任务驱动教学改革研究与实践——以“摄影测量与遥感”课程为例＊

杜科林

（丽水职业技术学院建筑与设计学院，浙江 丽水 323000）

由于无人机摄影测量技术的不断发展，当前测绘技术已经从传统测量方式转变为空、地协同的观测方法，并且空对地观测已逐渐成为行业主流的技术手段。“摄影测量与遥感”是一门通过遥感方式对地物进行不接触获得的数据进行记录、量测和解译，从而获得地球地物自然属性和人文属性信息的科学和技术[1]。“摄影测量与遥感”作为高等职业教育工程测量技术专业的专业核心课程，与“数字地形测图”“控制测量”“GPS 测量”等多门学科有紧密的联系，是一门理论性、实践性都很强的课程[2]。学生通过该专业课程的学习，能够树立无人机测量的基本意识，掌握使用数据处理软件处理无人机数据的基本能力。但是，当前摄影测量主要讲授中心投影、单张相片及立体像对、空中三角测量等理论方法，是一门概念相当抽象、逻辑及其严密而实践环节相当多的课程，对空间变换思维有很高要求，传统的教学体系无法满足现代高速发展的工业化、信息化社会对高级应用型人才的需求[3]。

1 “摄影测量与遥感”课程教学现状

目前，通过问卷调查显示，“摄影测量与遥感”课程的教学主要存在以下几点问题。

1.1 课程抽象

高职学生的数学和物理基础较为薄弱，“摄影测量与遥感”课程设计到“高等数学”“空间变换”“物理”和“计算机”课程等方面的内容，学生难以理解诸如共线方程、内外方位元素、相对定向和绝对定向的基本概念以及空中三角测量、空间前方交会的基本原理等理论知识，学生普遍反映出课程学习较为困难[2]。目前，课堂教学一般是多媒体教学与板书相结合，尤其针对课程中三大定向等一系列的空间变化过程，更是显得捉襟见肘，导致学生难以理解、想象。

1.2 学生实践能力弱

学生的实践能力弱，无法把理论知识和实际生产联系起来。摄影测量理论知识丰富，但理论与实践联系不紧密，学生学习目标不明确。丽水职业技术学院建筑与设计学院“摄影测量与遥感”课程的教学形式主要为理论教学，而“摄影测量与遥感”作为工程测量专业的必修课程，大多数学生只了解该课程的重要性，但是他们并不理解学习此课程的必要性，以及学习这门课程可以用来做什么，应用到生产实践中该怎么做。这主要是因为该课程目前在授课过程中理论与实践联系较少，几乎没有设计实践环节，学生并不能深刻理解摄影测量的意义，因此也并不能理解摄影测量技术在生产实践中的作用。

1.3 人才培养方案失衡

“摄影测量与遥感”课程理应开设在“数字地形测图”“GNSS 测量”等相应专业课程的后期，在学生已经掌握了数字线划图、GPS 测量等相关原理及一定的实际操作能力之后，为进入到“摄影测量与遥感”课程的学习打下较好的基础。但在课程教学中，为了与其他专业课程相协调，本课程仅安排56 个学时，其中包括38 个理论学时，18 个实践学时，课程结束后学生普遍反映难以掌握相关的理论知识，实验内容也不熟练。

1.4 考核方式一成不变，考核结果不够真实

目前，“摄影测量与遥感”课程的考核成绩是由60%的期末成绩和40%的平时成绩加权而成。期末成绩是依据试卷卷面成绩而定，大部分学生忙于应付，考前突击也能考出高分，而对实际的原理却掌握不牢，没有专业知识的理论操作，无法体现学生实践动手能力；平时成绩是根据学生的到课率、课堂提问、课后作业等组成，由于课程本身教学内容繁多，教学时间少，课堂提问次数较少，课后作业也存在抄袭现象，导致平时成绩也只是流于形式，甚至只反映老师对学生的个人印象，无法反映学生的真实表现。这种重结果轻过程的陈旧考核形式，导致学生平时学习动力不足，难以反映学生在整个教学过程中的综合表现及真实能力。

2 面向职业能力进行工作任务分析的涵义

职业能力分析要求优先考虑本专业学生的就业方向覆盖面，以行业发展中对职业能力的要求即就业岗位的工作要求为依据，确定职业实际工作对课程学习的具体能力要求和所需支撑的理论知识[4]。工作任务分析是指本课程所对应的工作岗位中实现生产作业所需要的具体的工作步骤分解过程[5]。

