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一、我校与国内有关院校摄影测量学课程教学情况
在1998年第三次高校本科专业目录修订调整前,测绘学科本科有4个专业:摄影测量与遥感、工程测量、大地测量、地图制图,虽然都要学习摄影测量学,但是各个专业间差异较大,如原武汉测绘科技大学(武测)对摄影测量与遥感专业学生有关摄影测量方面的教学内容包括:基础摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量、摄影技术、航空与航天摄影技术、非地形摄影测量;实践环节包括:航测实验、航测外业实习、航测内业实习。而原解放军测绘学院摄影测量与遥感专业有关摄影测量方面的教学内容包括:摄影与空中摄影、航空摄影测量、航天摄影测量、解析摄影测量、航测自动化、像片判绘(包括实习)、像片转绘,实践环节还包括航测外业实习。由于当时摄影测量教学中实验或实习内容涉及很多价格昂贵的专业摄影测量仪器,一些院校受限于办学条件,当时只开设有工程测量专业。原武测工程测量专业在摄影测量学方面主要的课程有:摄影技术(一学期)、摄影测量学(一学期),但没有相关实习;而同济大学工程测量专业,在20世纪90年代中期开设的摄影测量学相关课程有:摄影测量与遥感(上、下两个学期)、工程摄影测量,实践环节包括:摄影测量实验、遥感实习;相较一些院校的工程测量专业,其摄影测量方面的学时数已经偏多。1998年第三次高校本科专业目录修订后,以一级学科设置本科教学专业,现在本科阶段只有测绘工程专业,摄影测量学作为测绘工程专业的主干课程及方向之一,与原来工程测量专业比,摄影测量学在教学中所占的比重增加,但是该比重远低于在摄影测量与遥感专业中的比重,并且由于总课时呈压缩态势,因此实际授课时间实际是在减少。随着空间技术、传感器技术和计算机技术的发展,近20年来摄影测量学内容发生了很大变化;在经历模拟、解析、数字3个阶段发展后,摄影测量快速进入了航空摄影测量与航天摄影测量并存的发展阶段;航空摄影发展到了模拟航空摄影和数码航空成像并存阶段,航天摄影(测绘卫星)完全实现了数字成像;摄影测量数据处理则实现了全数字化。为了适应摄影测量快速发展的情况,同济大学测量系在2005—2006学年开设了摄影测量学的双语教学[9],其他院校也对摄影测量学教学进行了有益的改革与尝试[10-11]。摄影测量的快速发展使得一方面涌现大量新知识点,现在本科教学中摄影测量方面涉及的很多内容实际上是20世纪90年代以来人们的研究结果,因此需要教授的内容大量增加;另一方面,以一级学科设置本科专业,测绘学科的各个二级学科的内容都要涉及,而通识教育本身又需要挪出相当的学时进行通识类课程学习,造成的结果是在摄影测量方面,现在同济本科教学中相关的课程只有:摄影测量基础、数字摄影测量及实践环节———摄影测量实习,并且其中作为专业主干课的“摄影测量基础”课时缩减为一周4课时(将来还将缩减为3课时),在这种背景下,摄影测量方面的教学应如何开展,特别是主干课摄影测量基础教学如何开展,教学中应该包括哪些内容?过去的模拟摄影测量内容是否要涉及?怎样涉及?这些都须考虑。
二、通识教育下同济大学测绘专业“摄影测量基础”教学探索
作为一门主干专业基础课,摄影测量学在数学上具有完整的理论基础,与其他测绘基础课程如测量学、大地测量学有较大的差异,也是一门非大众化的学科课程;但作为测绘技术中的一个分支,其具有广泛的应用,是后续学习数字摄影测量、近景摄影测量及遥感等专业课程的基础。随着近、现代摄影测量理论研究和技术的发展,相关内容更新非常快,而且与计算机视觉的结合日趋紧密,因此现阶段摄影测量学的教学内容也有较大的变化,一是内容增多,二是内容改变多特别是涉及应用方面。而通识教育背景下,造成课时数紧缩,因此在摄影测量基础教学中须兼顾两者,在教学内容安排中尤其要注意基础部分、拓展部分的比例安排,统筹考虑一般学生的需求和感兴趣且学有余力同学进一步深入的要求。结合摄影测量方面课程的教学经验,确定了“摄影测量基础”课程教学的指导思想。
