測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究

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［關(guān)鍵詞］測(cè)繪；教學(xué)改革；課程設(shè)計(jì)；程序設(shè)計(jì)

新形勢(shì)下傳統(tǒng)測(cè)繪工作的“測(cè)、算、繪”中的算和繪所占比重越來(lái)越大，原因一方面在于野外測(cè)繪技術(shù)的進(jìn)步，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高了野外測(cè)量效率；另一方面在于獲取的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，數(shù)據(jù)類型也更加復(fù)雜，海量數(shù)據(jù)的處理和繪制需要依賴于計(jì)算機(jī)才能順利完成。在此背景下，社會(huì)對(duì)高校培養(yǎng)的測(cè)繪專業(yè)學(xué)生的測(cè)繪編程能力提出了更高的要求[1-2]。許多高校的測(cè)繪工程專業(yè)都開(kāi)設(shè)了測(cè)繪程序設(shè)計(jì)這一專業(yè)課程，測(cè)繪技能大賽新增了測(cè)繪程序設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，這些都體現(xiàn)了社會(huì)、高校對(duì)于測(cè)繪專業(yè)學(xué)生測(cè)繪程序設(shè)計(jì)能力的重視。總之，在新形勢(shì)下，學(xué)生數(shù)據(jù)處理的能力需要被重視，其核心是重視培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，讓學(xué)生掌握測(cè)繪數(shù)據(jù)處理的強(qiáng)有力的工具。測(cè)繪程序設(shè)計(jì)這門課即是解決這個(gè)問(wèn)題的一把關(guān)鍵鑰匙。測(cè)繪程序設(shè)計(jì)是一門將編程技術(shù)與測(cè)繪專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái)的課程，學(xué)習(xí)者既要掌握測(cè)繪專業(yè)的知識(shí)，又需通過(guò)編程能力將其實(shí)現(xiàn)。本課程涉及測(cè)量學(xué)、測(cè)量平差、大地測(cè)量學(xué)、工程測(cè)量學(xué)等眾多測(cè)繪專業(yè)課，還涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等多方面計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識(shí)[3-6]，課程總體難度偏高，實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)于廣大學(xué)生來(lái)說(shuō)難以掌握與精通。本文以測(cè)繪工程本科專業(yè)為例，結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出課程教學(xué)存在的問(wèn)題，給出可行的課程改革方法，以期更好地達(dá)成培養(yǎng)高素質(zhì)測(cè)繪工程師的要求目標(biāo)。

一、課程教學(xué)存在的問(wèn)題及原因分析

我校測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程已開(kāi)設(shè)多年，授課時(shí)間安排在大三下半學(xué)期，是測(cè)繪本科必修課程。我校測(cè)繪程序設(shè)計(jì)的課程培養(yǎng)方案隨著時(shí)間修訂了多次，課程大綱也相應(yīng)進(jìn)行了多次修改。從當(dāng)前結(jié)果來(lái)看，雖然課程在一定程度上提升了測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，但還是存在一些問(wèn)題，具體問(wèn)題總結(jié)如下。

（一）內(nèi)容多學(xué)時(shí)少內(nèi)容多學(xué)時(shí)少，開(kāi)課時(shí)間需調(diào)整測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容多且涉及面廣，現(xiàn)階段該課程理論和實(shí)驗(yàn)都為32學(xué)時(shí)，與教學(xué)內(nèi)容相比還是略少。因前置課程眾多，該課程安排的時(shí)間比較靠后，但矛盾的是大部分高校的編程基礎(chǔ)課程都安排在大一學(xué)期[7]。因此，當(dāng)課程開(kāi)始的時(shí)候，除少數(shù)能堅(jiān)持課外學(xué)習(xí)編程的學(xué)生，其余學(xué)生普遍存在基礎(chǔ)不牢固、編程知識(shí)已遺忘等問(wèn)題。

