自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)案例庫建設(shè)與實踐

鄒 濱，胡晨霞，馮徽徽，湯玉奇，陶 超，張云生

（中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083）

《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》（以下簡稱《總體方案》）中指出，自然資源部未來一段時期內(nèi)將圍繞土地、礦產(chǎn)、森林、草原、水、濕地和海域海島7 類自然資源，構(gòu)建自然資源調(diào)查監(jiān)測標準體系和技術(shù)體系，科學(xué)組織實施調(diào)查、監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、分析評價、成果及應(yīng)用等各類自然資源調(diào)查監(jiān)測工作。并且提出了自然資源調(diào)查監(jiān)測評價一體化、自然資源數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一建設(shè)及自然資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)共享的新要求。這一新的行業(yè)使命對測繪類工程人才培養(yǎng)提出了新要求，即需要行業(yè)技術(shù)人員具有強實踐能力，能把握開展自然資源調(diào)查監(jiān)測基本原理，熟練掌握各類自然資源要素調(diào)查監(jiān)測的技術(shù)方法與操作流程。

然而，傳統(tǒng)自然資源監(jiān)測與分析課程普遍存在重理論輕實踐、人才培養(yǎng)目標達成度低的問題，主要體現(xiàn)在：（1）傳統(tǒng)課程以教師講授為主[1]，課堂乏味枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高、對于教師講授內(nèi)容理解吸收度較低，從而出現(xiàn)教師以為自己傾囊而授，但學(xué)生并未真正掌握要義的錯位現(xiàn)象；（2）課堂匯報討論內(nèi)容與學(xué)生現(xiàn)實生活距離較遠，導(dǎo)致學(xué)生難以理解、無法參與討論，學(xué)生參與感較低；（3）實驗課程內(nèi)容設(shè)計未深入貫徹理論與實踐結(jié)合的理念，且與實際工程項目脫節(jié)，無法提升學(xué)生實踐能力，學(xué)生所學(xué)內(nèi)容無法解決實際工程問題。

為化解自然資源統(tǒng)一監(jiān)管對強實踐能力人才的新需求與傳統(tǒng)課堂培養(yǎng)的學(xué)生重理論輕實踐之間存在的現(xiàn)實矛盾，承載自然資源調(diào)查與監(jiān)測隊伍培養(yǎng)使命的測繪工程研究生專業(yè)學(xué)位教育須緊密結(jié)合行業(yè)需求，開展案例教學(xué)，加強學(xué)生與教師之間的互動[2]，以學(xué)生為中心，以實際工程問題為導(dǎo)向，促進理論與實踐有機融合[3-4]，培養(yǎng)學(xué)生運用專業(yè)理論知識分析解決實際工程問題的能力，提升學(xué)生的實踐能力[5]。

高質(zhì)量案例庫是案例教學(xué)的核心保障[6]。然而，我國目前雖已開展了一系列典型案例庫建設(shè)項目，但可用于自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)的案例庫較少，且現(xiàn)有相關(guān)案例庫存在主題單一、案例內(nèi)容與實際工程項目脫節(jié)等問題。因此，在全國“十四五”全面實施自然資源調(diào)查監(jiān)測《總體方案》的新形勢下，建設(shè)面向自然資源調(diào)查監(jiān)測的案例庫已成為當前系統(tǒng)提升測繪科學(xué)與技術(shù)人才專業(yè)技術(shù)水平亟待解決的重要教育資源問題，更是當前我國高校測繪工程研究生專業(yè)學(xué)位人才培養(yǎng)推進面向國家需求、緊扣行業(yè)需要教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

針對以上問題，本文從課程教師團隊主持參與的自然資源監(jiān)測與分析實際工程項目資源中析出典型案例素材，同時邀請重大工程項目實際執(zhí)行人，結(jié)合學(xué)生實踐能力基礎(chǔ)，設(shè)計并建設(shè)學(xué)生易于理解使用、體現(xiàn)工程項目實施過程、調(diào)查監(jiān)測技術(shù)與時俱進的學(xué)生友好型、實踐能力培養(yǎng)型及內(nèi)容鮮活型的自然資源監(jiān)測與分析教學(xué)案例庫，并開展案例教學(xué)，增強學(xué)生利用專業(yè)知識解決實際問題的實踐能力，進而支撐工程教育培養(yǎng)目標的達成。

一、教學(xué)案例庫建設(shè)舉措

（一）案例庫建設(shè)原則

自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)案例庫建設(shè)原則包括系統(tǒng)性、理論性、綜合性、學(xué)生主體性、實踐性、啟發(fā)性、典型性、動態(tài)性及行業(yè)規(guī)范性等。

