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(shí)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(shì)在必行。因此，文章立足教學(xué)實(shí)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(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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 However， the current teaching of the "Digital Elevation Model" course in universities still faces problems such as outdated content and single methods， which are difficult to meet the needs of rapid technological progress and innovation and entrepreneurship.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(dú)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(cè)、城市規(guī)劃乃至災(zāi)害預(yù)警等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。DEM不僅承載著對(duì)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(jì)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，彰顯了其不可替代的價(jià)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(cè)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(shí)理論基礎(chǔ)與實(shí)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(shí)，未能及時(shí)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(shí)與學(xué)科前沿發(fā)展脫節(jié)，難以滿足學(xué)生對(duì)前沿知識(shí)和技能的需求[1]；二是理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，重理論、輕實(shí)踐，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置不足，學(xué)生缺乏動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，難以深刻理解數(shù)字高程模型的工作原理和實(shí)際應(yīng)用流程，無法將所學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)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(dòng)和學(xué)生主動(dòng)參與，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；二是教學(xué)手段陳舊，多媒體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用不足，缺少在線教學(xué)資源、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)教學(xué)模式，難以將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，不利于學(xué)生綜合運(yùn)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(shí)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(píng)價(jià)方面

目前該課程在考核評(píng)價(jià)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(duì)理論知識(shí)的考查，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的評(píng)估明顯不足，這種偏重理論的考核方式無法全面評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用能力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)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(píng)價(jià)和多元化評(píng)價(jià)。這種單一的評(píng)價(jià)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(dòng)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(shí)效性，及時(shí)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(diǎn)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(dòng)態(tài)，提高學(xué)生的知識(shí)更新能力和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，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(shí)應(yīng)用于創(chuàng)新實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)業(yè)能力[4]。另一方面，要強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性和應(yīng)用性，合理設(shè)置實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加實(shí)踐學(xué)時(shí)比重，為學(xué)生提供更多動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。教師可以在教學(xué)過程中引入實(shí)際工程項(xiàng)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(xiàng)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(shí)踐中深化對(duì)數(shù)字高程模型原理和方法的理解，提高其運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，要加強(qiáng)與其他學(xué)科的交叉融合，如地理學(xué)、遙感、測(cè)繪等，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野和應(yīng)用場(chǎng)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(duì)“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(gè)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(lì)學(xué)生主動(dòng)提問、積極思考、踴躍發(fā)言，營(yíng)造良好的師生互動(dòng)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)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(shí)驗(yàn)、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(dòng)直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)[5]。例如，可以開發(fā)“數(shù)字高程模型”虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生通過平臺(tái)完成DEM數(shù)據(jù)的采集、處理、分析等實(shí)驗(yàn)操作，加深對(duì)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)等先進(jìn)教學(xué)模式，將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，以引導(dǎo)學(xué)生在具體的工程項(xiàng)目中學(xué)習(xí)知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、創(chuàng)新知識(shí)，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(shí)，教師可以引入“城市內(nèi)澇災(zāi)害模擬與評(píng)估”的實(shí)際案例。首先，教師通過多媒體課件、視頻資料等形式，生動(dòng)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(gè)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(píng)估內(nèi)澇災(zāi)害的影響范圍和損失程度。在項(xiàng)目實(shí)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(lì)學(xué)生提出創(chuàng)新的思路和方法。最后，各小組匯報(bào)項(xiàng)目成果，教師點(diǎn)評(píng)總結(jié)，學(xué)生互評(píng)反思，鞏固和提升學(xué)習(xí)效果。通過這樣的案例驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目引領(lǐng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅掌握了數(shù)字高程模型水文分析的理論知識(shí)和技術(shù)方法，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新實(shí)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 完善考核評(píng)價(jià)體系

為了克服“數(shù)字高程模型”課程考核評(píng)價(jià)存在的局限性，需要從考核內(nèi)容和考核方式兩個(gè)維度來系統(tǒng)完善和優(yōu)化考核評(píng)價(jià)體系。在考核內(nèi)容上，要兼顧理論知識(shí)和實(shí)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(duì)數(shù)字高程模型基本概念、原理方法的掌握程度，設(shè)計(jì)客觀題、簡(jiǎn)答題等考核形式，評(píng)估學(xué)生的知識(shí)理解和掌握水平[6]；另一方面，要注重考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，通過實(shí)踐操作、項(xiàng)目報(bào)告、場(chǎng)景模擬等考核形式，評(píng)估學(xué)生的動(dòng)手實(shí)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(píng)價(jià)機(jī)制，綜合運(yùn)用形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)、定性評(píng)價(jià)與定量評(píng)價(jià)等多種方式，全面、動(dòng)態(tài)地評(píng)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(píng)價(jià)，綜合考查學(xué)生課堂聽講、作業(yè)完成、實(shí)踐操作等多方面的表現(xiàn)，并及時(shí)給予反饋和指導(dǎo)；另一方面，要注重學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和同伴互評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)反思學(xué)習(xí)過程，相互評(píng)議學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)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(píng)價(jià)。針對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目，可采用過程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)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(xiàng)目策劃書、階段性進(jìn)展報(bào)告、成果展示等環(huán)節(jié)，評(píng)估學(xué)生在創(chuàng)新思維、問題解決、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、商業(yè)計(jì)劃等方面的表現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)知識(shí)與創(chuàng)業(yè)實(shí)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模”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目考核中，可設(shè)置以下考核環(huán)節(jié)和指標(biāo)：項(xiàng)目策劃書（創(chuàng)新性、可行性、市場(chǎng)需求分析等），占30%；階段性進(jìn)展報(bào)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(chǎng)景等），占40%。在各環(huán)節(jié)中，邀請(qǐng)企業(yè)導(dǎo)師和創(chuàng)業(yè)校友參與評(píng)審，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)、商業(yè)模式、市場(chǎng)前景等角度給予點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)，幫助學(xué)生優(yōu)化完善項(xiàng)目方案。最終，綜合各環(huán)節(jié)得分，評(píng)定項(xiàng)目等級(jí)，優(yōu)秀項(xiàng)目可推薦孵化，并在學(xué)生綜合測(cè)評(píng)中予以加分，以激勵(lì)學(xué)生投入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)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(shí)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(yùn)用，營(yíng)造了一個(gè)活躍、互動(dòng)的課堂氛圍，有效促進(jìn)了師生之間的思想碰撞與知識(shí)交流[7]。同時(shí)，信息技術(shù)手段的廣泛應(yīng)用，如在線課程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、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(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，極大地提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。其次，考核評(píng)價(jià)體系的完善為全面、客觀地評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方式，不僅促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)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(shí)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(jiān)實(shí)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(xiàng)目，學(xué)生將專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合，在解決實(shí)際問題的過程中培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及領(lǐng)導(dǎo)力，增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，“數(shù)字高程模型”課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)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(píng)價(jià)等多個(gè)維度進(jìn)行整體設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)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(huì)需求的增長(zhǎng)，“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(shí)俱進(jìn)，以適應(yīng)新時(shí)代地理信息人才培養(yǎng)的新要求。

基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2021JM-161）；G312線苦水至界牌村段新改建項(xiàng)目（220226240131）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)資助項(xiàng)目（300102269201，300102299206）。

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