（二）課程系統(tǒng)性差課程系統(tǒng)性差，課程內(nèi)容不均衡多數(shù)教師都是使用自己整理的教案來(lái)進(jìn)行教學(xué)，課程暫時(shí)沒(méi)有權(quán)威固定教材[8]。教案也因個(gè)人的專業(yè)背景，或偏理論，或偏實(shí)踐，方向上也是測(cè)量、地信和遙感各有側(cè)重，導(dǎo)致課程存在內(nèi)容質(zhì)量參差不齊、講授順序不合理等系統(tǒng)性問(wèn)題。在課程內(nèi)容上大多遵從前半部分講編程基礎(chǔ)，后半部分講測(cè)繪程序的模式。這種模式比較單一，是否是最佳模式有待進(jìn)一步討論。

（三）教學(xué)模式單一教學(xué)模式單一，學(xué)生主動(dòng)性較差課程教學(xué)安排通常是理論+實(shí)驗(yàn)的模式，此形式缺乏靈活性，容易產(chǎn)生斷裂感，讓學(xué)生產(chǎn)生不良的情緒。另外，一個(gè)班級(jí)只有部分學(xué)生對(duì)編程懷有興趣，且能不斷實(shí)踐掌握測(cè)繪編程技術(shù)。而大部分學(xué)生編程基礎(chǔ)較差，對(duì)編程有抵觸心理，在課程學(xué)習(xí)中極易產(chǎn)生消極的情緒，影響學(xué)習(xí)效果。通過(guò)對(duì)已經(jīng)完成課程學(xué)習(xí)的學(xué)生的調(diào)研，可知學(xué)生抵觸心理產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè)方面：一方面是在編程初期容易出現(xiàn)類似錯(cuò)用符號(hào)、誤解參數(shù)含義等不易發(fā)覺(jué)的小錯(cuò)誤，使得程序編譯報(bào)錯(cuò)或結(jié)果出錯(cuò)，大部分學(xué)生因此喪失學(xué)習(xí)編程的信心；另一方面是認(rèn)為程序設(shè)計(jì)與己無(wú)關(guān)，在以后的工作生活中一定不會(huì)用到，這往往是部分學(xué)生在學(xué)習(xí)信心喪失后產(chǎn)生的自我心理安慰，但也有部分學(xué)生在課程開(kāi)始前就有這種錯(cuò)誤的認(rèn)知。以上兩方面問(wèn)題產(chǎn)生的原因分別是編程基礎(chǔ)不牢固和思想認(rèn)識(shí)不到位。

二、課程教學(xué)改革方案

為了更好地培養(yǎng)新形勢(shì)下測(cè)繪專業(yè)學(xué)生的能力，筆者通過(guò)對(duì)課程教學(xué)問(wèn)題及原因進(jìn)行梳理總結(jié)，找出制約課程建設(shè)的癥結(jié)所在，并針對(duì)癥結(jié)提出以下教學(xué)改革的方案，以期達(dá)到以改促教、以教提質(zhì)的目的。

（一）調(diào)整培養(yǎng)計(jì)劃調(diào)整培養(yǎng)計(jì)劃，協(xié)調(diào)課程關(guān)系專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)置的課程間有較大關(guān)聯(lián)性，為了解決測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、開(kāi)課時(shí)間不合適的問(wèn)題，教師不應(yīng)孤立地對(duì)測(cè)繪程序課程教學(xué)進(jìn)行改革，而應(yīng)列出相關(guān)課程，整體協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌安排。改革方案如下。1.將測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程與編程課程統(tǒng)一，既可壓縮測(cè)繪程序課程編程基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)內(nèi)容，又能通過(guò)測(cè)繪程序真正拓展學(xué)生實(shí)現(xiàn)程序的能力。修改培養(yǎng)計(jì)劃中的課程設(shè)置，就必定要對(duì)課程大綱重新進(jìn)行制訂。在新的教學(xué)大綱中，應(yīng)適當(dāng)精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容，以鍛煉學(xué)生測(cè)繪編程思路以及處理問(wèn)題的能力為主。例如各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序主要為文件讀寫(xiě)、函數(shù)使用（參數(shù)傳遞）與復(fù)雜表達(dá)式的編寫(xiě)，只要將其知識(shí)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)題目表現(xiàn)出來(lái)，并將這個(gè)題目的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)進(jìn)行詳細(xì)講解，使學(xué)生有獨(dú)立完成這個(gè)題目的能力即可，其他類似程序只要掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)，自然可以獨(dú)立完成。2.統(tǒng)一后的測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程上課時(shí)間必定前移，可安排和大地測(cè)量、平差課程同學(xué)期，與這些課程的課程設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)，共同完成程序大作業(yè)。因?yàn)檫@些課程設(shè)計(jì)中本來(lái)就有通過(guò)電算完成的題目，如能一起完成，既節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，又因測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，讓課程設(shè)計(jì)完成質(zhì)量得到保證。