高等职业教育的主要特征是面向就业，将技术作为主要方向的能力和专业技术培训作为主要目标的能力。必须根据行业发展形势和就业岗位群工作要求，并依据相应的专业标准，制定适当的人才培养方案和课程教学设计[6]。

3 “摄影测量与遥感”教学改革实施与应用

3.1 教学体系的改革

无人机“摄影测量与遥感”课程作为技术应用课程，以使用无人机进行地面地理信息的数据采集、数据处理、生产测绘产品及应用为主要学习内容，适度学习相关理论支撑知识。为此，从本课程对应的相关职业岗位上的实际工作任务出发构建本课程的学习任务，将知识点和能力点包含在一个具体的系统任务内。

基于任务型课堂进行设计，一般而言，技术应用课程注重实践操作能力的学习提升和项目流程的掌握。每一个模块分为几个子任务（具体）进行，每一个具体任务一般包括以下环节：情境创设—任务布置—小组讨论—思路分享—方案制定—小组展示—评价总结。

设计思路：基于一个真实完整的无人机测绘项目，从数据采集到产品生成过程中的一系列工作任务来设计学习任务，学生在完成这些学习任务的过程中可以获得本课程的学习效果，而无人机测绘相关的技术及理论知识则是穿插在整个的工作任务处理中，学生在工作流程中“边做边学，边学边做”。

3.2 教学改革的目标

“摄影测量与遥感”课程作为工程测量技术专业的一门专业必修课程，旨在培养学生传统测量技术能力的同时培养学生无人机测绘新技术的应用能力，让学生适应经济社会发展多样性需求，具备扎实的传统测绘和无人机测绘专业知识和较强的实践技能，为地方经济和社会发展贡献出自己的力量。

为了突出技术的实际应用，教学改革将采用实景模拟手段，通过对真实项目的模拟，让学生全程参与到课程实践当中，改变以课程全程理论教学的方法，通过实际的操作与数据处理帮助学生理解摄影测量学的基本原理及核心内容，领悟摄影测量学与普通摄影测量学、大地测量学的联系与区别，提高学生的动手能力。

基于以上培养思想，需要培养学生具有以下的能力目标：①能够生产各种比例尺的地形图，建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据等解决实际问题的能力；②能够使用无人机进行资料收集、作业方案设计、外业飞行、内业数据处理、4D 测绘产品生产、产品质量检查和成果验收等一系列工作流程的课程综合能力；③能够将无人机测绘与传统测绘联系比较、能根据实际测绘区域进行飞行作业方案设计、能根据不同作业要求进行无人机外业飞行参数计算、能根据不同作业要求进行飞控软件各项参数设置、能依据作业区域面积和不同的精度要求布设像控点、能进行外业采集数据的预处理、能熟练使用软件进行内业数据处理、对三维模型数据进行后续生产4D 产品等8 点单项专业能力；④培养学生的团队协作、认真细致、实事求是、勇于承担等社会能力；⑤培养学生理论联系实际、信息处理、实践动手、语言文字表达等方面的能力。

以人才培养目标为基础，构建具有明确实践教学目的的实践教学体系。

3.3 教学内容的改革

更新人才培养方案，将“摄影测量与遥感”在培养方案中的课程设置为“无人机摄影测量技术”。与此同时，把课程设置在“控制测量”及“GNSS 测量”等传统测量课程之后的第四学期，与传统测绘只是相辅相成。

课程教学内容改革以项目化实践教学为基础，进行深入的课程实践教学研究。将教学实践教学分为2大模块，即课内实践内容和课外实践内容。课内实践主要包括无人机数据处理软件的应用；课外实践主要包括无人机外业飞行操作、无人机航测数据采集等。合理的实践内容可以降低课程难度，拓宽学生的知识面，提高学生学习的积极性。

课内外实践教学内容的改革，是以产教融合为依托，根据无人机航测的实际生产项目的技术要求，逐步将实际生产中的制定航测计划书、外业数据采集和内业数据处理3大模块的内容分解成具体的操作任务，具体的操作任务即是教学任务，实际生产融于教学过程。通过小班化教学，将学生分为若干工作小组，每组4 人。

3.3.1 制定航测生产计划书

给定每一小组航测测区任务。各小组选定任务测区后，分别进行实地踏勘、测区控制测量、无人机采集设备组装、航测计划等各项参数设置、外业数据采集等外业作业操作。与此同时，将传统摄影测量中航向旁向重叠、航高、比例尺、内外方位元素等各项理论概念性知识融于上述实操过程当中，让学生通过实际作业，实现“做中学、学中做”。

