關(guān)于《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》分組教學(xué)的探討

常亮++朱衛(wèi)東+++郭立新　馮貴平

【摘 要】《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》是上海海洋大學(xué)海洋測繪專業(yè)的重要本科課程之一。然而，該課程涉及的理論復(fù)雜，計(jì)算公式復(fù)雜，導(dǎo)致過去幾年通過常規(guī)教學(xué)方法講授時(shí)難以達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。為提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生對(duì)本門課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，本文進(jìn)行了《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》分組教學(xué)的探討，取得了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】大地測量學(xué)；分組教學(xué)；海洋測繪

0 前言

大地測量學(xué)是地學(xué)科學(xué)的重要分支，是測繪科學(xué)及相關(guān)專業(yè)的最重要基礎(chǔ)學(xué)科之一?！按蟮販y量學(xué)基礎(chǔ)”的最基本任務(wù)是測量和和描繪地球并監(jiān)測其變化，主要內(nèi)容是研究地球形狀、大小和外部重力場及地面點(diǎn)的精密定位[1]。該課程在大地測量學(xué)與工程測量、航空攝影測量、海洋測繪、礦山測繪等專業(yè)的構(gòu)建中具有舉足輕重的地位。在上海海洋大學(xué)海洋測繪專業(yè)成立至今，《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》都是本專業(yè)的主干核心課程之一。

然而，通過過去幾年的《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》本科教學(xué)發(fā)現(xiàn)，課程結(jié)束后，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容理解不足，這點(diǎn)從后續(xù)《海圖學(xué)》課程的教學(xué)中更是深刻體現(xiàn)出來。盡管《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》中對(duì)投影變換等內(nèi)容有過詳細(xì)介紹，但《海圖學(xué)》課程中涉及橫軸墨卡托投影的知識(shí)時(shí)，學(xué)生仍然比較茫然。部分原因是由于《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》課程的概念多，涉及的公式比較多且長，以及學(xué)生對(duì)相關(guān)問題的認(rèn)識(shí)仍停留在表面，沒有得到深刻理解。為此，為加深教學(xué)過程中學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的掌握與理解，本文對(duì)《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》分組教學(xué)方法進(jìn)行了探討和思考。

1 教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)

本課程理論總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中講授教學(xué)44學(xué)時(shí)，討論教學(xué)4學(xué)時(shí)。上海海洋大學(xué)海洋測繪專業(yè)開設(shè)的《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》主要可分為以下5個(gè)部分：

1.1 緒論

主要介紹大地測量學(xué)的定義、作用、體系和內(nèi)容，以及大地測量學(xué)的發(fā)展簡史及未來技術(shù)發(fā)展展望。通過該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，需要對(duì)大地測量學(xué)的研究內(nèi)容達(dá)到更深刻的認(rèn)識(shí)與理解。

1.2 坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)

主要介紹地球的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律、特點(diǎn)，以及大地測量應(yīng)用中涉及到的時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)。該部分內(nèi)容涉及的時(shí)間、坐標(biāo)系統(tǒng)是進(jìn)一步進(jìn)行全球定位系統(tǒng)（GPS）學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，需要學(xué)生進(jìn)行理解。

1.3 地球重力場及地球形狀的基本理論

主要是了解地球重力場的基本原理、高程系統(tǒng)、測定垂線偏差和大地水準(zhǔn)面差距、確定地球形狀的基本概念。其中，地球重力場內(nèi)容相對(duì)來說難度較大，需要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較高，學(xué)生了解即可，而高程系統(tǒng)、垂線偏差、大地水準(zhǔn)面差距等概念則是本門課程的核心內(nèi)容之一，是學(xué)生必須要掌握的內(nèi)容。

1.4 地球橢球及其數(shù)學(xué)投影變換的基本理論

主要關(guān)注地球橢球的基本參數(shù)及其相互關(guān)系、橢球面上的常用坐標(biāo)系、橢球面上的曲率半徑與弧長計(jì)算、大地線與大地主題解算、將地面觀測值歸算至橢球面、地圖數(shù)學(xué)投影變換的基本概念，以及高斯平面直角坐標(biāo)換算等。該部分是本課程的重點(diǎn)與核心內(nèi)容，涉及的理論知識(shí)較多，而且在本專業(yè)后續(xù)學(xué)習(xí)的《海圖學(xué)》課程中，也要涉及到本章的投影變換等內(nèi)容，這就需要我們在該部分內(nèi)容的講授過程中更有針對(duì)性，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

1.5 海洋大地測量基本技術(shù)與方法

主要是掌握海面及海底海底控制網(wǎng)建立的基本原理、海洋大地測量觀測儀器及觀測方法、海洋大地測量數(shù)據(jù)處理等。該部分學(xué)習(xí)過程中要注意通過對(duì)比教學(xué)陸地與海洋中的大地控制網(wǎng)的區(qū)別與聯(lián)系，更好地將大地測量學(xué)知識(shí)傳授于海洋測繪專業(yè)的學(xué)生。

2 分組教學(xué)設(shè)計(jì)

