基于CDIO理念的國土資源遙感課程的案例教學(xué)法

孔春芳+張冬梅+董玉森+宋麥玲

摘 要：國土資源遙感是隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興的邊緣學(xué)科，也是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要課程之一。文章提出在該課程教學(xué)過程中，采用國際先進的CDIO工程教育理念，把案例教學(xué)法貫穿到課堂教學(xué)中，通過設(shè)置系列的國土資源遙感應(yīng)用案例，給學(xué)生營造一種近似真實的項目環(huán)境，讓每個學(xué)生親歷構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運作的完整項目過程，達到“學(xué)中做”與“做中學(xué)”的無縫結(jié)合。

關(guān)鍵詞： CDIO；國土資源遙感；項目式案例教學(xué)；工程能力；創(chuàng)新能力

0 引 言

遙感科學(xué)與技術(shù)作為現(xiàn)代空間信息學(xué)的核心技術(shù)之一，正以前所未有的速度發(fā)展，并在軍事、國土資源、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、礦產(chǎn)、減災(zāi)等行業(yè)具有重要的應(yīng)用價值和市場前景[1]。國土資源遙感作為遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是一門理論與實踐相結(jié)合且技術(shù)性很強的課程。隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，該課程的教學(xué)中出現(xiàn)一些矛盾，如：①遙感技術(shù)的飛速發(fā)展與教材更新緩慢之間的矛盾；②遙感技能與動手能力的培養(yǎng)與實踐時間過少之間的矛盾；③遙感專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)與傳統(tǒng)的授課方式及考核方式之間的矛盾。為了解決上述矛盾，提高學(xué)生的工程能力、專業(yè)技能及職業(yè)素養(yǎng)，我們引入CDIO工程教育理念，把案例教學(xué)法融入國土資源遙感課程教學(xué)中，以案例的形式進行教學(xué)改革、探索與實踐，培養(yǎng)學(xué)生運用遙感科學(xué)與技術(shù)進行國土資源調(diào)查、災(zāi)害預(yù)警、礦產(chǎn)資源勘查等的專業(yè)技能和科學(xué)素養(yǎng)。

1 CDIO工程教育理念與案例教學(xué)法

CDIO是一種以工程項目設(shè)計為導(dǎo)向、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教育模式，其目的是讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[2]；讓學(xué)生親歷項目的構(gòu)思（conceive）—設(shè)計（design）—實現(xiàn)（implement）—運作（operate）環(huán)節(jié)，實現(xiàn)“學(xué)中做”與“做中學(xué)”的有機結(jié)合[3]；注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動手能力、工程能力、創(chuàng)新能力、組織協(xié)調(diào)能力等綜合職業(yè)素養(yǎng)[4]。

案例教學(xué)（case method）是一種以“項目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)相長的教學(xué)方法[5]，教學(xué)過程中以項目為主線，引導(dǎo)學(xué)生以完成項目任務(wù)的形式完成知識體系的學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生能夠主動提出問題、分析問題和解決問題，利用探究式的學(xué)習(xí)方式主動獲得知識[6]。

2 第二次國土資源大調(diào)查案例驅(qū)動下的國土資源遙感課程教學(xué)改革

第二次國土資源大調(diào)查的主要目標(biāo)之一是加強土地利用狀況調(diào)查評價與監(jiān)測，滿足土地管理工作要求與經(jīng)濟建設(shè)需求[7]，其中，建立土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫工作是為了滿足國土資源大調(diào)查而完成的一項基礎(chǔ)工作。遙感科學(xué)與技術(shù)以其特有的能夠提供全球覆蓋的、不同分辨率的、多時相的地表信息，成為國土資源大調(diào)查數(shù)據(jù)源的獲取方式。通過遙感數(shù)據(jù)，可以快速準(zhǔn)確地獲得主要城市和地區(qū)的耕地和建筑用地數(shù)據(jù)，配合土地執(zhí)法檢查，形成“天上看、地上查、網(wǎng)上管”的體系結(jié)構(gòu)，為國土資源規(guī)劃、管理、保護和合理利用服務(wù)。因此，我們選擇土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫項目作為國土資源遙感案例之一，在CDIO工程教育理念的指導(dǎo)下，進行土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，直至完成整個項目。

