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(yīng)用性很強的課程。課程設(shè)置為選修課，課時量較小。如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生掌握該課程的理論知識，是一件非常重要的事情。本文結(jié)合作者在中南大學(xué)為期5年的“工程與工業(yè)攝影測量”課程教學(xué)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(xué)過程中充分利用案例教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)查找知識的有利條件，課堂上通過案例教學(xué)逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和讓學(xué)生掌握每個知識點在實際工程中的應(yīng)用，課下通過對重要知識點布置作業(yè)和讓學(xué)生組成興趣小組自行進行實際工程的設(shè)計加深學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的知識和自主學(xué)習(xí)能力，合理安排實驗讓學(xué)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(xué)實踐過程中，發(fā)現(xiàn)該方法有效地提高了學(xué)生對該課程內(nèi)容的掌握程度和學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果超越往屆學(xué)生，實踐結(jié)果充分證明了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞:工程與工業(yè)攝影測量;案例教學(xué);教學(xué)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(yīng)用性很強的課程。該課程在學(xué)校的培養(yǎng)方案里設(shè)置為選修課，是學(xué)生選修攝影測量后，后續(xù)深入學(xué)習(xí)的一門拓展課程。該課程的理論知識將為學(xué)生從事近景目標(biāo)測量工作或相關(guān)科研和教學(xué)工作打下堅實基礎(chǔ)。從1996年至今，數(shù)字近景攝影測量的研究及應(yīng)用已步入成熟期，研究的重點從幾何量測精度轉(zhuǎn)為實時性、全自動化和測量結(jié)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(shù)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(guān)注［1，2］。目前，我國專家學(xué)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(shè)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(shù)和空間信息技術(shù)的發(fā)展，近景攝影測量技術(shù)的應(yīng)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(shù)在文物考古、工程建設(shè)和人工智能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景［4］。但因為該課程在高校培養(yǎng)方案設(shè)置為選修課，課時量較小，學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣不是很高。一方面是課程內(nèi)容的重要性和復(fù)雜性，一方面是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的減弱，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣讓學(xué)生重視該課程的學(xué)習(xí)，如何高效地在有限的課堂時間和實驗時間內(nèi)讓學(xué)生掌握課堂知識，采用合理高效的教學(xué)方法就顯得非常的重要［5－8］。本文結(jié)合作者在“工程與工業(yè)攝影測量”課程教學(xué)的實踐，提出在教學(xué)過程中充分利用案例教學(xué)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(xué)時間采用案例教學(xué)法進行課程內(nèi)容的講解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效利用互聯(lián)網(wǎng)課下布置作業(yè)提高學(xué)生的主動學(xué)習(xí)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(xué)生快速高效地掌握該課程學(xué)習(xí)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(xué)校的培養(yǎng)方案里設(shè)置為選修課，是學(xué)生選修攝影測量后，后續(xù)深入學(xué)習(xí)的一門拓展課程。從學(xué)生的角度看該課程，他們可能會認(rèn)為該課程與攝影測量所講內(nèi)容一樣，有非常大的重復(fù);從課程設(shè)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(dǎo)致學(xué)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(dǎo)致該課程在學(xué)生心目中地位降低，進而對該課程學(xué)習(xí)不重視，有些竟然純粹為湊學(xué)分而選修。另學(xué)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(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。從該課程教學(xué)內(nèi)容來說，該課程教學(xué)知識點相比攝影測量有很大的不同，有它的教學(xué)重點和難點:比如如何設(shè)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(shè)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(xué)生還必須學(xué)會如何選擇合適的攝影方式，了解相機的設(shè)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(xué)過程中，需要把學(xué)生學(xué)過的測繪知識和攝影測量的知識綜合起來，對學(xué)生對前面課程的掌握程度又有一定的要求。該課程達(dá)成目標(biāo)為學(xué)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(xué)內(nèi)容進行梳理和整合，如何糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)把這些知識傳遞給學(xué)生并讓學(xué)生掌握，確實是一個挑戰(zhàn)。對于學(xué)生來說，如何掌握各個知識點，如何把所學(xué)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(chǔ)上充分利用案例教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)
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(xué)中充分融入案例教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，以期提高學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣和知識掌握能力:1)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣:在教學(xué)初期，教師以某一實際工程為例啟發(fā)學(xué)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(dǎo)，學(xué)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(dá)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(xué)習(xí)這樣那樣的知識。接下來對該課程的應(yīng)用前景和市場需求進行分析和介紹，學(xué)生會逐步明白該課程學(xué)習(xí)完畢后自己可以做哪些事情，這些事情具有哪些實際應(yīng)用價值，通過案例教學(xué)法迅速提高學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的興趣。2)課堂中應(yīng)用案例教學(xué)法將教學(xué)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(xué)生，你學(xué)習(xí)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(yīng)用的，有什么樣的應(yīng)用價值，你該學(xué)會哪些具體的計算和設(shè)計。通過這樣的教學(xué)，學(xué)生可以搞清楚每個知識點在實際工程中的應(yīng)用價值和如何實際應(yīng)用每個知識點，可以把所學(xué)的知識連接起來系統(tǒng)化。在教學(xué)中，教師不僅要告訴學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握的每個知識點，還要站在一定高度把所有教學(xué)內(nèi)容連接起來系統(tǒng)化，讓學(xué)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(xué)讓學(xué)生掌握重要的知識點和進行實際的工程應(yīng)用:因為課時有限，課下學(xué)習(xí)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(xué)生進行公式推導(dǎo)和量測實施過程要點的書寫，通過做作業(yè)學(xué)生可以快速掌握學(xué)習(xí)的內(nèi)容。同時教學(xué)過程中不可能把所有的工程都給學(xué)生講解，鑒于知識的相通性，在具體講授知識點時，引導(dǎo)學(xué)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(xué)生設(shè)置不同的興趣小組針對某一類工程進行設(shè)計，讓學(xué)生把所學(xué)的知識綜合運用起來，達(dá)到教學(xué)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(xué)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(xué)生掌握設(shè)計和實施實際外業(yè)工作，并對所做結(jié)果進行精度評價;第三個實驗讓學(xué)生進行DLT編程，讓學(xué)生掌握如何計算DLT中的參數(shù)，并學(xué)會如何應(yīng)用計算的參數(shù)計算未知像點的坐標(biāo)，進行點云的生成，達(dá)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(xué)生切實地掌握了課程內(nèi)容，達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)。
3結(jié)束語
“工程與工業(yè)攝影測量”是一門現(xiàn)勢性、應(yīng)用性很強的課程。在有限的教學(xué)時間內(nèi)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生切實掌握該課程的內(nèi)容并學(xué)會應(yīng)用是一件非常重要的事情。本文通過綜合運用案例教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，提高了學(xué)生的興趣，讓學(xué)生明白每個知識點在實際工程中的應(yīng)用價值并學(xué)會如何應(yīng)用，同時讓學(xué)生組成興趣小組，對某一工程的設(shè)計實施內(nèi)業(yè)處理精度評定等進行一整套的自主學(xué)習(xí)，3個課程實驗讓學(xué)生掌握相機檢校、外業(yè)實施和內(nèi)業(yè)計算，讓學(xué)生系統(tǒng)性地掌握了該課程的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到了課程的教學(xué)目標(biāo)。通過教學(xué)信息反饋和畢業(yè)生用人單位評價可知，學(xué)生及用人單位對該課程的教學(xué)效果反映較好。雖然作者已在該課程教學(xué)研究上做了一些工作，但今后仍需繼續(xù)在新的教學(xué)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(xué)方法，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)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(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院