基于CDIO教学理念的海洋测量学课程教学改革与实践_石红才.pdf

University Education收稿时间 2021-04-15基金项目 2020年广东省高等教育教学改革项目（010202032101）；2019年广东海洋大学广东省一流专业建设项目（570320016）；2020年广东海洋大学校级教育教学改革项目（580320039）。作者简介 石红才（1984），男，湖北人，博士，讲师，研究方向：海洋地质学学习与研究。通信作者：侯庆华（1979），女，河北人，博士，副教授，研究方向：海洋科学人才培养研究。2022年12月December，2022University Education摘要 随着现代科学技术的快速发展，海洋测绘为沿海经济建设、舰船通航安全、国土权益维护和海洋科学研究等各方面提供了保障和支撑。为培养适应国家海洋战略需求的海洋应用型人才，文章针对海洋测量学课程体系的现状，分析了传统教学过程中存在的问题，并利用CDIO工程教学理念与项目驱动的教学方法进行本科教学改革与实践应用；基于CDIO工程教学理念，通过改变传统的教学模式、优化教学内容、改进教学方法、完善考核方式，将项目驱动的“教、学、做”一体化的教学模式应用到海洋测量学课程的理论与实践教学中，以期提高学生的专业技能和职业素养。关键词 海洋测量；教学改革；项目驱动；CDIO模式中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 2095-3437（2022）12-0053-03引言近半个世纪以来，人们开发和利用海洋资源的需求越来越高，海洋科学及其在相关领域的应用已成为世界各国重点发展的学科之一1。随着科学技术的发展和人类社会实践需求的变化，海洋测绘技术也进入了一个全新的时代。尤其是近年来，空间技术、信息技术及通信技术等在海洋测绘领域得以广泛运用，海洋测量仪器和技术方法得到了前所未有的更新，并促使海洋测量学科得到长足进步。与此同时，我国海洋测量技术水平已经跻身世界先进水平2。在高新技术（3S）的支撑下，海洋测量学已成为海洋领域重要的研究与应用方向，在海洋开发和可持续发展及国家海洋权益保护等方面都发挥着极大的作用。为响应国家建设海洋强国号召和培养满足国家海洋强国战略需要的海洋科学应用型人才，国内已经有越来越多的涉海高校开设了海洋测绘相关专业或在海洋类专业开设了海洋测量学相关课程1，其目标都是为海洋资源调查与开发、海洋工程建设、海洋科学技术发展及国家海洋权益保护等方面提供人才保障。基于目前社会对海洋应用型人才的迫切需求，海洋测量学课程已成为海洋工程、海洋科学等海洋相关本科专业的专业必修或选修课1。海洋测量学是在人类探索海洋、开发海洋的过程中产生和发展起来的，同时海洋测量又是开发和利用海洋的前期基础工作之一。广东海洋大学（以下简称“我校”）在2019版海洋科学人才培养方案中，将海洋测量学设置为一门专业核心课程。该课程的目的主要为培养学生掌握海洋测量学的基本原理以及海洋调查、观测和数据分析技能，使其具有对海洋调查领域的实际问题进行识别和分析并获得有效结论的能力，是一门理论性和实践性都很强的课程。在实际教学过程中，由于受到实验场地、仪器设备、学习兴趣和教学方法等方面的限制，海洋测量学课程的教学效果与预期有较大差距。因此，开展海洋测量学课程理论与实践教学改革对培养海洋测绘技术人才具有重要的意义3-5。虽然前人在不同背景下对课程内容、教学方法等方面进行了分析，并对课程设计、课堂教学、实验实践教学、野外实习、考核评价方式等环节提出了各具特色的教学方法与对策1,3-5，但是，针对我校海洋科学海洋地质方向专业人才培养方案与目标，前人的分析和对策等仍不能满足我校人才培养需求，必须对海洋测量学课程内容进行专业性的调整与优化，才能使其更好地符合海洋科学专业培养目标要求并为之服务。项目组通过多次海洋测量学本科课程教学发现，课程结束后，学生仍对教学理论理解不够深刻，社会服务能力不足。