石紅才 侯慶華 謝輝

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

［關(guān)鍵詞］海洋測量；教學(xué)改革；項目驅(qū)動；CDIO模式

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

引言

近半個世紀(jì)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(xué)及其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用已成為世界各國重點發(fā)展的學(xué)科之一[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類社會實踐需求的變化，海洋測繪技術(shù)也進入了一個全新的時代。尤其是近年來，空間技術(shù)、信息技術(shù)及通信技術(shù)等在海洋測繪領(lǐng)域得以廣泛運用，海洋測量儀器和技術(shù)方法得到了前所未有的更新，并促使海洋測量學(xué)科得到長足進步。與此同時，我國海洋測量技術(shù)水平已經(jīng)躋身世界先進水平[2]。在高新技術(shù)（3S）的支撐下，海洋測量學(xué)已成為海洋領(lǐng)域重要的研究與應(yīng)用方向，在海洋開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展及國家海洋權(quán)益保護等方面都發(fā)揮著極大的作用。為響應(yīng)國家建設(shè)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(xué)應(yīng)用型人才，國內(nèi)已經(jīng)有越來越多的涉海高校開設(shè)了海洋測繪相關(guān)專業(yè)或在海洋類專業(yè)開設(shè)了海洋測量學(xué)相關(guān)課程[1]，其目標(biāo)都是為海洋資源調(diào)查與開發(fā)、海洋工程建設(shè)、海洋科學(xué)技術(shù)發(fā)展及國家海洋權(quán)益保護等方面提供人才保障?；谀壳吧鐣Ｑ髴?yīng)用型人才的迫切需求，海洋測量學(xué)課程已成為海洋工程、海洋科學(xué)等海洋相關(guān)本科專業(yè)的專業(yè)必修或選修課[1]。

海洋測量學(xué)是在人類探索海洋、開發(fā)海洋的過程中產(chǎn)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(chǔ)工作之一。廣東海洋大學(xué)（以下簡稱“我?！保┰?019版海洋科學(xué)人才培養(yǎng)方案中，將海洋測量學(xué)設(shè)置為一門專業(yè)核心課程。該課程的目的主要為培養(yǎng)學(xué)生掌握海洋測量學(xué)的基本原理以及海洋調(diào)查、觀測和數(shù)據(jù)分析技能，使其具有對海洋調(diào)查領(lǐng)域的實際問題進行識別和分析并獲得有效結(jié)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(xué)過程中，由于受到實驗場地、儀器設(shè)備、學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)方法等方面的限制，海洋測量學(xué)課程的教學(xué)效果與預(yù)期有較大差距。因此，開展海洋測量學(xué)課程理論與實踐教學(xué)改革對培養(yǎng)海洋測繪技術(shù)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(nèi)容、教學(xué)方法等方面進行了分析，并對課程設(shè)計、課堂教學(xué)、實驗實踐教學(xué)、野外實習(xí)、考核評價方式等環(huán)節(jié)提出了各具特色的教學(xué)方法與對策[1， 3-5]，但是，針對我校海洋科學(xué)海洋地質(zhì)方向?qū)I(yè)人才培養(yǎng)方案與目標(biāo)，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(xué)課程內(nèi)容進行專業(yè)性的調(diào)整與優(yōu)化，才能使其更好地符合海洋科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求并為之服務(wù)。

項目組通過多次海洋測量學(xué)本科課程教學(xué)發(fā)現(xiàn)，課程結(jié)束后，學(xué)生仍對教學(xué)理論理解不夠深刻，社會服務(wù)能力不足。因此，為全面加強學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握，提高其專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力，本文將基于CDIO工程教學(xué)理念[5]，結(jié)合超星教學(xué)平臺，利用項目驅(qū)動教學(xué)模式[6]對海洋測量學(xué)課程進行教學(xué)改革與應(yīng)用分析。

