基于CBL農業工程案例教學

穆衛誼 單魚洋 孫燕 曲植

摘?要：為提高農業工程專業的教學質量，培養更多卓越的復合型專業人才，結合農業領域內大量典型案例，提出基于CBL的農業工程案例教學改革方法。以案例為基礎，以學生為主體，以問題為引導，探討了CBL教學模式和教學設計過程，設計了基于過程+技能+課堂+互評+考試的綜合評價方法。以農情遙感監測為例，設定課程主要內容和難點，根據學生的學科方向進行分組案例討論。授課結果表明，采用CBL教學法激發了學生主動學習的興趣，提高了分析問題和解決問題的能力，更重要的是學生的實踐能力和創新能力也有所提高。

關鍵詞：CBL教學法；教學與評價；農業工程；農情遙感

中圖分類號：S2??文獻標識碼：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

傳統教學法（Lecturebased?Learning，LBL）在教學過程中教師以板書、課件、模型和多媒體等授課方式為主，學生以聽、記、做和考等學習方式為主，課堂上重講授、輕學習，重理論、輕實踐，缺乏師生互動［1］。學生被動接收知識，缺乏自主學習動力，欠缺創新思維能力，缺乏團隊合作精神，難以激發學生學習興趣，教師的“教”與學生的“學”相分離，教師授課效果與學生學習效果均無法保障。

而案例教學法（CaseBased?Learning，CBL）是通過模擬、重現或者設定實踐生活中的一些場景，“以案例為基礎，以學生為主體，以問題為引導”，通過教師引導讓學生沉浸在案例場景之中，以分組討論、研討和辯論等方式來進行學習的一種教學方法；是一種主動式、開放式、互動式的新型教學方式，具有啟發性、探索性和實踐性，可以有效提高學生發現問題、分析問題、總結和解決問題的能力，還可以激發學生學習的熱情，強化學生的理論知識，注重理論聯系實際，提升學生解決問題能力的綜合素質。

CBL教學法于1870年由美國哈佛法學院院長克里斯托弗.哥倫布.朗代爾（C.C.Langdell）提出［2］，并迅速傳播到世界許多地方。案例教學最早用于醫學、法學和工商管理等學科，取得了良好的效果。隨著新課改的推進，近年來，工學結合教學所占比例也逐漸擴大，被認為是代表未來教育方向的一種成功教育方法。

在CBL中，教師不再只是“知識的傳播者”，而是成為學習規劃者、陪伴者、觀察者、促進者、引導者、答疑者和評估者；實現知識體系可視化、教學活動個性化、技能操練實際化及績效評價透明化，最終師生通力合作，制定和完成高質量的案例式學習框架。

農業工程歷經原始農業工程、傳統農業工程和現代農業工程3個階段的發展，是一個實踐性很強的學科。該學科包含了農業機械化及其自動化工程、農業水利工程、農業電氣化工程、土地整治工程、農業建筑環境與能源工程、農業智能裝備工程等方向［3］，所涉及的均是工程類研究與教學，具有雄厚的工程實踐背景，為案例教學的展開提供了基礎保證，案例教學已成為其課堂上必不可少的組成部分。

經過多年的實踐，農業工程專業課堂的案例教學已經取得明顯的成效。但案例教學在我國高校教學實踐中尚未得到應有的重視，如何提高案例教學在高等教育中的應用既是機遇與挑戰，也是目前高等教育迫切需要解決的關鍵問題之一。

1?基于CBL的農業工程教學模式

在農業工程案例教學中，所使用的案例既不是編出來講道理的故事，也不是寫出來闡明事實的事例，而是為了達成明確教學目的，基于一定農業工程發展所面臨的重大現實問題而展開的工程項目和研究項目進行編寫的案例。優秀的教學案例應具備系統性、理論性、綜合性、學生主體性、實踐性、啟發性、典型性、動態性、規范性［4］。

1.1?農業工程CBL教學模式

常用的農業工程案例教學模式包含演繹式、歸納式、講座式、辯論式、混合式等幾種。

1.1.1?演繹式農業工程CBL教學模式

演繹式遵循自頂向下的思路，包含農業工程典型案例的設計、組織、實施、評價等環節，一般直接給出案例問題的解決策略，然后再通過對案例進行演繹和驗證，使學生通過農業工程相關理論知識逐步分析、解決案例問題，達到知識的應用與鞏固的目的。教學過程中教師需緊密結合農業工程教學知識網絡架構，深挖理論知識點間的關系，明確農業工程課程案例學習目標和內容，回答案例要解決的主要問題；結合學生平時上課的表現，創新課堂教學方法，靈活組織課堂教學，鼓勵學生主動表達想法，積極表揚學生創新見解，概括評價學生課堂表現，課后認真總結。