因此，为全面加强学生对教学内容的掌握，提高其专业技术应用能力，本文将基于CDIO工程教学基于CDIO教学理念的海洋测量学课程教学改革与实践石红才侯庆华谢辉广东海洋大学海洋与气象学院，广东湛江52408853理念5，结合超星教学平台，利用项目驱动教学模式6对海洋测量学课程进行教学改革与应用分析。一、海洋测量学课程现状海洋测量学课程主要介绍海洋测量与调查技术方法、测量基本原理，主要内容有海洋大地测量与测量学的基本知识、海洋定位与水深测量技术、海底地形地貌特征探测、海底底质与障碍物探测、海洋工程测量、潮汐调和分析与水位改正等技术和理论。（一一）理论教学现状理论教学现状海洋测量学是一门涉及大地测量学、海洋声学、电磁学、海洋地质学等多学科相互交叉、渗透的学科，呈现“概念多、内容多、实践多、交叉多”等特征。本课程作为我校海洋科学专业海洋地质方向的核心专业必修课之一，共48课时，其中实践课占16课时，总体上具有内容多、课时较少的特征。传统课程存在教学理念与模式陈旧、教学手段与方法单一等缺点，教师对某些比较抽象的原理，如多波束系统测量原理的讲解不够深入、对数据处理方法理解不够透彻，导致学生学习比较困难，影响了课程的教学效果。同时，理论与实践教学结合不够紧密，理论课堂仅负责“教”，而实践教学也只停留在“学”上，在一定程度上影响了人才培养质量。该课程专业性较强，同时测量技术与仪器更新较快,导致目前公开出版的适合海洋科学专业海洋测量学的教材较少。部分相关教材内容多，且与我校的海洋科学专业研究内容关联性不够。同时，一些新型测量设备与方法不断出现，这就要求任课教师要紧跟时代步伐，了解和掌握更多学科前沿，持续调整相关教学内容，以扩宽学生视野。（二二）实践教学环节薄弱实践教学环节薄弱海洋测量学是一门偏重实践操作的专业技术课程。学校压缩了海洋科学等非测绘专业课程的课时，导致学生难以在课堂上清晰把握课程体系结构。在硬件设施上，实验仪器更新较慢、数量不足，导致实践课程只能使用比较陈旧的仪器，并且这些仪器长期未得到专业的保养与调校，在实际操作时往往会出现比较大的误差，影响学习效果。受场地、环境的影响，侧扫声呐、浅地层剖面仪等海洋测量仪器缺乏现场测量的条件。在教学模式上，传统的实践课堂主要由任课教师负责操作仪器、讲解关键步骤、布置测量区域与制订方案，由学生按部就班完成实习。这种“满堂灌、手把手”的模式不利于培养学生分析问题和解决问题的能力，尤其是在创新创造能力方面。二、CDIO教育理念与项目驱动模式国际工程教育改革的成果CDIO 工程教育思想，是一种以构思设计实现运作为学习周期，并在学习过程中强调以“项目为主线”和在“做中学”的基本理念5。项目驱动（Project-driven）教学法是一种“行为引导式的教学形式”，是指在教学过程中以一个个项目为主体，把相关的知识点融入既定项目的各个环节中的一种高效教学模式，主张以学生为中心，教师则起组织和指导的作用6。这种教学模式要求任课教师在课堂上以项目作为学习的主线，贯穿整个学习周期。同时需要利用具体而明确的项目目标激发并引导学生，紧紧围绕着一个共同的既定项目并以此作为“教”与“学”的活动中心。学生可有效地利用各种学习资源，通过自由探索与互动交流等，执行并完成项目既定任务。由此，学生可掌握相关基础理论、提高应用能力并获得实践经验。这种教学模式不仅可以让学生主动参与到实践活动当中，还可以很好地调动学生学习的积极性以及提高学生实践操作能力与自学能力，使理论与实践有机结合起来。三、基于CDIO模式的课程教学改革针对上述在课程教学过程中发现的各种问题，基于CDIO工程教学理念，结合超星线上教学平台资源和项目驱动教学模式，项目组对海洋测量学教学提出了相应的教学改革方案。（一一）教学内容的改革教学内容的改革海洋测量学教学内容改革主要包括两个方面。一是任课教师必须结合学科特征、课程人才培养目标及专业毕业要求，对教学内容进行适当增减、调整与优化。在实际理论教学过程中，课时一般都比较有限，没有足够的课时来让教师讲授某一教材的全部内容，而且教材具有很强的针对性和系统性。