測繪程序設計課程教學改革研究
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新形勢下傳統測繪工作的“測、算、繪”中的算和繪所占比重越來越大，原因一方面在于野外測繪技術的進步，降低勞動強度的同時提高了野外測量效率；另一方面在于獲取的數據量越來越大，數據類型也更加復雜，海量數據的處理和繪制需要依賴于計算機才能順利完成。在此背景下，社會對高校培養的測繪專業學生的測繪編程能力提出了更高的要求[1-2]。許多高校的測繪工程專業都開設了測繪程序設計這一專業課程，測繪技能大賽新增了測繪程序設計的項目，這些都體現了社會、高校對于測繪專業學生測繪程序設計能力的重視。總之，在新形勢下，學生數據處理的能力需要被重視，其核心是重視培養學生的編程能力，讓學生掌握測繪數據處理的強有力的工具。測繪程序設計這門課即是解決這個問題的一把關鍵鑰匙。測繪程序設計是一門將編程技術與測繪專業知識結合起來的課程，學習者既要掌握測繪專業的知識，又需通過編程能力將其實現。本課程涉及測量學、測量平差、大地測量學、工程測量學等眾多測繪專業課，還涉及數據結構、算法等多方面計算機專業的知識[3-6]，課程總體難度偏高，實踐性強，對于廣大學生來說難以掌握與精通。本文以測繪工程本科專業為例，結合筆者多年的教學經驗，提出課程教學存在的問題，給出可行的課程改革方法，以期更好地達成培養高素質測繪工程師的要求目標。
一、課程教學存在的問題及原因分析
我校測繪程序設計課程已開設多年，授課時間安排在大三下半學期，是測繪本科必修課程。我校測繪程序設計的課程培養方案隨著時間修訂了多次，課程大綱也相應進行了多次修改。從當前結果來看，雖然課程在一定程度上提升了測繪工程專業學生的程序設計能力，但還是存在一些問題，具體問題總結如下。
（一）內容多學時少內容多學時少，開課時間需調整測繪程序設計課程的內容多且涉及面廣，現階段該課程理論和實驗都為32學時，與教學內容相比還是略少。因前置課程眾多，該課程安排的時間比較靠后，但矛盾的是大部分高校的編程基礎課程都安排在大一學期[7]。因此，當課程開始的時候，除少數能堅持課外學習編程的學生，其余學生普遍存在基礎不牢固、編程知識已遺忘等問題。
（二）課程系統性差課程系統性差，課程內容不均衡多數教師都是使用自己整理的教案來進行教學，課程暫時沒有權威固定教材[8]。教案也因個人的專業背景，或偏理論，或偏實踐，方向上也是測量、地信和遙感各有側重，導致課程存在內容質量參差不齊、講授順序不合理等系統性問題。在課程內容上大多遵從前半部分講編程基礎，后半部分講測繪程序的模式。這種模式比較單一，是否是最佳模式有待進一步討論。
（三）教學模式單一教學模式單一，學生主動性較差課程教學安排通常是理論+實驗的模式，此形式缺乏靈活性，容易產生斷裂感，讓學生產生不良的情緒。另外，一個班級只有部分學生對編程懷有興趣，且能不斷實踐掌握測繪編程技術。而大部分學生編程基礎較差，對編程有抵觸心理，在課程學習中極易產生消極的情緒，影響學習效果。通過對已經完成課程學習的學生的調研，可知學生抵觸心理產生的原因主要有兩個方面：一方面是在編程初期容易出現類似錯用符號、誤解參數含義等不易發覺的小錯誤，使得程序編譯報錯或結果出錯，大部分學生因此喪失學習編程的信心；另一方面是認為程序設計與己無關，在以后的工作生活中一定不會用到，這往往是部分學生在學習信心喪失后產生的自我心理安慰，但也有部分學生在課程開始前就有這種錯誤的認知。以上兩方面問題產生的原因分別是編程基礎不牢固和思想認識不到位。
二、課程教學改革方案
為了更好地培養新形勢下測繪專業學生的能力，筆者通過對課程教學問題及原因進行梳理總結，找出制約課程建設的癥結所在，并針對癥結提出以下教學改革的方案，以期達到以改促教、以教提質的目的。
