卞和方　張書畢　楊化超　鄭南山

摘 要 “數(shù)字測量學(xué)”是測繪類專業(yè)的一門主干核心課程，文章針對目前“數(shù)字測量學(xué)”實踐教學(xué)存在的問題進(jìn)行了分析，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的透明化實踐教學(xué)方法。構(gòu)建了10個典型的透明化實踐教學(xué)項目，實現(xiàn)了實踐教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與資源共享。通過改革，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 數(shù)字測量學(xué) 測繪工程 透明化實踐教學(xué) 課程體系

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.08.040

Application of Transparent Practice Teaching in the Course of

“Digital Surveying”

BIAN Hefang， ZHANG Shubi， YANG Huachao， ZHENG Nanshan

（School of Environmental Science and Spatial Informatics， China University of Mining and

Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116）

Abstract "Digital Surveying" is a main core curriculum professional surveying and mapping， this paper analysis the current "Digital Surveying" practice teaching problems， put forward a transparent practice teaching method based on network environment. 10 typical transparent practice teaching items are constructed， and the network publishing and resource sharing of practice teaching resources are realized. Through the reform， the students' practical ability has been cultivated and the innovative thinking and comprehensive creative ability of the students have been improved.

Keywords digital surveying； surveying and mapping engineering； transparent practice teaching； course system

“數(shù)字測量學(xué)”是一門測繪類專業(yè)的必修主干課程，主要是為本科生奠定測繪基本理論和技術(shù)基礎(chǔ)。該課程顯著特點是工程實踐性強(qiáng)，實驗是課程教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。只有加強(qiáng)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練和實踐，才能夠有效鞏固課堂所學(xué)的理論知識，達(dá)到理論與實踐緊密結(jié)合。近年來以GNSS （全球衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)）、RS （遙感）和GIS （地理信息系統(tǒng)）為代表的“3S”新技術(shù)的不斷發(fā)展，測繪學(xué)科也經(jīng)歷了理論、方法和技術(shù)體系的巨大變革。同時，高等工程教育全球化對人才培養(yǎng)質(zhì)量、辦學(xué)水平提出了更高的要求。

為了加強(qiáng)實踐教學(xué)，2010年6月23日，教育部聯(lián)合有關(guān)部門共同實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）。為更好地解決當(dāng)前工程人才培養(yǎng)存在重理論、輕實踐，重論文、輕設(shè)計等問題，2012年1月10日教育部、中央宣傳部、財政部、總政治部、共青團(tuán)中央等聯(lián)合聯(lián)合下發(fā)了《教育部等部門關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實踐育人工作的若干意見》，文件規(guī)定“理工農(nóng)醫(yī)類本科專業(yè)的實踐教學(xué)不少于25%”。中國礦業(yè)大學(xué)測繪工程專業(yè)是工科專業(yè)，據(jù)此我校根據(jù)教育部的要求，重新修訂了2012年版測繪工程專業(yè)教學(xué)大綱，實習(xí)實踐課程占25.12%。為了科學(xué)地摸索和總結(jié)測繪類專業(yè)本科生實踐教學(xué)培養(yǎng)的模式方法，筆者近年來對兄弟院校和企事業(yè)單位進(jìn)行了調(diào)研，并針對性參加了國內(nèi)相關(guān)高等學(xué)校教學(xué)研討會。相關(guān)專家普遍認(rèn)為我國高等工程教育中存在的問題是學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力較為薄弱。分析其主要原因為：（1）我國高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)多定位于“厚基礎(chǔ)、寬口徑”，與“卓越工程師”相比，目前教育質(zhì)量落差較大；（2）科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化及學(xué)科交叉融合的特征更加明顯，行業(yè)對工程人才的知識、技能、綜合素質(zhì)方面的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量也提出了更高要求。

本文主要以“數(shù)字測量學(xué)”課程實踐教學(xué)為例，探索了傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在的問題，從教學(xué)模式及教學(xué)方法等方面入手，提出了構(gòu)建基于透明化實踐教學(xué)體系的“數(shù)字測量學(xué)”實踐教學(xué)方法，旨在提高學(xué)生的綜合分析能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

