郭 楠

（1.蘭州交通大學 測繪與地理信息學院，蘭州 730070；2.地理國情監(jiān)測技術(shù)應用國家地方聯(lián)合工程研究中心，蘭州 730070；3.甘肅省地理國情監(jiān)測工程實驗室，蘭州 730070）

變形觀測作為工程建設中非常重要的一個環(huán)節(jié)，要求從事變形監(jiān)測工作人員不僅要掌握變形監(jiān)測的方法，還要能熟練應用現(xiàn)代化測繪裝備完成工程建筑物的變形監(jiān)測，同時還要具備數(shù)據(jù)處理、分析能力，能夠綜合應用測量知識、變形監(jiān)測知識、結(jié)構(gòu)工程和巖土工程等學科知識處理復雜工程變形問題的能力，故變形觀測與變形分析課程在融合新的監(jiān)測技術(shù)的同時需兼顧變形理論與變形工程實踐，還需關注多學科交叉[1]。蘭州交通大學（以下簡稱“我校”）變形觀測與變形分析課程開設在測繪工程專業(yè)四年級上學期，是一門專業(yè)主干課程。在傳統(tǒng)授課中主要存在以下問題。

（1）傳統(tǒng)變形觀測與變形分析課程教學模式多以教師講授為主，學生被動接受知識，缺乏對學生主動學習能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（2）授課內(nèi)容多以經(jīng)典理論、傳統(tǒng)技術(shù)為主，實驗內(nèi)容多使用傳統(tǒng)儀器完成經(jīng)典變形監(jiān)測內(nèi)容，以驗證性為主，現(xiàn)代化測量儀器較少涉及，缺少綜合性實驗，課程內(nèi)容不具有時代性，學生的學習需求得不到滿足。

（3）課程過程考試方式以傳統(tǒng)的出勤、作業(yè)、實習和答疑組成，較為單一，不能滿足學生多樣化的學習需求。

教師在過去的授課過程選擇選用“雨課堂”平臺輔助課堂教學，并將新技術(shù)、方法和典型變形案例引入到了課堂中，但是傳統(tǒng)授課模式并未發(fā)生實質(zhì)性改變，新課程體系也未系統(tǒng)的建立，故迫切需要從變形觀測與變形分析課程教學內(nèi)容、方法和評價體系著手，完成該課程教學改革的探索與實踐。

一、變形觀測與變形分析課程線上線下教學模式設計

課程團隊成員確立研究課程創(chuàng)新改革研究目標，分析課程創(chuàng)新改革需要解決的主要問題，確定具體研究思路，完成課程的改革與創(chuàng)新，最終將本課程建立成一門符合一流課程建設標準的變形觀測與變形分析課程線上線下混合教學模式，并形成對應的實驗教學模式與課程考核體系。主要完成以下工作。

（一）重置教學內(nèi)容

首先，需要更新教學內(nèi)容，在教學中引入激光掃描技術(shù)、攝影測量和遙感等現(xiàn)代測量技術(shù)，使課程內(nèi)容具有前沿性；引入變形數(shù)據(jù)處理方法的國內(nèi)外最新研究動態(tài)及研究前沿，使課程高度得到提升；引入實際工程案例，引導組織學生進行探究、分析，擴展課程的廣度，由此打造具有深度、高度、廣度和前沿性、時代性的變形觀測與變形分析課程[2]。

團隊與較多工程單位保持良好溝通、合作關系，為課程的調(diào)研、實踐提供最新工程案例、重要工程資料及前沿信息，從而不斷更新教學內(nèi)容，在授課過程中引入GNSS 技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、攝影測量與遙感技術(shù)及測量機器人等內(nèi)容，提高課程的前沿性，滿足學生對變形監(jiān)測新裝備的學習需求;加入灰色理論、卡爾曼濾波和神經(jīng)網(wǎng)絡等現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法及國內(nèi)外最新研究動態(tài)并結(jié)合自己的科研課題向同學介紹當前國際學術(shù)界的研究前沿，提高課程的高度，滿足學生對前沿變形問題學習的需求；將實際工程案例引入課程，引導學生利用所學的變形監(jiān)測知識對實際工程變形問題進行分析，提高課程的廣度，滿足學生對復雜工程問題學習的需求；引導學生將所學內(nèi)容與實際工程問題、學術(shù)問題相結(jié)合[3]。

（二）教學模式設計

在此基礎之上，我們需要改變教學模式，建設變形觀測與變形分析課程線上教學平臺，形成“線上（課前）—線下（課堂）—線上（課后）”學習模式，教師根據(jù)線上教學環(huán)節(jié)接收學生學習反饋，及時重設線下教學環(huán)節(jié)與內(nèi)容，使教學形成循環(huán)模式，而不再是傳統(tǒng)的固定模式。

