基于CBL农业工程案例教学

穆卫谊 单鱼洋 孙燕 曲植

摘 要：为提高农业工程专业的教学质量，培养更多卓越的复合型专业人才，结合农业领域内大量典型案例，提出基于CBL的农业工程案例教学改革方法。以案例为基础，以学生为主体，以问题为引导，探讨了CBL教学模式和教学设计过程，设计了基于过程+技能+课堂+互评+考试的综合评价方法。以农情遥感监测为例，设定课程主要内容和难点，根据学生的学科方向进行分组案例讨论。授课结果表明，采用CBL教学法激发了学生主动学习的兴趣，提高了分析问题和解决问题的能力，更重要的是学生的实践能力和创新能力也有所提高。

关键词：CBL教学法；教学与评价；农业工程；农情遥感

中图分类号：S2  文献标识码：A

Abstract：In order to improve the teaching quality of agricultural engineering major and cultivate more excellent compound professional talents，combined with a large number of typical cases in the agricultural field，the CBL teaching method is proposed with the case based，studentcentered and problem oriented.Further the CBL teaching model and teaching design process are discussed and a comprehensive evaluation method based on process+skill+classroom+mutual evaluation +examination are designed.Taking remote sensing monitoring of agricultural conditions as an example，the main content and difficulties of the course were set，and case discussions were conducted in groups according to the subject direction of students.The teaching results showed that the CBL teaching method stimulated students' interest in active learning and improved their ability to analyze and solve problems.More importantly，students' practical ability and innovation ability have been improved.

Keywords：CBL teaching method；Teaching and evaluation；agricultural engineering；Remote sensing of agricultural conditions

傳统教学法（Lecturebased Learning，LBL）在教学过程中教师以板书、课件、模型和多媒体等授课方式为主，学生以听、记、做和考等学习方式为主，课堂上重讲授、轻学习，重理论、轻实践，缺乏师生互动［1］。学生被动接收知识，缺乏自主学习动力，欠缺创新思维能力，缺乏团队合作精神，难以激发学生学习兴趣，教师的“教”与学生的“学”相分离，教师授课效果与学生学习效果均无法保障。

而案例教学法（CaseBased Learning，CBL）是通过模拟、重现或者设定实践生活中的一些场景，“以案例为基础，以学生为主体，以问题为引导”，通过教师引导让学生沉浸在案例场景之中，以分组讨论、研讨和辩论等方式来进行学习的一种教学方法；是一种主动式、开放式、互动式的新型教学方式，具有启发性、探索性和实践性，可以有效提高学生发现问题、分析问题、总结和解决问题的能力，还可以激发学生学习的热情，强化学生的理论知识，注重理论联系实际，提升学生解决问题能力的综合素质。

CBL教学法于1870年由美国哈佛法学院院长克里斯托弗.哥伦布.朗代尔（C.C.Langdell）提出［2］，并迅速传播到世界许多地方。案例教学最早用于医学、法学和工商管理等学科，取得了良好的效果。随着新课改的推进，近年来，工学结合教学所占比例也逐渐扩大，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。

在CBL中，教师不再只是“知识的传播者”，而是成为学习规划者、陪伴者、观察者、促进者、引导者、答疑者和评估者；实现知识体系可视化、教学活动个性化、技能操练实际化及绩效评价透明化，最终师生通力合作，制定和完成高质量的案例式学习框架。

农业工程历经原始农业工程、传统农业工程和现代农业工程3个阶段的发展，是一个实践性很强的学科。该学科包含了农业机械化及其自动化工程、农业水利工程、农业电气化工程、土地整治工程、农业建筑环境与能源工程、农业智能装备工程等方向［3］，所涉及的均是工程类研究与教学，具有雄厚的工程实践背景，为案例教学的展开提供了基础保证，案例教学已成为其课堂上必不可少的组成部分。

经过多年的实践，农业工程专业课堂的案例教學已经取得明显的成效。但案例教学在我国高校教学实践中尚未得到应有的重视，如何提高案例教学在高等教育中的应用既是机遇与挑战，也是目前高等教育迫切需要解决的关键问题之一。