（二）綜合系統(tǒng)統(tǒng)籌綜合系統(tǒng)統(tǒng)籌，梳理教學(xué)內(nèi)容教學(xué)大綱是規(guī)范課程系統(tǒng)性，梳理教學(xué)內(nèi)容的重要工具。教學(xué)大綱制訂不需要太具體，但應(yīng)統(tǒng)籌全局，具有前瞻性和指導(dǎo)性。改革方案如下。1.教學(xué)大綱應(yīng)參考現(xiàn)有課程材料，以編程基礎(chǔ)知識(shí)為輔、測(cè)繪程序?yàn)橹?，兩者要有機(jī)融合，如編程基礎(chǔ)中控制語(yǔ)句學(xué)習(xí)可以方位角計(jì)算為例，既貼合主題，又形象生動(dòng)。2.在大綱的指導(dǎo)性要體現(xiàn)以鍛煉編程思想為主，通過(guò)測(cè)繪程序大作業(yè)的形式串聯(lián)編程基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生觸類旁通，舉一反三。另外，教學(xué)大綱的梳理修改需要有相應(yīng)的教材相配合，但現(xiàn)在市面上計(jì)算機(jī)編程的教材很多，與測(cè)繪程序設(shè)計(jì)相關(guān)的教材卻非常缺少，能夠做到編程與測(cè)繪知識(shí)有機(jī)結(jié)合的更少，這一方面需要相關(guān)人員共同努力來(lái)完善。