2.1 基于CDIO工程教育理念的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫案例的構(gòu)思

在土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫工作的構(gòu)思階段，按照完成項目模式，由教師擔(dān)任項目負責(zé)人，將全班學(xué)生分為5～6組，各組成員分別擔(dān)任不同的角色[8]；同時，根據(jù)土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫工作的要求，充分做好組織、技術(shù)、資料、儀器設(shè)備和工具、各種表格等方面的準(zhǔn)備工作，把項目需求和已有的項目資料發(fā)給每位學(xué)生，讓每位學(xué)生都了解整個項目的需求并根據(jù)項目的需求，結(jié)合自己的特長或感興趣的內(nèi)容分別擔(dān)任不同的角色。各組需要推選組長并擬定小組名稱，根據(jù)分配的任務(wù)，領(lǐng)取任務(wù)進度卡，確定本組的詳細任務(wù)目標(biāo)和時間安排[8]。土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫的構(gòu)思工作在課程的第1周內(nèi)完成。

2.2 基于CDIO工程設(shè)計理念的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫案例的設(shè)計

土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫的設(shè)計階段由師生共同完成，學(xué)生在全面分析現(xiàn)有研究基礎(chǔ)和資料的前提下，按照國土資源部或各省市國土資源廳有關(guān)技術(shù)規(guī)定和實施細則，結(jié)合工作區(qū)實際情況，擬定技術(shù)設(shè)計書，然后有針對性地選擇1～2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作研究區(qū)，通過不斷總結(jié)經(jīng)驗，進一步修改和完善技術(shù)設(shè)計。設(shè)計土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫的具體流程如圖1所示。

案例設(shè)計部分在整個項目教學(xué)中的作用至關(guān)重要，不僅包括土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫全部內(nèi)容及具體流程，還包括局部的細節(jié)設(shè)計，如數(shù)據(jù)庫表設(shè)計、數(shù)據(jù)采集技術(shù)流程設(shè)計、野外勘探工作路線設(shè)計、內(nèi)業(yè)建庫設(shè)計等。由于案例設(shè)計質(zhì)量直接影響最終的學(xué)習(xí)效果與開發(fā)成果，因此這個階段師生至少要用2周時間完成。

2.3 基于CDIO工程設(shè)計理念的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫案例的實施

按照每組學(xué)生設(shè)計的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫具體技術(shù)流程，就可以有計劃、有步驟、分階段、分片區(qū)（鄉(xiāng)、鎮(zhèn)）地全面實施項目各項工作；同時，為了有效控制這個階段的實施過程，要求每個小組在該階段建立科學(xué)的時間管理計劃，合理地管理時間。

在項目的實施階段，教師的主要工作是引導(dǎo)學(xué)生入門并激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)的興趣，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力[8]。學(xué)生需要按照每個項目組設(shè)計好的技術(shù)流程，把整個過程進行一遍。首先，根據(jù)教師提供的遙感影像數(shù)據(jù)，進行室內(nèi)遙感影像解譯，具體包括分析判讀資料—建立判讀標(biāo)志—初步判讀—確定分類系統(tǒng)—詳細判讀—輸出判讀草圖；其次，進行外業(yè)調(diào)查核實，把前期輸出的判讀草圖作為工作底圖，按照設(shè)計階段設(shè)計的外業(yè)調(diào)查路線，對判讀草圖進行調(diào)查和核實，同時，通過蒙片修改判讀草圖與工作底圖，得到核查后的土地利用基礎(chǔ)圖件并在記錄表中記錄錯判、誤判的信息；第三，建立土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫，具體包括掃描核查后的土地利用基礎(chǔ)圖件—校正圖件—空間數(shù)據(jù)采集—接邊—拓撲造區(qū)—屬性數(shù)據(jù)采集—面積評差—同類文件拼接—建立土地利用數(shù)據(jù)庫；第四，數(shù)據(jù)匯總與報告編寫，具體包括對建立的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫進行邏輯檢查—數(shù)據(jù)匯總—輸出成果—編寫土地利用調(diào)查報告；最后，提交成果，準(zhǔn)備驗收。驗收階段主要檢查計算機重新匯總的各地類面積與上報面積的一致性，這也是第二次國土資源大調(diào)查的主要任務(wù)。除此之外，學(xué)生還需要根據(jù)項目的實驗結(jié)果，撰寫綜合設(shè)計性實驗報告，以此作為該案例的總結(jié)。