1 “數(shù)字測量學(xué)”課程實踐教學(xué)存在的問題

“數(shù)字測量學(xué)”是測繪技術(shù)的主干核心課程，是一門主要研究測定地面點的空間位置，采用計算機(jī)繪圖軟件將地球表面地形和其他地理信息測繪成圖，以及確定地球形狀和大小的科學(xué)。通過該課程的學(xué)習(xí)可以地掌握現(xiàn)代測繪的基本概念、知識以及大比例尺地形圖信息化測繪的技術(shù)方法和手段。同時也是采礦工程、工程管理、土木工程、交通運(yùn)輸、地質(zhì)資源、城鄉(xiāng)規(guī)劃等專業(yè)學(xué)習(xí)和了解測繪知識的重要資源。目前國內(nèi)大多數(shù)測繪類專業(yè)院校所高校開設(shè)了“數(shù)字測量學(xué)”課程，但在“數(shù)字測量學(xué)”實踐教學(xué)過程中還是存在一些急需解決的問題。

1.1 缺乏系統(tǒng)的課程項目

“數(shù)字測量學(xué)”課程主要特點是知識面廣，涉及大地測量、測量誤差理論、地形測量等多個方面，原理較為復(fù)雜，為了更好地掌握該課程的基礎(chǔ)理論，需要加強(qiáng)系統(tǒng)的實驗、實習(xí)訓(xùn)練，而缺乏一系列針對性強(qiáng)、連貫性好且行之有效的實踐教學(xué)是目前數(shù)字測量學(xué)教學(xué)所面臨的最大問題，致使學(xué)生的測繪專業(yè)技能較弱、實踐創(chuàng)新能力不強(qiáng)。

1.2 實踐教學(xué)內(nèi)容落后于測繪新技術(shù)的發(fā)展

自21世紀(jì)以來，測繪學(xué)科新儀器得、新技術(shù)、新方法得到快速發(fā)展，特別是3S技術(shù)的不斷發(fā)展（如區(qū)域CORS、低空航測無人機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)+的出現(xiàn)）后，其數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)測圖的方法發(fā)生變化。因此，需探討適合于工科院校測繪類本科生培養(yǎng)的實踐教學(xué)體系，以滿足行業(yè)對綜合創(chuàng)新型人才的需求。

1.3 傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式存在一定的問題

目前數(shù)字測量學(xué)實踐教學(xué)一般采用教師現(xiàn)場講解、學(xué)生根據(jù)實驗內(nèi)容操作的模式，由于近年來高校不斷擴(kuò)招，任課教師無法進(jìn)行小班教學(xué)。多數(shù)情況下一名教師需要對幾十名學(xué)生的進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，這種情況下很難保證實踐教學(xué)質(zhì)量。

“數(shù)字測量學(xué)”是一門實踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的測繪主干課程，需利用現(xiàn)有平臺鼓勵學(xué)生獨立完成“數(shù)字測量學(xué)”實驗教學(xué)任務(wù)，構(gòu)建有利于培養(yǎng)學(xué)生提高綜合創(chuàng)新能力的透明化實踐教學(xué)體系。

2 透明化實踐教學(xué)改革

2.1 透明化實踐教學(xué)含義

透明化實踐教學(xué)是針對目前國內(nèi)實踐教育多為“黑匣子式”的情況提出的，其目的是為了解決學(xué)生“只知其表不知其里”的問題。目前我校測繪工程專業(yè)的實踐教育也存在“黑匣子”現(xiàn)象，比如在較為常見的GPS-RTK、全站儀等實踐教學(xué)時，學(xué)生只需按幾個按鈕即可獲得測量結(jié)果。而測量結(jié)果到底如何得到的，很多學(xué)生不知其過程。透明化實踐教學(xué)過程中每個實驗項目需滿足如下幾點要求：

