李雪瑞　紀(jì)兵　管冬冬

摘? 要：攝影測(cè)量學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本文立足于火箭軍工程大學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃和部隊(duì)崗位任職需求，分析了課程的主要特點(diǎn)，針對(duì)課程教學(xué)中存在課程內(nèi)容繁多、專業(yè)發(fā)展迅速、實(shí)踐項(xiàng)目單一等主要問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)三方面入手，研究探討了具體的改革措施，梳理了課程的教學(xué)內(nèi)容主線，同時(shí)引入學(xué)科知識(shí)新理論和技術(shù)作為拓展，課堂上遵循循序漸進(jìn)、逐步深入的原則，采取問題引導(dǎo)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，化解學(xué)習(xí)疑難問題，為學(xué)生盡可能創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐環(huán)境，實(shí)現(xiàn)專業(yè)理論和實(shí)踐技能的有效融合，從而有效地提升教學(xué)效果，培養(yǎng)新時(shí)代的高素質(zhì)專業(yè)人才，滿足部隊(duì)人才需求。

關(guān)鍵詞：攝影測(cè)量學(xué);教學(xué)改革;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2022）05-0161-04

攝影測(cè)量學(xué)是利用攝影機(jī)來獲取地面物體的影像，并對(duì)像片進(jìn)行處理與分析，解譯地物特性和輸出成果的一門科學(xué)技術(shù)。攝影測(cè)量學(xué)是火箭軍工程大學(xué)本科生目標(biāo)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，主要利用像片研究被攝物體的形狀、位置、大小、特性及相互位置關(guān)系等內(nèi)容[1]。課程培養(yǎng)學(xué)生掌握攝影測(cè)量基礎(chǔ)理論，熟悉攝影測(cè)量的基本原理與作業(yè)流程，為其從事目標(biāo)分析、任務(wù)規(guī)劃以及精導(dǎo)保障工作夯實(shí)專業(yè)理論基礎(chǔ)。

一、攝影測(cè)量學(xué)現(xiàn)狀

（一）歷史沿革

攝影測(cè)量學(xué)以前是火箭軍工程大學(xué)火力指揮與控制工程專業(yè)（測(cè)地方向）的一門專業(yè)選修課程，通常開設(shè)在大四學(xué)期。培養(yǎng)目標(biāo)主要為火箭軍測(cè)地分隊(duì)的測(cè)繪保障崗位，承擔(dān)部隊(duì)測(cè)繪保障、道路近景攝影測(cè)量作業(yè)等任務(wù)。隨著火箭軍新型導(dǎo)彈武器的作戰(zhàn)需求和院校專業(yè)調(diào)整，課程成為目標(biāo)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，開設(shè)在大二下學(xué)期，主要培養(yǎng)火箭軍目標(biāo)保障方面能夠從事目標(biāo)整編、目標(biāo)效果判定、情報(bào)保障等作戰(zhàn)保障崗位的專業(yè)化新型軍事人才。

（二）課程特點(diǎn)

攝影測(cè)量學(xué)課程是以高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、測(cè)量平差為基礎(chǔ)，綜合利用像片成像技術(shù)、定向原理、構(gòu)像方程等技術(shù)解決地面三維模型建立問題的技術(shù)科學(xué)，是目標(biāo)判讀、目標(biāo)整編、目標(biāo)選擇與打擊的先導(dǎo)課程。與一般專業(yè)課程相比，直觀形象的視覺可視化深受學(xué)生的歡迎，但抽象復(fù)雜的空間關(guān)系在某些程度上影響了學(xué)生的積極性。課程的教學(xué)效果直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，課程內(nèi)容的掌握程度也直接影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和崗位任職能力，為此，針對(duì)專業(yè)發(fā)展和部隊(duì)需求，實(shí)施課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。

二、課程教學(xué)存在的問題

（一）知識(shí)內(nèi)容繁多

在內(nèi)容安排上，攝影測(cè)量學(xué)主要涵蓋傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量的經(jīng)典理論和現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)，其中經(jīng)典攝影測(cè)量是主要講述包括單張像片的解析基礎(chǔ)、立體像對(duì)的基本知識(shí)和攝影測(cè)量作業(yè)理論等內(nèi)容;數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量主要包括特征提取、影像匹配、數(shù)字微分糾正等內(nèi)容。每部分教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概念比較多，例如在單張像片解析基礎(chǔ)里，透視變換涉及3個(gè)特殊面、7條特殊線、9個(gè)特殊點(diǎn)，每次講到這里，學(xué)生都極易混淆概念，產(chǎn)生迷惑情緒。而關(guān)于物點(diǎn)和像點(diǎn)的位置描述，建立的坐標(biāo)系有像平面坐標(biāo)系、像空間坐標(biāo)系、攝影測(cè)量坐標(biāo)系、地面輔助坐標(biāo)系等7個(gè)坐標(biāo)系，對(duì)于初次學(xué)習(xí)專業(yè)課程的大二學(xué)生來說，其空間想象能力不足，著實(shí)加大了對(duì)概念理解的難度。

