“数字高程模型”课程教学改革探索与实践

摘 要 随着地理信息技术的飞速发展，“数字高程模型”已成为现代地学研究与应用的重要基础。作为GIS中描述地形要素特征的核心数据模型，DEM在地形分析、水文模拟、土地利用规划等诸多领域发挥着重要作用。然而，目前高校“数字高程模型”课程的教学仍然存在内容陈旧、方法单一等问题，难以满足日新月异的技术进步以及创新创业的需求。为了培养适应新时代发展的地理信息科学人才，深化“数字高程模型”课程教学改革势在必行。因此，文章立足教学实际，深入探索面向创新创业的“数字高程模型”课程教学创新路径，以期为地理信息科学教育的发展贡献绵薄之力。

关键词 “数字高程模型”课程；创新创业需求；教学改革；成效

中图分类号：G424 文献标识码：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 However， the current teaching of the "Digital Elevation Model" course in universities still faces problems such as outdated content and single methods， which are difficult to meet the needs of rapid technological progress and innovation and entrepreneurship.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

在地理空间信息科学日新月异的今天，数字高程模型（Digital Elevation Model， DEM）作为地理信息系统（GIS）的重要组成部分，正以其独特的地形表达与多维分析能力，深刻地影响着地形分析、环境监测、城市规划乃至灾害预警等多个领域的发展。DEM不仅承载着对地形要素特征的精细刻画，还为科学研究提供了丰富的地形数据基础，其在水文模拟、土地利用规划、工程勘察设计等领域的广泛应用，彰显了其不可替代的价值与地位。在此背景下，“数字高程模型”课程作为地理信息科学、测绘工程等相关专业的核心课程，肩负着培养具备扎实理论基础与实践操作能力的地理信息领域专业人才的重任。

1 “数字高程模型”课程教学现状

1.1 教学内容方面

“数字高程模型”课程教学内容的设置直接影响到学生的学习质量和教学效果。当前，该课程在教学内容方面还存在诸多问题：一是教学内容更新不及时，未能及时吸收数字高程模型技术领域的最新研究成果，缺乏融入面向创新创业的应用案例，导致学生所学的知识与学科前沿发展脱节，难以满足学生对前沿知识和技能的需求[1]；二是理论教学与实践教学脱节，重理论、轻实践，实践教学环节设置不足，学生缺乏动手实践的机会，难以深刻理解数字高程模型的工作原理和实际应用流程，无法将所学理论知识转化为解决实际问题的能力。

1.2 教学方法方面

目前，该课程在教学方法上还存在以下不足：一是教学方式单一，以教师讲授为主，缺乏师生互动和学生主动参与，难以调动学生学习的积极性和主动性；二是教学手段陈旧，多媒体网络运用不足，缺少在线教学资源、虚拟仿真实验等现代教育技术手段，不利于学生学习兴趣的提高和实践能力的培养[2]；三是教学模式传统，缺乏案例教学、项目驱动等先进教学模式，难以将理论知识与实际应用相结合，不利于学生综合运用能力的提升。这些问题的存在，导致“数字高程模型”课程教学难以适应信息时代学生的学习需求和学科发展需要，亟须进行改革与创新。

1.3 考核评价方面

目前该课程在考核评价方面还存在一些亟待解决的问题。首先，考核内容过于侧重对理论知识的考查，对学生实践能力和创新能力的评估明显不足，这种偏重理论的考核方式无法全面评价学生的综合素质和实际应用能力，不利于培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。其次，考核方式较为单一，主要采用期末笔试的形式，缺乏过程性评价和多元化评价。这种单一的评价模式难以有效督促学生的日常学习，不利于激发学生的学习兴趣和主动性[3]。

