線上線下混合式教學模式在《數(shù)字攝影測量學》教學中的應用

高 蕾

（寶雞文理學院地理與環(huán)境學院 陜西·寶雞 721013；陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室 陜西·寶雞 721013）

教育信息化技術的飛速發(fā)展，使傳統(tǒng)高校教學模式面臨空前挑戰(zhàn)，2020年初爆發(fā)的疫情形勢加速了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的改革步伐。全新的教學形勢對高等教育的教學理念、教學環(huán)境、教學模式、教學方法等方面的改革創(chuàng)新提出了新要求。清華大學“學堂在線”于2016年推出了“雨課堂”智慧教學工具，教師可以根據(jù)課程特點選擇適合的工具輔助教學?！坝暾n堂”具備操作簡單、互動高效、教學便捷等特點?！坝暾n堂”將信息技術手段與PPT、微信相結合，借助“雨課堂”可以實現(xiàn)課前預習、課堂教學和課后復習有機融合，教師可以在課堂上彈幕互動、實時問答、分組討論等，讓師生互動永不下線。學生們可以在課堂上使用手機學習，能夠充分調動學生的學習積極性，提升學生主動參與課堂教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維，提升課堂教學效果。“雨課堂”可以準確記錄學習者的學習過程數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)可以精準把握學生的學習狀態(tài)，為制定科學合理的教學方法提供科學指導。本文將以《數(shù)字攝影測量學》課程為例，探索基于“雨課堂”的線上線下混合式教學模式的實踐應用，努力探索高校教學改革的新途徑和新方法。

1 《數(shù)字攝影測量學》課程特點

《數(shù)字攝影測量學》課程是我校測繪工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，根據(jù)該專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求設置課程教學方法為理論教學與實踐教學相結合，重點培養(yǎng)學生掌握攝影測量數(shù)據(jù)產品的獲取及生產流程，包括低空無人機攝影成像原理、影像處理基本算法、影像匹配、數(shù)字正射影像生成、三維建模等理論及實踐操作能力，使學生具備數(shù)字攝影測量學相關的理論基礎和應用技能。經(jīng)過多年的教學積累，總結了該課程具備以下幾個特點：

1.1 概念多、公式多、理論抽象

該課程包括很多基本概念，如像片重采樣、特征提取與定位、影像定向、影像匹配、核線影像、特征匹配、數(shù)字攝影測量工作站等。各概念相互聯(lián)系形成概念群，數(shù)量多而復雜，某些算法的基本原理也很抽象。教學內容中涉及大量的公式推導，如點線面特征提取及定位算子、最小二乘影像匹配等。這些公式的推導需要將測量平差中的最小二乘方法；高等數(shù)學中的微積分、泰勒級數(shù)、傅里葉變換等方法；線性代數(shù)中的矩陣運算方法綜合應用，對學生的數(shù)學功底提出了更高的要求，數(shù)學知識儲備欠缺的學生容易出現(xiàn)畏難心理，增加了課程學習的難度。

1.2 坐標轉換復雜，三維立體感強

攝影測量的實質是通過航空攝影技術采集測區(qū)像片數(shù)據(jù)，從像片特征點的像點坐標解算該點對應地面點的三維坐標，并生成相關數(shù)據(jù)產品的技術。這要求學生擁有較強的空間想象力，能理解三維層面上數(shù)據(jù)指標間的轉換關系及解算步驟，像點坐標的解算涉及坐標系統(tǒng)的轉換，數(shù)據(jù)空間關系復雜，學生需要充分理解各坐標系統(tǒng)的特點及坐標解算方法，才能實現(xiàn)特征點坐標的正確解算。

1.3 跨學科，科技發(fā)展促進知識更新

數(shù)字攝影測量技術依托計算機立體視覺，將計算機圖形學、數(shù)字圖像處理技術、人工智能、模式識別、測繪學、地理學、數(shù)學、物理學等多門學科有機結合，是一門跨學科的綜合技術。這要求學生具有全面的知識儲備，注重學習各學科間的相關性，多積累、勤思考。同時，隨著低空無人機技術、傳感器技術的不斷發(fā)展，數(shù)字攝影測量技術的應用范圍不斷擴大，數(shù)字攝影測量系統(tǒng)在相關部門也越發(fā)普及，新技術的發(fā)展為高?！稊?shù)字攝影測量學》課程教學注入新鮮血液，同時也為課程知識的更新帶來巨大挑戰(zhàn)。