（1）基本原理清楚：精簡實驗項目的原理，采用視頻、動畫、圖表等方式，學(xué)生可以更容易掌握其基本原理，這樣能更好地指導(dǎo)實踐教學(xué)。

（2）儀器結(jié)構(gòu)了解：針對每次實驗所用到的儀器，采用虛擬仿真的方式對儀器重要部件進(jìn)行分解，并對各個部件之間的聯(lián)系和主要功能進(jìn)行說明。

（3）實驗步驟清晰：根據(jù)實驗內(nèi)容提煉實驗具體步驟，要求學(xué)生按規(guī)定方法操作儀器進(jìn)行測量，且各項觀測數(shù)據(jù)必須滿足限差要求。可采用視頻、動畫及虛假仿真等方式，以便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

（4）實驗結(jié)果明確：學(xué)生明確實驗結(jié)果有助于設(shè)計實驗方案、觀察實驗現(xiàn)象。對于驗證性的實驗結(jié)果都比較明確，當(dāng)然對于全站儀的認(rèn)識及導(dǎo)線測量、大比例地形圖測繪、計算機(jī)繪圖等綜合性實驗，可借助于標(biāo)準(zhǔn)化實習(xí)、實驗場地建設(shè)來提供實驗結(jié)果。

2.2 數(shù)字測量學(xué)透明化實踐教學(xué)資源建設(shè)

基于“透明化實踐教學(xué)”的特點，可以采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段將視頻、虛擬仿真、動畫等多種實驗教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建適合于“數(shù)字測量學(xué)”的透明化實踐教學(xué)體系，具體改革如下所述。

（1）建立數(shù)字測量學(xué)實踐教學(xué)體系?！皵?shù)字測量學(xué)”實驗教學(xué)體系應(yīng)該數(shù)字化地形圖測繪過程為主線，包括測繪新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，重點針對測量基本知識及原理、常規(guī)測量儀器、控制測量、地形圖測繪技術(shù)基礎(chǔ)、大的比例尺地形圖測繪等進(jìn)行深入分析及現(xiàn)場調(diào)研。建立適合于測繪類本科生的透明化實踐教學(xué)體系。

（2）構(gòu)建典型實驗項目。根據(jù)“數(shù)字測量學(xué)”重點內(nèi)容建立針對性實驗項目，同時考慮實驗的基礎(chǔ)性、通用性及新技術(shù)的應(yīng)用。表 1列出了10個典型的“數(shù)字測量學(xué)”實驗教學(xué)項目。

根據(jù)上述實驗項目細(xì)化實驗內(nèi)容并編寫實驗指導(dǎo)書，每個實驗項目的指導(dǎo)材料主要包括：實驗?zāi)康?、實驗要求、實驗場地介紹、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理過程、實驗結(jié)果及分析。

（3）多層次透明化實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計。針對不同的實驗項目的特點及其內(nèi)在聯(lián)系，將教材內(nèi)容層次化和模塊化；以GPS RTK點坐標(biāo)采集為例，傳統(tǒng)的方式是采用商業(yè)的儀器，只需簡單操作即可完成坐標(biāo)的采集，不利培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新能力，而透明化實踐教學(xué)是明確該過程的具體內(nèi)容，讓學(xué)生在一定平臺基礎(chǔ)上采用模塊化編程并結(jié)合專業(yè)理論知識自己動手實現(xiàn)。

（4）構(gòu)建特色鮮明的透明化實踐教學(xué)資源。根據(jù)實驗項目的設(shè)置，借助攝影機(jī)錄取每個專題實驗的詳細(xì)操作過程，針對典型儀器采用三維虛擬仿真技術(shù)將儀器部件進(jìn)行分解。并建立透明化實踐教學(xué)案例庫，研究實際項目向?qū)嵺`教學(xué)案例的轉(zhuǎn)換方法。最后形成一系列的錄像文件、軟件平臺，與實驗指導(dǎo)材料、多媒體課件、實驗數(shù)據(jù)等一起組成透明化實踐教學(xué)資源。