1.1.2?歸納式農業工程CBL教學模式

歸納式遵循自底向上的思路，包含農業工程大量案例簇的收集、歸類、討論、總結和評價等環節，一般先提出問題，不給具體的策略，利用專業知識對案例簇進行學習和分析，教師引導，學生互動，共同總結，形成解決問題的方法。教學過程中教師需要收集大量典型案例，有意識地對案例進行分類，引導學生參與案例的學習、分析和討論，鼓勵學生積極思考，踴躍表達自己的觀點，概括贊成/反對觀點，對學生的觀點進行補充，綜合評價教學效果。

1.1.3?講座式農業工程CBL教學模式

講座式是通過線上、線下混合方式邀請業內專家、學者和企業嘉賓進行現場講解、討論和交流，強調現場感，是一種以學生為主體的開放式教學方法，不拘泥于農業工程教材內容固定章節，不僅可以讓學生直面業內專家，通過深度接觸業內專家學習和交流，增強專業信心和興趣，還可以有效解決傳統案例教學中案例內容陳舊、感知間接、無法得到信息反饋等弊端。教師需合理組織和安排教學過程，確認課程主題，提前向學生介紹案例背景，讓學生不斷參與互動，調動學生學習的主動性和積極性，以提高教學效果。

1.1.4?辯論式農業工程CBL教學模式

辯論式案例教學的出現，可有效推動教學模式的巨大發展，激發學生學習的激情，這種方式又被稱為“蘇格拉底式教學方法”［5］。教師提出問題后，學生通過查找資料和相互合作的方式，針對問題論點進行分析和總結；教師通過組織和引導學生進行積極辯論，相互闡述各自的觀點，教師再提出更深層次的問題，引導學生逐步深入，幫助學生對農業工程理論知識的學習和思考，并從中提高學生對農業工程問題的分析能力和解決能力。教師需抓住課堂知識重點，對所涉及的農業工程知識進行深入的研究與分析。辯論結束后，教師需要總結辯論成果，對相關的知識進行補充、闡述和總結，幫助學生對農業工程案例中涉及的知識進行更加系統性的認識，優化教學過程，提高教學水平。

1.2?農業工程CBL教學設計

教學設計是課堂教學的基本特征，是保證教學質量的基本要求。農業工程涉及專業面寬，內容廣泛，課程知識點多，案例工程特點明顯，在宏觀上設計農業工程案例教學設計應包含以下元素：

1.2.1?教學目標設計

教學目標是預期學生通過教學可以獲得的教學結果，包含教學目標、學生學情、教材和文獻等教學資源等幾個方面。教學目標對于教學過程十分重要，應定位在學生預期學習的成果上，根據農業工程教學重點、難點和屬性的不同，可以將教學目標分為認知目標、情感目標、能力目標、素質目標、思政目標等多個維度。農業工程涉及多個學科，學生基礎和前期知識各不相同，對學生學情分析十分必要。首先應對班級學生生源、先修知識和學科情況進行收集和分析，有針對性地設計CBL教學目標，學情分析可通過教學機構或者問卷調查的方式實施；在學情分析基礎上，依據教學目標，有針對性地整理參考教材、文獻和案例集等教學資料，與學生共享教學資料，便于學生課前預習和課后復習。

1.2.2?教學內容設計

與傳統教學方式不同，CBL教學內容設計主要包含教學案例背景、主題、細節、結果和分析等內容設計。背景應涉及案例故事發生的時間、地點、條件、原因和其重要性；主題應包含對案例問題的認識、理解和實踐，強調教學重點、難點；案例細節往往涉及較多，這里應根據教學需求進行有目的的篩選，有針對性地選擇能夠反映主題的特定內容、明細和梳理教學關鍵細節；結果應從教師、學生和教學過程三個方面分別實施，總結教學效果；分析包含對案例的分析、學生學習的分析、教學效果的分析，可以是師生互評，也可以是督導和專家點評。

1.2.3?教學過程設計

教學過程是一個特殊的認識過程，是一個促進學生身心發展的過程，是認識過程、心理過程和社會過程的復合體，包含授課計劃、授課方法、教學大綱和教學日歷等。其中授課計劃應明確教學課時、學分、時間、地點；授課方法應明確每節課所采用的具體方法、設計教學板書和教學環節，細化教學呈現方式；教學大綱應總結整體和每節課程的教學目的、內容和方式；最終形成明確的教學日歷。CBL教學過程設計應從情境設計—問題提出—自主探究—互作交流—總結反思—應用遷移等六個部分來進行統籌設計，引導學生主動思考、探索、討論、總結案例知識點。

