教育信息化背景下的“摄影测量学”课程教学改革与实践

罗 艳，刘 荣，肖根如，王胜平，辛俊伟

(东华理工大学，南昌 330013)

随着“工业4.0”模式的演进，人类逐渐进入利用信息化技术促进产业变革的时代，信息技术与教育教学的深度融合已经成为新形势下教育改革的必然趋势[1]。教育部在《教育信息化2.0行动计划》中明确提出“三全两高一大”发展目标[2]，对师生教学和学习的信息化应用水平、信息化素养培养以及“互联网+教育”平台建设等工作都指明了方向。

在信息化背景下，无人机技术、大数据、云计算等信息化高新产物也纷至沓来，测绘学科也逐渐在从数字化测绘向信息化测绘发展[3]，龚健雅院士指出，“摄影测量”需要与计算机视觉、人工智能等学科的深度交叉融合[4]，袁修孝、王志勇、卞玉霞等学者纷纷对“摄影测量学”在线开放课程和微课堂建设进行了大量的探索，并取得了很好的效果[5-6]。但是，在“摄影测量学”教学过程中，仍普遍存在教学内容滞后、教学模式单一、课程教学信息化建设落伍等问题。

为顺应教育信息化大趋势，进一步适应新形势下测绘人才培养需求，笔者对本校近五年来该课程的学生学习达成度情况进行了统计分析，并根据测绘专业工程教育专业认证指标要求，结合多年的教学实践经验，对该课程的教学内容、教学手段与考核模式进行了改革。通过引入测绘行业新技术、新知识充实课堂教学资源，采用信息化教学手段，融入多元化教学方法，灵活设置课程考核模式，不断提高学生的自主学习与创新能力，以期让该课程的教学工作提质增效。

1 “摄影测量学”课程教学改革的必要性分析

1.1 “摄影测量学”课程特点

“摄影测量学”是测绘专业课程体系中的核心专业课之一，课程内容涉及知识面广，内容抽象逻辑严密，对学生的立体空间感要求高[7]。主要存在以下特点：

1)涉及其他测绘基础知识面广。摄影测量学是通过影像来研究信息获取、数据处理、信息提取以及成果表达的一门信息科学[7]。“摄影测量学”的内容涉及测量学、测量平差、计算机制图、地图学、地图投影、数字图像处理和地图数据库等多种测绘基础知识，还与地理信息、遥感等学科之间联系密切。

2)基本概念抽象、公式推导多。在“摄影测量学”课程理论知识中，概念较多且比较抽象，如航向重叠、旁向重叠、绝对定向、相对定向、外方位元素、内方位元素等，学生常常不容易理解。此外，在课程教学中，任课老师需要为学生讲授很多数学公式推导过程，如前方交会、后方交会、共线方程、共面方程等，需要学生熟悉微积分、矩阵运算、最小二乘等基础数学公式，对学生的数学基础要求较高。

3)对学生的空间立体感要求高。在其教学过程中，一般会涉及到大量影像数据的信息表达、多个空间坐标系之间的转换，对学生的空间想象能力要求高。如二维空间像点坐标求解三维地面点坐标，在要求学生具备数学基础外，还需要学生具备空间变换的立体思维。

1.2 “摄影测量学”课程教学存在的问题

经过对本校近五年来该课程上课学生的学习目标达成度情况进行统计分析，结果显示，约36%的学生对数学公式推导不熟悉，尤其是共线方程的推导相对吃力，45%的学生对倾斜摄影测量、三维模型、点云数据等新概念不太了解，约35%的学生在空间关系模拟上觉得很困难。根据以上统计结果，结合多年教学实践，笔者认为教师教学和学生学习两方面都存在一定的问题，主要表现在以下方面：

1)课程内容滞后，无法适应测绘科技发展。新形势下，摄影测量学飞速发展，普遍超出了人才培养模式及技术能力的革新速度，如大数据时代的云控制摄影测量、点云数据智能挖掘、无人机传感器等技术发挥了极强的引领作用，不断带动摄影测量的突破[8-10]，教育信息化将以专业教学、人工智能及学习科学相结合形成新的研究内容，学生所掌握的知识落后于行业需求。

2)教学模式单一，师生之间有效互动少。以往该课程教学主要是以教师为主体“面对面”的教学为主，存在“灌输式”“接受式”等弊端[11]，时常受到课堂时间和地点的限制，师生之间有效互动很难保证，也难以实施个性化教学。虽然也有一些高校在测绘学科的精品课程建设方面进行了大量研究与探索，但测绘类精品在线开放课程的建设相对滞后，仍无法满足新形势下测绘人才的培养需求。

