“數字高程模型”課程教學改革探索與實踐

摘 要 隨著地理信息技術的飛速發展，“數字高程模型”已成為現代地學研究與應用的重要基礎。作為GIS中描述地形要素特征的核心數據模型，DEM在地形分析、水文模擬、土地利用規劃等諸多領域發揮著重要作用。然而，目前高校“數字高程模型”課程的教學仍然存在內容陳舊、方法單一等問題，難以滿足日新月異的技術進步以及創新創業的需求。為了培養適應新時代發展的地理信息科學人才，深化“數字高程模型”課程教學改革勢在必行。因此，文章立足教學實際，深入探索面向創新創業的“數字高程模型”課程教學創新路徑，以期為地理信息科學教育的發展貢獻綿薄之力。

關鍵詞 “數字高程模型”課程；創新創業需求；教學改革；成效

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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 However， the current teaching of the "Digital Elevation Model" course in universities still faces problems such as outdated content and single methods， which are difficult to meet the needs of rapid technological progress and innovation and entrepreneurship.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

在地理空間信息科學日新月異的今天，數字高程模型（Digital Elevation Model， DEM）作為地理信息系統（GIS）的重要組成部分，正以其獨特的地形表達與多維分析能力，深刻地影響著地形分析、環境監測、城市規劃乃至災害預警等多個領域的發展。DEM不僅承載著對地形要素特征的精細刻畫，還為科學研究提供了豐富的地形數據基礎，其在水文模擬、土地利用規劃、工程勘察設計等領域的廣泛應用，彰顯了其不可替代的價值與地位。在此背景下，“數字高程模型”課程作為地理信息科學、測繪工程等相關專業的核心課程，肩負著培養具備扎實理論基礎與實踐操作能力的地理信息領域專業人才的重任。

1 “數字高程模型”課程教學現狀

1.1 教學內容方面

“數字高程模型”課程教學內容的設置直接影響到學生的學習質量和教學效果。當前，該課程在教學內容方面還存在諸多問題：一是教學內容更新不及時，未能及時吸收數字高程模型技術領域的最新研究成果，缺乏融入面向創新創業的應用案例，導致學生所學的知識與學科前沿發展脫節，難以滿足學生對前沿知識和技能的需求[1]；二是理論教學與實踐教學脫節，重理論、輕實踐，實踐教學環節設置不足，學生缺乏動手實踐的機會，難以深刻理解數字高程模型的工作原理和實際應用流程，無法將所學理論知識轉化為解決實際問題的能力。

1.2 教學方法方面

目前，該課程在教學方法上還存在以下不足：一是教學方式單一，以教師講授為主，缺乏師生互動和學生主動參與，難以調動學生學習的積極性和主動性；二是教學手段陳舊，多媒體網絡運用不足，缺少在線教學資源、虛擬仿真實驗等現代教育技術手段，不利于學生學習興趣的提高和實踐能力的培養[2]；三是教學模式傳統，缺乏案例教學、項目驅動等先進教學模式，難以將理論知識與實際應用相結合，不利于學生綜合運用能力的提升。這些問題的存在，導致“數字高程模型”課程教學難以適應信息時代學生的學習需求和學科發展需要，亟須進行改革與創新。

1.3 考核評價方面

目前該課程在考核評價方面還存在一些亟待解決的問題。首先，考核內容過于側重對理論知識的考查，對學生實踐能力和創新能力的評估明顯不足，這種偏重理論的考核方式無法全面評價學生的綜合素質和實際應用能力，不利于培養學生的動手能力和解決實際問題的能力。其次，考核方式較為單一，主要采用期末筆試的形式，缺乏過程性評價和多元化評價。這種單一的評價模式難以有效督促學生的日常學習，不利于激發學生的學習興趣和主動性[3]。

2 “數字高程模型”課程教學改革思路

2.1 優化教學內容

一方面，要加強教學內容的前沿性和時效性，及時將數字高程模型技術領域的最新研究成果和應用案例納入教學內容，如高分辨率DEM的獲取與處理技術、激光雷達點云數據的濾波與分類算法、基于深度學習的地形特征提取方法等，讓學生了解和掌握學科前沿動態，提高學生的知識更新能力和創新意識。同時，可以融入創新創業教育理念，引導學生將所學知識應用于創新實踐，鼓勵學生參與教師科研項目、學科競賽、創新創業訓練計劃等，培養學生的創新意識和創業能力[4]。另一方面，要強化教學內容的實踐性和應用性，合理設置實踐教學環節，增加實踐學時比重，為學生提供更多動手實踐的機會。教師可以在教學過程中引入實際工程項目案例，如水土流失分析、洪水淹沒模擬等，組織學生參與項目的需求分析、數據處理、模型構建等環節，讓學生在實踐中深化對數字高程模型原理和方法的理解，提高其運用專業知識解決實際問題的能力。同時，要加強與其他學科的交叉融合，如地理學、遙感、測繪等，拓寬學生的知識視野和應用場景，培養學生的跨學科思維和綜合應用能力。

2.2  創新教學方法

針對“數字高程模型”課程教學方法上存在的不足，亟須從教學方式、教學手段和教學模式三個方面進行全方位的創新和改革。首先，在教學方式上，要從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變，采用啟發式、討論式、情景式等多種教學方式，鼓勵學生主動提問、積極思考、踴躍發言，營造良好的師生互動氛圍，激發學生的學習興趣和主動性。其次，在教學手段上，要充分利用信息技術手段，開發和引入在線課程、虛擬仿真實驗、交互式多媒體課件等數字化教學資源，為學生提供豐富多樣、生動直觀的學習體驗，提高學生的實踐動手能力和創新意識[5]。例如，可以開發“數字高程模型”虛擬實驗平臺，學生通過平臺完成DEM數據的采集、處理、分析等實驗操作，加深對數字高程模型原理和方法的理解。最后，在教學模式上，要大膽探索和應用案例教學、項目驅動教學等先進教學模式，將理論知識與實際應用緊密結合，以引導學生在具體的工程項目中學習知識、應用知識、創新知識，提高學生分析問題、解決問題的綜合能力。