本課程計劃采取“線上學習（課前）—線下學習（課堂）—線上學習（課后）”模式開展教學，混合式教學模式如圖1 所示，首先完成課程整體教學設計，在此基礎上分步完成線上建設與線下建設。線上建設采用“蘭州交通大學在線教育綜合平臺”完成。主要內(nèi)容為線上學習單元建設、線上課程資源建設和線上“隨堂教學（優(yōu)慕課）”建設。線下教學選擇“優(yōu)慕課”，即在線綜合教育平臺中“隨堂教學”模塊展開，或利用“雨課堂”平臺展開。其中“隨堂教學（優(yōu)慕課）”建設在線上完成，實施課前預習環(huán)節(jié)在線上完成，其余如“簽到”“課堂小測”等在線下完成。線上線下課程彼此緊密聯(lián)系，通過線上學習環(huán)節(jié)可將學生學習情況反饋給教師，教師根據(jù)反饋信息實時調(diào)整線下教學內(nèi)容及教學活動。翻轉(zhuǎn)課堂學習過程中，線上學習注重知識學習，課堂學習注重知識內(nèi)化，根據(jù)我校實際情況，本課程在建設初期不完全采用這一模式，通過調(diào)整線上線下教學環(huán)節(jié)內(nèi)容，完成了幾輪課程的過渡以后逐漸達到翻轉(zhuǎn)課堂的目的。

圖1 混合式教學模式圖

（三）實習模式設計

與之相對應，需建立“小組負責制”課程實習模式，實習過程不再采用傳統(tǒng)的驗證式模式進行，建立實習項目專題，由具體小組負責具體課題，學生全程完成實驗方案的制訂、實施及指導，使所有學生都積極、主動地參與到實習中。

實習采用“小組負責制”模式展開，如圖2 所示，教師提前制定實習項目并說明實習內(nèi)容，指導學生根據(jù)興趣完成實習分組，從而形成實習項目小組，由項目小組負責具體實習內(nèi)容。實習之前項目小組討論實習原理，提前制訂實習方案，并提前進行實驗，實習過程中項目小組成員分別負責指導其余小組完成實習，同時解答各小組在實習過程中遇到的問題。教師在這一過程中輔助項目小組制訂方案，同時在實習過程中引導學生解決實習中發(fā)現(xiàn)的問題，實習結(jié)束以后各小組提交實習報告，項目小組提交實習總結(jié)。

圖2 實習模式圖

（四）過程性評價模式設計

最后，根據(jù)新的內(nèi)容與模式需要確立新的課程考核辦法，改變傳統(tǒng)的過程性考核辦法，形成適用于混合式教學模式的新的考核辦法。

教學模式的改變促使課程評價標準要做相應的變革，本課程在完成線上線下各教學環(huán)節(jié)的設計后，對課程的過程性評價方式進行了初步設計，圖3 為混合式教學模式教學環(huán)節(jié)設計及過程性評價的初步設計，將線上學習、線下學習過程都納入評價方式中來，比傳統(tǒng)“考勤+作業(yè)+實習+答疑”評價模式更加細化且易于執(zhí)行，每一個教學環(huán)節(jié)成績都可以通過線上方式完成統(tǒng)計，并利用平臺成績分析功能完成成績統(tǒng)計、分析。

圖3 混合式教學模式教學環(huán)節(jié)設計圖

二、變形觀測與變形分析課程改革主要成果

課程團隊在2018 年度完成了該課程教學大綱、實驗教學大綱的撰寫，根據(jù)工程認證要求在新的大綱中加入了“課程的考核及課程目標達成度自評方式”等內(nèi)容，同時調(diào)整了課程期末考試內(nèi)容，增加了考試難度，并在2019 年度授課過程中又根據(jù)實際情況對教學大綱進行了新的調(diào)整，2020 年繼續(xù)修訂該課程大綱，強化課程目標，增加課程思政內(nèi)容。建立了“線上線下”混合式教學模式，并完成了線上平臺建設；利用“雨課堂”完成變形監(jiān)測與變形分析課程線下教學環(huán)節(jié)。重新編寫該課程的實驗教學大綱，制訂了新的實驗教學方案，建立了“小組負責制”實驗模式。2020 年獲批蘭州交通大學“金課”建設項目，并在2020 年12 月被認定為甘肅省一流課程，主要成果如下。

（一）確立新的變形觀測與變形分析課程大綱

變形觀測與變形分析課程的主要授課對象為測繪工程專業(yè)學生和在第七學期開設，支撐測繪工程專業(yè)畢業(yè)要求指標點中問題分析、研究及使用現(xiàn)代工具三個指標點。要求通過本課程的學習，能夠針對具體的測繪工程問題建立數(shù)學模型并求解；能夠?qū)⒆匀豢茖W知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析復雜測繪工程問題；通過文獻查閱和研究，能夠剖析復雜測繪工程問題，選擇合適的數(shù)學模型，并進行推理和驗證，得到有效結(jié)論；能夠基于專業(yè)知識對復雜測繪工程問題研究方案進行設計、論證與預測；能夠選擇恰當?shù)臏y繪技術(shù)與儀器，對復雜測繪工程問題進行分析、計算與優(yōu)化設計。據(jù)此完成了課程內(nèi)容的重新設計。

