基于自主學習理念的GPS課程實踐教學改革

范士杰， 王振杰， 彭秀英

(中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266580)

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基于自主學習理念的GPS課程實踐教學改革

范士杰， 王振杰， 彭秀英

(中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266580)

高校實踐教學是激發學生創新意識、開拓學生創新思維的重要環節。論文基于自主學習理念，以職業技能和創新能力培養為目標，對GPS課程實踐教學進行改革和探索。借助課間實驗和集中實習兩個平臺，分三個層次和七個模塊，構建了GPS課程實踐教學新體系；通過對實踐教學內容的優化、實踐教學方法的優選以及實踐教學考核方式的改革，切實改善GPS課程實踐教學的效果，以培養和提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力以及職業技能和素養、團隊協作能力等。

自主學習； 實踐教學； 職業技能； 創新能力； 教學改革

0 引 言

高等學校的實踐教學可以激發學生的創新意識、拓展學生的創新思維、增長學生的創新技能、涵養學生的創新品格，培養學生的團隊協作精神，是其他任何教學形式所不能替代的[1]。GPS課程具有很強的應用性和實踐性，因此各高校在該課程的教學活動中，均安排適當學時的實踐教學環節。實踐教學并非是書本知識到實際應用的簡單復制，而是要使學生對所學的知識在實踐中加以理解、消化和吸收，從而主動構建起自己新的知識體系[2]。為此要通過實踐教學，訓練學生的基本操作技能，為后續的自主學習和自主實踐奠定基礎；提高學生理論知識的運用能力，以自主解決工程中的實際問題；增強學生的實踐能力，以提高其工作適應能力；培養學生的自主創新能力，以拓寬其發展空間、增強其發展后勁。但該課程實踐教學所安排學時相對較少，如何在有限教學時間內有效地提高實踐教學效果、實現教學目標，成為該課程實踐教學改革的關鍵。

20世紀80年代，Henri Holec提出了“自主學習”概念。繼Holec之后，Dickinson、Ellis、Kenning、Scharle和Szabo、Reinders、華維芬、彭金定、龐維國、徐錦芬、霍秉坤等國內外學者對自主學習做了進一步地探討與研究。21世紀初，Littlewood將自主學習分為前瞻性自主學習(proactive autonomy)和反應性自主學習(reactive autonomy)兩種運行模式。前者指學習者參與學習方向的制定并進行自主學習，后者指學習者在教師確立學習方向之后自動組織相應資源從事自主學習活動[3]。在我國目前高等教育背景下，反應性自主學習模式具有更高的適切性。在該學習理念下，教師設定學習方向，通過學生的自學、嘗試練習、自查小結、協商討論以及教師針對各自主學習環節的個性化指導，最終實現學習目標。該學習理念突出學生學習的主體性，體現學生學習的自主性，更有效調動學生學習的能動性，因而更有利于實踐教學活動的開展[4]。

從查閱的大量文獻來看，與上述自主學習模式相關的研究主要集中于語言教學領域，實踐教學領域的研究相對較少。徐俊對自主學習模式在“網絡工程”教學中的應用做了相關的研究；李琰等研究了自主學習模式下的實驗教學體系的構建；陸源等研究了自主學習、自主實驗、自主創新教學的有關問題；殷偉鳳就以實踐為主的學生自主學習模式進行了改革和探索。作者結合多年的教學實踐，針對高校GPS課程實踐教學的特點，基于自主學習理念，以職業技能和創新能力培養為目標，對GPS課程實踐教學內容、教學方法及考核方式等進行了一些有益的改革與探索。

1 明確實踐教學目標，找準實踐教學定位

以“傳承實踐知識、提升實踐理性、優化實踐策略和生成實踐智慧”為課程實踐教學的總目標[5]。力求通過本課程實踐教學，除讓學生能夠獲取必備的知識和技能外，更重要的是培養學生自主學習、自主實驗和自主創新能力[6]。創新能力的培養必須建立在一定的專業基礎知識和基本專業操作技能基礎之上[7]。在自主學習模式下，首先通過實踐教學使學生掌握GPS課程的基礎知識，形成相應的專業理論知識和實踐知識結構體系，完成知識的認知過程；其次，在知識認知基礎上，通過實踐教學培養學生的操作能力、發現、分析和解決問題的能力及科研創新能力；最后，通過實踐教學加強對學生身體、心理、道德文化、智能等素質，以及創新意識和能力、團隊協作、職業素養、實踐能力等方面的培養，使其具備對新知識、新技術、新業務較強的適應能力和學習能力，具備可持續發展的潛力。從而實現培養和造就具備健全人格、專業知識結構合理、自主學習能力強、職業技能和創新能力突出、適應現代測繪行業發展的高級測繪專業人才的目標。