1 基于CBL的农业工程教学模式

在农业工程案例教学中，所使用的案例既不是编出来讲道理的故事，也不是写出来阐明事实的事例，而是为了达成明确教学目的，基于一定农业工程发展所面临的重大现实问题而展开的工程项目和研究项目进行编写的案例。优秀的教学案例应具备系统性、理论性、综合性、学生主体性、实践性、启发性、典型性、动态性、规范性［4］。

1.1 农业工程CBL教学模式

常用的农业工程案例教学模式包含演绎式、归纳式、讲座式、辩论式、混合式等几种。

1.1.1 演绎式农业工程CBL教学模式

演绎式遵循自顶向下的思路，包含农业工程典型案例的设计、组织、实施、评价等环节，一般直接给出案例问题的解决策略，然后再通过对案例进行演绎和验证，使学生通过农业工程相关理论知识逐步分析、解决案例问题，达到知识的应用与巩固的目的。教学过程中教师需紧密结合农业工程教学知识网络架构，深挖理论知识点间的关系，明确农业工程课程案例学习目标和内容，回答案例要解决的主要问题；结合学生平时上课的表现，创新课堂教学方法，灵活组织课堂教学，鼓励学生主动表达想法，积极表扬学生创新见解，概括评价学生课堂表现，课后认真总结。

1.1.2 归纳式农业工程CBL教学模式

归纳式遵循自底向上的思路，包含农业工程大量案例簇的收集、归类、讨论、总结和评价等环节，一般先提出问题，不给具体的策略，利用专业知识对案例簇进行学习和分析，教师引导，学生互动，共同总结，形成解决问题的方法。教学过程中教师需要收集大量典型案例，有意识地对案例进行分类，引导学生参与案例的学习、分析和讨论，鼓励学生积极思考，踊跃表达自己的观点，概括赞成/反对观点，对学生的观点进行补充，综合评价教学效果。

1.1.3 讲座式农业工程CBL教学模式

讲座式是通过线上、线下混合方式邀请业内专家、学者和企业嘉宾进行现场讲解、讨论和交流，强调现场感，是一种以学生为主体的开放式教学方法，不拘泥于农业工程教材内容固定章节，不仅可以让学生直面业内专家，通过深度接触业内专家学习和交流，增强专业信心和兴趣，还可以有效解决传统案例教学中案例内容陈旧、感知间接、无法得到信息反馈等弊端。教师需合理组织和安排教学过程，确认课程主题，提前向学生介绍案例背景，让学生不断参与互动，调动学生学习的主动性和积极性，以提高教学效果。

1.1.4 辩论式农业工程CBL教学模式

辩论式案例教学的出现，可有效推动教学模式的巨大发展，激发学生学习的激情，这种方式又被称为“苏格拉底式教学方法”［5］。教师提出问题后，学生通过查找资料和相互合作的方式，针对问题论点进行分析和总结；教师通过组织和引导学生进行积极辩论，相互阐述各自的观点，教师再提出更深层次的问题，引导学生逐步深入，帮助学生对农业工程理论知识的学习和思考，并从中提高学生对农业工程问题的分析能力和解决能力。教师需抓住课堂知识重点，对所涉及的农业工程知识进行深入的研究与分析。辩论结束后，教师需要总结辩论成果，对相关的知识进行补充、阐述和总结，帮助学生对农业工程案例中涉及的知识进行更加系统性的认识，优化教学过程，提高教学水平。

1.2 农业工程CBL教学设计

教学设计是课堂教学的基本特征，是保证教学质量的基本要求。农业工程涉及专业面宽，内容广泛，课程知识点多，案例工程特点明显，在宏观上设计农业工程案例教学设计应包含以下元素：

1.2.1 教学目标设计

教学目标是预期学生通过教学可以获得的教学结果，包含教学目标、学生学情、教材和文献等教学资源等几个方面。教学目标对于教学过程十分重要，应定位在学生预期学习的成果上，根据农业工程教学重点、难点和属性的不同，可以将教学目标分为认知目标、情感目标、能力目标、素质目标、思政目标等多个维度。农业工程涉及多个学科，学生基础和前期知识各不相同，对学生学情分析十分必要。首先应对班级学生生源、先修知识和学科情况进行收集和分析，有针对性地设计CBL教学目标，学情分析可通过教学机构或者问卷调查的方式实施；在学情分析基础上，依据教学目标，有针对性地整理参考教材、文献和案例集等教学资料，与学生共享教学资料，便于学生课前预习和课后复习。