2 “数字高程模型”课程教学改革思路

2.1 优化教学内容

一方面，要加强教学内容的前沿性和时效性，及时将数字高程模型技术领域的最新研究成果和应用案例纳入教学内容，如高分辨率DEM的获取与处理技术、激光雷达点云数据的滤波与分类算法、基于深度学习的地形特征提取方法等，让学生了解和掌握学科前沿动态，提高学生的知识更新能力和创新意识。同时，可以融入创新创业教育理念，引导学生将所学知识应用于创新实践，鼓励学生参与教师科研项目、学科竞赛、创新创业训练计划等，培养学生的创新意识和创业能力[4]。另一方面，要强化教学内容的实践性和应用性，合理设置实践教学环节，增加实践学时比重，为学生提供更多动手实践的机会。教师可以在教学过程中引入实际工程项目案例，如水土流失分析、洪水淹没模拟等，组织学生参与项目的需求分析、数据处理、模型构建等环节，让学生在实践中深化对数字高程模型原理和方法的理解，提高其运用专业知识解决实际问题的能力。同时，要加强与其他学科的交叉融合，如地理学、遥感、测绘等，拓宽学生的知识视野和应用场景，培养学生的跨学科思维和综合应用能力。

2.2  创新教学方法

针对“数字高程模型”课程教学方法上存在的不足，亟须从教学方式、教学手段和教学模式三个方面进行全方位的创新和改革。首先，在教学方式上，要从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，采用启发式、讨论式、情景式等多种教学方式，鼓励学生主动提问、积极思考、踊跃发言，营造良好的师生互动氛围，激发学生的学习兴趣和主动性。其次，在教学手段上，要充分利用信息技术手段，开发和引入在线课程、虚拟仿真实验、交互式多媒体课件等数字化教学资源，为学生提供丰富多样、生动直观的学习体验，提高学生的实践动手能力和创新意识[5]。例如，可以开发“数字高程模型”虚拟实验平台，学生通过平台完成DEM数据的采集、处理、分析等实验操作，加深对数字高程模型原理和方法的理解。最后，在教学模式上，要大胆探索和应用案例教学、项目驱动教学等先进教学模式，将理论知识与实际应用紧密结合，以引导学生在具体的工程项目中学习知识、应用知识、创新知识，提高学生分析问题、解决问题的综合能力。

比如，在教学“数字高程模型的水文分析”模块时，教师可以引入“城市内涝灾害模拟与评估”的实际案例。首先，教师通过多媒体课件、视频资料等形式，生动讲解城市内涝灾害的成因、危害及数字高程模型在内涝模拟中的应用，激发学生的学习兴趣。随后，教师将学生分为若干小组，每组选取一个具体的城市区域，利用高分辨率DEM数据和水文分析模型，模拟不同降雨情景下的内涝淹没过程，并评估内涝灾害的影响范围和损失程度。在项目实施过程中，教师提供必要的指导和帮助，组织小组间的交流和讨论，鼓励学生提出创新的思路和方法。最后，各小组汇报项目成果，教师点评总结，学生互评反思，巩固和提升学习效果。通过这样的案例驱动、项目引领的教学设计，学生不仅掌握了数字高程模型水文分析的理论知识和技术方法，还培养了团队协作、创新实践的综合素质和能力，为今后在相关领域从事科研和工程工作奠定了坚实的基础。

2.3 完善考核评价体系

为了克服“数字高程模型”课程考核评价存在的局限性，需要从考核内容和考核方式两个维度来系统完善和优化考核评价体系。在考核内容上，要兼顾理论知识和实践能力的考查，合理设置考核内容的比例和难度。一方面，要考查学生对数字高程模型基本概念、原理方法的掌握程度，设计客观题、简答题等考核形式，评估学生的知识理解和掌握水平[6]；另一方面，要注重考查学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力，通过实践操作、项目报告、场景模拟等考核形式，评估学生的动手实践和创新应用能力。

在考核方式上，要构建多元化、过程性的考核评价机制，综合运用形成性评价与总结性评价、定性评价与定量评价等多种方式，全面、动态地评估学生的学习效果和能力提升。一方面，要重视过程性评价，综合考查学生课堂听讲、作业完成、实践操作等多方面的表现，并及时给予反馈和指导；另一方面，要注重学生的自我评价和同伴互评，引导学生主动反思学习过程，相互评议学习成果，培养学生的自主学习意识和批判性思维能力。

