如何講解工程與工業(yè)攝影測量
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摘要:“工程與工業(yè)攝影測量”是一門現(xiàn)勢性、應用性很強的課程。課程設置為選修課，課時量較小。如何在有限的教學時間內(nèi)提高學生的學習興趣，讓學生掌握該課程的理論知識，是一件非常重要的事情。本文結合作者在中南大學為期5年的“工程與工業(yè)攝影測量”課程教學實踐，分析了“工程與工業(yè)攝影測量”課堂講解的重點和難點，提出在教學過程中充分利用案例教學和互聯(lián)網(wǎng)查找知識的有利條件，課堂上通過案例教學逐步提高學生的學習興趣和讓學生掌握每個知識點在實際工程中的應用，課下通過對重要知識點布置作業(yè)和讓學生組成興趣小組自行進行實際工程的設計加深學生課堂學習的知識和自主學習能力，合理安排實驗讓學生掌握工程與工業(yè)攝影測量的相機檢校和內(nèi)外業(yè)操作。在近幾年的教學實踐過程中，發(fā)現(xiàn)該方法有效地提高了學生對該課程內(nèi)容的掌握程度和學習興趣，學習效果超越往屆學生，實踐結果充分證明了該方法的有效性。
關鍵詞:工程與工業(yè)攝影測量;案例教學;教學改革;互聯(lián)網(wǎng)
0引言
“工程與工業(yè)攝影測量”是一門現(xiàn)勢性、應用性很強的課程。該課程在學校的培養(yǎng)方案里設置為選修課，是學生選修攝影測量后，后續(xù)深入學習的一門拓展課程。該課程的理論知識將為學生從事近景目標測量工作或相關科研和教學工作打下堅實基礎。從1996年至今，數(shù)字近景攝影測量的研究及應用已步入成熟期，研究的重點從幾何量測精度轉為實時性、全自動化和測量結果的深加工(三維建模與虛擬現(xiàn)實)等，尤其是激光掃描技術的發(fā)展，使多傳感器數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)融合等問題倍受關注［1，2］。目前，我國專家學者在三維信息的快速獲取、攝影測量與計算機視覺的融合、不同儀器設備的集成等方面開展了深入的研究取得了豐碩的成果。隨著普通數(shù)碼相機的普及，計算機技術和空間信息技術的發(fā)展，近景攝影測量技術的應用越來越廣泛［3］，極大地推動了社會的發(fā)展和科技的進步。數(shù)字近景攝影測量技術在文物考古、工程建設和人工智能等領域具有廣闊的應用前景［4］。但因為該課程在高校培養(yǎng)方案設置為選修課，課時量較小，學生對該課程的學習興趣不是很高。一方面是課程內(nèi)容的重要性和復雜性，一方面是學生學習興趣的減弱，如何提高學生的學習興趣讓學生重視該課程的學習，如何高效地在有限的課堂時間和實驗時間內(nèi)讓學生掌握課堂知識，采用合理高效的教學方法就顯得非常的重要［5－8］。本文結合作者在“工程與工業(yè)攝影測量”課程教學的實踐，提出在教學過程中充分利用案例教學和互聯(lián)網(wǎng)查找知識的有利條件，有效利用有限的課堂教學時間采用案例教學法進行課程內(nèi)容的講解，提高學生學習興趣，有效利用互聯(lián)網(wǎng)課下布置作業(yè)提高學生的主動學習能力和獨立思考能力，有效利用實驗課程時間完成內(nèi)外業(yè)操作及相機檢校，讓學生快速高效地掌握該課程學習內(nèi)容。
1“工程與工業(yè)攝影測量”講解的難點和重點
該課程在學校的培養(yǎng)方案里設置為選修課，是學生選修攝影測量后，后續(xù)深入學習的一門拓展課程。從學生的角度看該課程，他們可能會認為該課程與攝影測量所講內(nèi)容一樣，有非常大的重復;從課程設置來說，該課程為選修課程，課時量比較少，只有18個講課課時和6個實驗課時。前者導致學生對該課程內(nèi)容及新知識的興趣不大，上課似是而非似懂非懂的聽講，后者導致該課程在學生心目中地位降低，進而對該課程學習不重視，有些竟然純粹為湊學分而選修。另學生對前期所修的攝影測量課程掌握程度也會影響他們對該課程的學習興趣和學習效果。從該課程教學內(nèi)容來說，該課程教學知識點相比攝影測量有很大的不同，有它的教學重點和難點:比如如何設計及實施攝影測量外業(yè)拍攝方案，確定和控制不同的攝影測量外業(yè)拍攝方案的精度，進行外業(yè)拍攝;如何布置外業(yè)控制點，確定和控制外業(yè)控制點布設的精度。相比攝影測量，近景攝影測量的精度要高很多，內(nèi)業(yè)外業(yè)需同時掌握。除此之外，學生還必須學會如何選擇合適的攝影方式，了解相機的設置及知識(如景深、光圈等攝影知識)，如果所使用相機不是量測相機，如何對非量測相機進行內(nèi)外方位元素的確定。因此，在該課程的教學過程中，需要把學生學過的測繪知識和攝影測量的知識綜合起來，對學生對前面課程的掌握程度又有一定的要求。該課程達成目標為學生可以獨立進行外業(yè)攝影測量觀測和方案制作及精度評定，并且可以根據(jù)外業(yè)觀測進行內(nèi)業(yè)的計算。對教師來說，如何對教學內(nèi)容進行梳理和整合，如何糾正學生的學習態(tài)度，激發(fā)學生對該課程的學習興趣，如何在有限的教學時間內(nèi)把這些知識傳遞給學生并讓學生掌握，確實是一個挑戰(zhàn)。對于學生來說，如何掌握各個知識點，如何把所學內(nèi)容連接起來，則是一件非常重要的事情。