2 《數(shù)字攝影測量學》課程存在的教學問題

2.1 教師層面

基于《數(shù)字攝影測量學》課程跨學科、理論抽象、空間感強的特點，傳統(tǒng)的灌輸式教學模式易造成學生學習興趣不濃、學習效果不佳、教師教學效率不高、教學效果不理想的情況。在教學時間上，課程知識點多且難，為了完成教學任務，不得不加快教學節(jié)奏，學生反映有些難點知識點不能完全理解；在教學目標上，教學模式教條單一，不能發(fā)揮學生的積極性和創(chuàng)造性；在教學方法上，以課堂面授為主，師生互動較少，教師只能通過課堂問答了解個別學生掌握知識的程度；在課外輔導上，課后學生進行知識復習時遇到的問題不能及時解決。

《數(shù)字攝影測量學》教學包括理論和實驗教學兩個方面，教師需選定合適教材，認真分析并吃透教材內容，同時，結合攝影測量產品生產的應用實際，設計適合的實驗內容，獨立講授全方位數(shù)字攝影測量系統(tǒng)模塊及功能、像片定向處理、空三數(shù)據(jù)處理、影像匹配處理、正射影像生成、數(shù)據(jù)處理精度評價。因《數(shù)字攝影測量學》實驗環(huán)節(jié)對實驗環(huán)境的軟硬件條件要求較高，造成根據(jù)實驗環(huán)境設計有條件開展的實驗內容，而忽略課程中較重要的攝影測量產品生產環(huán)節(jié)，如DLG（數(shù)字線畫圖）。

實驗教學中，實驗教學時間有限，教師講解實驗目的、實驗原理、實驗系統(tǒng)、實驗步驟時，不能及時發(fā)現(xiàn)學生操作問題，部分學生實驗操作能力弱，容易造成跟不上進度，不理解原理而停滯的情況。教師一對多指導學生，精力有限，不能了解到所有學生實驗情況，不能有效保證實驗教學質量。

2.2 學生層面

我校屬地方二本院校，學生學習能力一般，基礎較弱。大部分學生學習知識缺乏主動性，知識獲取主要靠教師課堂講授，課下知識復習不及時，遇到難點知識點如不及時解決，知識點日益累積，學習興趣減退，進入學習的惡性循環(huán)，教學效果大受影響；實驗教學中，學生全靠教師的演示指導，不能理論聯(lián)系實踐，缺乏獨立思考能力。課后缺乏與教師溝通，不能及時進行知識總結及反思，知識點理解不深刻，無法靈活應用。

3 線上線下混合教學模式的探索及應用

混合式教學模式包括教學技術、教學手段、教學形式、教學評價等多方面的混合。線上線下混合教學模式是將傳統(tǒng)的課堂面授與網(wǎng)絡資源教學、智慧教學工具相結合，實現(xiàn)二者優(yōu)勢互補，技術統(tǒng)一，充分利用優(yōu)質的網(wǎng)絡課程資源和智慧教學工具輔助教學，迎合學生對網(wǎng)絡和新鮮事物的熱情，解決課堂師生互動不充分的難題。

在線上線下教學資源融合的《數(shù)字攝影測量學》課程混合教學模式的探索應用中，我們將該課程的課堂教學進行多方位擴展，引入“雨課堂”智慧教學工具，借助PPT和微信技術手段，把課堂學習高效分散到課前、課中、課后，充分利用學生的零散時間，提高學習效率和教學效果，教學流程見圖1。

圖1：線上線下混合式教學流程示意圖

3.1 課前發(fā)布課程預習資料

教師根據(jù)課程教學目標于課前設計本節(jié)課教學方案，并對方案進行優(yōu)化，制作課件、設計習題、上傳試題、發(fā)布視頻資料等，給學生發(fā)送課程二維碼，并將學習任務和討論問題發(fā)布給學生，指導學生提前預習和整理課程內容，有效地提高課堂教學效果。如圖2所示，學生在手機端預習課程內容，本次課程為數(shù)字影像采樣原理，知識具有一定的抽象性，通過預習課前資料，學生可以提前了解與影像采樣相關的概念，了解影像采樣的過程，梳理知識盲區(qū)，更有目的性地進入課堂講授環(huán)節(jié)?！坝暾n堂”平臺有效地解決了教師提前發(fā)布課程預習資料的需求。

