“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)改革探索與實踐

摘 要 隨著地理信息技術(shù)的飛速發(fā)展，“數(shù)字高程模型”已成為現(xiàn)代地學(xué)研究與應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。作為GIS中描述地形要素特征的核心數(shù)據(jù)模型，DEM在地形分析、水文模擬、土地利用規(guī)劃等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，目前高?！皵?shù)字高程模型”課程的教學(xué)仍然存在內(nèi)容陳舊、方法單一等問題，難以滿足日新月異的技術(shù)進(jìn)步以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求。為了培養(yǎng)適應(yīng)新時代發(fā)展的地理信息科學(xué)人才，深化“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)改革勢在必行。因此，文章立足教學(xué)實際，深入探索面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)創(chuàng)新路徑，以期為地理信息科學(xué)教育的發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。

關(guān)鍵詞 “數(shù)字高程模型”課程；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)需求；教學(xué)改革；成效

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.27.033

Exploration and Practice of Teaching Reform in the Course of

"Digital Elevation Model"

WANG Lixia1， YANG Yun1， LIU Zhao2

（1. College of Geological Engineering and Geomatics， Chang'an University， Xi'an， Shaanxi 710054;

2. School of Water and Environment， Chang'an University， Xi'an， Shaanxi 710054）

Abstract With the rapid development of geographic information technology， the "digital elevation model" has become an important foundation for modern geological research and application. As the core data model for describing terrain features in GIS， DEM plays an important role in many fields such as terrain analysis， hydrological simulation， and land use planning. However， the current teaching of the "Digital Elevation Model" course in universities still faces problems such as outdated content and single methods， which are difficult to meet the needs of rapid technological progress and innovation and entrepreneurship. In order to cultivate geographic information science talents who can adapt to the development of the new era， it is imperative to deepen the teaching reform of the "Digital Elevation Model" course. Therefore， this article will be based on teaching practice and explore in depth the innovative path of teaching the "Digital Elevation Model" course for innovation and entrepreneurship， in order to contribute to the development of geographic information science education.

Keywords course on "Digital Elevation Model"; innovation and entrepreneurship needs; reform in education; results

在地理空間信息科學(xué)日新月異的今天，數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model， DEM）作為地理信息系統(tǒng)（GIS）的重要組成部分，正以其獨特的地形表達(dá)與多維分析能力，深刻地影響著地形分析、環(huán)境監(jiān)測、城市規(guī)劃乃至災(zāi)害預(yù)警等多個領(lǐng)域的發(fā)展。DEM不僅承載著對地形要素特征的精細(xì)刻畫，還為科學(xué)研究提供了豐富的地形數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其在水文模擬、土地利用規(guī)劃、工程勘察設(shè)計等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，彰顯了其不可替代的價值與地位。在此背景下，“數(shù)字高程模型”課程作為地理信息科學(xué)、測繪工程等相關(guān)專業(yè)的核心課程，肩負(fù)著培養(yǎng)具備扎實理論基礎(chǔ)與實踐操作能力的地理信息領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的重任。

1 “數(shù)字高程模型”課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容方面

“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和教學(xué)效果。當(dāng)前，該課程在教學(xué)內(nèi)容方面還存在諸多問題：一是教學(xué)內(nèi)容更新不及時，未能及時吸收數(shù)字高程模型技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，缺乏融入面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的應(yīng)用案例，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的知識與學(xué)科前沿發(fā)展脫節(jié)，難以滿足學(xué)生對前沿知識和技能的需求[1]；二是理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)，重理論、輕實踐，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置不足，學(xué)生缺乏動手實踐的機(jī)會，難以深刻理解數(shù)字高程模型的工作原理和實際應(yīng)用流程，無法將所學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。

1.2 教學(xué)方法方面

目前，該課程在教學(xué)方法上還存在以下不足：一是教學(xué)方式單一，以教師講授為主，缺乏師生互動和學(xué)生主動參與，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性；二是教學(xué)手段陳舊，多媒體網(wǎng)絡(luò)運用不足，缺少在線教學(xué)資源、虛擬仿真實驗等現(xiàn)代教育技術(shù)手段，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高和實踐能力的培養(yǎng)[2]；三是教學(xué)模式傳統(tǒng)，缺乏案例教學(xué)、項目驅(qū)動等先進(jìn)教學(xué)模式，難以將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，不利于學(xué)生綜合運用能力的提升。這些問題的存在，導(dǎo)致“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)難以適應(yīng)信息時代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和學(xué)科發(fā)展需要，亟須進(jìn)行改革與創(chuàng)新。

