基于CDIO教學理念的海洋測量學課程教學改革與實踐

石紅才 侯慶華 謝輝

［摘 要］隨著現代科學技術的快速發(fā)展，海洋測繪為沿海經濟建設、艦船通航安全、國土權益維護和海洋科學研究等各方面提供了保障和支撐。為培養(yǎng)適應國家海洋戰(zhàn)略需求的海洋應用型人才，文章針對海洋測量學課程體系的現狀，分析了傳統教學過程中存在的問題，并利用CDIO工程教學理念與項目驅動的教學方法進行本科教學改革與實踐應用；基于CDIO工程教學理念，通過改變傳統的教學模式、優(yōu)化教學內容、改進教學方法、完善考核方式，將項目驅動的“教、學、做”一體化的教學模式應用到海洋測量學課程的理論與實踐教學中，以期提高學生的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

［關鍵詞］海洋測量；教學改革；項目驅動；CDIO模式

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）12-0053-03

引言

近半個世紀以來，人們開發(fā)和利用海洋資源的需求越來越高，海洋科學及其在相關領域的應用已成為世界各國重點發(fā)展的學科之一[1]。隨著科學技術的發(fā)展和人類社會實踐需求的變化，海洋測繪技術也進入了一個全新的時代。尤其是近年來，空間技術、信息技術及通信技術等在海洋測繪領域得以廣泛運用，海洋測量儀器和技術方法得到了前所未有的更新，并促使海洋測量學科得到長足進步。與此同時，我國海洋測量技術水平已經躋身世界先進水平[2]。在高新技術（3S）的支撐下，海洋測量學已成為海洋領域重要的研究與應用方向，在海洋開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展及國家海洋權益保護等方面都發(fā)揮著極大的作用。為響應國家建設海洋強國號召和培養(yǎng)滿足國家海洋強國戰(zhàn)略需要的海洋科學應用型人才，國內已經有越來越多的涉海高校開設了海洋測繪相關專業(yè)或在海洋類專業(yè)開設了海洋測量學相關課程[1]，其目標都是為海洋資源調查與開發(fā)、海洋工程建設、海洋科學技術發(fā)展及國家海洋權益保護等方面提供人才保障?；谀壳吧鐣Ｑ髴眯腿瞬诺钠惹行枨螅Ｑ鬁y量學課程已成為海洋工程、海洋科學等海洋相關本科專業(yè)的專業(yè)必修或選修課[1]。

海洋測量學是在人類探索海洋、開發(fā)海洋的過程中產生和發(fā)展起來的，同時海洋測量又是開發(fā)和利用海洋的前期基礎工作之一。廣東海洋大學（以下簡稱“我?！保┰?019版海洋科學人才培養(yǎng)方案中，將海洋測量學設置為一門專業(yè)核心課程。該課程的目的主要為培養(yǎng)學生掌握海洋測量學的基本原理以及海洋調查、觀測和數據分析技能，使其具有對海洋調查領域的實際問題進行識別和分析并獲得有效結論的能力，是一門理論性和實踐性都很強的課程。在實際教學過程中，由于受到實驗場地、儀器設備、學習興趣和教學方法等方面的限制，海洋測量學課程的教學效果與預期有較大差距。因此，開展海洋測量學課程理論與實踐教學改革對培養(yǎng)海洋測繪技術人才具有重要的意義[3-5]。雖然前人在不同背景下對課程內容、教學方法等方面進行了分析，并對課程設計、課堂教學、實驗實踐教學、野外實習、考核評價方式等環(huán)節(jié)提出了各具特色的教學方法與對策[1， 3-5]，但是，針對我校海洋科學海洋地質方向專業(yè)人才培養(yǎng)方案與目標，前人的分析和對策等仍不能滿足我校人才培養(yǎng)需求，必須對海洋測量學課程內容進行專業(yè)性的調整與優(yōu)化，才能使其更好地符合海洋科學專業(yè)培養(yǎng)目標要求并為之服務。

