基于HIBL 和OBE 融合的平差金課建設(shè)研究

張秀霞，馬恩和，魏玉明，孔令杰，凌 晴

（1. 蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2. 蘭州大學(xué) 科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究院，甘肅 蘭州 730000）

探究式教學(xué)法（HIBL）[1]最早是由杜威提出的。它倡導(dǎo)學(xué)術(shù)的主動(dòng)參與，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)類似于學(xué)術(shù)研究的情境，學(xué)生通過獨(dú)立自主地發(fā)現(xiàn)問題、實(shí)驗(yàn)、操作、調(diào)查、收集與處理信息、表達(dá)與交流等探索活動(dòng)獲得知識(shí)和培養(yǎng)能力。成果導(dǎo)向教育（OBE）是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)教育的結(jié)構(gòu)模式[2-4]。自美國工程認(rèn)證委員會(huì)頒布和實(shí)施重視學(xué)生產(chǎn)出的EC2000認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)以來，歐美各國工程教育認(rèn)證組織先后改革了認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)?！度A盛頓協(xié)議》各成員國（或地區(qū)）大多采用“成果導(dǎo)向”的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，即將學(xué)生表現(xiàn)作為教學(xué)成果的評(píng)價(jià)依據(jù)，并以促進(jìn)專業(yè)持續(xù)改進(jìn)作為認(rèn)證的最終目標(biāo)。2013年6月我國被接納為《華盛頓協(xié)議》簽約成員，工程教育質(zhì)量得到國際認(rèn)可。OBE理念正在成為我國高校工程專業(yè)人才培養(yǎng)的指導(dǎo)理論。

隨著國內(nèi)高校專業(yè)認(rèn)證的逐年開展，在人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)改革中不斷引入了先進(jìn)的教育理念和方法，如翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)模式、項(xiàng)目式教學(xué)模式等。HIBL 方法和OBE 理念也逐漸被接受，并貫穿于人才培養(yǎng)的過程中，特別是人才培養(yǎng)方案制定和教學(xué)改革中。目前國內(nèi)外學(xué)者分別利用HIBL 方法和OBE 理念進(jìn)行了教學(xué)改革，如張亞楠[5]等在基因工程實(shí)驗(yàn)中引入了HIBL 方法，對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了改革與實(shí)踐，其教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法；白永良[6]等在《物理大地測(cè)量學(xué)》課程中引入了OBE 理念，并設(shè)計(jì)了詳細(xì)的教學(xué)過程，為測(cè)繪專業(yè)接受工程教育認(rèn)證打下了良好的基礎(chǔ)；董杰[7]從提高網(wǎng)球教學(xué)效率的角度出發(fā)，在網(wǎng)球教學(xué)中引入了HIBL 方法，并分析了應(yīng)用有效途徑；李海云[8]等在植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入了HIBL 方法，結(jié)果表明該方法能顯著調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神，同時(shí)提高了教學(xué)質(zhì)量；黃喜兵[3]在土木工程專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)中引入了OBE 理念，提出了更新教育理念、強(qiáng)化組織領(lǐng)導(dǎo)、提高教師實(shí)踐能力、完善協(xié)同育人的實(shí)踐教育機(jī)制，從而保障了實(shí)習(xí)質(zhì)量；寧亞維[9]等將OBE理念引入食品安全衛(wèi)生原理在線課程教學(xué)中，從而提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力；于延[10]等提出了基于PBL 和OBE 融合的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案和實(shí)施方法。目前將HIBL 方法與OBE 理念相結(jié)合指導(dǎo)測(cè)繪專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革還不是很多，且類似于《誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)》等測(cè)繪專業(yè)基礎(chǔ)課程的傳統(tǒng)教學(xué)效果還存在很多問題，應(yīng)對(duì)形成原因和改革措施進(jìn)行更深入的分析，以期建設(shè)金課，共促人才培養(yǎng)。