系統(tǒng)性：案例庫是多個案例的集合，且必須服務(wù)于教學(xué)目標[7]。對案例庫進行系統(tǒng)性的頂層設(shè)計可以合理分配各案例理論知識點，避免內(nèi)容單一、訓(xùn)練內(nèi)容重復(fù)等問題出現(xiàn)，從而有效幫助學(xué)生系統(tǒng)性掌握自然資源監(jiān)測與分析理論知識框架及技術(shù)體系。

理論性：深入貫徹理論指導(dǎo)實踐理念，緊扣課程教學(xué)理論知識點設(shè)計編寫案例庫內(nèi)容，通過夯實學(xué)生理論基礎(chǔ)，助力學(xué)生運用理論知識解決實際問題能力提升[8]。

綜合性：案例是多個理論知識點的綜合應(yīng)用，較之一般例子，案例內(nèi)容要更為復(fù)雜、內(nèi)涵更為豐富，對案例的分析解決過程也更復(fù)雜，以此提升學(xué)生運用綜合知識解決問題的能力。

學(xué)生主體性：以學(xué)生為中心建立學(xué)生友好型案例庫[9]。以學(xué)生熟悉的領(lǐng)域為出發(fā)點設(shè)計案例內(nèi)容[10]，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，使其主動參與課堂討論、實踐探索甚至案例庫建設(shè)。

實踐性：案例內(nèi)容須貼合實際工程項目，案例配套實踐手冊須具有較強的可操作性，鍛煉并提升學(xué)生運用自然資源監(jiān)測與分析理論知識及技術(shù)方法解決實際工程問題的實踐能力。

啟發(fā)性：案例具備問題導(dǎo)向性，啟發(fā)學(xué)生思考分析解決問題，拓寬學(xué)生思維[11]。

典型性：案例取材應(yīng)著重選取實際工程實施過程會發(fā)生的代表性問題，以小窺大者最佳，不可為了設(shè)置問題而進行情景假定或選取偶然性問題[8]。

動態(tài)性：根據(jù)行業(yè)技術(shù)發(fā)展不斷更新案例內(nèi)容，保持案例內(nèi)容與時俱進；同時根據(jù)課堂實際效果、學(xué)生問題反饋等方式不斷優(yōu)化完善案例庫。

行業(yè)規(guī)范性：因測繪類專業(yè)具有較強的行業(yè)規(guī)范性，相關(guān)案例庫的建設(shè)必須符合行業(yè)項目生產(chǎn)技術(shù)標準，以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

（二）案例庫內(nèi)容設(shè)計

本文從自然資源監(jiān)測與分析現(xiàn)有相關(guān)課程資源存在的問題出發(fā)，依托教師實際主持參與的工程項目，遵循案例庫建設(shè)原則，進行教學(xué)案例庫頂層設(shè)計，確定案例主題，設(shè)計各案例內(nèi)容。最終確定“典型自然資源的調(diào)查與數(shù)據(jù)采集”“城市擴張邊界多尺度提取與分析”“城市建筑變化檢測與太陽能承載潛力評估”“土地利用變化監(jiān)測與情景模擬”“城市熱島時序遙感監(jiān)測與分析”“城市大氣污染源多源遙感監(jiān)測與分析”“林地覆蓋與長勢衛(wèi)星遙感監(jiān)測”和“湖泊水質(zhì)星地耦合監(jiān)測”共8 個專題案例，如圖1 所示。

圖1 自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)案例庫結(jié)構(gòu)

（三）案例庫建設(shè)流程

緊扣自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)目標，設(shè)置包括“案例選題”“內(nèi)容設(shè)計”“案例編寫”“教學(xué)實踐”及“優(yōu)化完善”的案例庫建設(shè)流程，如圖2 所示，建設(shè)自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)案例庫。案例選題來源于教師主持參與的實際工程項目，并融合了生產(chǎn)單位工程項目實施過程的典型問題。同時由理論基礎(chǔ)扎實的專業(yè)教師與實際工程項目執(zhí)行人共同設(shè)計并編寫課程教學(xué)案例庫，有效解決案例庫建設(shè)與實際工程項目脫節(jié)的問題。將案例庫應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐，開展案例教學(xué)，在教學(xué)實踐中不斷優(yōu)化完善案例庫。