1.“摄影测量基础”课程教学的指导思想
摄影测量学基础作为一门基础性专业课程,在现在学时大大压缩的情况下,整个教学内容应强调基础性,为学生将来可能的进一步学习打好基础。测绘工程专业的学生将来会从事各种不同的行业应用,同济大学测绘工程专业的学生毕业后单纯从事摄影测量与遥感方面研究与实际工作的并不多,比较多的从事工程测量,但现在工程测量这方面的仪器不少涉及近景摄影测量原理的应用,如工业场景监测等;另一方面还有不少学生从事GIS数据处理的工作,其中会涉及不少航空、航天影像的处理。针对这些不同的学生,项目组成员认为“摄影测量基础”课教学的目的是在有限的学时下,传授摄影测量最基本的概念方法,建立摄影测量学基本框架;为将来进一步学习相关后续课程及将来工作中有关知识学习作准备。考虑到同济大学测绘工程专业摄影测量学方面课程分为摄影测量基础和数字摄影测量学两部分,而卫星影像几何处理集中在后续的遥感课程中讲授,且课时数有限,因此现在“摄影测量学基础”课的教学,其指导思想应是:对摄影测量学的讲授内容侧重于摄影测量基本原理、基本过程,使学生建立起摄影测量的基本思想,保证学生对摄影测量整体过程的理解;在此基础上适当加强摄影测量实际应用部分的教学,提升学生的学习兴趣,同时通过双语教学实践来提高学生的专业外语能力,为今后进一步学习做准备。
2.构建科学的“摄影测量基础”课程教学的目标体系
从上述“摄影测量基础”教学指导思想出发,构建了通识教育下“摄影测量基础”课程教学的目标体系。总体上,“摄影测量基础”教学目的是为满足宽口径人才的培养,满足不同部门对于摄影测量和影像空间信息获取人才的要求,为学生将来的对摄影测量学相关内容的进一步学习、自主学习打好基础,为这一目标,将教学中涉及的内容分成4类:需熟练掌握的、需掌握的、需了解的及兴趣拓展部分。有关数字影像匹配方法的基本计算过程,数字高程模型的建立及其应用,数字微分纠正的原理及正射影像图的制作;全部放到数字摄影测量课中讲授,不在摄影测量基础课上做要求。这样通过本课程教学,使学生系统地学习摄影测量学的基本理论与方法,着重使学生掌握摄影测量学的基本知识(包括空间解析定位和图像解译)及利用摄影测量方法获取空间几何位置信息的基本操作过程;了解摄影测量学与遥感、GIS的密切关系,空间定位技术(GPS)的关系,在摄影测量影像信息处理中的应用及摄影测量学的最新发展及其在国民经济建设中的主要应用。一些感兴趣的学生可以进一步拓展了解其历史发展知识及与计算机视觉的关系。
3.优化教学内容,为学生进一步的学习打好基础
合理选择、组织的教学内容是满足在课时较少情况下学生仍能够较好掌握摄影测量基本知识的重要保证。摄影测量学教学中既包括有大量的摄影几何原理,又涉及很多数据处理的方法及相关应用方面的知识,在现有的教学中各门相关课程的讲授内容各有侧重。而传统的教学方法中沿着摄影测量的发展脉络,从模拟—解析—数字来介绍,其最大的好处是:对摄影测量的发展历史、相关概念演变的关系学生能比较清晰的掌握,但这是建立在过去专业细分的基础上的、需要大量课时,并且最好有一定模拟仪器的支持,这在现有情况下无法满足,而且其中部分知识内容已属于比较陈旧过时的内容,也没有必要讲授,而其中历史部分,虽应涉及,但不同学生对各部分内容的兴趣并不一样。由于将“摄影测量基础”课程的教学内容分成了4部分,因此,摄影测量历史部分知识属于学生只需了解的内容,而模拟摄影测量部分的绝大多数内容则属于兴趣拓展部分的内容。