2 完善實踐教學體系，優化實踐教學內容

2.1 實踐教學體系構建

結合我校教學實際，根據實踐教學目標，基于自主學習理念，以職業技能和創新能力培養為目標，充分利用課間實驗和集中實習兩個實踐教學平臺，按三層次、七模塊構建既獨立于其理論教學，又與理論教學密不可分的GPS課程實踐教學新體系，見圖1。努力做到以獲得知識和培養能力為中心，理論與實踐并重，全面提高學生的測繪專業技術水平和職業素養[8]。

圖1 實踐教學體系構建

2.2 課間實驗教學內容優化

結合上述實踐教學體系，在注重實踐教學的綜合性、設計性和應用性的基礎上，對實踐教學內容進行優化。以自主學習為前提，給學生創造更多的實踐機會，以提高學生的動手能力和創新能力。如：GPS觀測由靜態測量到動態測量進行過渡；GPS技術應用由控制測量到RTK測圖、放樣進行設計。

課間實驗是GPS理論教學的中間環節，二者交叉進行，是為促進學生深入理解和掌握GPS基本原理、方法和基本技能而設計的基礎性實踐教學項目，是學生掌握專業技能的第一步，對后續實踐教學和職業素養培養有直接影響。為此，作者選擇基礎性和代表性的工程環節作為GPS課間實驗教學內容(見圖2)，使學生學會規范、熟練地操作GPS相關儀器設備，掌握GPS測量的基本方法，培養學生的數據采集、數據處理、成果輸出等基本技能。通過對教學內容精心設計，力求在基礎性實驗中體現研究和創新意識。如：GPS RTK教學內容中既有RTK系統的認識和設備使用，又有RTK快速定位與放樣等技術應用。這樣既加深了學生對理論教學內容的理解，又為后續RTK數字化測圖實習奠定了基礎。

圖2 課間實驗教學設計

2.3 集中實習教學內容優化

集中實習是在完成GPS理論教學和課間實驗教學之后而安排的第二個實踐教學活動。此時，學生已掌握相應基礎理論知識，獲取了一定的GPS基本操作技能和專業技術技能。但其知識和技能水平還遠未達到測繪生產實際的需求，其職業技能和職業素養還需進一步培養和強化。

在自主學習理念下，模擬測繪生產環境及要求，以相對集中的形式對GPS測繪生產中所需專業技能和職業技能進行系統訓練，最終由學生交出實踐“產品”。這是集中實習教學設計的基本過程，該過程模擬GPS測繪生產的每一個環節，讓學生明確各環節的銜接關系，對其理解所學知識及前后知識點的融會貫通大有益處。因此，選擇特點鮮明的工程實例，優化設計GPS集中實習的教學內容(見圖3)，使整個實習過程符合GPS測繪生產實際，便顯得至關重要。

以中國石油大學(青島校區)數字地形圖測繪為模擬“生產任務”，以GPS靜態相對定位方法實現測區的控制測量(包括控制網優化設計、布設、數據采集、基線解算和網平差處理)，以GPS RTK技術進行碎部測量數據采集(包括基準站的架設和參數設置、數據通訊鏈路的建立、流動站的參數設置、坐標系統設置等)，最后借助成圖軟件制作測區數字地形圖。因此，整個實習內容不僅具備綜合性和設計性，而且具有一定的研究性。實習過程既有內業，又有外業；既有硬件操作，又有軟件使用；不僅體現了GPS課程理論教學的全過程，而且基本反映了當前工程項目的實際生產過程。實習過程中，學生利用已掌握的基本知識和基本技能，獨立完成從項目前期準備、技術設計、數據采集、數據處理、成果整理等模擬GPS測繪生產項目的全過程，充分調動學生的主觀能動性和自主學習意識，增強其對GPS測繪生產項目的整體性、過程性認知，從而實現培養具有較強的內、外業動手能力、工程實踐和創新能力的高級應用型測繪科技人才的目標[9]。