（三）提升教學(xué)條件提升教學(xué)條件，改進(jìn)教學(xué)模式事實(shí)證明，編程的學(xué)習(xí)是邊學(xué)邊練效果最好。應(yīng)改造學(xué)校機(jī)房以滿足計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室全程教學(xué)的要求，使學(xué)生能及時(shí)實(shí)踐教師講授的課程知識(shí)點(diǎn)。測(cè)繪編程這類課程，只有學(xué)生講了、練了、錯(cuò)了、改了，才能真正理解、明白、掌握。課程可采用更靈活的教學(xué)模式，學(xué)習(xí)時(shí)以組為單位，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，讓學(xué)生從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于測(cè)繪程序設(shè)計(jì)這類特殊課程，在前期的預(yù)備課程完成后，剩下的課程最好能夠全程在可使用計(jì)算機(jī)的機(jī)房進(jìn)行。因?yàn)楹笃诘闹R(shí)有些分散簡(jiǎn)單，有些復(fù)雜集中，這兩種情況都不適合在一節(jié)大課的時(shí)間內(nèi)不停講授。絕大多數(shù)的學(xué)生難以在一節(jié)課的時(shí)間內(nèi)接受過(guò)多簡(jiǎn)單或者過(guò)于復(fù)雜的知識(shí)，教師長(zhǎng)時(shí)間的單方面知識(shí)輸出會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生產(chǎn)生厭煩心理或進(jìn)一步喪失學(xué)習(xí)信心。程序設(shè)計(jì)注重細(xì)節(jié)，理解程序往往也需要以各個(gè)細(xì)節(jié)為切入點(diǎn)，連續(xù)的理論教學(xué)往往會(huì)讓學(xué)生難以顧及大量的細(xì)節(jié)，進(jìn)而產(chǎn)生教師越講越多、學(xué)生越聽(tīng)越跟不上的惡性循環(huán)。據(jù)很多學(xué)生反映，在后期的課程中，雖然知道教師在課堂上講的知識(shí)點(diǎn)都很重要，自己也會(huì)去聽(tīng)，但實(shí)際上大部分內(nèi)容都未吸收，而且極易因短時(shí)間的走神而錯(cuò)失后面的大部分內(nèi)容，極大影響了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)和課程的學(xué)習(xí)興趣。而如果是在機(jī)房授課，在講完簡(jiǎn)單知識(shí)點(diǎn)后，學(xué)生就能及時(shí)使用電腦進(jìn)行實(shí)踐，提升學(xué)習(xí)信心。復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)則可以拆開(kāi)來(lái)講，每講完一個(gè)過(guò)程，可留一定的時(shí)間給學(xué)生來(lái)編程實(shí)現(xiàn)，以此促進(jìn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的吸收。（四）改變?cè)u(píng)價(jià)體系改變?cè)u(píng)價(jià)體系，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展評(píng)價(jià)體系是課程改革的重要保障，要讓其成為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，而不是束縛。根據(jù)對(duì)學(xué)生的調(diào)研反映，在以往的傳統(tǒng)考核中，很多學(xué)生的應(yīng)對(duì)方式不是認(rèn)真聽(tīng)講和練習(xí)，而是寄希望于背誦其他學(xué)生總結(jié)的“常考代碼”。但背誦代碼完全無(wú)法提高編程能力。為了保證良好的教學(xué)效果，必須使用新的考核方式。為激發(fā)學(xué)生興趣且讓考核更加有彈性，學(xué)生課程成績(jī)考核可改為“積分制”，讓學(xué)生自己選擇成長(zhǎng)方式，最終滿足積分要求即可通過(guò)課程考核。積分分為基本分、核心分和拓展分，見(jiàn)表1。表1中每項(xiàng)設(shè)置最低完成標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)考核最低要求不放松，釋放高水平學(xué)生潛力。拓展分可通過(guò)參加測(cè)繪編程相關(guān)比賽，如全國(guó)測(cè)繪大賽、藍(lán)橋杯等獲得，也可通過(guò)參加SRT項(xiàng)目等獨(dú)立完成感興趣的測(cè)繪程序獲得。該措施可能存在實(shí)行起來(lái)較為煩瑣的問(wèn)題，可結(jié)合前面的分組策略，以小組為對(duì)象進(jìn)行管理?？偟膩?lái)說(shuō)，可以沿襲外業(yè)實(shí)習(xí)分組方式，多數(shù)測(cè)繪專業(yè)的學(xué)生經(jīng)過(guò)前置課程的教學(xué)實(shí)習(xí)后，已經(jīng)擁有較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)合作能力，且成員之間互相了解。外業(yè)實(shí)習(xí)小組結(jié)合外業(yè)計(jì)算工作的經(jīng)驗(yàn)，利用小組全體成員的知識(shí)儲(chǔ)備來(lái)解決實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題，可從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。小組之間互相激勵(lì)互相幫助，可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。小組成員共享積分，既減少管理的壓力，又能帶來(lái)以上好處。