1.2.2 教学内容设计

与传统教学方式不同，CBL教学内容设计主要包含教学案例背景、主题、细节、结果和分析等内容设计。背景应涉及案例故事发生的时间、地点、条件、原因和其重要性；主题应包含对案例问题的认识、理解和实践，强调教学重点、难点；案例细节往往涉及较多，这里应根据教学需求进行有目的的筛选，有针对性地选择能够反映主题的特定内容、明细和梳理教学关键细节；结果应从教师、学生和教学过程三个方面分别实施，总结教学效果；分析包含对案例的分析、学生学习的分析、教学效果的分析，可以是师生互评，也可以是督导和专家点评。

1.2.3 教学过程设计

教学过程是一个特殊的认识过程，是一个促进学生身心发展的过程，是认识过程、心理过程和社会过程的复合体，包含授课计划、授课方法、教学大纲和教学日历等。其中授课计划应明确教学课时、学分、时间、地点；授课方法应明确每节课所采用的具体方法、设计教学板书和教学环节，细化教学呈现方式；教学大纲应总结整体和每节课程的教学目的、内容和方式；最终形成明确的教学日历。CBL教学过程设计应从情境设计—问题提出—自主探究—互作交流—总结反思—應用迁移等六个部分来进行统筹设计，引导学生主动思考、探索、讨论、总结案例知识点。

1.2.4 教学重难点设计

重难点是教学中要解决的重要问题，农业工程教学重点是指学科内容中最基本、最重要的知识和技能，包含农业工程的基本概念、原理、定理、定律、公式和模型，及完成农业工程学科所需要的基础知识、基本技能、常用技能和技巧。而农业工程教学难点是指在教学中最难讲清楚、学生难理解、易产生错误认识的内容，包含抽象的和具体的知识难点、认知难点、技能难点。在教学过程设计中采用合理、灵活的教学方法是突破重难点、保证教学质量的关键。CBL教学过程中，可采用案例理论分析、试验验证、模拟仿真、效果评价、应用举例等多种方式展开，使学生融入案例体验、体会、感受变化过程，认识、分析、理解重点难点知识，结合课后报告、编程、仿真、试验等作业任务强化学习成果。

1.2.5 教学方式设计

为了丰富教学环节，增加课堂的趣味性，CBL的教学方式可通过基于案例场景设计的方式、基于活动方式、基于PBL（Problembased learning）方式等展开。其中案例场景设计是通过场景设计、案例模拟、案例重现、理论分析、实践考核等步骤完成教学设计；基于活动方式是根据教学目标和内容，组织专家/教师/学生进行演讲、讨论、辩论等教学活动，从知识分析、理解、运用、参与度等方面进行教学评价；基于PBL方式是根据案例所设定的特定问题，组织学生进行分组阐述、讨论、质疑、评比、打分和总结等环节来进行的教学方式。

1.2.6 CBL教学评价设计

农业工程教学涉及知识、技能、工程应用等多个方面。传统的考核方式通常以闭卷形式为主，卷面成绩占比通常大于60%，试卷内容偏重于理论知识［6］，此评价方式注重结果评价，无法检验学生对课程学习的掌握程度。因此，CBL教学评价提出将过程评价、技能评价、课堂评价、相互评价、考试评价相结合的综合信息评价方法。其中过程评价占比20%，评价学生在CBL问题分析、讨论、参与度等方面是否抓住关键问题点；技能评价占比30%，从学生对农业工程基本软件的使用和熟悉程度、课内汇报效果等方面实施；课堂评价占比10%，从学生课堂案例观点的阐述情况、团队合作情况、出勤率等方面实施［7］；相互评价占比10%，通过匿名问卷、调查、打分等方式实施；考试评价占比30%，通过理论考试或者课后论文报告来检验学生对理论知识的掌握程度。CBL教学评价是由20%过程+30%技能+10%课堂+10%互评+30%考试构成的综合评价方法，强调学习过程，并重实践技能与理论掌握情况，考虑课堂与互评，最大限度地完善课程评价方法。