1 《誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)》課程特點(diǎn)分析

《誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)》課程是測(cè)繪工程專業(yè)二年級(jí)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備，也為以后實(shí)際工作中測(cè)量數(shù)據(jù)處理提供經(jīng)驗(yàn)和方法[11]。該課程具有知識(shí)龐雜、公式較多、內(nèi)容抽象等特點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)中一般采用“預(yù)習(xí)—授課—復(fù)習(xí)—考試”的教學(xué)模式；而在教學(xué)過程中引入HIBL 方法與OBE 理念相結(jié)合的方式，則可以成果為導(dǎo)向，學(xué)生全程參與，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，深刻理解所學(xué)知識(shí)，從而激發(fā)學(xué)生的潛能，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 基于HIBL和OBE融合的金課建設(shè)

HIBL方法關(guān)注問題，OBE理念關(guān)注結(jié)果，這兩種教學(xué)模式非常適合實(shí)際應(yīng)用較強(qiáng)的課程教學(xué)。在教學(xué)過程中，通過建立“問題導(dǎo)向—方法與措施—成果導(dǎo)向—過程質(zhì)量評(píng)價(jià)—達(dá)成情況評(píng)價(jià)機(jī)制”的教學(xué)設(shè)計(jì)（圖1），借助評(píng)價(jià)機(jī)制反饋，提升課程的教學(xué)質(zhì)量；以實(shí)際工程案例為載體，課堂中認(rèn)識(shí)問題、分析問題，課后解決問題，從而靈活應(yīng)用知識(shí)、升華認(rèn)知。

圖1 HIBL和OBE融合指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)

問題的主要來源包括：①實(shí)際工程案例，如在條件方程中，引入不同的三角控制網(wǎng)，其條件方程的列立方法；②充分利用教材或網(wǎng)絡(luò)資源，尋找經(jīng)典案例，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提出問題，激發(fā)學(xué)生的興趣；③學(xué)生在自學(xué)中提出問題，鼓勵(lì)學(xué)生自主搜索問題，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在解決上述問題時(shí)，應(yīng)注重成果導(dǎo)向設(shè)計(jì)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，教學(xué)全過程為達(dá)成成果服務(wù)；應(yīng)以畢業(yè)要求為支撐（表1），讓學(xué)生在解決問題的同時(shí)，達(dá)到畢業(yè)要求。

表1 教學(xué)內(nèi)容、能力產(chǎn)出目標(biāo)與畢業(yè)要求的支撐

3 HIBL和OBE融合的實(shí)施方法

3.1 五段式教學(xué)模式

結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用新媒體技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法和手段，突出以學(xué)生為本的理念，采用“課前—授課—課后—應(yīng)用—考試”等教學(xué)環(huán)節(jié)，全過程以問題為向?qū)В岢鰡栴}、認(rèn)識(shí)問題、解決問題，升華認(rèn)知、檢測(cè)認(rèn)知，以此完成能力產(chǎn)出目標(biāo)。

3.2 微課堂教學(xué)模式

結(jié)合學(xué)生接受新事物的潛能，利用新媒體技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法和手段，將部分重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)引入微課堂，構(gòu)建以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。微課堂時(shí)間短，主要針對(duì)某一問題展開講解，內(nèi)容是離散的，學(xué)生可根據(jù)自身情況自主選擇課程，能獨(dú)立思考感興趣的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，發(fā)展學(xué)生自身自主學(xué)習(xí)和思考能力。同時(shí)，微課堂碎片化的知識(shí)傳播方式迎合了移動(dòng)學(xué)習(xí)的需求，更具有靈活性和針對(duì)性。學(xué)生也可將微課堂知識(shí)點(diǎn)的疑惑點(diǎn)和新解讀上傳至討論平臺(tái)，以供感興趣的同學(xué)共同討論學(xué)習(xí)[12]。因此，整個(gè)過程是一個(gè)互動(dòng)的、參與的、創(chuàng)造性的過程。