圖2：雨課堂平臺發(fā)布課程預習課件示意圖

實驗前，提前發(fā)布本次實驗內容，要求學生了解實驗系統(tǒng)的基本功能和基本操作，提前熟悉實驗環(huán)境和實驗流程，結合理論知識基礎，提前掌握實驗環(huán)節(jié)中需要用到的理論知識，真正做到理論聯(lián)系實踐并有效指導實踐。

根據(jù)本次課程內容設計課前練習題，通過雨課堂發(fā)布練習題如圖3所示，課前習題可以引導學生進行課前預習資料的學習，雨課堂平臺設置了靈活的練習題題型，學生可以利用課余時間完成預習練習，教師可以根據(jù)學生完成練習的時長和正確率了解學生預習課程的效果，為后續(xù)課程講解取得良好的教學效果奠定基礎。

圖3：雨課堂發(fā)布課程預習習題示意圖

3.2 課中完成精準教學環(huán)節(jié)

教師可根據(jù)課前預習反饋，有針對性地設計教學環(huán)節(jié)，通過精心設計的問題帶動課堂氛圍，加深學生對重難點知識的理解。如圖4所示，影像數(shù)字化屬于《數(shù)字攝影測量學》課程的重要知識點，課堂講授時對影像進行對比分析后，引導學生思考影像數(shù)字化的基本要求，并通過課堂練習加深學生對該知識點的理解。課堂上，教師將教學課件上傳至“雨課堂”，學生在手機端可查看課件內容，減少學生筆記時間，鼓勵學生積極思考；教師需針對學生預習時存在問題較多的知識點，引導學生分組討論，并對知識點進行歸納整理，對于學生普遍不理解的知識點，教師可以統(tǒng)一講解，集中進行解答；利用“雨課堂”彈幕功能實現(xiàn)課堂師生互動，活躍課堂氛圍，引導學生積極討論；教師在教學中可以發(fā)布課堂練習題，學生在手機端編輯并發(fā)送答案，教師可以及時了解學生的學習情況。

圖4：《數(shù)字攝影測量學》第二章數(shù)字影像處理基礎課堂練習題示意圖

實驗中，教師可以抽查學生課前預習實驗內容的情況，包括實驗原理、操作流程和注意事項等，重點強調實驗中容易犯錯部分和學生沒有完全理解的內容，有針對性地指導學生實驗課程；實驗進行時可將學生分成若干組，實行組長負責制，教師負責解決組內集中討論后還無法解決的實驗問題，并引導學生在實踐中積極思考，鼓勵學生創(chuàng)新創(chuàng)造，培養(yǎng)專業(yè)技能扎實的應用型人才。

3.3 課后幫助復習鞏固知識

教師可根據(jù)學生預習、課堂表現(xiàn)、課堂練習等情況，給學生發(fā)布課后習題，同時給學生推送課程相關的拓展學習資料，并指導學生進行課程內容的總結整理。教師在推送課后習題時可依據(jù)學生的多方面表現(xiàn)設計不同的習題，也可避免作業(yè)抄襲情況；學生可以通過課后習題，對課堂所學內容及時鞏固，也可讓學生了解自己的學習情況，及時查漏補缺，鼓勵學生遇到困難私信教師尋求幫助；教師通過學生課后習題情況的反饋，及時了解學生掌握知識的程度，便于調整教學設計及環(huán)節(jié)。教師根據(jù)“雨課堂”平臺發(fā)送的課堂數(shù)據(jù)報告，掌握學生學習過程的數(shù)據(jù)資料，有助于分析學生的學習能力，是教師開展針對性教學輔導的重要參考。

4 結論

線上線下混合式教學模式在高等教育教學中的應用與實踐需要充分利用課堂教學時間，并在課外投入更多精力，如預習復習資料的整理、習題設計、課外一對一指導、課后數(shù)據(jù)報告分析等，這需要學生和教師長期堅持，才能提升教學效果。線上線下混合式教學模式不僅給學生傳授專業(yè)基礎知識，還能充分調動學生的學習興趣，讓學生學會問題研究與探索、資料獲取與分析，激發(fā)學生積極思考，提升學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。線上線下混合式教學模式改變了教育參與者的工作和學習方式，教學效果的提升還有賴于教師對教學技術手段的不斷鉆研和自身教學水平的不斷提高。