基于CDIO理念的国土资源遥感课程的案例教学法

孔春芳+张冬梅+董玉森+宋麦玲

摘 要：国土资源遥感是随着遥感技术的飞速发展而出现的一门新兴的边缘学科，也是遥感科学与技术专业的重要课程之一。文章提出在该课程教学过程中，采用国际先进的CDIO工程教育理念，把案例教学法贯穿到课堂教学中，通过设置系列的国土资源遥感应用案例，给学生营造一种近似真实的项目环境，让每个学生亲历构思、设计、实现与运作的完整项目过程，达到“学中做”与“做中学”的无缝结合。

关键词： CDIO；国土资源遥感；项目式案例教学；工程能力；创新能力

0 引 言

遥感科学与技术作为现代空间信息学的核心技术之一，正以前所未有的速度发展，并在军事、国土资源、林业、农业、渔业、矿产、减灾等行业具有重要的应用价值和市场前景[1]。国土资源遥感作为遥感科学与技术专业的一门专业必修课，是一门理论与实践相结合且技术性很强的课程。随着遥感技术的飞速发展，该课程的教学中出现一些矛盾，如：①遥感技术的飞速发展与教材更新缓慢之间的矛盾；②遥感技能与动手能力的培养与实践时间过少之间的矛盾；③遥感专业素质的培养与传统的授课方式及考核方式之间的矛盾。为了解决上述矛盾，提高学生的工程能力、专业技能及职业素养，我们引入CDIO工程教育理念，把案例教学法融入国土资源遥感课程教学中，以案例的形式进行教学改革、探索与实践，培养学生运用遥感科学与技术进行国土资源调查、灾害预警、矿产资源勘查等的专业技能和科学素养。

1 CDIO工程教育理念与案例教学法

CDIO是一种以工程项目设计为导向、创新能力培养为目标的教育模式，其目的是让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[2]；让学生亲历项目的构思（conceive）—设计（design）—实现（implement）—运作（operate）环节，实现“学中做”与“做中学”的有机结合[3]；注重培养学生的自学能力、动手能力、工程能力、创新能力、组织协调能力等综合职业素养[4]。

案例教学（case method）是一种以“项目为主线、教师为引导、学生为主体”的教学相长的教学方法[5]，教学过程中以项目为主线，引导学生以完成项目任务的形式完成知识体系的学习，鼓励学生能够主动提出问题、分析问题和解决问题，利用探究式的学习方式主动获得知识[6]。

2 第二次国土资源大调查案例驱动下的国土资源遥感课程教学改革

第二次国土资源大调查的主要目标之一是加强土地利用状况调查评价与监测，满足土地管理工作要求与经济建设需求[7]，其中，建立土地利用调查数据库工作是为了满足国土资源大调查而完成的一项基础工作。遥感科学与技术以其特有的能够提供全球覆盖的、不同分辨率的、多时相的地表信息，成为国土资源大调查数据源的获取方式。通过遥感数据，可以快速准确地获得主要城市和地区的耕地和建筑用地数据，配合土地执法检查，形成“天上看、地上查、网上管”的体系结构，为国土资源规划、管理、保护和合理利用服务。因此，我们选择土地利用调查数据库建库项目作为国土资源遥感案例之一，在CDIO工程教育理念的指导下，进行土地利用调查数据库建库的构思、设计、实现和运作，直至完成整个项目。

2.1 基于CDIO工程教育理念的土地利用调查数据建库案例的构思

在土地利用调查数据建库工作的构思阶段，按照完成项目模式，由教师担任项目负责人，将全班学生分为5～6组，各组成员分别担任不同的角色[8]；同时，根据土地利用调查数据建库工作的要求，充分做好组织、技术、资料、仪器设备和工具、各种表格等方面的准备工作，把项目需求和已有的项目资料发给每位学生，让每位学生都了解整个项目的需求并根据项目的需求，结合自己的特长或感兴趣的内容分别担任不同的角色。各组需要推选组长并拟定小组名称，根据分配的任务，领取任务进度卡，确定本组的详细任务目标和时间安排[8]。土地利用调查数据库建库的构思工作在课程的第1周内完成。

2.2 基于CDIO工程设计理念的土地利用调查数据建库案例的设计

土地利用调查数据库建库的设计阶段由师生共同完成，学生在全面分析现有研究基础和资料的前提下，按照国土资源部或各省市国土资源厅有关技术规定和实施细则，结合工作区实际情况，拟定技术设计书，然后有针对性地选择1～2个乡镇作研究区，通过不断总结经验，进一步修改和完善技术设计。设计土地利用调查数据库建库的具体流程如图1所示。

案例设计部分在整个项目教学中的作用至关重要，不仅包括土地利用调查数据库建库全部内容及具体流程，还包括局部的细节设计，如数据库表设计、数据采集技术流程设计、野外勘探工作路线设计、内业建库设计等。由于案例设计质量直接影响最终的学习效果与开发成果，因此这个阶段师生至少要用2周時间完成。