一、海洋測量學(xué)課程現(xiàn)狀

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

（一）理論教學(xué)現(xiàn)狀

海洋測量學(xué)是一門涉及大地測量學(xué)、海洋聲學(xué)、電磁學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科相互交叉、滲透的學(xué)科，呈現(xiàn)“概念多、內(nèi)容多、實踐多、交叉多”等特征。本課程作為我校海洋科學(xué)專業(yè)海洋地質(zhì)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(nèi)容多、課時較少的特征。傳統(tǒng)課程存在教學(xué)理念與模式陳舊、教學(xué)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(tǒng)測量原理的講解不夠深入、對數(shù)據(jù)處理方法理解不夠透徹，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)比較困難，影響了課程的教學(xué)效果。同時，理論與實踐教學(xué)結(jié)合不夠緊密，理論課堂僅負(fù)責(zé)“教”，而實踐教學(xué)也只停留在“學(xué)”上，在一定程度上影響了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

該課程專業(yè)性較強，同時測量技術(shù)與儀器更新較快， 導(dǎo)致目前公開出版的適合海洋科學(xué)專業(yè)海洋測量學(xué)的教材較少。部分相關(guān)教材內(nèi)容多，且與我校的海洋科學(xué)專業(yè)研究內(nèi)容關(guān)聯(lián)性不夠。同時，一些新型測量設(shè)備與方法不斷出現(xiàn)，這就要求任課教師要緊跟時代步伐，了解和掌握更多學(xué)科前沿，持續(xù)調(diào)整相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，以擴寬學(xué)生視野。

（二）實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

海洋測量學(xué)是一門偏重實踐操作的專業(yè)技術(shù)課程。學(xué)校壓縮了海洋科學(xué)等非測繪專業(yè)課程的課時，導(dǎo)致學(xué)生難以在課堂上清晰把握課程體系結(jié)構(gòu)。在硬件設(shè)施上，實驗儀器更新較慢、數(shù)量不足，導(dǎo)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(diào)校，在實際操作時往往會出現(xiàn)比較大的誤差，影響學(xué)習(xí)效果。受場地、環(huán)境的影響，側(cè)掃聲吶、淺地層剖面儀等海洋測量儀器缺乏現(xiàn)場測量的條件。在教學(xué)模式上，傳統(tǒng)的實踐課堂主要由任課教師負(fù)責(zé)操作儀器、講解關(guān)鍵步驟、布置測量區(qū)域與制訂方案，由學(xué)生按部就班完成實習(xí)。這種“滿堂灌、手把手”的模式不利于培養(yǎng)學(xué)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(qū)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(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運作為學(xué)習(xí)周期，并在學(xué)習(xí)過程中強調(diào)以“項目為主線”和在“做中學(xué)”的基本理念[5]。項目驅(qū)動（Project-driven）教學(xué)法是一種“行為引導(dǎo)式的教學(xué)形式”，是指在教學(xué)過程中以一個個項目為主體，把相關(guān)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(xué)模式，主張以學(xué)生為中心，教師則起組織和指導(dǎo)的作用[6]。這種教學(xué)模式要求任課教師在課堂上以項目作為學(xué)習(xí)的主線，貫穿整個學(xué)習(xí)周期。同時需要利用具體而明確的項目目標(biāo)激發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生，緊緊圍繞著一個共同的既定項目并以此作為“教”與“學(xué)”的活動中心。學(xué)生可有效地利用各種學(xué)習(xí)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(wù)。由此，學(xué)生可掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論、提高應(yīng)用能力并獲得實踐經(jīng)驗。這種教學(xué)模式不僅可以讓學(xué)生主動參與到實踐活動當(dāng)中，還可以很好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及提高學(xué)生實踐操作能力與自學(xué)能力，使理論與實踐有機結(jié)合起來。

三、基于CDIO模式的課程教學(xué)改革

針對上述在課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的各種問題，基于CDIO工程教學(xué)理念，結(jié)合超星線上教學(xué)平臺資源和項目驅(qū)動教學(xué)模式，項目組對海洋測量學(xué)教學(xué)提出了相應(yīng)的教學(xué)改革方案。