3.3 啟發(fā)式教學(xué)模式

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，改變過去傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法，將教學(xué)過程看作一個(gè)提出問題、分析問題、解決問題的過程，可將課堂內(nèi)容分為教師引導(dǎo)、學(xué)生自學(xué)和討論總結(jié)等部分。教師在課堂中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的瓶頸進(jìn)行答疑解惑，并對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，是一個(gè)培養(yǎng)創(chuàng)新、創(chuàng)造的過程[13-14]。例如，在講解中點(diǎn)多邊形條件方程的列立時(shí)，可通過多媒體動(dòng)畫，以中點(diǎn)五邊形為例（圖2），將中點(diǎn)五邊形分解成5個(gè)獨(dú)立的三角形，使學(xué)生能很容易地列出5個(gè)獨(dú)立的圖形條件；再以O(shè) 點(diǎn)為重合點(diǎn)，OD 邊為起始邊，重合各三角形，若L11-L14的角度測(cè)量沒有誤差，則三角形OED'的OD'邊將與起始邊OD 重合，讓學(xué)生先思考各角度滿足的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生列出圓周條件；然后繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考，即使OD'邊與OD 邊重合，D'點(diǎn)與D 點(diǎn)也未必會(huì)重合，主要是由于相鄰三角形中隱含了邊長的關(guān)系，通過動(dòng)畫演示，以O(shè) 點(diǎn)為極點(diǎn)，順時(shí)針為旋轉(zhuǎn)方向，由正弦定理，以O(shè)D 邊為起始邊，依次推求OC →OB →OA →OE →OD，進(jìn)而將邊長的關(guān)系轉(zhuǎn)化為角度正弦比值的關(guān)系，從而列出極條件方程；最后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)中點(diǎn)n 邊形的條件方程，包括n 個(gè)圖形條件、一個(gè)圓周條件和一個(gè)極條件，共有n+2 個(gè)條件方程。

圖2 中點(diǎn)多邊形的條件方程

3.4 舉一反三、一題多解的教學(xué)模式

以問題為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，即圍繞某一問題，從不同角度側(cè)面，利用不同的解題方式獲得解決問題的多種方案[15-16]。例如，在學(xué)習(xí)了平差的四大模型后，可通過同一個(gè)例題（圖3）引導(dǎo)學(xué)生采用多種方式完成解答，加深學(xué)生對(duì)平差模型的理解，了解不同平差模型之間的區(qū)別與聯(lián)系，形成自主思考，在新的高度上重新認(rèn)識(shí)四大平差模型的關(guān)系。

圖3 平差模型的一題多解

3.5 項(xiàng)目式教學(xué)模式

項(xiàng)目式教學(xué)法的主要內(nèi)容包括選擇實(shí)際問題、確定解決目標(biāo)、收集相關(guān)信息、設(shè)計(jì)合理方案、提出解決辦法、檢查實(shí)施方案和過程、對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法以教師的科研項(xiàng)目或大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目為依托，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程問題的興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提升學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。例如，在學(xué)習(xí)了參數(shù)平差的知識(shí)點(diǎn)后，可安排參數(shù)平差的應(yīng)用進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)。①以數(shù)字高程內(nèi)插模型為例（圖4）提出項(xiàng)目，實(shí)際中經(jīng)常會(huì)遇到利用DEM模型內(nèi)插某點(diǎn)高程的情況，一般需先建立數(shù)字高程內(nèi)插模型，再進(jìn)行內(nèi)插；②項(xiàng)目計(jì)劃，在局部區(qū)域內(nèi)選取已知的DEM格網(wǎng)點(diǎn)或離散點(diǎn)，根據(jù)區(qū)域高程變化情況選擇擬合函數(shù)，求取擬合函數(shù)中的待定系數(shù)，并代入內(nèi)插點(diǎn)坐標(biāo)，求出內(nèi)插點(diǎn)的高程；③項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備，將學(xué)生進(jìn)行分組，查閱資料，了解什么是DEM模型內(nèi)插以及內(nèi)插方法；④方案設(shè)計(jì)，分析已知的DEM格網(wǎng)點(diǎn)，確定以多項(xiàng)式擬合法為內(nèi)插函數(shù)，利用參數(shù)平差的方法求解多項(xiàng)式系數(shù)，確定內(nèi)插模型，求解內(nèi)差點(diǎn)高程；⑤具體方案實(shí)施，讓每個(gè)小組進(jìn)行匯報(bào)講解，教師對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