2在現(xiàn)有培養(yǎng)模式基礎上充分利用案例教學和互聯(lián)網(wǎng)教學
根據(jù)“工程與工業(yè)攝影測量”課程講解的重點和難點，作者在該課程課堂教學中充分融入案例教學和互聯(lián)網(wǎng)教學，以期提高學生對該課程的學習興趣和知識掌握能力:1)提高學生的學習興趣:在教學初期，教師以某一實際工程為例啟發(fā)學生，如果他們要完成這個工程，需要做哪些事情，需要補充哪些知識，老師加以引導，學生跟著思路一起思考，逐步明白，原來工程與工業(yè)攝影測量可以做這樣的工程，可以達到這樣的目的，工程的實際操作中每一步都有這樣那樣的要求，都要學習這樣那樣的知識。接下來對該課程的應用前景和市場需求進行分析和介紹，學生會逐步明白該課程學習完畢后自己可以做哪些事情，這些事情具有哪些實際應用價值，通過案例教學法迅速提高學生對該課程學習的興趣。2)課堂中應用案例教學法將教學內(nèi)容系統(tǒng)化:在后續(xù)講課內(nèi)容中把該工程繼續(xù)拿出來示例，告訴學生，你學習到了哪一步的知識內(nèi)容，這些知識內(nèi)容在該工程實際中是如何應用的，有什么樣的應用價值，你該學會哪些具體的計算和設計。通過這樣的教學，學生可以搞清楚每個知識點在實際工程中的應用價值和如何實際應用每個知識點，可以把所學的知識連接起來系統(tǒng)化。在教學中，教師不僅要告訴學生學習和掌握的每個知識點，還要站在一定高度把所有教學內(nèi)容連接起來系統(tǒng)化，讓學生明白這些知識點是這么運用的，在實際工程中處于哪個環(huán)節(jié)。3)布置作業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)教學讓學生掌握重要的知識點和進行實際的工程應用:因為課時有限，課下學習就非常有必要了，對重要的知識點布置作業(yè)，比如課程中的重要內(nèi)容基線量測，讓學生進行公式推導和量測實施過程要點的書寫，通過做作業(yè)學生可以快速掌握學習的內(nèi)容。同時教學過程中不可能把所有的工程都給學生講解，鑒于知識的相通性，在具體講授知識點時，引導學生思考該知識點在其他工程中該如何具體實施，并根據(jù)實際工程種類，將學生設置不同的興趣小組針對某一類工程進行設計，讓學生把所學的知識綜合運用起來，達到教學目的。4)合理安排實驗課:第一個實驗做近景攝影測量相機檢校，因為這屬于攝影測量者工作的第一步;第二個實驗做外業(yè)攝影測量方案的實際及實施，并進行精度評定，要求學生使用攝影測量軟件進行點云的生成和三維建模，試驗要求學生掌握設計和實施實際外業(yè)工作，并對所做結果進行精度評價;第三個實驗讓學生進行DLT編程，讓學生掌握如何計算DLT中的參數(shù)，并學會如何應用計算的參數(shù)計算未知像點的坐標，進行點云的生成，達到掌握內(nèi)業(yè)處理的目的。這3個實驗本身涵蓋和綜合了這門課的主要內(nèi)容，因此，在3次實驗做完后，學生切實地掌握了課程內(nèi)容，達到課程教學目標。
3結束語
“工程與工業(yè)攝影測量”是一門現(xiàn)勢性、應用性很強的課程。在有限的教學時間內(nèi)提高學生的學習興趣，讓學生切實掌握該課程的內(nèi)容并學會應用是一件非常重要的事情。本文通過綜合運用案例教學和互聯(lián)網(wǎng)教學，提高了學生的興趣，讓學生明白每個知識點在實際工程中的應用價值并學會如何應用，同時讓學生組成興趣小組，對某一工程的設計實施內(nèi)業(yè)處理精度評定等進行一整套的自主學習，3個課程實驗讓學生掌握相機檢校、外業(yè)實施和內(nèi)業(yè)計算，讓學生系統(tǒng)性地掌握了該課程的教學內(nèi)容，達到了課程的教學目標。通過教學信息反饋和畢業(yè)生用人單位評價可知，學生及用人單位對該課程的教學效果反映較好。雖然作者已在該課程教學研究上做了一些工作，但今后仍需繼續(xù)在新的教學方法和手段上進行有益的探索，以期進一步完善“工程與工業(yè)攝影測量”的本科教學方法，提高學生的綜合素質和創(chuàng)新思維能力。
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作者：馬慧云 潘紅播 鄒崢嶸 張云生 單位：中南大學 地球科學與信息物理學院