（一）教學(xué)內(nèi)容的改革

海洋測量學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革主要包括兩個方面。一是任課教師必須結(jié)合學(xué)科特征、課程人才培養(yǎng)目標(biāo)及專業(yè)畢業(yè)要求，對教學(xué)內(nèi)容進行適當(dāng)增減、調(diào)整與優(yōu)化。在實際理論教學(xué)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(nèi)容，而且教材具有很強的針對性和系統(tǒng)性。因此本文根據(jù)海洋測量學(xué)與其他課程的關(guān)聯(lián)度、學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進行總結(jié)和調(diào)整。比如，學(xué)生已基本學(xué)習(xí)了海洋大地測量中的地球投影、坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、聲學(xué)基礎(chǔ)等相關(guān)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(xué)生自主學(xué)習(xí)與鞏固知識點；對背景基礎(chǔ)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(yīng)采用多元化教學(xué)手段和智慧課程開展教學(xué)。通過采用經(jīng)典案例及視頻分享、分組討論等多種互動教學(xué)手段進行重點教學(xué)，分析學(xué)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(xué)內(nèi)容。設(shè)計合適的研究項目，充分整合課程教學(xué)內(nèi)容，將理論知識點分解并融入實踐操作教學(xué)過程，讓學(xué)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(xué)目標(biāo)，海洋測量學(xué)不僅需要學(xué)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(guān)理論與方法，還需要學(xué)生具有利用單波束、磁力儀、側(cè)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(shù)據(jù)的專業(yè)技術(shù)能力。因此，海洋測量學(xué)按照研究內(nèi)容和目標(biāo)可分為海洋大地測量、海洋導(dǎo)航定位（GNSS測量）、水深及基準(zhǔn)面測量（單波束、多波束及側(cè)掃聲吶）、海岸帶地形測量（經(jīng)緯儀、全站儀）、海洋水文測量（CTD、海流計）、海底底質(zhì)測量（淺剖）以及地磁測量（磁力儀）等，由此制訂一套以CDIO教學(xué)理念為主線，理論指導(dǎo)實踐、實踐帶動理論的教學(xué)方案[5]。

（二）實踐教學(xué)改革

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

在海洋測量學(xué)實踐教學(xué)中，項目組運用實踐教學(xué)平臺，解決傳統(tǒng)實踐過程中由于場所環(huán)境、儀器設(shè)備類型及數(shù)量限制等原因無法進行實地操作的問題。我校構(gòu)建了以三維虛擬仿真實驗室和“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為依托的虛擬仿真平臺。該平臺可以提供海底地形與底質(zhì)探測等交互性與沉浸感的操作環(huán)境，保證每位學(xué)生都能身臨其境體驗每一步操作。該平臺作為實踐教學(xué)的重要補充，還有隨時利用賬號遠(yuǎn)程登錄操作練習(xí)的功能，一方面可以更好地培養(yǎng)學(xué)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(xué)的質(zhì)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(zé)任制度等，逐步開放部分儀器的管理與使用權(quán)限，為在實踐課堂上技能掌握不夠好的學(xué)生提供練習(xí)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(xué)生實踐操作技術(shù)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(diào)查相關(guān)的題型，使學(xué)生通過參加大賽，提升理論與實踐結(jié)合的能力和知識運用的能力，同時增強對專業(yè)的認(rèn)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(xué)生學(xué)習(xí)熱情與主動性、提高學(xué)習(xí)效率具有重要作用。CDIO模式系統(tǒng)地提出了具有可操作性的12條檢驗測評標(biāo)準(zhǔn)[5]。本文在CDIO教學(xué)理念的基礎(chǔ)之上，針對海洋測量學(xué)制訂了多角度、多目標(biāo)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(yù)習(xí)以超星平臺線上學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)作業(yè)為主；理論課堂考核主要有考勤、課堂表現(xiàn)、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(shè)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(xué)生為主導(dǎo)，在多個環(huán)節(jié)中開展組內(nèi)互評、小組間互評，激發(fā)學(xué)生之間的競爭意識，提高學(xué)習(xí)效果。與此同時，合理設(shè)計細(xì)致量化的評價標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)權(quán)重合理分配、公平公開的原則。除了教師對學(xué)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(xué)生以不記名的方式對教師在教學(xué)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(rèn)識到自身的不足和了解學(xué)生學(xué)習(xí)時存在的難點與困惑。

四、結(jié)語

提高海洋測量學(xué)實踐與理論教學(xué)質(zhì)量是一個任重而道遠(yuǎn)的任務(wù)，必須不斷創(chuàng)新教學(xué)模式與理念、改革教學(xué)手段與方法，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)資源，與時俱進。本文基于CDIO教學(xué)理念，對教學(xué)進行了改革，雖然在海洋測量學(xué)教學(xué)過程中取得了一定的效果，但是仍存在不足之處。主要體現(xiàn)在設(shè)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。

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［責(zé)任編輯：蘇祎穎］