3.3.2 外业数据采集

教师在旁起到引导辅助的作用。指导学生如何进行像控点的选取，可采用像控布或者地面喷射L 字的形式，如何使用RTK 等仪器进行像控点数据采集。根据任务要求，设置航高、重叠度等各项参数，以至测区影像数据采集完成为止。

3.3.3 内业数据处理

内业数据采用目前行业中使用率较高的ContextCapure Center 软件进行处理。此过程在机房内进行统一讲解。通过实际航测项目生产过程的演示，将电脑集群、POS 数据解算、空三测量及空三分层问题的解决、刺点、模型修复等一系列内业数据处理操作贯穿其中。

3.4 教学形式的改革

项目化教学是设计一个完整且具有真实生产意义的无人机测绘项目，将学生进行分组，每组自己设计飞行方案、采集数据、处理数据，并最终做出具有实际生产意义的DOM、DLG、DRM、DEM 等4D 产品以及规定项目区域的三维模型。

改变以往摄影测量纯理论授课形式。以4 课时为例，分为2 课时理论课和2 课时实训课，理论课上讲解基本原理及要点难点，实训课上学生结合理论知识，组内讨论飞行方案及航高、重叠度等各项参数设置。学生能够通过实践消化吸收新的知识，包括无人机飞行、数据处理等。各类教学场所学时分配表如表1所示。

表1 各类教学场所学时分配表

增加课程集中实训周。在集中实训周内，布置每一组测绘项目的总体设计，学生依据本组项目独立完成一整套从设计方案到出4D 产品图的实际生产流程。

与“1+X”证书制度相结合。将“X”证书即无人机职业技能等级证书考试内容融入到课程教学当中，将考试内容和教学内容有机结合，让学生在课程学习的同时，可以进行无人机驾驶员合格证的考试。

与竞赛制度相结合。全国大学生无人机测绘技能大赛主要赛项为无人机外业数据采集、块拼图的制作和4D 产品的快生产。“摄影测量与遥感”课程的教学实践改革以课程实践为基础，将无人机测绘的制定航摄计划、外业数据采集、内业数据处理等完整工作流程和比赛内容相融合，实现教学过程中的以赛促教、以赛促学。

3.5 考核方式的改革

采用多元考核方式，改变以往期末纸质考试成绩和平时成绩加权平均考核的方式。设置过程性考核和期末考核。每个小组需要在学期末独立完成其任务测区的三维建模以及DEM、DOM、DLG、DRM 等传统4D 产品的制作，作为项目成果进行检查，对每一小组的期末产品进行考核评价，并将考核成绩纳入到总成绩中。考核成绩指标构成如表2 所示。

表2 考核成绩指标构成

4 教学改革效果

历经2 年教学验证，“摄影测量与遥感”课程的教学改革取得了良好的效果，有效实现了产教融合、课证融通的教学方法。

首先，教学改革以来，毕业生顶岗实习从事无人机测绘工作人数逐年上升。2019 年顶岗实习毕业生总人数为63 人，从事无人机测绘工作人数为1 人；2020年顶岗实习毕业生总人数为59 人，从事无人机测绘人数为5 人；2021 年顶岗实习毕业生总人数为49 人，从事无人机测绘工作人数为18 人。通过对毕业生的调查问卷了解到，无人机摄影测量的教学改革与当前测绘行业发展的前沿较为契合，进入工作岗位就可以直接进行生产工作。

其次，“摄影测量与遥感”课程教学改革有效实现了课程融通教学。在教学过程中，将高职教育中“1+X”证书制度中的“X”证书即无人机职业技能等级证书考试内容融入到课程教学当中，学生学完课程可以直接考取无人机职业技能等级证书。无人机职业技能等级证书可直接衍生出无人机驾驶员合格证，实现一考多证。

课程教学改革有效实现了以赛促教、以赛促学，并且在竞赛过程中有效展现了学生对本课程的学习积极性。2021 年全国无人机测绘技能大赛预报名人数达到了28 人，经过层层选拔确定2 人参加比赛，并取得了二等奖。

5 总结

“摄影测量与遥感”教学通过在教学体系、教学形式、教学内容和考核方式等方面的改革和在实际教学中的有效实施，教师和学生反馈效果良好。学生通过任务型驱动教学模式，既掌握了实际航测生产的专业能力，又深入理解了传统摄影测量中的复杂理论知识，激发了学生的学习兴趣和积极性，培养了团队协作的职业精神，能够将理论知识灵活运用到实践中，基本形成使用无人机进行测绘的基本思想。