1.3 CBL教学优缺点

1.3.1 CBL的优势

（1）以真实案例为切入点，启发式教学，学生参与热情高；（2）以学生为主导，注重学生主体性、自主性的发挥；（3）教学过程鼓励学生主动思考、交流、合作，培养学生团队精神；（4）注重实务，强调学生分析问题、处理问题和解决问题的能力。

1.3.2 案例教学的局限性

（1）案例的完整展开受课堂时间和所在空间的限制，案例片段化和肢解化普遍；（2）案例多，但是典型案例缺乏，难以形成系列化、系统化规模，理论深度不够；（3）学生参与度高，案例知识点无法均等设置；（4）对教师和学生的要求较高，案例教学实施难度较大［8］。

2 基于CBL的农情遥感监测教学设计

2.1 教学目标设计

2.1.1 教学目标

认知目标：（1）了解农情监测指标体系；（2）了解常见遥感方法。情感目标：（1）我国农情遥感发展的必要性和重要性；（2）未来农情遥感发展的趋势。能力目标：（1）掌握现有农情遥感的方法和技术手段；（2）学习农情数据分析和建模方法。素质目标：（1）学习遥感案例中各项规章制度，提升身心素质；（2）拓展专业知识，增强专业素质；（3）参与案例讨论，分享个人观点，提升人文素质。思政目标：（1）学习中国特色农业发展的重要性；（2）深刻理解和把握农业农村现代化的丰富内涵。

2.1.2 学情分析

结合本校农业工程招生情况，统计农业工程案例选课学生在农业机械化及其自动化工程、农业水利工程、农业电气化工程、土地整治工程、农业建筑环境与能源工程、农业智能装备工程等方向的分布情况，通过教学系统查看各学科学生先修知识情况，收集农情遥感监测中机械、电气、农水、生物学科的应用等案例，完善教学目标。

2.2 教学内容设计

2.2.1 背景

整理目前农情遥感监测文献资料，设定遥感发展现状、问题、趋势等背景学习任务，按照航天遥感、航空遥感、地面遥感，对收集国内外案例资料进行整理归类后按照分组派发给学生，让学生提前预习资料。

2.2.2 主题及细节

以遥感监测项目为案例，确定农情卫星遥感监测方法、无人机农情遥感监测方法［9］，卫星+无人机多源融合遥感监测方法（难点）为主要内容，细分卫星深空成像技术、无人机光谱成像技术、数据传输技术、数据融合技术等讨论细节，设定资源卫星、测绘卫星、环卫卫星、高分卫星等卫星遥测融合方法，高光谱、多光谱、可见光等无人机遥感融合方法，无人机集群遥感监测技术，遥感与地面量测融合的“空天地”农情监测方法等深层次讨论主题。

2.3 教学过程设计

课时设定为2课时，采用线下案例教学的方式展开，按照学科差异，将学生分为机械装备、电气、农水、生物能源4个小组，每组根据学生对课前分享案例的学习，依据专业特长展开论述、分析和总结计15分钟，然后，其他组进行补充和完善计10分钟。授课过程中以学生为主，教师扮演引导、协助和难点解答的角色。课后，各组对各自内容进行总结，并以报告的形式提交作业。