在教学中重点放在学生需要掌握或熟练掌握的内容;同时考虑到计算机视觉研究对摄影测量的冲击与促进,在教学内容中增加了相关内容的介绍,其中部分如计算机视觉方向如何表示像点、物点的关系,它与摄影测量表示方法的关系,是学生应了解或兴趣拓展的内容。目前对摄影测量基础的教学内容及教学顺序作了较大调整:①考虑到学生在先前阶段并没有课程专门讲授摄影测量中的影像获取及其要求,在内容中增加影像获取部分,介绍过去胶面影像的获取(简要介绍)和数字影像的获取,并对相机检校简要介绍;②由于将数字摄影测量部分内容独立在专门的课程介绍,在摄影测量基础部分重点介绍像片解析基础、强化解析空中三角测量部分内容,特别是光束法平差、增加直接线性变换内容;③讲授内容去掉了模拟测图部分内容的介绍,这些内容只作为学生兴趣阅读的材料;④考虑到整个航测成图的整体性,在内容中增加了航测外业部分介绍,包括坐标框架选取、像控点获取,以及影像的调绘。现有的一些摄影测量教材中模拟摄影测量的内容已经完全去掉,只在绪论的历史回顾中出现。由于现在摄影测量中一些名词、概念、处理方法中还留有模拟测图的痕迹,将模拟部分完全去掉是否会影响学生对这些问题理解?一些摄影测量还留有不少模拟的痕迹,完全去掉对学生理解是否有利?从这一角度出发,在讲授过程中仍然将模拟测图内容作适当介绍,作为学生拓展了解的内容。而对于影像解析及解析空三的内容,因其是摄影测量的基础,对进一步学习很重要,因此在授课中强化了这方面的内容。
4.加强与创新项目的结合、与实践的结合
摄影测量是一门应用性很强的学科,为调动学生的学习兴趣,在教学过程中,增加了一些摄影测量知识应用的小实验。如利用规则格网板进行控制,利用普通相机(如手机自带相机)进行面状物体的摄影和基于影像的面状物体形状测量;结合网上大量的影像信息(特别是卫星影像信息,如百度地图、GoogleEarth上的影像信息),与实地相对照,引导学生理解影像调绘、外业控制、像片控制点的概念,并结合学生自己的日常生活进行有针对性的调绘。现在大学本科教育中,非常重视学生创新能力的培养,有各种学校和国家的创新项目。有些学生提出的一些项目申请想法就涉及影像的几何处理、摄影测量的相关知识,因为是学生自己提出的想法,所以学生的兴趣高、学习主动性强,并且很多想法更为新颖、有趣,为此在摄影测量基础教学过程中加强了和创新项目的结合。现在测绘工程三、四年级学生正在进行的创新项目中,有2~3个项目是与摄影测量学相关的。通过加强课程教学与实践和创新项目的结合,原本抽象的概念内容变得具体、实在,与日常生活中应用相结合,调动了学生的学习兴趣,同时为完成这些项目和实践活动,还会涉及一些教学中未授内容,这样可以进一步促进学生深入、主动地学习,能激发学生去思考该学科的更广泛应用,而不是仅局限于测图方面,这也与现在通识教育背景下进行通才培养的理念相一致。
三、结束语
在测绘学科的几个二级学科中,摄影测量学是一门相对年轻的学科。航天技术、计算机技术的发展使其发生了很大的变化,而计算机视觉的研究也对其内容产生了一定的冲击。现在摄影测量学涉及的授课内容多且繁杂,在现阶段大学努力开展通识教育的背景下,对该课程内容进行梳理,努力从中选取其本质的内容,在有限的教学时数中进行教学,这对让学生掌握摄影测量学的核心思想、提高学生对基本概念的掌握、为将来的进一步学习打好基础有重要意义,通识的提高不应建立在学生核心专业知识掌握的削弱上。本文结合同济大学测绘工程学生培养的实际情况,对比分析摄影测量学教学的变动状况,对在通识教育背景下“摄影测量基础”课程教学的指导思想、目标体系和教学内容进行了整理,给出了符合学校现阶段实际情况的测绘工程专业“摄影测量基础”教学的目标体系,对教学内容的组成进行了优化探索。现在计算机技术、传感器技术及空间技术都处于快速发展阶段,整个摄影测量学也处于动态发展之中,如何将其与通识教育相结合,并提高学生对这门课程的兴趣,仍是今后需要思考的问题。
作者:叶勤 林怡 单位:同济大学测绘与地理信息学院