項目組通過多次海洋測量學本科課程教學發(fā)現，課程結束后，學生仍對教學理論理解不夠深刻，社會服務能力不足。因此，為全面加強學生對教學內容的掌握，提高其專業(yè)技術應用能力，本文將基于CDIO工程教學理念[5]，結合超星教學平臺，利用項目驅動教學模式[6]對海洋測量學課程進行教學改革與應用分析。

一、海洋測量學課程現狀

海洋測量學課程主要介紹海洋測量與調查技術方法、測量基本原理，主要內容有海洋大地測量與測量學的基本知識、海洋定位與水深測量技術、海底地形地貌特征探測、海底底質與障礙物探測、海洋工程測量、潮汐調和分析與水位改正等技術和理論。

（一）理論教學現狀

海洋測量學是一門涉及大地測量學、海洋聲學、電磁學、海洋地質學等多學科相互交叉、滲透的學科，呈現“概念多、內容多、實踐多、交叉多”等特征。本課程作為我校海洋科學專業(yè)海洋地質方向的核心專業(yè)必修課之一，共48課時，其中實踐課占16課時，總體上具有內容多、課時較少的特征。傳統課程存在教學理念與模式陳舊、教學手段與方法單一等缺點，教師對某些比較抽象的原理，如多波束系統測量原理的講解不夠深入、對數據處理方法理解不夠透徹，導致學生學習比較困難，影響了課程的教學效果。同時，理論與實踐教學結合不夠緊密，理論課堂僅負責“教”，而實踐教學也只停留在“學”上，在一定程度上影響了人才培養(yǎng)質量。

該課程專業(yè)性較強，同時測量技術與儀器更新較快， 導致目前公開出版的適合海洋科學專業(yè)海洋測量學的教材較少。部分相關教材內容多，且與我校的海洋科學專業(yè)研究內容關聯性不夠。同時，一些新型測量設備與方法不斷出現，這就要求任課教師要緊跟時代步伐，了解和掌握更多學科前沿，持續(xù)調整相關教學內容，以擴寬學生視野。

（二）實踐教學環(huán)節(jié)薄弱

海洋測量學是一門偏重實踐操作的專業(yè)技術課程。學校壓縮了海洋科學等非測繪專業(yè)課程的課時，導致學生難以在課堂上清晰把握課程體系結構。在硬件設施上，實驗儀器更新較慢、數量不足，導致實踐課程只能使用比較陳舊的儀器，并且這些儀器長期未得到專業(yè)的保養(yǎng)與調校，在實際操作時往往會出現比較大的誤差，影響學習效果。受場地、環(huán)境的影響，側掃聲吶、淺地層剖面儀等海洋測量儀器缺乏現場測量的條件。在教學模式上，傳統的實踐課堂主要由任課教師負責操作儀器、講解關鍵步驟、布置測量區(qū)域與制訂方案，由學生按部就班完成實習。這種“滿堂灌、手把手”的模式不利于培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，尤其是在創(chuàng)新創(chuàng)造能力方面。

二、CDIO教育理念與項目驅動模式

國際工程教育改革的成果——CDIO工程教育思想，是一種以構思—設計—實現—運作為學習周期，并在學習過程中強調以“項目為主線”和在“做中學”的基本理念[5]。項目驅動（Project-driven）教學法是一種“行為引導式的教學形式”，是指在教學過程中以一個個項目為主體，把相關的知識點融入既定項目的各個環(huán)節(jié)中的一種高效教學模式，主張以學生為中心，教師則起組織和指導的作用[6]。這種教學模式要求任課教師在課堂上以項目作為學習的主線，貫穿整個學習周期。同時需要利用具體而明確的項目目標激發(fā)并引導學生，緊緊圍繞著一個共同的既定項目并以此作為“教”與“學”的活動中心。學生可有效地利用各種學習資源，通過自由探索與互動交流等，執(zhí)行并完成項目既定任務。由此，學生可掌握相關基礎理論、提高應用能力并獲得實踐經驗。這種教學模式不僅可以讓學生主動參與到實踐活動當中，還可以很好地調動學生學習的積極性以及提高學生實踐操作能力與自學能力，使理論與實踐有機結合起來。