圖4 項(xiàng)目式教學(xué)法的教學(xué)結(jié)構(gòu)

4 綜合評(píng)價(jià)體系

建立綜合評(píng)價(jià)體系，反饋教學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括過程質(zhì)量評(píng)價(jià)和達(dá)成情況評(píng)價(jià)。過程質(zhì)量評(píng)價(jià)的內(nèi)容涵蓋授課的整個(gè)階段，在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成預(yù)習(xí)效果檢測(cè)表，以檢測(cè)自己的預(yù)習(xí)效果，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)預(yù)習(xí)和自主查閱資料的能力；授課后，學(xué)生可在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)本次課程進(jìn)行評(píng)教，包括學(xué)習(xí)態(tài)度、快樂指數(shù)和成就感等方面，督導(dǎo)專家也可在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提交評(píng)教結(jié)果，主要包括授課質(zhì)量、學(xué)生反饋調(diào)查等方面，同行也可通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課程資源以及相關(guān)的作業(yè)討論等進(jìn)行打分互評(píng)，從而促進(jìn)教師反思教學(xué)設(shè)計(jì)、調(diào)整教學(xué)策略、優(yōu)化教學(xué)過程；課后授課教師可通過學(xué)生的作業(yè)、小組討論等進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，小組組長和組員也可從組內(nèi)參與度、貢獻(xiàn)值以及溝通與協(xié)調(diào)能力等方面進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，以督促學(xué)生提高主觀能動(dòng)性，主動(dòng)參與學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問題。為了考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，可從課設(shè)內(nèi)容、測(cè)繪專業(yè)技能競(jìng)賽、科創(chuàng)課題練習(xí)和匯報(bào)等方面進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，進(jìn)而鍛煉學(xué)生的綜合能力；再結(jié)合考試綜合檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

針對(duì)授課過程中獲取的預(yù)習(xí)反饋表、教師教學(xué)評(píng)教表、課后作業(yè)評(píng)學(xué)表、實(shí)習(xí)評(píng)學(xué)評(píng)教表以及考試試卷進(jìn)行課程目標(biāo)的達(dá)成情況計(jì)算分析。通過隨時(shí)掌握教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施效果以及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，來對(duì)未來的教學(xué)設(shè)計(jì)與授課進(jìn)行反饋和持續(xù)改進(jìn)。

5 結(jié) 語

在《誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)》課程中，將HB?LI方法與OBE理念相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以問題情境為載體，通過嚴(yán)格的實(shí)施和完善的評(píng)價(jià)體系實(shí)現(xiàn)金課建設(shè)?！罢n前—授課—課后—應(yīng)用—考試”五段式教學(xué)模式是大學(xué)傳統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)方法；微課堂教學(xué)模式對(duì)所有的學(xué)習(xí)疑難問題進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，方便學(xué)生自主提高和鞏固知識(shí)；啟發(fā)式教學(xué)模式，通過不斷設(shè)定問題，使學(xué)生能在解決問題的過程中掌握知識(shí)，最大限度地參與課堂，激發(fā)學(xué)生的求知欲和潛能；舉一反三、一題多解的教學(xué)模式能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性；項(xiàng)目式教學(xué)模式讓學(xué)生以實(shí)際問題為背景，解決問題的同時(shí)完成了工程項(xiàng)目，從而更有目的的學(xué)習(xí)。最后，通過綜合評(píng)價(jià)體系全方位考查學(xué)生的能力產(chǎn)出和課程的教學(xué)效果，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)金課建設(shè)。