（一）調整培養計劃調整培養計劃，協調課程關系專業培養計劃設置的課程間有較大關聯性，為了解決測繪程序設計課程內容多、學時少、開課時間不合適的問題，教師不應孤立地對測繪程序課程教學進行改革，而應列出相關課程，整體協調，統籌安排。改革方案如下。1.將測繪程序設計課程與編程課程統一，既可壓縮測繪程序課程編程基礎知識的教學內容，又能通過測繪程序真正拓展學生實現程序的能力。修改培養計劃中的課程設置，就必定要對課程大綱重新進行制訂。在新的教學大綱中，應適當精簡教學內容，以鍛煉學生測繪編程思路以及處理問題的能力為主。例如各種坐標轉換程序主要為文件讀寫、函數使用（參數傳遞）與復雜表達式的編寫，只要將其知識點通過一個題目表現出來，并將這個題目的各個知識點展開進行詳細講解，使學生有獨立完成這個題目的能力即可，其他類似程序只要掌握相關專業知識，自然可以獨立完成。2.統一后的測繪程序設計課程上課時間必定前移，可安排和大地測量、平差課程同學期，與這些課程的課程設計聯動，共同完成程序大作業。因為這些課程設計中本來就有通過電算完成的題目，如能一起完成，既節省了時間，提高了效率，又因測繪程序設計課程的學習，讓課程設計完成質量得到保證。
（二）綜合系統統籌綜合系統統籌，梳理教學內容教學大綱是規范課程系統性，梳理教學內容的重要工具。教學大綱制訂不需要太具體，但應統籌全局，具有前瞻性和指導性。改革方案如下。1.教學大綱應參考現有課程材料，以編程基礎知識為輔、測繪程序為主，兩者要有機融合，如編程基礎中控制語句學習可以方位角計算為例，既貼合主題，又形象生動。2.在大綱的指導性要體現以鍛煉編程思想為主，通過測繪程序大作業的形式串聯編程基礎知識，讓學生觸類旁通，舉一反三。另外，教學大綱的梳理修改需要有相應的教材相配合，但現在市面上計算機編程的教材很多，與測繪程序設計相關的教材卻非常缺少，能夠做到編程與測繪知識有機結合的更少，這一方面需要相關人員共同努力來完善。
（三）提升教學條件提升教學條件，改進教學模式事實證明，編程的學習是邊學邊練效果最好。應改造學校機房以滿足計算機實驗室全程教學的要求，使學生能及時實踐教師講授的課程知識點。測繪編程這類課程，只有學生講了、練了、錯了、改了，才能真正理解、明白、掌握。課程可采用更靈活的教學模式，學習時以組為單位，以項目為導向，引入競爭機制，讓學生從被動變為主動，激發學習興趣。對于測繪程序設計這類特殊課程，在前期的預備課程完成后，剩下的課程最好能夠全程在可使用計算機的機房進行。因為后期的知識有些分散簡單，有些復雜集中，這兩種情況都不適合在一節大課的時間內不停講授。絕大多數的學生難以在一節課的時間內接受過多簡單或者過于復雜的知識，教師長時間的單方面知識輸出會導致部分學生產生厭煩心理或進一步喪失學習信心。程序設計注重細節，理解程序往往也需要以各個細節為切入點，連續的理論教學往往會讓學生難以顧及大量的細節，進而產生教師越講越多、學生越聽越跟不上的惡性循環。據很多學生反映，在后期的課程中，雖然知道教師在課堂上講的知識點都很重要，自己也會去聽，但實際上大部分內容都未吸收，而且極易因短時間的走神而錯失后面的大部分內容，極大影響了學生對程序設計和課程的學習興趣。而如果是在機房授課，在講完簡單知識點后，學生就能及時使用電腦進行實踐，提升學習信心。復雜的知識點則可以拆開來講，每講完一個過程，可留一定的時間給學生來編程實現，以此促進學生對新知識的吸收。（四）改變評價體系改變評價體系，鼓勵個性發展評價體系是課程改革的重要保障，要讓其成為促進學生學習的動力，而不是束縛。根據對學生的調研反映，在以往的傳統考核中，很多學生的應對方式不是認真聽講和練習，而是寄希望于背誦其他學生總結的“常考代碼”。但背誦代碼完全無法提高編程能力。為了保證良好的教學效果，必須使用新的考核方式。