圖3 集中實習教學設計

經過逐步優化后，整個實踐教學內容完整、前后銜接、循序漸進。課間實驗和集中實習等實踐教學環節有機結合，力爭在有限課時內達到最優的實踐教學效果，使動手能力、實踐能力和創新意識的培養貫穿于實踐教學全過程。

3 注重自主學習能力培養，優選實踐教學方法

教學中，教是外因，學是內因，教必須通過學起作用。為增強學生自主獲取知識、自主學習的意識，提高學生自學、應用和創新的能力，優選與GPS課程實踐教學目標和要求相適應的實踐教學方法十分重要。結合我校的實際情況，確定以自主學習為主，輔以“小組學習”、“討論式學習”等方法，開展實踐教學活動。具體教學過程中給學生更多自主學習空間，真正讓學生成為實踐教學的主體。

3.1 課間實驗教學

對于課間實驗，教師不講解具體實驗內容。實驗前通過觀看與實驗有關的視頻資料(如：GPS接收機的認識與操作、GPS RTK系統的配置和參數設置等)，將實驗教學內容和儀器使用等，生動、形象、真實地展現給學生，幫助學生在較短時間內了解整個實驗項目。在此基礎上，以小組為單位自主閱讀實驗指導書和查閱相關資料，進一步明確實驗目的、要求，確定實驗方法和操作步驟(過程)，并撰寫實驗預習報告[10-11]。這樣既能調動學生自主學習的積極性，大大提高實驗教學效率，同時又能減少或避免實驗過程中儀器操作的失誤和實驗儀器的損壞[12]。實驗中，結合前期準備情況，每個學生獨立完成每一項實驗任務，熟練掌握各項操作技術要領。發現問題，首先通過小組研究討論自主解決，教師僅起引導作用，真正讓學生掌控實驗主動權[13]。這樣既能培養學生發現問題的能力，又能提高學生獨立分析問題和解決問題的能力，促使其養成科學的思維習慣和嚴謹的工作作風。實驗后，要求每個學生認真獨立完成實驗報告，以培養闡述實驗結果的表達能力。

3.2 集中實習教學

模擬GPS測繪生產項目，組織實踐教學內容和過程，以便創立一種認知環境，使學生更深刻地理解GPS測量原理與方法。實習開始前，通過實習動員，要求學生就實習項目查閱相關資料，自主獲取相關知識，充分理解和掌握GPS測量工作的基本流程和方法。通過師生、生生對話，討論確定實習項目的最終實施方案。這樣不僅有利于學生更深入理解已有理論知識，有助于學生分析和綜合能力的提高，還有利于激發學生求知欲和培養創新思維的習慣和能力。同時，通過訓練讓學生學會討論，有助于學生學會認知、學會做事、學會生活生存[14]。實習過程中，教師現場指導，協助學生及時檢查項目成果資料，以確保成果符合測量規范要求；鼓勵學生及時發現實習過程中的問題，通過小組內、小組間的學習、討論和分析進一步自主解決問題。這樣既能增加學生掌握知識的主動性和積極性，又能培養學生發現問題、分析和解決實際問題的能力，提高工程實踐能力。另外，在實習初期，為了解實習的進度、遇到的問題以及問題解決的情況，建立日匯報制度，以便做到及時對學生啟發和引導[15]。實習結束后，按照學術論文格式要求，撰寫實習報告和技術總結，完成從實踐中抽象出能力和方法并訓練科技寫作能力的過程。通過集中實習模擬生產項目的“做中學”訓練，使學生形成獲取知識(自主學習)、共享知識(自主團隊合作)、應用知識(自主解決問題)、總結知識(自主創新)和傳播知識(溝通交流)的能力，從而切實提高其專業和職業素養[16]。