（二）專業(yè)發(fā)展迅速

攝影測(cè)量學(xué)是一門應(yīng)用非常廣泛的學(xué)科，結(jié)合圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺和人工智能等學(xué)科技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于智慧城市、人臉識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域，相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域也產(chǎn)生了一些新型的技術(shù)和相關(guān)算法，如激光雷達(dá)攝影測(cè)量系統(tǒng)、車載移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)、可量測(cè)實(shí)景影像系統(tǒng)。攝影測(cè)量學(xué)學(xué)科的發(fā)展也衍生有數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)、遙感學(xué)等學(xué)科。目前，院校本科專業(yè)的攝影測(cè)量學(xué)課程教學(xué)采用的教材主要有解放軍信息工程大學(xué)張保明教授編寫的《攝影測(cè)量學(xué)》和武漢大學(xué)王佩軍教授編寫的《攝影測(cè)量學(xué)》，兩本教材對(duì)傳統(tǒng)的解析攝影測(cè)量和模擬攝影測(cè)量詮釋的比較完整，但缺乏一些新型的技術(shù)和算法，為此，教師授課中應(yīng)加入專業(yè)相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容。

（三）實(shí)踐項(xiàng)目單一

專業(yè)課程教學(xué)的目的是學(xué)以致用。攝影測(cè)量學(xué)是一門實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)必不可少。針對(duì)課程特點(diǎn)，鑒于實(shí)驗(yàn)室條件限制，傳統(tǒng)的課程實(shí)踐教學(xué)安排以程序設(shè)計(jì)為主，如單像空間后方交會(huì)、立體像對(duì)前方交會(huì)等算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。編程實(shí)踐在一定程度上鞏固了學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和記憶，但形式過于單一，與部隊(duì)的目標(biāo)專業(yè)人才需求嚴(yán)重脫節(jié)，也與地方的攝影測(cè)量作業(yè)模式脫節(jié)。改革實(shí)踐教學(xué)過程中，可突出以工程實(shí)際應(yīng)用為主[2]。

三、課程教學(xué)的對(duì)策措施

為了提高課堂教學(xué)效果，達(dá)到專業(yè)人才培養(yǎng)的目的，滿足部隊(duì)的實(shí)際需求，針對(duì)攝影測(cè)量學(xué)課程教學(xué)中存在的問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了以下幾點(diǎn)優(yōu)化措施。

（一）精心梳理內(nèi)容，拓寬教學(xué)思路

攝影測(cè)量學(xué)教材內(nèi)容囊括了經(jīng)典的攝影測(cè)量知識(shí)，涉及少部分?jǐn)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量?jī)?nèi)容，還需與學(xué)科發(fā)展保持一致，內(nèi)容需要及時(shí)更新，達(dá)到與時(shí)俱進(jìn)。但限于各種原因，課程學(xué)時(shí)數(shù)僅為40學(xué)時(shí)，想在有限的時(shí)間里，將經(jīng)典知識(shí)和最新熱點(diǎn)都傳授給學(xué)生是不現(xiàn)實(shí)的。為此，教師應(yīng)該具備統(tǒng)籌規(guī)劃的能力，汲取經(jīng)典知識(shí)的內(nèi)容要點(diǎn)和方法精髓，拓展現(xiàn)代攝影測(cè)量新技術(shù)，精心梳理章節(jié)內(nèi)容。