1.3 考核評價方面

目前該課程在考核評價方面還存在一些亟待解決的問題。首先，考核內(nèi)容過于側(cè)重對理論知識的考查，對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的評估明顯不足，這種偏重理論的考核方式無法全面評價學(xué)生的綜合素質(zhì)和實際應(yīng)用能力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力。其次，考核方式較為單一，主要采用期末筆試的形式，缺乏過程性評價和多元化評價。這種單一的評價模式難以有效督促學(xué)生的日常學(xué)習(xí)，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性[3]。

2 “數(shù)字高程模型”課程教學(xué)改革思路

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

一方面，要加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時效性，及時將數(shù)字高程模型技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果和應(yīng)用案例納入教學(xué)內(nèi)容，如高分辨率DEM的獲取與處理技術(shù)、激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)的濾波與分類算法、基于深度學(xué)習(xí)的地形特征提取方法等，讓學(xué)生了解和掌握學(xué)科前沿動態(tài)，提高學(xué)生的知識更新能力和創(chuàng)新意識。同時，可以融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于創(chuàng)新實踐，鼓勵學(xué)生參與教師科研項目、學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力[4]。另一方面，要強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容的實踐性和應(yīng)用性，合理設(shè)置實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加實踐學(xué)時比重，為學(xué)生提供更多動手實踐的機(jī)會。教師可以在教學(xué)過程中引入實際工程項目案例，如水土流失分析、洪水淹沒模擬等，組織學(xué)生參與項目的需求分析、數(shù)據(jù)處理、模型構(gòu)建等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實踐中深化對數(shù)字高程模型原理和方法的理解，提高其運用專業(yè)知識解決實際問題的能力。同時，要加強(qiáng)與其他學(xué)科的交叉融合，如地理學(xué)、遙感、測繪等，拓寬學(xué)生的知識視野和應(yīng)用場景，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和綜合應(yīng)用能力。

2.2  創(chuàng)新教學(xué)方法

針對“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)方法上存在的不足，亟須從教學(xué)方式、教學(xué)手段和教學(xué)模式三個方面進(jìn)行全方位的創(chuàng)新和改革。首先，在教學(xué)方式上，要從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變，采用啟發(fā)式、討論式、情景式等多種教學(xué)方式，鼓勵學(xué)生主動提問、積極思考、踴躍發(fā)言，營造良好的師生互動氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。其次，在教學(xué)手段上，要充分利用信息技術(shù)手段，開發(fā)和引入在線課程、虛擬仿真實驗、交互式多媒體課件等數(shù)字化教學(xué)資源，為學(xué)生提供豐富多樣、生動直觀的學(xué)習(xí)體驗，提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識[5]。例如，可以開發(fā)“數(shù)字高程模型”虛擬實驗平臺，學(xué)生通過平臺完成DEM數(shù)據(jù)的采集、處理、分析等實驗操作，加深對數(shù)字高程模型原理和方法的理解。最后，在教學(xué)模式上，要大膽探索和應(yīng)用案例教學(xué)、項目驅(qū)動教學(xué)等先進(jìn)教學(xué)模式，將理論知識與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，以引導(dǎo)學(xué)生在具體的工程項目中學(xué)習(xí)知識、應(yīng)用知識、創(chuàng)新知識，提高學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力。

比如，在教學(xué)“數(shù)字高程模型的水文分析”模塊時，教師可以引入“城市內(nèi)澇災(zāi)害模擬與評估”的實際案例。首先，教師通過多媒體課件、視頻資料等形式，生動講解城市內(nèi)澇災(zāi)害的成因、危害及數(shù)字高程模型在內(nèi)澇模擬中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨后，教師將學(xué)生分為若干小組，每組選取一個具體的城市區(qū)域，利用高分辨率DEM數(shù)據(jù)和水文分析模型，模擬不同降雨情景下的內(nèi)澇淹沒過程，并評估內(nèi)澇災(zāi)害的影響范圍和損失程度。在項目實施過程中，教師提供必要的指導(dǎo)和幫助，組織小組間的交流和討論，鼓勵學(xué)生提出創(chuàng)新的思路和方法。最后，各小組匯報項目成果，教師點評總結(jié)，學(xué)生互評反思，鞏固和提升學(xué)習(xí)效果。通過這樣的案例驅(qū)動、項目引領(lǐng)的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生不僅掌握了數(shù)字高程模型水文分析的理論知識和技術(shù)方法，還培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作、創(chuàng)新實踐的綜合素質(zhì)和能力，為今后在相關(guān)領(lǐng)域從事科研和工程工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.3 完善考核評價體系

為了克服“數(shù)字高程模型”課程考核評價存在的局限性，需要從考核內(nèi)容和考核方式兩個維度來系統(tǒng)完善和優(yōu)化考核評價體系。在考核內(nèi)容上，要兼顧理論知識和實踐能力的考查，合理設(shè)置考核內(nèi)容的比例和難度。一方面，要考查學(xué)生對數(shù)字高程模型基本概念、原理方法的掌握程度，設(shè)計客觀題、簡答題等考核形式，評估學(xué)生的知識理解和掌握水平[6]；另一方面，要注重考查學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力，通過實踐操作、項目報告、場景模擬等考核形式，評估學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