圖2 自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)案例庫建設(shè)流程

二、案例教學(xué)實踐與成效

（一）課堂導(dǎo)入

采用問題導(dǎo)向教學(xué)法，將案例轉(zhuǎn)化為貼近學(xué)生生活的問題用于課堂導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生從實際生活出發(fā)理解自然資源監(jiān)測與分析可以解決的問題。例如，針對“城市大氣污染源多源遙感監(jiān)測與分析”案例，以公眾關(guān)注的空氣污染問題為切入點，設(shè)計“空氣污染的元兇可能是誰？”“空氣污染濃度值的變化可能與哪些因素有關(guān)？”及“自然資源中土地利用情況是否會影響空氣污染？”等環(huán)環(huán)相扣的問題，引出“自然資源監(jiān)測與分析在空氣污染治理方面可以做什么？”等該課程的行業(yè)應(yīng)用情況，激發(fā)學(xué)生好奇心，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解并掌握課程理論知識。讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)初始階段便能夠較好地掌握自然資源監(jiān)測框架，助力學(xué)生在實踐中直觀明了學(xué)懂弄通測繪地理信息理論知識與關(guān)鍵技術(shù)。

（二）課堂討論

將問題導(dǎo)向教學(xué)法和案例教學(xué)法相結(jié)合，形成案例引出、問題引導(dǎo)的問題導(dǎo)向教學(xué)模式（PBL 教學(xué)法）。例如，針對教師提供的“城市大氣污染源多源遙感監(jiān)測與分析”案例，學(xué)生就遙感反演土地利用變化、土地利用變化影響大氣污染機理等進行現(xiàn)場討論并做出總結(jié)，整個過程均有教師參與指導(dǎo)與引導(dǎo)。學(xué)生通過對實際問題討論解決的方式加深學(xué)生對所學(xué)課程知識點的熟悉、理解和應(yīng)用程度，培養(yǎng)對理論知識的理解能力和模型的構(gòu)建能力；并與實際應(yīng)用相聯(lián)系，擴展學(xué)生的學(xué)習(xí)視野和思維廣度，學(xué)會分析和處理短周期的實際問題。

（三）實踐操作

通過系統(tǒng)的案例實踐操作鍛煉學(xué)生運用理論知識分析解決問題的實踐能力。例如，讓學(xué)生對“城市大氣污染源多源遙感監(jiān)測與分析”案例中“基于遙感影像提取大氣污染源”“土地利用與大氣污染的關(guān)系分析”“大氣污染時空統(tǒng)計制圖”等部分進行實踐操作，并撰寫結(jié)果分析報告。學(xué)生在實操過程中不僅掌握了大氣污染時空統(tǒng)計制圖與分析的流程與方法，運用理論知識解決實際問題的能力也在潛移默化中得到提升。

（四）教學(xué)評價

為建設(shè)高質(zhì)量教學(xué)案例庫、提升課程案例教學(xué)效果，課程邀請校內(nèi)督導(dǎo)、行業(yè)專家對該課程進行聽課并點評；通過學(xué)生課堂表現(xiàn)、作業(yè)考核及成績評定等評判課程教學(xué)目標達成度；采取問卷調(diào)查等方式廣泛聽取學(xué)生對于案例庫的難易程度、案例是否有助于理論知識理解及案例庫與案例教學(xué)模式可以改進之處等方面的評價與意見，對案例庫內(nèi)容、教學(xué)方式方法等不斷改進優(yōu)化案例庫與案例教學(xué)模式。

（五）教學(xué)成效

通過案例教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性提高、實踐能力顯著提升，學(xué)生對該課程評價普遍較高（表1），選課人數(shù)從過去年均12 人增加至近30 人，90%以上的學(xué)生課程考核成績優(yōu)秀，教學(xué)目標達成度高。校內(nèi)督導(dǎo)認為案例教學(xué)促進了教師與學(xué)生的互動，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對該課程的評分均在優(yōu)秀以上。同行專家認為該課程可以有效提升學(xué)生實踐能力，緩解工程專業(yè)人才培養(yǎng)與實際用人需求脫節(jié)的問題；課程教學(xué)案例庫可以推廣至行業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)，提升從業(yè)人員理論與技術(shù)水平。通過案例教學(xué)，學(xué)生不僅思維得以拓寬，運用理論知識分析解決問題的實踐能力也顯著提升，從中獲得極大的成就感，對該課程的學(xué)習(xí)興趣高漲。

表1 自然資源監(jiān)測與分析課程部分學(xué)生評價

三、結(jié)束語

建設(shè)自然資源監(jiān)測與分析課程教學(xué)案例庫，并進行案例教學(xué)，有助于改善傳統(tǒng)課堂重理論輕實踐、人才培養(yǎng)目標達成度不高的問題，有效提升學(xué)生分析解決實際工程問題的實踐能力。但該案例庫目前僅涉及土地、森林和水體三大類資源，后續(xù)需進一步擴充完善礦產(chǎn)、草原、濕地和海域海島專題案例，形成可滿足自然資源調(diào)查監(jiān)測總體需求的完整案例庫，以滿足行業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的實際教學(xué)案例需要。