3)重“教”轻“学”，学生自主学习意识匮乏。学生们在长期的应试教育下，形成目标性的依赖思想，在学习过程中，习惯以“教师、教材、教辅”为中心，以教师的“教”为主，忽略主动“学”，一般由教师设置教学目标，被动式的接受信息，学生的归纳、分析和总结等自主学习能力无法得以提升。但在实际教学中发现，学生不能很好将已学的其它课程知识用于解决摄影测量实际问题，同时也不能将所学的摄影测量知识融汇到其他课程中，缺乏构建知识体系的意识和能力。

2 “摄影测量学”课程教学改革探索与实施

课程教学流程的重组与再造是促进信息技术与教育教学深度融合的关键所在[12]。为了有效解决课程教学中存在的问题，提高教师教学质量和学生自主学习能力，主要在以下几个方面进行课程教学流程重组：第一，课程内容重组，以适应新形势下测绘人才培养目标；第二，教学手段重组，利用信息化技术建设在线开放课程资源；第三，教学方法重组，提高学生的自主学习能力；第四，评价方式重组，以达成对学生学习情况个性化评价的效果。

2.1 重组课程教学内容，不断完善课程知识体系

在信息化革命的浪潮中，摄影测量技术也在高速发展，其数据采集手段、影像信息处理技术、成果输出方式以及产品应用领域都在变革之中，只有将摄影测量新发展、新理论和新技术充分融入到课程教学中，才能不断提高学生对新技术、新知识的掌握度[12]。针对现有的课程教学内容，进行优化和更新，把整个课程体系大致分为4个部分：①数据采集：在原有的成像系统中补充无人机摄影测量成像技术和视频成像技术相关知识点；②影像信息处理：在原有的立体测图原理、单双像解析原理基础上，对空中三角测量技术进行拓展，且增加数字摄影测量中特征提取及特征匹配等知识点；③成果输出：重点讲授信息化表达的内容，补充讲解点云数据处理、云计算、深度学习等数字图像处理技术和三维建模技术；④产品应用：采用专题授课的模式对目前最新的摄影测量技术如无人机倾斜摄影测量、贴近摄影测量、云控制摄影测量进行讲解。通过对上述4个部分的知识体系更新和完善，得到重组后的课程教学内容体系(如图1所示)，让学生学习完该课程后，能够全方位了解摄影测量技术。

图1 重组后的课程教学内容体系

在课间实践环节，紧密结合课程内容，增设数据外业实景模拟采集环节和无人机影像处理内容。利用数字沙盘模型的地形和地貌，模拟无人机影像采集全过程；在原有的垂直航摄的基础上，增加无人机倾斜数据的内业数据处理流程，增加特征匹配、点云计算、三维重建等内容。实践教学内容重组情况如表1所示。其中，实验数据分为样例数据和案例数据，样例数据即教师授课采用的样例数据，案例数据采用实际工程项目数据，让学生通过独立思考、设计实验方案、动手实践来完成数据处理全过程，更好地培养学生独立思考及解决实际问题的能力。

表1 摄影测量实践教学内容

2.2 重组课程教学手段，实现线上、线下有机融合

教育信息化背景下，为教与学提供了更多支撑环境，各种新型的如线上线下、智能教学等将作为新的教学方式，教学改革不仅需要对课程内容进行重组来改革教学内容，更需要创新教学模式、推动教学资源共享来改变教学观念，进而改变学生的学习模式。

笔者所在的教学团队以获批的江西省精品在线开放课程项目建设为契机，从“摄影测量学”的教学内容优化入手，根据摄影测量技术的发展状况，重新修订了教学大纲并精选教学内容，梳理课程知识点，对知识点录制教学讲解视频，以超星泛雅平台为载体，成功搭建了“摄影测量学”在线开放课程。以课程知识点为节点，共梳理和录制讲解视频33个，每个知识点的视频时长为10～15 min，在线开放课程资源的视频总时长达500 min以上，部分视频内容还在持续更新中，开放课程主要知识点录制视频情况见表2所示。

表2 “摄影测量学”在线开放课程主要知识点情况

在课程教学中，通过融入泛雅平台的移动学习功能，实现了线上教学的师生互动功能，并面向校内外对课程教学视频资源共享，基本达到教师能自主进行课程内容建设、学习情况监控、教学资源共享和学生自主学习的目的，进而实现线上、线下教学的有效整合。特别是在2020年新冠肺炎“疫情”期间，单纯利用直播网上授课，对学生很难达到以往线下教学的效果，通过融合移动学习资源，要求学生在非教学时间内学习线上精品课程资源，并与任课老师进行线上互动，学生的学习达成情况比以往线下教学效果更佳。