2.4 基于CDIO工程設(shè)計理念的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)建庫案例的運作

運作階段學(xué)生要完成的主要任務(wù)是以小組為單位進行答辯，演示自己的工作，交流心得體會；從項目準(zhǔn)備、遙感影像處理、外業(yè)調(diào)查核實、土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫建庫、數(shù)據(jù)匯總與報告編寫、項目驗收等方面，展示自己與小組成員在項目完成過程中所做的各項工作以及還有哪些不足、準(zhǔn)備如何改進等。教師、組長、組員和班級同學(xué)分別評分，將最終成績作為學(xué)生的課程期末考試成績。這種多元化的考核方法更能凸顯出學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新能力。此外，教師需要就每個小組的完成情況給予點評與總結(jié)，并根據(jù)分析結(jié)果進一步完善案例，以便在下一輪的教學(xué)中取得更好的效果。

3 結(jié) 語

將CDIO工程教育理念與案例教學(xué)法融入國土資源遙感的課程教學(xué)中，以建立土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)庫項目為案例進行教學(xué)改革、探索與實踐，讓學(xué)生通過全程參與案例項目構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，真正實現(xiàn)以科研項目為中心的學(xué)習(xí)方式；在教學(xué)過程中，始終貫穿“以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)方針，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、積極思考、勇于探索、分析問題、解決問題和加強團隊協(xié)作。從教學(xué)效果看，這激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)國土資源遙感的興趣，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性與創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決問題能力、交流互動能力以及團隊協(xié)作能力，進而形成一個融基礎(chǔ)理論、實驗教學(xué)和工程實踐為一體的整體化培養(yǎng)機制，使得學(xué)生的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、科學(xué)素養(yǎng)、工程能力和創(chuàng)新能力都得到全面均衡的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 郭華東. 地球系統(tǒng)空間觀測：從科學(xué)衛(wèi)星到月基平臺[J]. 遙感學(xué)報， 2016， 20（5）： 716-723.

[2] 李剛， 萬幼川. 基于CDIO模式的“遙感原理與應(yīng)用課程設(shè)計”創(chuàng)新型實驗教學(xué)示范[J]. 測繪通報， 2015（1）： 134-136.

[3] 韓智， 張振虹， 李興娟.基于CDIO理念的軟件工程課程教學(xué)改革[J]. 計算機教育， 2010（11）： 56-59.

[4] 楊林， 萬波， 方芳. 融合CDIO理念的“GIS軟件工程”實踐教學(xué)改革研究[J]. 測繪通報， 2015（12）： 118-121.

[5] 徐凱，宋麥玲，薛思清.項目驅(qū)動式案例教學(xué)法在“C程序設(shè)計”課程中的應(yīng)用[J]. 長春理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）， 2011， 24（10）： 171-172.

[6] 霍麗華. 基于CDIO理念的項目教學(xué)法的探索與實踐[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2015， 12（9）： 203.

[7] 謝麗娟， 盧彥， 楊贇. 加強財務(wù)管理促進國土資源調(diào)查工作發(fā)展的建議[J]. 礦產(chǎn)保護與利用， 2008（4）： 6-8.

[8] 韓立華， 周穎， 胡暢霞. CDIO理念下工程項目教學(xué)案例開發(fā)與應(yīng)用實踐[J]. 計算機教育， 2015（24）： 139-143.

（編輯：宋文婷）