并有效指导实践。

根据本次课程内容设计课前练习题，通过雨课堂发布练习题如图3所示，课前习题可以引导学生进行课前预习资料的学习，雨课堂平台设置了灵活的练习题题型，学生可以利用课余时间完成预习练习，教师可以根据学生完成练习的时长和正确率了解学生预习课程的效果，为后续课程讲解取得良好的教学效果奠定基础。

图3：雨课堂发布课程预习习题示意图

3.2 课中完成精准教学环节

教师可根据课前预习反馈，有针对性地设计教学环节，通过精心设计的问题带动课堂氛围，加深学生对重难点知识的理解。如图4所示，影像数字化属于《数字摄影测量学》课程的重要知识点，课堂讲授时对影像进行对比分析后，引导学生思考影像数字化的基本要求，并通过课堂练习加深学生对该知识点的理解。课堂上，教师将教学课件上传至“雨课堂”，学生在手机端可查看课件内容，减少学生笔记时间，鼓励学生积极思考；教师需针对学生预习时存在问题较多的知识点，引导学生分组讨论，并对知识点进行归纳整理，对于学生普遍不理解的知识点，教师可以统一讲解，集中进行解答；利用“雨课堂”弹幕功能实现课堂师生互动，活跃课堂氛围，引导学生积极讨论；教师在教学中可以发布课堂练习题，学生在手机端编辑并发送答案，教师可以及时了解学生的学习情况。

图4：《数字摄影测量学》第二章数字影像处理基础课堂练习题示意图

实验中，教师可以抽查学生课前预习实验内容的情况，包括实验原理、操作流程和注意事项等，重点强调实验中容易犯错部分和学生没有完全理解的内容，有针对性地指导学生实验课程；实验进行时可将学生分成若干组，实行组长负责制，教师负责解决组内集中讨论后还无法解决的实验问题，并引导学生在实践中积极思考，鼓励学生创新创造，培养专业技能扎实的应用型人才。

3.3 课后帮助复习巩固知识

教师可根据学生预习、课堂表现、课堂练习等情况，给学生发布课后习题，同时给学生推送课程相关的拓展学习资料，并指导学生进行课程内容的总结整理。教师在推送课后习题时可依据学生的多方面表现设计不同的习题，也可避免作业抄袭情况；学生可以通过课后习题，对课堂所学内容及时巩固，也可让学生了解自己的学习情况，及时查漏补缺，鼓励学生遇到困难私信教师寻求帮助；教师通过学生课后习题情况的反馈，及时了解学生掌握知识的程度，便于调整教学设计及环节。教师根据“雨课堂”平台发送的课堂数据报告，掌握学生学习过程的数据资料，有助于分析学生的学习能力，是教师开展针对性教学辅导的重要参考。

4 结论

线上线下混合式教学模式在高等教育教学中的应用与实践需要充分利用课堂教学时间，并在课外投入更多精力，如预习复习资料的整理、习题设计、课外一对一指导、课后数据报告分析等，这需要学生和教师长期坚持，才能提升教学效果。线上线下混合式教学模式不仅给学生传授专业基础知识，还能充分调动学生的学习兴趣，让学生学会问题研究与探索、资料获取与分析，激发学生积极思考，提升学生发现问题、分析问题的能力。线上线下混合式教学模式改变了教育参与者的工作和学习方式，教学效果的提升还有赖于教师对教学技术手段的不断钻研和自身教学水平的不断提高。