比如，在教學“數字高程模型的水文分析”模塊時，教師可以引入“城市內澇災害模擬與評估”的實際案例。首先，教師通過多媒體課件、視頻資料等形式，生動講解城市內澇災害的成因、危害及數字高程模型在內澇模擬中的應用，激發學生的學習興趣。隨后，教師將學生分為若干小組，每組選取一個具體的城市區域，利用高分辨率DEM數據和水文分析模型，模擬不同降雨情景下的內澇淹沒過程，并評估內澇災害的影響范圍和損失程度。在項目實施過程中，教師提供必要的指導和幫助，組織小組間的交流和討論，鼓勵學生提出創新的思路和方法。最后，各小組匯報項目成果，教師點評總結，學生互評反思，鞏固和提升學習效果。通過這樣的案例驅動、項目引領的教學設計，學生不僅掌握了數字高程模型水文分析的理論知識和技術方法，還培養了團隊協作、創新實踐的綜合素質和能力，為今后在相關領域從事科研和工程工作奠定了堅實的基礎。

2.3 完善考核評價體系

為了克服“數字高程模型”課程考核評價存在的局限性，需要從考核內容和考核方式兩個維度來系統完善和優化考核評價體系。在考核內容上，要兼顧理論知識和實踐能力的考查，合理設置考核內容的比例和難度。一方面，要考查學生對數字高程模型基本概念、原理方法的掌握程度，設計客觀題、簡答題等考核形式，評估學生的知識理解和掌握水平[6]；另一方面，要注重考查學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力，通過實踐操作、項目報告、場景模擬等考核形式，評估學生的動手實踐和創新應用能力。

在考核方式上，要構建多元化、過程性的考核評價機制，綜合運用形成性評價與總結性評價、定性評價與定量評價等多種方式，全面、動態地評估學生的學習效果和能力提升。一方面，要重視過程性評價，綜合考查學生課堂聽講、作業完成、實踐操作等多方面的表現，并及時給予反饋和指導；另一方面，要注重學生的自我評價和同伴互評，引導學生主動反思學習過程，相互評議學習成果，培養學生的自主學習意識和批判性思維能力。

除了常規課程考核外，還要注重創新創業教學環節的考核與評價。針對創新創業實踐項目，可采用過程性評價與結果性評價相結合的方式，設置創新性、可行性等多維度指標，全面考查學生的創新創業能力。通過項目策劃書、階段性進展報告、成果展示等環節，評估學生在創新思維、問題解決、團隊協作、商業計劃等方面的表現，引導學生將專業知識與創業實踐相結合，提升學生的創新精神和創業能力。例如，在“基于無人機傾斜攝影的三維城市建模”創新創業項目考核中，可設置以下考核環節和指標：項目策劃書（創新性、可行性、市場需求分析等），占30%；階段性進展報告（數據采集與處理、模型構建與優化、可視化表達等），占30%；最終成果展示（三維城市模型的完整性、精細度、應用場景等），占40%。在各環節中，邀請企業導師和創業校友參與評審，從技術實現、商業模式、市場前景等角度給予點評和指導，幫助學生優化完善項目方案。最終，綜合各環節得分，評定項目等級，優秀項目可推薦孵化，并在學生綜合測評中予以加分，以激勵學生投入創新創業實踐。

3 “數字高程模型”課程教學改革的成效

隨著地理信息技術的迅猛發展，“數字高程模型”課程作為地理信息科學教育的核心組成部分，其教學改革的探索與實踐已展現出顯著成效。首先，教學方法的創新為“數字高程模型”課程注入了新的活力。啟發式、討論式、參與式等多樣化教學方式的運用，營造了一個活躍、互動的課堂氛圍，有效促進了師生之間的思想碰撞與知識交流[7]。同時，信息技術手段的廣泛應用，如在線課程、虛擬仿真實驗、交互式多媒體課件等，不僅豐富了教學資源，還為學生提供了更加直觀、生動的學習體驗，極大地提高了學生的實踐動手能力和創新意識。其次，考核評價體系的完善為全面、客觀地評價學生的學習成效提供了有力保障。這種綜合性的考核評價方式，不僅促進了學生知識體系的全面發展，還培養了學生的自主學習意識和批判性思維能力，為學生在地理信息科學領域的精耕細作奠定了堅實的綜合素質基礎。最后，創新創業教育的有機融合，激發了學生的創新潛能和創業熱情。通過參與創新創業項目，學生將專業知識與實踐應用緊密結合，在解決實際問題的過程中培養了創新意識、團隊協作精神以及領導力，增強了學生的社會適應能力和就業競爭力。

4 結語

綜上所述，“數字高程模型”課程的教學改革是一項系統而復雜的工程，需要從教學內容、教學方法、考核評價等多個維度進行整體設計和系統優化。通過提升教學內容的前沿性、創新教學方法的多樣性、完善考核評價的科學性，不斷提高課程教學質量和人才培養水平。展望未來，隨著地理信息科學的發展和社會需求的增長，“數字高程模型”課程教學改革仍任重道遠，需要不斷探索和創新，與時俱進，以適應新時代地理信息人才培養的新要求。

基金項目：陜西省自然科學基金項目（2021JM-161）；G312線苦水至界牌村段新改建項目（220226240131）；中央高校基本科研業務資助項目（300102269201，300102299206）。

參考文獻

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