三、課程改革的討論

雖然高校開(kāi)設(shè)的課程會(huì)存在一些共性的教學(xué)規(guī)律，但同時(shí)每門課程也具有其特點(diǎn)。測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程與其他課程不同的地方在于，其既要求學(xué)生具備專業(yè)的測(cè)繪知識(shí)基礎(chǔ)，又要求學(xué)生具有扎實(shí)的編程能力。這就要求其開(kāi)設(shè)時(shí)間要靠后，讓學(xué)生在掌握了這些基礎(chǔ)課程之后再學(xué)習(xí)該課程。但前文分析了測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程不宜開(kāi)設(shè)過(guò)晚，因?yàn)樵撜n程的編程工具在大一就學(xué)習(xí)了。眾所周知，編程工具不是一個(gè)簡(jiǎn)單的一學(xué)即會(huì)的工具，需要通過(guò)大量的理論加實(shí)踐才能掌握，這樣就導(dǎo)致了開(kāi)設(shè)時(shí)間上不可調(diào)和的矛盾。對(duì)于該矛盾，筆者給出了在現(xiàn)有框架下可能解決的最好的方法，但能否有更好的方法需要對(duì)該課程改革做出更加深入的思考。測(cè)繪程序設(shè)計(jì)是屬于編程類的課程，編程類課程的學(xué)習(xí)不同于一般的課程。筆者認(rèn)為這類課程不是教師教，學(xué)生跟著學(xué)就能簡(jiǎn)單完成的。另外，編程語(yǔ)言是一個(gè)系統(tǒng)的工具，學(xué)生需要對(duì)核心內(nèi)容完全系統(tǒng)掌握，才有可能寫(xiě)出程序。這一點(diǎn)與很多知識(shí)點(diǎn)比較零散的課程區(qū)別很大，如可能一個(gè)變量的定義位置就導(dǎo)致程序不能正確運(yùn)行，或者一個(gè)數(shù)據(jù)類型設(shè)置不合適就導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤等問(wèn)題，使得學(xué)生如果不完全掌握編程的基礎(chǔ)，就不能寫(xiě)出能運(yùn)行的程序。另外，編程除了是基礎(chǔ)，還是一種能力，且這種能力很容易檢驗(yàn)，學(xué)生能不能掌握編程技術(shù)一測(cè)便知。這些特殊的點(diǎn)決定了測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課程不是一門可以簡(jiǎn)單上好的課，需要更多的教師參與進(jìn)來(lái)，通過(guò)與學(xué)生交流溝通，對(duì)課題進(jìn)行思考，找出行之有效的方法。目前，筆者認(rèn)為這門課還是偏重于編程技術(shù)多一點(diǎn)，因此，應(yīng)從編程課的改革中多找經(jīng)驗(yàn)。比較好的經(jīng)驗(yàn)如項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，是將編程看成能力，學(xué)生能獨(dú)立編寫(xiě)出完整的項(xiàng)目程序，即認(rèn)可這種能力。本文最后的考核改革也是基于此，但其中不可避免存在很多問(wèn)題，如不好操作、暫時(shí)難以提供適合這種模式的學(xué)習(xí)環(huán)境等。教學(xué)改革總是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的，像測(cè)繪程序設(shè)計(jì)這種交叉的、小眾的課程科目，雖然關(guān)注的人不多，但是意義重大，其是我們能否引導(dǎo)測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生意識(shí)到新形勢(shì)下測(cè)繪關(guān)注的重點(diǎn)的偏移，能夠完善提高自身專業(yè)素質(zhì)的引航員。據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課學(xué)習(xí)較好的學(xué)生，在畢業(yè)后的工作中，都能較好地使用編程工具，解決自己在測(cè)繪工作中的問(wèn)題，為自己提供方便，為公司創(chuàng)造效益。

四、結(jié)束語(yǔ)

測(cè)繪程序設(shè)計(jì)課的教學(xué)目的是培養(yǎng)測(cè)繪專業(yè)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)解決其專業(yè)問(wèn)題的能力。測(cè)繪程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)編程，據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，編程難以人人精通，因此教學(xué)要結(jié)合積分制設(shè)立最高目標(biāo)和最低目標(biāo)。最高目標(biāo)不做贅述，最低目標(biāo)應(yīng)是測(cè)繪專業(yè)學(xué)生掌握基本測(cè)繪編程的思想，為以后科研或工作中的編程工作打下基礎(chǔ)。

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作者：董超 叢康林 彭勃 單位：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院