1.2.4?教學重難點設計

重難點是教學中要解決的重要問題，農業工程教學重點是指學科內容中最基本、最重要的知識和技能，包含農業工程的基本概念、原理、定理、定律、公式和模型，及完成農業工程學科所需要的基礎知識、基本技能、常用技能和技巧。而農業工程教學難點是指在教學中最難講清楚、學生難理解、易產生錯誤認識的內容，包含抽象的和具體的知識難點、認知難點、技能難點。在教學過程設計中采用合理、靈活的教學方法是突破重難點、保證教學質量的關鍵。CBL教學過程中，可采用案例理論分析、試驗驗證、模擬仿真、效果評價、應用舉例等多種方式展開，使學生融入案例體驗、體會、感受變化過程，認識、分析、理解重點難點知識，結合課后報告、編程、仿真、試驗等作業任務強化學習成果。

1.2.5?教學方式設計

為了豐富教學環節，增加課堂的趣味性，CBL的教學方式可通過基于案例場景設計的方式、基于活動方式、基于PBL（Problembased?learning）方式等展開。其中案例場景設計是通過場景設計、案例模擬、案例重現、理論分析、實踐考核等步驟完成教學設計；基于活動方式是根據教學目標和內容，組織專家/教師/學生進行演講、討論、辯論等教學活動，從知識分析、理解、運用、參與度等方面進行教學評價；基于PBL方式是根據案例所設定的特定問題，組織學生進行分組闡述、討論、質疑、評比、打分和總結等環節來進行的教學方式。

1.2.6?CBL教學評價設計

農業工程教學涉及知識、技能、工程應用等多個方面。傳統的考核方式通常以閉卷形式為主，卷面成績占比通常大于60%，試卷內容偏重于理論知識［6］，此評價方式注重結果評價，無法檢驗學生對課程學習的掌握程度。因此，CBL教學評價提出將過程評價、技能評價、課堂評價、相互評價、考試評價相結合的綜合信息評價方法。其中過程評價占比20%，評價學生在CBL問題分析、討論、參與度等方面是否抓住關鍵問題點；技能評價占比30%，從學生對農業工程基本軟件的使用和熟悉程度、課內匯報效果等方面實施；課堂評價占比10%，從學生課堂案例觀點的闡述情況、團隊合作情況、出勤率等方面實施［7］；相互評價占比10%，通過匿名問卷、調查、打分等方式實施；考試評價占比30%，通過理論考試或者課后論文報告來檢驗學生對理論知識的掌握程度。CBL教學評價是由20%過程+30%技能+10%課堂+10%互評+30%考試構成的綜合評價方法，強調學習過程，并重實踐技能與理論掌握情況，考慮課堂與互評，最大限度地完善課程評價方法。

1.3?CBL教學優缺點

1.3.1?CBL的優勢

（1）以真實案例為切入點，啟發式教學，學生參與熱情高；（2）以學生為主導，注重學生主體性、自主性的發揮；（3）教學過程鼓勵學生主動思考、交流、合作，培養學生團隊精神；（4）注重實務，強調學生分析問題、處理問題和解決問題的能力。

1.3.2?案例教學的局限性

（1）案例的完整展開受課堂時間和所在空間的限制，案例片段化和肢解化普遍；（2）案例多，但是典型案例缺乏，難以形成系列化、系統化規模，理論深度不夠；（3）學生參與度高，案例知識點無法均等設置；（4）對教師和學生的要求較高，案例教學實施難度較大［8］。

2?基于CBL的農情遙感監測教學設計

2.1?教學目標設計

2.1.1?教學目標

認知目標：（1）了解農情監測指標體系；（2）了解常見遙感方法。情感目標：（1）我國農情遙感發展的必要性和重要性；（2）未來農情遙感發展的趨勢。能力目標：（1）掌握現有農情遙感的方法和技術手段；（2）學習農情數據分析和建模方法。素質目標：（1）學習遙感案例中各項規章制度，提升身心素質；（2）拓展專業知識，增強專業素質；（3）參與案例討論，分享個人觀點，提升人文素質。思政目標：（1）學習中國特色農業發展的重要性；（2）深刻理解和把握農業農村現代化的豐富內涵。

2.1.2?學情分析

結合本校農業工程招生情況，統計農業工程案例選課學生在農業機械化及其自動化工程、農業水利工程、農業電氣化工程、土地整治工程、農業建筑環境與能源工程、農業智能裝備工程等方向的分布情況，通過教學系統查看各學科學生先修知識情況，收集農情遙感監測中機械、電氣、農水、生物學科的應用等案例，完善教學目標。

2.2?教學內容設計

2.2.1?背景

整理目前農情遙感監測文獻資料，設定遙感發展現狀、問題、趨勢等背景學習任務，按照航天遙感、航空遙感、地面遙感，對收集國內外案例資料進行整理歸類后按照分組派發給學生，讓學生提前預習資料。