除了常规课程考核外，还要注重创新创业教学环节的考核与评价。针对创新创业实践项目，可采用过程性评价与结果性评价相结合的方式，设置创新性、可行性等多维度指标，全面考查学生的创新创业能力。通过项目策划书、阶段性进展报告、成果展示等环节，评估学生在创新思维、问题解决、团队协作、商业计划等方面的表现，引导学生将专业知识与创业实践相结合，提升学生的创新精神和创业能力。例如，在“基于无人机倾斜摄影的三维城市建模”创新创业项目考核中，可设置以下考核环节和指标：项目策划书（创新性、可行性、市场需求分析等），占30%；阶段性进展报告（数据采集与处理、模型构建与优化、可视化表达等），占30%；最终成果展示（三维城市模型的完整性、精细度、应用场景等），占40%。在各环节中，邀请企业导师和创业校友参与评审，从技术实现、商业模式、市场前景等角度给予点评和指导，帮助学生优化完善项目方案。最终，综合各环节得分，评定项目等级，优秀项目可推荐孵化，并在学生综合测评中予以加分，以激励学生投入创新创业实践。

3 “数字高程模型”课程教学改革的成效

随着地理信息技术的迅猛发展，“数字高程模型”课程作为地理信息科学教育的核心组成部分，其教学改革的探索与实践已展现出显著成效。首先，教学方法的创新为“数字高程模型”课程注入了新的活力。启发式、讨论式、参与式等多样化教学方式的运用，营造了一个活跃、互动的课堂氛围，有效促进了师生之间的思想碰撞与知识交流[7]。同时，信息技术手段的广泛应用，如在线课程、虚拟仿真实验、交互式多媒体课件等，不仅丰富了教学资源，还为学生提供了更加直观、生动的学习体验，极大地提高了学生的实践动手能力和创新意识。其次，考核评价体系的完善为全面、客观地评价学生的学习成效提供了有力保障。这种综合性的考核评价方式，不仅促进了学生知识体系的全面发展，还培养了学生的自主学习意识和批判性思维能力，为学生在地理信息科学领域的精耕细作奠定了坚实的综合素质基础。最后，创新创业教育的有机融合，激发了学生的创新潜能和创业热情。通过参与创新创业项目，学生将专业知识与实践应用紧密结合，在解决实际问题的过程中培养了创新意识、团队协作精神以及领导力，增强了学生的社会适应能力和就业竞争力。

4 结语

综上所述，“数字高程模型”课程的教学改革是一项系统而复杂的工程，需要从教学内容、教学方法、考核评价等多个维度进行整体设计和系统优化。通过提升教学内容的前沿性、创新教学方法的多样性、完善考核评价的科学性，不断提高课程教学质量和人才培养水平。展望未来，随着地理信息科学的发展和社会需求的增长，“数字高程模型”课程教学改革仍任重道远，需要不断探索和创新，与时俱进，以适应新时代地理信息人才培养的新要求。

基金项目：陕西省自然科学基金项目（2021JM-161）；G312线苦水至界牌村段新改建项目（220226240131）；中央高校基本科研业务资助项目（300102269201，300102299206）。

参考文献

[1] 李吉，王小书，史超，等.测绘工程专业教学模式改革与实践[J].科技创新与品牌，2023（2）：78-80.

[2] 宋萍，孙广通，朱红.“双创”背景下测绘工程专业GIS课程教学改革研究[J].科技资讯，2023（2）：152-155.

[3] 杨容浩，李少达，秦岩宾，等.测绘工程专业新工科课程体系改革实践[J].高教学刊，2023（12）：124-127，131.

[4] 谢涛彪.测绘工程专业教学模式改革与实践[J].科技创新与品牌，2023（2）：78-80.

[5] 周拥军，段海娟.工程测量教学改革与课程思政建设的思考与实践[J].高等建筑教育，2022（6）：110-115.

[6] 梁艳.职业技能大赛驱动下的测绘类专业教学改革研究与实践[J].创新创业理论研究与实践，2022（16）：63-65.

[7] 侯建国，司海燕，杨泽运，等.新工科背景下测绘工程专业人才培养模式改革与实践[J].测绘与空间地理信息，2022（10）：5-8.