三、基于CDIO模式的課程教學改革

針對上述在課程教學過程中發(fā)現的各種問題，基于CDIO工程教學理念，結合超星線上教學平臺資源和項目驅動教學模式，項目組對海洋測量學教學提出了相應的教學改革方案。

（一）教學內容的改革

海洋測量學教學內容改革主要包括兩個方面。一是任課教師必須結合學科特征、課程人才培養(yǎng)目標及專業(yè)畢業(yè)要求，對教學內容進行適當增減、調整與優(yōu)化。在實際理論教學過程中，課時一般都比較有限，沒有足夠的課時來讓教師講授某一教材的全部內容，而且教材具有很強的針對性和系統性。因此本文根據海洋測量學與其他課程的關聯度、學生對基礎知識的掌握程度及專業(yè)培養(yǎng)目標，對教學內容進行總結和調整。比如，學生已基本學習了海洋大地測量中的地球投影、坐標系統及坐標轉換、聲學基礎等相關知識，本課程即可借助超星線上平臺資源、章節(jié)測驗或以讀書報告的形式讓學生自主學習與鞏固知識點；對背景基礎知識比較薄弱或抽象的環(huán)節(jié)，比如多波束與淺地層剖面儀等探測原理，應采用多元化教學手段和智慧課程開展教學。通過采用經典案例及視頻分享、分組討論等多種互動教學手段進行重點教學，分析學生在理解知識的過程中存在的疑點與難點，逐個擊破。二是整合教學內容。設計合適的研究項目，充分整合課程教學內容，將理論知識點分解并融入實踐操作教學過程，讓學生在解決實際問題的同時理解和掌握測量原理與方法。按照課程教學目標，海洋測量學不僅需要學生掌握海洋大地測量、海洋定位、海洋水深及地形測量的相關理論與方法，還需要學生具有利用單波束、磁力儀、側掃聲吶、淺地層剖面儀等儀器原理及海洋信息采集和處理數據的專業(yè)技術能力。因此，海洋測量學按照研究內容和目標可分為海洋大地測量、海洋導航定位（GNSS測量）、水深及基準面測量（單波束、多波束及側掃聲吶）、海岸帶地形測量（經緯儀、全站儀）、海洋水文測量（CTD、海流計）、海底底質測量（淺剖）以及地磁測量（磁力儀）等，由此制訂一套以CDIO教學理念為主線，理論指導實踐、實踐帶動理論的教學方案[5]。

（二）實踐教學改革

實踐教學改革體現在兩個方面。一是實踐教學設計。按照CDIO工程教育“做中學”教學模式，構思實踐項目并以項目為主線，設計實踐教學方案與內容，利用線上+線下結合的方式，加深學生對理論的理解。結合實際典型案例開展教學，師生相互探討并共同解決問題，實現學生能夠運用測量技術解決實際問題的目標。合理選擇教學內容與知識點，巧妙構思與設計實踐教學項目，使理論與實踐相輔相成。二是構建新型課堂模式。以項目為導向，結合啟發(fā)性問題，采用相互討論的方式引導學生開展課程學習，使其既是實踐項目的設計者，也是任務的執(zhí)行者，充分體現“教師為主導，學生為主體”的原則。具體操作過程為：一般情況下在某理論知識講授結束后，指導教師在線上布置相關的實驗內容與目標，要求每個課程小組課后設計實驗方案并在實踐或實驗課程開始前進行展示與匯報，由全班學生討論、修改與補充，指導教師進行總結，最后確認方案，保障實踐項目的可行性。學生在實踐過程中必須輪換團隊角色，保證每位學生可以掌握各項技能與方法。項目組在實踐教學中設計了“西區(qū)西湖水深測量”課題，讓學生討論、分析項目研究內容與方法，并以任務書的形式呈現。項目組在項目進行過程中根據學生反饋意見及時組織安排小組討論或答疑。真正做到“教、學、做”一體化，實現在做中學。這不僅可以提高學生的自主學習能力，還可以使學生體會到成就感和樂趣。