本文將以第四部分地球橢球及其數(shù)學(xué)投影變換的講授為例，探討分組教學(xué)的過程。針對(duì)第四部分教學(xué)內(nèi)容公式多且復(fù)雜的特點(diǎn)，可以根據(jù)班級(jí)人數(shù)進(jìn)行分組，一般3～5人/組。在教學(xué)實(shí)施過程中，首先給每個(gè)小組分配任務(wù)，比如，以坐標(biāo)為主題的知識(shí)點(diǎn)分配給其中一個(gè)小組，由該小組負(fù)責(zé)了解關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的內(nèi)容。主要包括到大地坐標(biāo)、空間直角坐標(biāo)、子午面直角坐標(biāo)和站心地平直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。提前進(jìn)行作業(yè)布置，并經(jīng)過學(xué)生的課后預(yù)習(xí)，課堂上則要求學(xué)生給其他組的同學(xué)分享本組的成果，即對(duì)該部分內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，相互關(guān)系的講解，以及具體的編程實(shí)現(xiàn)過程。在該組同學(xué)完成后，教師再根據(jù)該組同學(xué)的分享內(nèi)容，進(jìn)行補(bǔ)充講解，以及前后知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)。由于在不同的參考橢球下，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與參考橢球的長半軸和橢圓扁率有關(guān)，為了提升學(xué)生對(duì)參考橢球的認(rèn)識(shí)，可以要求學(xué)生增加不同參考橢球（如克拉索夫斯基橢球、1975年國際橢球、WGS-84橢球、CGCS2000橢球等）下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程。同時(shí)，為了避免學(xué)生的動(dòng)力不足，還可以將該組整體表現(xiàn)與平時(shí)課堂成績掛鉤，提高學(xué)生的積極性。需要注意的是，每個(gè)學(xué)生在相關(guān)內(nèi)容的編程實(shí)現(xiàn)過程中，由于對(duì)編程語言的熟悉程度不同，可以要求學(xué)生任選自己熟悉的編程語言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。

除了針對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)行分組外，在第四部分內(nèi)容的講授過程中，我們還增加了如下分組內(nèi)容：

（1）高斯平均引數(shù)正、反算。在該部分內(nèi)容的分組教學(xué)中，需要該組同學(xué)了解高斯平均引數(shù)公式的產(chǎn)生過程，以及其與勒讓德級(jí)數(shù)公式的區(qū)別。

（2）白塞爾投影及其大地主題解算。需要該組同學(xué)理解白塞爾投影的核心思想，及其要求的投影條件。最后，結(jié)合所編寫的程序，選取地球上特殊的點(diǎn)，通過計(jì)算它們之間的距離，來檢核程序的正確性。

（3）子午線弧長及平行圈弧長的計(jì)算與實(shí)現(xiàn)?？疾橥瑢W(xué)們對(duì)子午線、平行圈等相關(guān)概念的掌握程度，編程實(shí)現(xiàn)后，可以每個(gè)同學(xué)的家鄉(xiāng)或者知道的世界城市所處位置為例，計(jì)算其所在的子午線弧長及平行圈弧長的大小，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）高斯投影坐標(biāo)正反算與領(lǐng)帶換算的程序?qū)崿F(xiàn)。這部分內(nèi)容首先需要同學(xué)們對(duì)高斯投影有基本的認(rèn)識(shí)，其次對(duì)坐標(biāo)正算與反算的概念也要有清晰的理解。同時(shí)，為檢驗(yàn)程序的正確性，可以教科書中的實(shí)例計(jì)算作為檢核。在程序?qū)崿F(xiàn)之后，再要求該組同學(xué)將該實(shí)現(xiàn)過程中遇到的問題和心得與其他組同學(xué)進(jìn)行分享。最后，教師再對(duì)同學(xué)們的講解進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，同時(shí)，要注意銜接前后知識(shí)點(diǎn)。

在分組教學(xué)過程中，就需要教師對(duì)分組教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系有更加清晰及全面的認(rèn)識(shí)，且要求學(xué)生對(duì)學(xué)生程序?qū)崿F(xiàn)過程傾注更多的關(guān)注。此外，為了在分組過程中體現(xiàn)公平性，在給每個(gè)小組確定組長后，還增加了隨機(jī)分組的環(huán)節(jié)，并采用MATLAB編程語言進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了公平性。

3 結(jié)論

在本文中，對(duì)上海海洋大學(xué)《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》分組教學(xué)方法進(jìn)行了探討，其最終目的是為了改善《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，在鞏固學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，鍛煉學(xué)生的編程能力，使學(xué)生深入了解并掌握本專業(yè)的理論知識(shí)。經(jīng)過近幾年《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》分組教學(xué)的嘗試，學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解有了一定的提高。在今后的一段時(shí)間里，我們還需將進(jìn)一步探索大地測量學(xué)與海洋科學(xué)的更緊密的應(yīng)用，進(jìn)一步將課堂講授內(nèi)容服務(wù)于我校的“海洋特色”，這就需要我們在今后進(jìn)行更深入的改革和探索。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢：武漢出版社，2010.

[責(zé)任編輯：王楠]