2.3 數(shù)字測量學(xué)透明化實踐教的實施

（1）教學(xué)資源的共享。利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺，如礦山測量國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心、測繪與國土信息實驗教學(xué)中心、江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心等網(wǎng)站，將透明化實踐教學(xué)資源進(jìn)行共享。方便學(xué)生在課下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并完成相關(guān)的實驗任務(wù)。另外，學(xué)生可以瀏覽多媒體課件，觀看動畫、視頻影像等材料，對基本原理、實驗?zāi)康?、操作過程等有大致了解，然后完成具體實驗內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識解決工程實際問題的能力，具體地說就是學(xué)生根據(jù)實際測量任務(wù)要求、采用新技術(shù)、新儀器，高質(zhì)量地完成實驗任務(wù)。為此設(shè)立了開放實驗課程、大學(xué)生技能提升訓(xùn)練及大學(xué)生創(chuàng)新項目等。由于學(xué)院的“多功能數(shù)字化測繪創(chuàng)新實踐平臺”、“校內(nèi)測繪實驗實訓(xùn)場”等平臺可提供高精度的已知坐標(biāo)信息?？蔀橄嚓P(guān)實驗提供精確的結(jié)果，供學(xué)生參考。

此外，近年來學(xué)院每年開展“中國礦業(yè)大學(xué)中海達(dá)杯”測繪技能競賽，競賽分為四個項目，包括四等水準(zhǔn)測量、二等水準(zhǔn)測量、一級導(dǎo)線測量和數(shù)字測圖。在2016 年第四屆全國普通高等學(xué)校大學(xué)生測量技能競賽中，共有 400 多名選手參加。我院代表隊取得一級導(dǎo)線測量一等獎、數(shù)字測圖一等獎、二等水準(zhǔn)測量二等獎、程序設(shè)計二等獎的好成績。

3 結(jié)語

本文針對測繪工程專業(yè)的“數(shù)字測量學(xué)”實踐教學(xué)存在的問題，對實驗教學(xué)手段和教學(xué)模式進(jìn)行了探討，提出了透明化實踐教學(xué)體系。以“數(shù)字測量學(xué)”課程為例，構(gòu)建了10個專題的實驗教學(xué)項目，并取得了良好的教學(xué)效果。本文的研究成果可以推廣到相關(guān)院校的“數(shù)字測量學(xué)”實驗課程的教學(xué)，特別是透明化實踐教學(xué)體系的建立、實驗項目的設(shè)置、典型實驗案例制作、虛擬仿真等實踐教學(xué)資源的構(gòu)建，可供相關(guān)專業(yè)本科生的實驗教學(xué)使用。

基金項目：中國礦業(yè)大學(xué)教改項目（編號：2014SY05，2014YB24）；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程（編號：PPZY2015B144）；測繪工程教育部卓越工程師培養(yǎng)項目（編號：152121508G）

參考文獻(xiàn)

[1] 王志勇，于勝文.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的“微課堂”實驗教學(xué)改革[J].測繪通報，2016（2）：140-142.

[2] 楊化超，張書畢，卞和方.以專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向的測繪工程專業(yè)課程體系構(gòu)建[J].科教導(dǎo)刊，2014（10）：65-67.

[3] 竇世卿，張曉宇.礦業(yè)類專業(yè)測量實踐課程教學(xué)與創(chuàng)新教育的改革與實踐[J].礦山測量，2010（4）：94-96.

[4] 花向紅，向東，鄒進(jìn)貴.數(shù)字地形測量學(xué)教學(xué)方法的創(chuàng)新探索與實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015（13）：53-56.

[5] 翟翊，郝向陽，趙夫來，等.提高“現(xiàn)代測量學(xué)”實踐教學(xué)質(zhì)量的研究[J].測繪通報，2012（2）：41-43.

[6] 高井祥，李增科，王堅，等.測繪人才培養(yǎng)的國際化教學(xué)模式研究[J].礦山測量，2012（1）：84-86.

[7] 潘國兵，陳琨，李靈愛，等.測繪專業(yè)開放式實踐教學(xué)體系研究[J].測繪通報，2016（8）：135-138.