在框架設(shè)計(jì)上，圍繞從攝影原始像片恢復(fù)為數(shù)字三維模型這一主線，設(shè)計(jì)了單張像片解析、立體像對(duì)解析（雙像解析）、空中三角測(cè)量（多張像片解析）三大方面的框架。對(duì)于經(jīng)典的單像空間后方交會(huì)和雙像前方交會(huì)以及相對(duì)定向和絕對(duì)定向等知識(shí)點(diǎn)，重在理解和掌握這些方法的主要思想。針對(duì)復(fù)雜的概念和瑣碎的知識(shí)點(diǎn)，教師需要進(jìn)行歸納比較、分析總結(jié)，重在梳理思路和方法。整個(gè)課程內(nèi)容雖然抽象繁多，但究其本質(zhì)，主要是圍繞“三點(diǎn)、一線、一面”來展開的，三點(diǎn)即“物點(diǎn)、像點(diǎn)、攝站點(diǎn)”，一線即“核線”，也就是三點(diǎn)所在的直線，一面則是“核面”，即不同攝站點(diǎn)對(duì)同一物點(diǎn)拍攝時(shí)產(chǎn)生的光線（核線）在一個(gè)平面上，也即攝影測(cè)量的共線方程和共面方程構(gòu)成了地面和像片之間各元素的幾何關(guān)系所在。再例如，單像空間后方交會(huì)和雙像前方交會(huì)之間，初學(xué)者分不清這兩個(gè)概念存在何種區(qū)別，二者分別已知什么數(shù)據(jù)，需解算哪些元素，輸入數(shù)據(jù)有哪些，輸出數(shù)據(jù)是在什么坐標(biāo)系下的等等一系列問題。此時(shí)，教師必須充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，從空中像片、地面元素分別闡述并相互結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生從各方面進(jìn)行對(duì)比分析，以使學(xué)生明確掌握概念并達(dá)到靈活運(yùn)用的目的。

在經(jīng)典攝影測(cè)量知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)發(fā)展和實(shí)際需求，為學(xué)生拓展現(xiàn)代攝影測(cè)量的新型技術(shù)和研究成果。將數(shù)字影像的數(shù)字化表達(dá)、特征提取、影像匹配（灰度匹配、最小二乘匹配、特征匹配）[3]、數(shù)字高程模型等應(yīng)用廣泛的主要知識(shí)以及遙感影像的基本成像原理和主要影像處理方法（圖像融合、圖像增強(qiáng)等），視情適時(shí)地引入課堂，作為拓展知識(shí)提供給學(xué)生，為學(xué)有余力的學(xué)生搭建一個(gè)高層次的認(rèn)知梯級(jí)，以便為其后續(xù)繼續(xù)鉆研該學(xué)科儲(chǔ)備知識(shí)。另外，教師需要及時(shí)關(guān)注相關(guān)學(xué)科的最新進(jìn)展和研究成果，例如人臉識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分類等人工智能算法，從而更好地激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣和研究熱情。

（二）改革教學(xué)方法，化解學(xué)習(xí)疑難

實(shí)施過程中，首先，教師要積極發(fā)揮教為主導(dǎo)的教學(xué)理念。教師要有效地發(fā)揮引導(dǎo)作用，總體上把握循序漸進(jìn)、逐步深入的基本原則。圍繞各個(gè)內(nèi)容框架逐步學(xué)習(xí)基本原理、基礎(chǔ)概念、主要公式等，注重章節(jié)之間的邏輯關(guān)系。在講解專業(yè)知識(shí)內(nèi)容時(shí)，采用“由點(diǎn)到線，由線到面”“由二維平面到三維”“由單像到雙像，再到多像”，這樣逐步過渡、逐漸深化，一方面排除了學(xué)生的畏難情緒，另一方面也化解了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的疑難之處。

其次，教師要牢固樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。學(xué)生始終是教學(xué)的主體，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生作為第一參與者的積極作用。授課過程中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，課前大量翻閱參考資料，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，采用問題引導(dǎo)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法，結(jié)合多媒體動(dòng)畫演示、三維模型展示等手段，形象地演示抽象的概念和原理，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)他們的思考。例如三維立體構(gòu)建方法，除了書本上的立體像對(duì)或更多圖像能夠構(gòu)建三維立體之外，還有哪些方法？借此引發(fā)學(xué)生的好奇心，學(xué)生通過搜索資料獲知還可以直接利用測(cè)距儀獲得距離信息，建立地物三維;那么利用一副圖像又如何來推斷三維形狀呢？采用諸如此類層層設(shè)問、步步推進(jìn)的方法，逐步講解闡述書本內(nèi)容，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維拓展和知識(shí)延伸，學(xué)生在汲取專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，積極性和思維方式也潛移默化地得到了有效訓(xùn)練。再如講述單像空間后方交會(huì)、前方交會(huì)、相對(duì)定向、絕對(duì)定向內(nèi)容，這幾節(jié)內(nèi)容理論性強(qiáng)，每個(gè)原理和方法都涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過程，內(nèi)容結(jié)構(gòu)在模式上非常相似，但概念易混淆，對(duì)此，教師可以采用翻轉(zhuǎn)課堂+任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，將不同的內(nèi)容分配給不同的學(xué)習(xí)小組，各組分別閱讀教材、查找資料去自學(xué)掌握其中的原理，明晰方法所解決的實(shí)際問題，最后登上講臺(tái)將小組領(lǐng)會(huì)的知識(shí)分享給大家，教師給予恰當(dāng)?shù)墓膭?lì)評(píng)價(jià)，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和能力。經(jīng)過這一過程，學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的印象更深刻、理解更透徹。