2.3 基于CDIO工程设计理念的土地利用调查数据建库案例的实施

按照每组学生设计的土地利用调查数据建库具体技术流程，就可以有计划、有步骤、分阶段、分片区（乡、镇）地全面实施项目各项工作；同时，为了有效控制这个阶段的实施过程，要求每个小组在该阶段建立科学的时间管理计划，合理地管理时间。

在项目的实施阶段，教师的主要工作是引导学生入门并激发学生深入学习的兴趣，提升学生发现问题和解决问题的能力[8]。学生需要按照每个项目组设计好的技术流程，把整个过程进行一遍。首先，根据教师提供的遥感影像数据，进行室内遥感影像解译，具体包括分析判读资料—建立判读标志—初步判读—确定分类系统—详细判读—输出判读草图；其次，进行外业调查核实，把前期输出的判读草图作为工作底图，按照设计阶段设计的外业调查路线，对判读草图进行调查和核实，同时，通过蒙片修改判读草图与工作底图，得到核查后的土地利用基础图件并在记录表中记录错判、误判的信息；第三，建立土地利用调查数据库，具体包括扫描核查后的土地利用基础图件—校正图件—空间数据采集—接边—拓扑造区—属性数据采集—面积评差—同类文件拼接—建立土地利用数据库；第四，数据汇总与报告编写，具体包括对建立的土地利用调查数据库进行逻辑检查—数据汇总—输出成果—编写土地利用调查报告；最后，提交成果，准备验收。验收阶段主要检查计算机重新汇总的各地类面积与上报面积的一致性，这也是第二次国土资源大调查的主要任务。除此之外，学生还需要根据项目的实验结果，撰写综合设计性实验报告，以此作为该案例的总结。

2.4 基于CDIO工程设计理念的土地利用调查数据建库案例的运作

运作阶段学生要完成的主要任务是以小组为单位进行答辩，演示自己的工作，交流心得体会；从项目准备、遥感影像处理、外业调查核实、土地利用调查数据库建库、数据汇总与报告编写、项目验收等方面，展示自己与小组成员在项目完成过程中所做的各项工作以及还有哪些不足、准备如何改进等。教师、组长、组员和班级同学分别评分，将最终成绩作为学生的课程期末考试成绩。这种多元化的考核方法更能凸显出学生的动手能力与创新能力。此外，教师需要就每个小组的完成情况给予点评与总结，并根据分析结果进一步完善案例，以便在下一轮的教学中取得更好的效果。

3 结 语

将CDIO工程教育理念与案例教学法融入国土资源遥感的课程教学中，以建立土地利用调查数据库项目为案例进行教学改革、探索与实践，让学生通过全程参与案例项目构思、设计、实现和运作，真正实现以科研项目为中心的学习方式；在教学过程中，始终贯穿“以项目为主线、教师为主导、学生为主体”的教学方针，鼓励学生自主学习、积极思考、勇于探索、分析问题、解决问题和加强团队协作。从教学效果看，这激发了学生学习国土资源遥感的兴趣，增强了学生学习的主动性、积极性与创造性，培养了学生的自主学习能力、解决问题能力、交流互动能力以及团队协作能力，进而形成一个融基础理论、实验教学和工程实践为一体的整体化培养机制，使得学生的基础知识、专业知识、科学素养、工程能力和创新能力都得到全面均衡的发展。

参考文献：

[1] 郭华东. 地球系统空间观测：从科学卫星到月基平台[J]. 遥感学报， 2016， 20（5）： 716-723.

[2] 李刚， 万幼川. 基于CDIO模式的“遥感原理与应用课程设计”创新型实验教学示范[J]. 测绘通报， 2015（1）： 134-136.

[3] 韩智， 张振虹， 李兴娟.基于CDIO理念的软件工程课程教学改革[J]. 计算机教育， 2010（11）： 56-59.

[4] 杨林， 万波， 方芳. 融合CDIO理念的“GIS软件工程”实践教学改革研究[J]. 测绘通报， 2015（12）： 118-121.

[5] 徐凱，宋麦玲，薛思清.项目驱动式案例教学法在“C程序设计”课程中的应用[J]. 长春理工大学学报（社会科学版）， 2011， 24（10）： 171-172.

[6] 霍丽华. 基于CDIO理念的项目教学法的探索与实践[J]. 科技创新导报， 2015， 12（9）： 203.

[7] 谢丽娟， 卢彦， 杨贇. 加强财务管理促进国土资源调查工作发展的建议[J]. 矿产保护与利用， 2008（4）： 6-8.

[8] 韩立华， 周颖， 胡畅霞. CDIO理念下工程项目教学案例开发与应用实践[J]. 计算机教育， 2015（24）： 139-143.

（编辑：宋文婷）