2.2.2?主題及細節

以遙感監測項目為案例，確定農情衛星遙感監測方法、無人機農情遙感監測方法［9］，衛星+無人機多源融合遙感監測方法（難點）為主要內容，細分衛星深空成像技術、無人機光譜成像技術、數據傳輸技術、數據融合技術等討論細節，設定資源衛星、測繪衛星、環衛衛星、高分衛星等衛星遙測融合方法，高光譜、多光譜、可見光等無人機遙感融合方法，無人機集群遙感監測技術，遙感與地面量測融合的“空天地”農情監測方法等深層次討論主題。

2.3?教學過程設計

課時設定為2課時，采用線下案例教學的方式展開，按照學科差異，將學生分為機械裝備、電氣、農水、生物能源4個小組，每組根據學生對課前分享案例的學習，依據專業特長展開論述、分析和總結計15分鐘，然后，其他組進行補充和完善計10分鐘。授課過程中以學生為主，教師扮演引導、協助和難點解答的角色。課后，各組對各自內容進行總結，并以報告的形式提交作業。

2.4?課堂教學結論

通過教學過程，得出以下結論：（1）水情、苗青、病情、蟲情、墑情和土情是農情監測的主要指標；（2）衛星遙感具有信息豐富、觀測尺度大、實現性強以及高可靠性等突出優點，但是，由于衛星高空分辨率低、波段少，易造成異物同譜，同譜異物、估算精度低等缺陷；（3）而無人機成像技術以其小尺度、高分辨率、豐富的波段數量和圖譜結合的遙感影像等優勢，使高精度的農作物估產成為可能；（4）結合衛星與無人機技術，利用無人機遙感技術填補衛星遙感在測量尺度上的空缺，探索多尺度灌區苗情、病情、蟲情、墑情、水情、耕地質量等農情遙感綜合監測技術，對實現作物生產全過程的可視化、自動化與數字化的發展趨勢具有重要意義；（5）衛星遙感與無人機集群遙感數據的時空尺度的匹配、拼接、校正難度較大，可采用模糊推理、混合粒子群與人工智能等算法；（6）展開無人機集群協作農情遙感監測的協同任務分配、規劃、決策與路徑規劃研究對優化無人機的穩定性、抗風險性、載荷和續航能力，提升農情遙感監測的效率與精度十分必要。

2.5?教學評價

通過本項目的研究，了解國內外農業工程案例教學的發展趨勢，緊跟國際發展前沿，抓住國家農業工程發展的需求，結合農業工程典型案例，把案例教學融入農業工程教學環節，理論聯系實際，塑造學生的工程應用與創新能力，提高教師的業務素質，強化案例教學與理論教學的聯系。

通過收集大量農情遙感監測案例，撰寫了教學計劃和相關資料，開展了線下教學，以學生為主體，實施課前預習，課中組內互助、組間補充，課后總結，教師全過程引導、協助和答疑。通過對各組在課程中的論述、程序和成果展示、組間互評、課后作業等方面進行綜合評價打分（見下表）。

通過上表綜合打分情況可知，機械裝備組得分最高，主要得益于機械組在裝備技術方面的優勢；而生物能源組在過程評價中得分最高，主要得益于在遙感監測指標上具有長期的研究和先修知識積累。總體上，各組同學之間相互合作取得了較為理想的成績，達到的預期的教學目標。

3?結論

本文提出了一種基于CBL的農業工程案例教學法，對教學方法進行了探討和分析，并以農情遙感監測為例進行了授課設計與實施。通過啟發式導引，學生積極參與、勇于發言，提高了學生學習的積極主動性，激發了學生對課程濃厚的學習興趣和深刻的理解；提高學生的基本素質和理論知識；鍛煉了學生動手能力和語言文字表達能力；改進了教師理論教學的不足，實現教學相長。

要在有限的課堂時間內完成教學工作，提高學生的工程實踐與創新能力，案例教學是必不可少的環節，要在實踐中給予重視。在農業工程教學中引入案例教學，其難度與工作量遠大于經濟、文史、管理等方面的教學，且很多教師對案例教學模式不太適應，這也成為教師運用案例教學中面臨的困難、挑戰與機遇。

參考文獻：

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［8］楊維琴，關盛梅，楊雪梅.案例教學與問題教學的整合研究——以社會工作理論教學為例［J］.職業技術，2015，14（10）：6465，47.

［9］莊齊楓.《遙感原理與應用》啟發式案例教學方法實踐［J］.科技風，2021（28）：9193.

基金：西安理工大學教育教學改革研究項目（項目編號：xqj1907）

作者簡介：穆衛誼（1988—?），男，漢族，陜西西安人，博士，講師，研究方向：智能農業裝備相關科研及教學。