為激發學生興趣且讓考核更加有彈性，學生課程成績考核可改為“積分制”，讓學生自己選擇成長方式，最終滿足積分要求即可通過課程考核。積分分為基本分、核心分和拓展分，見表1。表1中每項設置最低完成標準，對考核最低要求不放松，釋放高水平學生潛力。拓展分可通過參加測繪編程相關比賽，如全國測繪大賽、藍橋杯等獲得，也可通過參加SRT項目等獨立完成感興趣的測繪程序獲得。該措施可能存在實行起來較為煩瑣的問題，可結合前面的分組策略，以小組為對象進行管理。總的來說，可以沿襲外業實習分組方式，多數測繪專業的學生經過前置課程的教學實習后，已經擁有較強的團隊合作能力，且成員之間互相了解。外業實習小組結合外業計算工作的經驗，利用小組全體成員的知識儲備來解決實驗中碰到的問題，可從被動變為主動學習。小組之間互相激勵互相幫助，可以激發學習興趣。小組成員共享積分，既減少管理的壓力，又能帶來以上好處。
三、課程改革的討論
雖然高校開設的課程會存在一些共性的教學規律，但同時每門課程也具有其特點。測繪程序設計課程與其他課程不同的地方在于，其既要求學生具備專業的測繪知識基礎，又要求學生具有扎實的編程能力。這就要求其開設時間要靠后，讓學生在掌握了這些基礎課程之后再學習該課程。但前文分析了測繪程序設計課程不宜開設過晚，因為該課程的編程工具在大一就學習了。眾所周知，編程工具不是一個簡單的一學即會的工具，需要通過大量的理論加實踐才能掌握，這樣就導致了開設時間上不可調和的矛盾。對于該矛盾，筆者給出了在現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該課程改革做出更加深入的思考。測繪程序設計是屬于編程類的課程，編程類課程的學習不同于一般的課程。筆者認為這類課程不是教師教，學生跟著學就能簡單完成的。另外，編程語言是一個系統的工具，學生需要對核心內容完全系統掌握，才有可能寫出程序。這一點與很多知識點比較零散的課程區別很大，如可能一個變量的定義位置就導致程序不能正確運行，或者一個數據類型設置不合適就導致結果錯誤等問題，使得學生如果不完全掌握編程的基礎，就不能寫出能運行的程序。另外，編程除了是基礎，還是一種能力，且這種能力很容易檢驗，學生能不能掌握編程技術一測便知。這些特殊的點決定了測繪程序設計課程不是一門可以簡單上好的課，需要更多的教師參與進來，通過與學生交流溝通，對課題進行思考，找出行之有效的方法。目前，筆者認為這門課還是偏重于編程技術多一點，因此，應從編程課的改革中多找經驗。比較好的經驗如項目驅動，是將編程看成能力，學生能獨立編寫出完整的項目程序，即認可這種能力。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題，如不好操作、暫時難以提供適合這種模式的學習環境等。教學改革總是實驗性質的，像測繪程序設計這種交叉的、小眾的課程科目，雖然關注的人不多，但是意義重大，其是我們能否引導測繪工程專業學生意識到新形勢下測繪關注的重點的偏移，能夠完善提高自身專業素質的引航員。據筆者經驗，對于測繪程序設計課學習較好的學生，在畢業后的工作中，都能較好地使用編程工具，解決自己在測繪工作中的問題，為自己提供方便，為公司創造效益。
四、結束語
測繪程序設計課的教學目的是培養測繪專業學生使用計算機解決其專業問題的能力。測繪程序設計的基礎是計算機編程，據筆者經驗，編程難以人人精通，因此教學要結合積分制設立最高目標和最低目標。最高目標不做贅述，最低目標應是測繪專業學生掌握基本測繪編程的思想，為以后科研或工作中的編程工作打下基礎。
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作者：董超 叢康林 彭勃 單位：山東農業大學信息科學與工程學院