在海洋測量學實踐教學中，項目組運用實踐教學平臺，解決傳統實踐過程中由于場所環(huán)境、儀器設備類型及數量限制等原因無法進行實地操作的問題。我校構建了以三維虛擬仿真實驗室和“互聯網+”網絡操作系統為依托的虛擬仿真平臺。該平臺可以提供海底地形與底質探測等交互性與沉浸感的操作環(huán)境，保證每位學生都能身臨其境體驗每一步操作。該平臺作為實踐教學的重要補充，還有隨時利用賬號遠程登錄操作練習的功能，一方面可以更好地培養(yǎng)學生掌握理論知識和分析的能力，另一方面可以顯著提高實踐教學的質量與效率。普通實驗室可以通過制定實驗室開放管理規(guī)定、責任制度等，逐步開放部分儀器的管理與使用權限，為在實踐課堂上技能掌握不夠好的學生提供練習的機會，也可以解決普遍存在的人多儀器少的問題。加強測繪操作技能比賽，促進學生實踐操作技術與運用能力的提升。在我校舉辦的實驗技能大賽中增加海洋測量與調查相關的題型，使學生通過參加大賽，提升理論與實踐結合的能力和知識運用的能力，同時增強對專業(yè)的認同。

（三）建立多元化評價體系

建立激勵性、多元化的課程評價體系，對激發(fā)學生學習熱情與主動性、提高學習效率具有重要作用。CDIO模式系統地提出了具有可操作性的12條檢驗測評標準[5]。本文在CDIO教學理念的基礎之上，針對海洋測量學制訂了多角度、多目標及多層次的課程考核方式。課程評價體系包括課前、課堂與課后三部分。課前預習以超星平臺線上學習、預習作業(yè)為主；理論課堂考核主要有考勤、課堂表現、討論、章節(jié)測驗及期末考試，還包含讀書報告、口頭報告互評；實踐課程主要有項目設計與實驗報告，并以前者為主，主要突出實踐過程的考核。整個評價體系以學生為主導，在多個環(huán)節(jié)中開展組內互評、小組間互評，激發(fā)學生之間的競爭意識，提高學習效果。與此同時，合理設計細致量化的評價標準，體現權重合理分配、公平公開的原則。除了教師對學生掌握理論知識的程度和運用專業(yè)技能的能力進行評價，還需要學生以不記名的方式對教師在教學方法、知識講解與拓展等方面的情況進行評價，使教師及時認識到自身的不足和了解學生學習時存在的難點與困惑。

四、結語

提高海洋測量學實踐與理論教學質量是一個任重而道遠的任務，必須不斷創(chuàng)新教學模式與理念、改革教學手段與方法，充分利用現代化教學資源，與時俱進。本文基于CDIO教學理念，對教學進行了改革，雖然在海洋測量學教學過程中取得了一定的效果，但是仍存在不足之處。主要體現在設計和整合的理論研究與實踐案例不多、具體項目研究方案具有深入挖掘空間、校企融合等還有待加強。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 常亮，朱衛(wèi)東，郭立新，等.淺談《海洋大地與控制測量》教學改革舉措[J].科技視界，2017（4）：125.

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[6] 唐艷鳳，朱穎，張亞婉.項目驅動多元混合式教學設計與探索[J].福建電腦，2021（2）：125-127.

［責任編輯：蘇祎穎］