在考核方式上，要構(gòu)建多元化、過程性的考核評價機(jī)制，綜合運用形成性評價與總結(jié)性評價、定性評價與定量評價等多種方式，全面、動態(tài)地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力提升。一方面，要重視過程性評價，綜合考查學(xué)生課堂聽講、作業(yè)完成、實踐操作等多方面的表現(xiàn)，并及時給予反饋和指導(dǎo)；另一方面，要注重學(xué)生的自我評價和同伴互評，引導(dǎo)學(xué)生主動反思學(xué)習(xí)過程，相互評議學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和批判性思維能力。

除了常規(guī)課程考核外，還要注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)的考核與評價。針對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目，可采用過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合的方式，設(shè)置創(chuàng)新性、可行性等多維度指標(biāo)，全面考查學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。通過項目策劃書、階段性進(jìn)展報告、成果展示等環(huán)節(jié)，評估學(xué)生在創(chuàng)新思維、問題解決、團(tuán)隊協(xié)作、商業(yè)計劃等方面的表現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)知識與創(chuàng)業(yè)實踐相結(jié)合，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力。例如，在“基于無人機(jī)傾斜攝影的三維城市建?！眲?chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目考核中，可設(shè)置以下考核環(huán)節(jié)和指標(biāo)：項目策劃書（創(chuàng)新性、可行性、市場需求分析等），占30%；階段性進(jìn)展報告（數(shù)據(jù)采集與處理、模型構(gòu)建與優(yōu)化、可視化表達(dá)等），占30%；最終成果展示（三維城市模型的完整性、精細(xì)度、應(yīng)用場景等），占40%。在各環(huán)節(jié)中，邀請企業(yè)導(dǎo)師和創(chuàng)業(yè)校友參與評審，從技術(shù)實現(xiàn)、商業(yè)模式、市場前景等角度給予點評和指導(dǎo)，幫助學(xué)生優(yōu)化完善項目方案。最終，綜合各環(huán)節(jié)得分，評定項目等級，優(yōu)秀項目可推薦孵化，并在學(xué)生綜合測評中予以加分，以激勵學(xué)生投入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐。

3 “數(shù)字高程模型”課程教學(xué)改革的成效

隨著地理信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，“數(shù)字高程模型”課程作為地理信息科學(xué)教育的核心組成部分，其教學(xué)改革的探索與實踐已展現(xiàn)出顯著成效。首先，教學(xué)方法的創(chuàng)新為“數(shù)字高程模型”課程注入了新的活力。啟發(fā)式、討論式、參與式等多樣化教學(xué)方式的運用，營造了一個活躍、互動的課堂氛圍，有效促進(jìn)了師生之間的思想碰撞與知識交流[7]。同時，信息技術(shù)手段的廣泛應(yīng)用，如在線課程、虛擬仿真實驗、交互式多媒體課件等，不僅豐富了教學(xué)資源，還為學(xué)生提供了更加直觀、生動的學(xué)習(xí)體驗，極大地提高了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識。其次，考核評價體系的完善為全面、客觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成效提供了有力保障。這種綜合性的考核評價方式，不僅促進(jìn)了學(xué)生知識體系的全面發(fā)展，還培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和批判性思維能力，為學(xué)生在地理信息科學(xué)領(lǐng)域的精耕細(xì)作奠定了堅實的綜合素質(zhì)基礎(chǔ)。最后，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的有機(jī)融合，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新潛能和創(chuàng)業(yè)熱情。通過參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，學(xué)生將專業(yè)知識與實踐應(yīng)用緊密結(jié)合，在解決實際問題的過程中培養(yǎng)了創(chuàng)新意識、團(tuán)隊協(xié)作精神以及領(lǐng)導(dǎo)力，增強(qiáng)了學(xué)生的社會適應(yīng)能力和就業(yè)競爭力。

4 結(jié)語

綜上所述，“數(shù)字高程模型”課程的教學(xué)改革是一項系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，需要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價等多個維度進(jìn)行整體設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化。通過提升教學(xué)內(nèi)容的前沿性、創(chuàng)新教學(xué)方法的多樣性、完善考核評價的科學(xué)性，不斷提高課程教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平。展望未來，隨著地理信息科學(xué)的發(fā)展和社會需求的增長，“數(shù)字高程模型”課程教學(xué)改革仍任重道遠(yuǎn)，需要不斷探索和創(chuàng)新，與時俱進(jìn)，以適應(yīng)新時代地理信息人才培養(yǎng)的新要求。

基金項目：陜西省自然科學(xué)基金項目（2021JM-161）；G312線苦水至界牌村段新改建項目（220226240131）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)資助項目（300102269201，300102299206）。

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