2.3 重组课程教学方法，强化学生自主学习能力

在新形势下，教学应该由传统以教师为中心的教学逐步转向学生为中心的教学[13]。培养适合新时代行业的创新性人才，关键的不是学生知识概念掌握的多少，重要的是对科学知识本质的了解和延伸，从而达到对科学精神的培养。在教学方法方面，笔者通过对教学内容进行分层次导学，将课程内容的知识问题化、问题层次化，分层次导学情况如表3所示。

表3 分层次导学情况表

根据教学大纲和教学目标，将教学内容的知识体系问题化，根据知识体系构建一条问题主线，将知识体系学习转换为问题体系学习，让学生带着问题去学，根据大纲确定的基础知识点，将大纲内容分为3个层级的问题：基础层、理解层、应用层。①基础层：主要是一些基本概念、基本规律等内容，如摄影基线、航线要求、核线、同名核线等，要求学生在上课之前通过学习线上开放课程，进行课前预习、线上讨论、搜集资料来解决和自我掌握。②理解层：体现学生对基本概念和基本规律的变式运用，如共线条件方程、像点的空间直角坐标变换、空三解算等。采取学生线上预习、教师线下讲解、师生线上与线下讨论互动、学生课后复习来解决。③应用层(综合题)：开放型问题。通过教师精讲点拨、师生课中讨论，并结合目前行业最新的案例分析，注重剖析知识要点，分析知识点之间的内在联系，以启发为主，引导学生综合运用多种基础知识和基本技能去分析和解决实际问题，且还需涉及到其他相关课程的知识，用于训练学生的思考能力。此外，在应用层中，根据需求设置相应的实践环节(如无人机倾斜摄影测量数据处理)，让学生自主完成该实践教学内容，从而激发培养学生的独立思考能力和创新意识。

2.4 重组学生考评方式，推行多元化考核评价

作为教学环节的重要组成之一，学生考核评价对教学起着直接导向性作用。新形势下，人才培养目标已从传统的知识型人才转变为具备解决问题能力、创新能力、协作能力的复合型人才，所以，不能再将标准化考试作为验证学生学习成效的唯一途径[14]。

在“摄影测量学”课程教学中，教师应该合理安排教学内容，深入浅出，循序渐进，让学生从已经熟悉的旧有知识逐步引申构建新的知识，那么教学考评不应聚焦在以考试为标准的终结性评价，更应充分参考这种能凸显学生主体地位的形成性评价(过程性评价)，对于学生在学习阶段中反馈出的进步、思维闪光点给予充分肯定。将这两种评价体系有机结合来实现既定的教育目标，充分发挥教学评价的导向功能，考核中适当提高形成性评价的比例(与终结性评价占比各50%)；同时也注重形成性评价的多元化，不仅仅依据学生在课堂上的学习过程及学习结果，同时聚焦学生解决问题的综合素质和能力，并参考基于在线开放课程中的自主学习评价，其中，将过程性评价分解为课堂学习情况(占比20%)，线上预习、线上和线下作业完成情况(占比30%)，课程期中考试(占比30%)，撰写课程读书报告或模拟工程项目(占比20%)。评价指标占比见图2和图3。且在终结性评价考试中参照“注册测绘师”考试模式，考核学生的知识应用能力，以主观题、论述题、案例题等为主，减少客观记忆性题目的比值。

图2 学生教学考评指标

图3 过程性评价指标

通过摆脱考试分数评价导向，形成学习知识与培养能力有机结合的评价导向。学生的学习过程不再仅仅是书本知识的理解和应用，考察学生的方式也不再仅仅是试卷考试，而加强了学生自主学习和解决问题的过程性评价，让学生加强对知识本质的了解和解决实际问题的延伸，从而达成对学生自主学习和创新能力的培养。

3 结 论

在科学技术高速发展的驱动下，信息技术与教育教学正在逐渐深度融合，对“摄影测量学”进行课程教学改革与创新顺应了测绘学科发展的需要，也适应了新形势下对测绘人才的培养需求。在教学改革中，对课程教学内容进行重组，增加无人机摄影测量、贴近摄影测量等理论教学内容，完善和更新课程知识体系；更新课程教学手段，建设“摄影测量学”在线开放课程，实现线上、线下教学有机融合；优化课程教学方法，教学过程充分融入分层次导学理念；优化学生考评方式，推行多元化考评模式。本课程教学改革意在充分借助信息化教学手段，更新和完善课程知识体系，建设和推广在线开放课程资源，不断优化教学方法，强化学生自主学习能力培养，通过将教学改革运用于实践教学，以期培养新时代社会发展所需的高素质测绘人才。