課程內(nèi)容根據(jù)變形監(jiān)測基本理論、變形監(jiān)測技術(shù)、變形監(jiān)測網(wǎng)的參考系和參考點的穩(wěn)定性分析、變形分析與建模的基本理論與方法重新設計為14 個教學單元。單元1 為變形監(jiān)測的基本知識；單元2 為概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識；單元3 為變形的確定性模型和混合模型；單元4 為變形監(jiān)測技術(shù)；單元5 為變形監(jiān)測資料的預處理；單元6 為絕對網(wǎng)和相對網(wǎng)；單元7 為監(jiān)測網(wǎng)的參考系（實習7）；單元8 為平均間隙法（實習8）；單元9 為GPS 變形監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理（實習9）；單元10 為回歸分析法；單元11 為時間序列分析模型；單元12 為灰色系統(tǒng)分析模型（實習10）；單元13 為Kalman 濾波模型；單元14 為人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型。在此基礎上又分設各子單元。

（二）建立“線上線下”混合式教學模式

根據(jù)課程“線上線下”混合式教學模式設計，在“蘭州交通大學在線教育綜合平臺”初步完成變形觀測與變形分析線上課程的建設，并投入使用?；凇坝暾n堂”平臺完成了變形觀測與變形分析課程線下課程建設已投入使用，并不斷進行完善。同時在課程課件實習期間，利用“蘭州交通大學在線教育綜合平臺”中“優(yōu)慕課”平臺快速完成課外實習的簽到。

（三）完成課程資源建設

建成線上課程視頻資源庫10 個，時長10～15 分鐘，引入視頻資源10 個；完成了文檔資料電子講稿、電子教材的撰寫；完成了作業(yè)庫、試題庫、試卷庫及案例庫的建設；完成了實驗指導書的撰寫；完成了線下課程建設，選擇“雨課堂”或“優(yōu)慕課”，配合線下教學。

（四）完善課程成績評定方式

線下成績通過“蘭州交通大學在線教育綜合平臺”中“隨堂教學”欄目完成各教學環(huán)節(jié)的成績統(tǒng)計，線上成績也可通過該平臺自動統(tǒng)計，并根據(jù)課程成績考核辦法完成成績統(tǒng)計與分析。

三、變形觀測與變形分析課程改革創(chuàng)新亮點

（一）注重課程思政

將“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”“中國高鐵”和“港珠澳大橋建設”等內(nèi)容融入到日常教學中去，從而培養(yǎng)學生民族自豪感、職業(yè)榮譽感。

（二）建立前沿性、時代性的教學內(nèi)容

在授課過程中引入三維激光掃描技術(shù)、攝影測量與遙感技術(shù)、測量機器人等內(nèi)容，提高課程的前沿性;在授課過程中引入變形數(shù)據(jù)處理方法的國內(nèi)外最新研究動態(tài)并結(jié)合自己的科研課題向同學們介紹當前國際學術(shù)界的研究前沿，提高課程的高度;將實際工程案例引入課程，引導學生利用所學的變形監(jiān)測知識對實際工程中的變形問題進行分析，提高課程的廣度[4]。

（三）建立先進性、互動性的教學模式

教學形式采用線上線下混合式教學模式，提高了學生學習興趣，采用新的模式授課引導學生積極參與到課堂中，使其學會主動思考、討論及實踐。以“雨課堂”的模式完成了線下課程的授課，得到了很多學生的認可，有部分學生還提出了更高的學習要求，教學團隊也通過“雨課堂”收集到了很多學生對教學內(nèi)容、教學方法等方面的反饋意見。

（四）建立“小組負責制”課程實習模式

實驗教學采用“小組負責制”模式展開，小組學生需要提前根據(jù)教師的要求學習實習原理，討論、制訂實習方案，甚至有的組提前進行了實習，在全班實習過程中這些同學能夠講解、分析和解決各組在實習中遇到的問題，并引發(fā)討論，使得每一名學生都能夠積極參與到實習中來，讓學習從過去的被動學變成了現(xiàn)在的主動學。

（五）建立完整的線上線下過程性考核體系

適當提高傳統(tǒng)課程考核的難度，對過程性考核成績進行設計，包括：課前預習、課堂表現(xiàn)和課后活動三個部分，并以“雨課堂”“優(yōu)慕課”等平臺設計教學環(huán)節(jié)，細化了考核目標，易于執(zhí)行[5]。

四、結(jié)束語

項目實施滿足測繪工程專業(yè)學生對變形監(jiān)測新裝備、新方法，以及實際工程變形問題、前沿變形問題學習的需求，引導學生將所學內(nèi)容與實際工程問題、學術(shù)問題相結(jié)合，同時滿足就業(yè)學生和繼續(xù)讀研學生的需求，提升學生解決問題的能力與綜合素質(zhì)。將項目內(nèi)容擴展至土木、建環(huán)和給排水等非專業(yè)學生，促進了學科交叉與學科融合。在擴展了非本專業(yè)學生知識面的同時，增強非本專業(yè)學生綜合解決實際工程變形問題的能力，也為非本專業(yè)學生提供新的研究方向。