4 注重綜合能力評價，改革實踐教學考核方式

結合實踐教學目標和教學內容，對每個學生考核，給出客觀、實際、公平的實習成績，是確保GPS課程實踐教學效果的關鍵之一[13]。為此對傳統實踐教學考核方式進行改革，將考核貫穿于實踐教學全過程，采用多模塊考核方式，將過程評價與結果評價相結合，開展對學生綜合能力的評價，避免考核結果的片面性，確保實習成績公正性和客觀性[17]。

課間實驗沒有單獨設課，將每個學生的實驗考核情況作為理論課平時成績評定的主要依據之一。課間實驗考核包括預習報告、外業操作熟練程度、實驗完成情況、實驗報告質量4個模塊。預習報告和實驗報告由指導教師評閱，外業操作和實驗完成情況由指導教師現場測評。最終課間實驗成績按照如下權重評定：預習報告(20%)+外業操作熟練程度(30%)+實驗完成情況(30%)+實驗報告質量(20%)。

集中實習單獨設課，其教學內容模擬GPS測繪生產項目。測繪是一項非常嚴謹的工作，所獲得數據必須真實可靠，因此必須從知識、能力和職業素養等方面對學生進行綜合考核。集中實習考核同樣分模塊進行，各模塊及其所占分值比例分別為：平時表現20%、儀器和軟件操作20%、成果質量30%、實習報告(包括自主學習報告、技術總結)30%。平時表現主要考查學生的出勤情況、實習態度、責任心和協作能力，采取學生小組自評、互評以及教師評定相結合的方式，確定每個學生的平時表現成績。儀器和軟件操作采用實習過程中現場考核與實習結束后的專業技能測試相結合的方法進行。現場考核結合基本原理、方法和技能方面的知識，預設一些問題進行隨機提問。專業技能測試事先做好相關測試項目標簽，每個學生現場抽簽決定參加的操作項目，根據學生完成操作時間長短及數據準確性等定量指標進行評定。成果質量考核主要考察原始數據采集是否符合規范要求，各項測量技術指標是否合格，數據處理過程與結果分析是否合理，以及相關圖表、圖件是否完整等。實習報告主要從自主學習效果、內容、組織、語言表達、規范性等方面綜合評定學生自主獲取知識能力、綜合應用知識能力、數據處理和分析能力、語言表達和論證能力，以及發現問題和運用所學知識解決問題能力。

5 結 語

自主學習理念下GPS課程實踐教學改革在我校測繪工程、地理信息科學等本科專業進行了多年的探索和研究。本文以職業技能和創新能力培養為目標，借助課間實驗和集中實習兩個平臺，分三個層次和七個模塊，構建了GPS課程實踐教學新體系，取得了顯著的教學效果。通過GPS課程實踐教學改革，激發了學生對該課程的學習興趣，每年都有一大批學生積極申請與GPS相關的各類科技創新項目(如“校級大學生創新創業訓練項目”等)，同時選擇GPS方向的研究生比例逐年提高；提高了學生的職業技能、職業素養和工程應用能力，培養了一大批知識面寬、基礎知識扎實、創新意識強的高素質測繪人才。

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Practical Teaching Reform for the Course of GPS Based on Autonomous Learning Mode

FANShi-jie,WANGZhen-jie,PENGXiu-ying

(School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

The practical teaching in university is an important part of inspiring the students' innovative consciousness and exploiting the students' innovative thinking. In this paper, GPS practical teaching reform and exploration are conducted based on autonomous learning mode, taking professional skills and innovation ability training as an objective. Using the experiment and practical training as two platforms, the new GPS practical teaching system is constructed according to three levels and seven modules. The practical teaching effect is significantly improved through the optimization of practical teaching contents and methods together with the reform of examination approaches. The ultimate goal is to develop students' learning ability, practical ability, innovation ability, professional skill and literacy, and teamwork skill.

autonomous learning; practical teaching; professional skill; innovation ability; teaching reform

2015-01-30

國家自然科學基金項目(41274011, 41374008)；中國石油大學(華東)校級教改項目(JY-B201267)；中國石油大學(華東)研究生教育研究與教學改革項目(YJ-B1403)

范士杰(1969-)，男，山東聊城人，博士，副教授，主要從事GPS精密定位、GPS氣象學等研究。

Tel.: 15853276325；E-mail: fshijie@upc.edu.cn

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1006-7167(2016)01-0146-04