因此本文根据海洋测量学与其他课程的关联度、学生对基础知识的掌握程度及专业培养目标，对教学内容进行总结和调整。比如，学生已基本学习了海洋大地测量中的地球投影、坐标系统及坐标转换、声学基础等相关知识，本课程即可借助超星线上平台资源、章节测验或以读书报告的形式让学生自主学习与巩固知识点；对背景基础知识比较薄弱或抽象的环节，比如多波束与浅地层剖面仪等探测原理，应采用多元化教学手段和智慧课程开展教学。通过采用经典案例及视频分享、分组讨论等多种互动教学手段进行重点教学，分析学生在理解知识的过程中存在的疑点与难点，逐个击破。二是整合教学内容。设计合适的研究项目，充分整合课程教学内容，将理论知识点分解并融入实践操作教学过程，让学生在解决实际问题的同时理解和掌握测量原理与方法。按照课程教学目标，海洋测量学不仅需要学生掌握海洋大地测量、海洋定位、海洋水深及地形测量的相关理论与方法，还需要学生具有利用单波束、磁力仪、侧扫声呐、浅地层剖面仪等仪器原理及海洋信息采集和处理数据的专业技术能力。因此，海洋测量学按照研究内容和目标可分为海洋大地测量、海洋导航定位（GNSS测量）、水深及基准面测量（单波束、多波束及侧扫声呐）、海岸带地形测量（经纬54University Education仪、全站仪）、海洋水文测量（CTD、海流计）、海底底质测量（浅剖）以及地磁测量（磁力仪）等，由此制订一套以CDIO教学理念为主线，理论指导实践、实践带动理论的教学方案5。（二二）实践教学改革实践教学改革实践教学改革体现在两个方面。一是实践教学设计。按照CDIO工程教育“做中学”教学模式，构思实践项目并以项目为主线，设计实践教学方案与内容，利用线上+线下结合的方式，加深学生对理论的理解。结合实际典型案例开展教学，师生相互探讨并共同解决问题，实现学生能够运用测量技术解决实际问题的目标。合理选择教学内容与知识点，巧妙构思与设计实践教学项目，使理论与实践相辅相成。二是构建新型课堂模式。以项目为导向，结合启发性问题，采用相互讨论的方式引导学生开展课程学习，使其既是实践项目的设计者，也是任务的执行者，充分体现“教师为主导，学生为主体”的原则。具体操作过程为：一般情况下在某理论知识讲授结束后，指导教师在线上布置相关的实验内容与目标，要求每个课程小组课后设计实验方案并在实践或实验课程开始前进行展示与汇报，由全班学生讨论、修改与补充，指导教师进行总结，最后确认方案，保障实践项目的可行性。学生在实践过程中必须轮换团队角色，保证每位学生可以掌握各项技能与方法。项目组在实践教学中设计了“西区西湖水深测量”课题，让学生讨论、分析项目研究内容与方法，并以任务书的形式呈现。项目组在项目进行过程中根据学生反馈意见及时组织安排小组讨论或答疑。真正做到“教、学、做”一体化，实现在做中学。这不仅可以提高学生的自主学习能力，还可以使学生体会到成就感和乐趣。在海洋测量学实践教学中，项目组运用实践教学平台，解决传统实践过程中由于场所环境、仪器设备类型及数量限制等原因无法进行实地操作的问题。我校构建了以三维虚拟仿真实验室和“互联网+”网络操作系统为依托的虚拟仿真平台。该平台可以提供海底地形与底质探测等交互性与沉浸感的操作环境，保证每位学生都能身临其境体验每一步操作。该平台作为实践教学的重要补充，还有随时利用账号远程登录操作练习的功能，一方面可以更好地培养学生掌握理论知识和分析的能力，另一方面可以显著提高实践教学的质量与效率。普通实验室可以通过制定实验室开放管理规定、责任制度等，逐步开放部分仪器的管理与使用权限，为在实践课堂上技能掌握不够好的学生提供练习的机会，也可以解决普遍存在的人多仪器少的问题。加强测绘操作技能比赛，促进学生实践操作技术与运用能力的提升。在我校举办的实验技能大赛中增加海洋测量与调查相关的题型，使学生通过参加大赛，提升理论与实践结合的能力和知识运用的能力，同时增强对专业的认同。（三三）建立多元化评价体系建立多元化评价体系建立激励性、多元化的课程评价体系，对激发学生学习热情与主动性、提高学