2.4 课堂教学结论

通过教学过程，得出以下结论：（1）水情、苗青、病情、虫情、墒情和土情是农情监测的主要指标；（2）卫星遥感具有信息丰富、观测尺度大、实现性强以及高可靠性等突出优点，但是，由于卫星高空分辨率低、波段少，易造成异物同谱，同谱异物、估算精度低等缺陷；（3）而无人机成像技术以其小尺度、高分辨率、丰富的波段数量和图谱结合的遥感影像等优势，使高精度的农作物估产成为可能；（4）结合卫星与无人机技术，利用无人机遥感技术填补卫星遥感在测量尺度上的空缺，探索多尺度灌区苗情、病情、虫情、墒情、水情、耕地质量等农情遥感综合监测技术，对实现作物生产全过程的可视化、自动化与数字化的发展趋势具有重要意义；（5）卫星遥感与无人机集群遥感数据的时空尺度的匹配、拼接、校正難度较大，可采用模糊推理、混合粒子群与人工智能等算法；（6）展开无人机集群协作农情遥感监测的协同任务分配、规划、决策与路径规划研究对优化无人机的稳定性、抗风险性、载荷和续航能力，提升农情遥感监测的效率与精度十分必要。

2.5 教学评价

通过本项目的研究，了解国内外农业工程案例教学的发展趋势，紧跟国际发展前沿，抓住国家农业工程发展的需求，结合农业工程典型案例，把案例教学融入农业工程教学环节，理论联系实际，塑造学生的工程应用与创新能力，提高教师的业务素质，强化案例教学与理论教学的联系。

通过收集大量农情遥感监测案例，撰写了教学计划和相关资料，开展了线下教学，以学生为主体，实施课前预习，课中组内互助、组间补充，课后总结，教师全过程引导、协助和答疑。通过对各组在课程中的论述、程序和成果展示、组间互评、课后作业等方面进行综合评价打分（见下表）。

通过上表综合打分情况可知，机械装备组得分最高，主要得益于机械组在装备技术方面的优势；而生物能源组在过程评价中得分最高，主要得益于在遥感监测指标上具有长期的研究和先修知识积累。总体上，各组同学之间相互合作取得了较为理想的成绩，达到的预期的教学目标。

3 结论

本文提出了一种基于CBL的农业工程案例教学法，对教学方法进行了探讨和分析，并以农情遥感监测为例进行了授课设计与实施。通过启发式导引，学生积极参与、勇于发言，提高了学生学习的积极主动性，激发了学生对课程浓厚的学习兴趣和深刻的理解；提高学生的基本素质和理论知识；锻炼了学生动手能力和语言文字表达能力；改进了教师理论教学的不足，实现教学相长。

要在有限的课堂时间内完成教学工作，提高学生的工程实践与创新能力，案例教学是必不可少的环节，要在实践中给予重视。在农业工程教学中引入案例教学，其难度与工作量远大于经济、文史、管理等方面的教学，且很多教师对案例教学模式不太适应，这也成为教师运用案例教学中面临的困难、挑战与机遇。

参考文献：

［1］王文举，张玄，姜中敏.基于虚拟仿真技术的案例教学法创新实践教学研究［J］.教育教学论坛，2020（35）：322324.

［2］曹一梅，赵迪，肖朝英，等.新时代财政学课程的案例教学模式探析［J］.科技资讯，2022，20（7）：189192.

［3］赵娜，黄宇，秦龙，等.创新创业背景下农业工程专业本科毕业设计教学改革实践与探索［J］.农业工程，2022，12（2）：112115.

［4］邹滨，胡晨霞，冯徽徽，等.自然资源监测与分析课程教学案例库建设与实践［J］.高教学刊，2022，8（31）：97100.

［5］李秀鹏.苏格拉底式教学法研究［J］.科教导刊，2022（13）：3234.

［6］彭朋，刘伟峰，曹晓倩，等.基于CDIOPBL教学模式的微处理器与嵌入式系统课程教学改革探讨［J］.高教学刊，2022，8（27）：138141.

［7］娄锋.计量经济学案例教学中存在的主要问题及对策研究［J］.科技风，2022（32）：121123，154.

［8］杨维琴，关盛梅，杨雪梅.案例教学与问题教学的整合研究——以社会工作理论教学为例［J］.职业技术，2015，14（10）：6465，47.

［9］庄齐枫.《遥感原理与应用》启发式案例教学方法实践［J］.科技风，2021（28）：9193.

基金：西安理工大学教育教学改革研究项目（项目编号：xqj1907）

作者简介：穆卫谊（1988— ），男，汉族，陕西西安人，博士，讲师，研究方向：智能农业装备相关科研及教学。