最后，教師與學(xué)生之間要及時(shí)有效地溝通。教學(xué)是教師與學(xué)生之間共同參與的任務(wù)，教學(xué)雙方若想互相信任并取得良好的教學(xué)效果，溝通是課堂內(nèi)外必不可少的環(huán)節(jié)。課堂上，教師要及時(shí)利用知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行巧妙設(shè)問，隨時(shí)觀察學(xué)生的上課狀態(tài)和知識(shí)掌握程度，也可以采用小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等方式，設(shè)置專業(yè)熱點(diǎn)問題進(jìn)行分析。課堂外，利用微信、QQ群、雨課堂等現(xiàn)代信息手段，與學(xué)生進(jìn)行疑難的知識(shí)討論和日常生活的交流，促進(jìn)師生關(guān)系的友好建立和良性發(fā)展，共同努力以取得圓滿的教學(xué)效果。

（三）創(chuàng)造實(shí)踐條件，實(shí)現(xiàn)理技融合

目標(biāo)工程專業(yè)為部隊(duì)培養(yǎng)從事判讀基礎(chǔ)衛(wèi)星影像、解讀典型目標(biāo)基本情況、分析地理空間信息等技術(shù)工作的人才。因此，課程教學(xué)過程應(yīng)該立足于院校、部隊(duì)、科研院所三位一體，充分利用各方資源和優(yōu)質(zhì)渠道，為學(xué)生提供盡可能多的實(shí)踐平臺(tái)。為此，課程設(shè)置了經(jīng)典攝影測(cè)量和現(xiàn)代攝影測(cè)量?jī)纱髮?shí)踐教學(xué)模塊。經(jīng)典攝影測(cè)量實(shí)踐模塊用于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固和理解，現(xiàn)代攝影測(cè)量實(shí)踐模塊著眼于專業(yè)發(fā)展和部隊(duì)需求，盡可能保證與部隊(duì)軟硬件裝備一致，具體內(nèi)容如表1所示。實(shí)踐內(nèi)容主要分為程序設(shè)計(jì)、軟件操作、外業(yè)實(shí)踐和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理四大類，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、科研能力和專業(yè)能力。鑒于部隊(duì)數(shù)字正射影像處理的實(shí)用性和專業(yè)性，與兄弟單位協(xié)調(diào)溝通，安排學(xué)生去實(shí)習(xí)兩周，以此全方位地確保學(xué)生的第一任職能力。

四、結(jié)語

攝影測(cè)量學(xué)課程是一門經(jīng)典的測(cè)量學(xué)成像原理課程，源于人眼視覺，其原理被應(yīng)用于衛(wèi)星遙感、激光雷達(dá)成像、無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量等多種現(xiàn)代影像成像技術(shù)中，課程理論教學(xué)在傳授基礎(chǔ)原理和知識(shí)的基礎(chǔ)上，需要引入現(xiàn)代成像技術(shù)作為拓展內(nèi)容[4-5]，實(shí)踐教學(xué)應(yīng)結(jié)合部隊(duì)需求和地方發(fā)展，及時(shí)將一些新型理論和實(shí)用技術(shù)引入課堂，充實(shí)、完善課程內(nèi)容并授之于專業(yè)實(shí)踐能力和科研素養(yǎng)。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)一直致力于摸索新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，不斷完善課程教學(xué)內(nèi)容，經(jīng)過幾年的努力，現(xiàn)在已逐步形成了完整的教學(xué)實(shí)踐體系，借助學(xué)校教學(xué)專項(xiàng)建設(shè)時(shí)機(jī)，在建開放式的攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)室教學(xué)系統(tǒng)，并配置了多種型號(hào)無人機(jī)和遙感專業(yè)軟件處理系統(tǒng)，進(jìn)一步加強(qiáng)完善了學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量校園拍攝實(shí)踐、三維模型構(gòu)建受到了歷屆學(xué)生的青睞，教學(xué)效果在逐步提升。

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（薦稿人：鄭曉龍，火箭軍工程大學(xué)教研室副主任，副教授）

（責(zé)任編輯：汪旦旦）