CDIO+CBE理念下的“數字海洋工程”系列課程教學實踐

謝宏全，周 立，孫 華

(淮海工學院測繪與海洋信息學院, 江蘇 連云港 222005)

CDIO+CBE理念下的“數字海洋工程”系列課程教學實踐

謝宏全，周 立，孫 華

(淮海工學院測繪與海洋信息學院, 江蘇 連云港 222005)

為了不斷增加數字海洋建設的高級技術人才，開展教學研究具有重要意義。本文在簡要介紹開設“數字海洋工程”課程必要性與建設進展的基礎上，詳細闡述了課程性質、學時安排與教學內容安排，課程體系的教學內容由課程教學、課程設計、開發實習構成。最后，對3門獨立課程考核方法進行了介紹。

CDIO；CBE；數字海洋工程；教學內容；考核方法

隨著我國數字海洋建設的快速發展，以及近年來“智慧海洋”概念的提出與建設，未來將需要大量的相關專業信息人才。海洋技術專業的本科學生開設“數字海洋工程”課程是非常必要的。目前國內開設此課程的高校非常少，而圍繞數字海洋建設的相關基礎技術課程較多。筆者所在學校自2009年開始面向海洋技術專業學生作為專業選修課程開設“數字海洋工程”課程，一直延續到現在，已經積累了一定的教學經驗。

CDIO 是一種以工程項目設計為導向、以工程能力培養為目標的工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的最新成果[1]。以提高學生工程實踐能力為目的，同時還包括培養工程科學能力、技術實踐能力、新知識學習能力、團隊交流能力等[2]。CBE(能力本位教育)在本質上是一種以能力培養為中心的教育模式，強調學生“做中學”，并通過學生在相關技能或活動上的表現來評價教學和學習效果[3]。

本文將CDIO與CBE理論應用于“數字海洋工程”，在簡單介紹課程必要性與建設進展的基礎上，詳細介紹課程教學安排和課程考核方法。

一、課程必要性與建設進展

1. 開設課程必要性

“數字海洋”伴隨“數字地球”理念應運而生,是數字地球的重要組成部分,對我國的海洋管理、調查、研究、開發、利用、保護等具有重要意義。數字海洋建設是一項龐大復雜的系統工程，也是一項科學工程, 具有空間性、整體性、持續性和系統性的特點[4]。為在海洋競爭中獲取信息優勢, 美、英等國已將科研尖端力量和大筆資金投入數字海洋工程。國家海洋信息中心于1999年首次提出了“數字海洋”的概念和中國“數字海洋”發展的基本思想[5]。我國在2001年啟動數字海洋項目建設，2004年實施了近海海洋綜合調查和評價專項( 908專項),確立了建設“中國近海數字海洋信息基礎框架”的目標，并于2011年12月全面建設完成[6]。我國建成了全球第一個數字海洋系統,并正式發布了首個數字海洋公眾服務系統iOcean[7]。目前國家與省級節點建設與應用已經完成，市縣級海洋管理單位結合自身實際需要，利用最新相關技術正處于關鍵的發展時期[8]。

2008年IBM提出了“智慧地球”的概念，目前我國已經開始建設“智慧城市”的試點工作。“智慧海洋”的概念伴隨“智慧地球”理念應運而生，學者已經進行了相關研究，例如文獻[9]提出建設海洋牧場 2.0 版本—智慧型海洋牧場，智慧海洋建設是未來發展的新趨勢。

為推進我國數字海洋的建設，培養相關技術人才與普及數字海洋建設的知識，在高校相關專業中開設數字海洋建設相關課程是必要的，特別是擁有海洋技術等相關專業的學校。

開設此門課程的目的是使學生了解數字海洋的基本內容、我國數字海洋建設的現狀、存在問題及發展趨勢等相關內容，樹立學習海洋技術專業的信心，為畢業后從事相關工作奠定一定的基礎。因此，開設“數字海洋工程”課程是非常必要的。

2. 課程建設進展

目前我國處于數字海洋建設與應用的初級階段，將來對各類相關專業技術人才的需求是必然的。據調查目前國內高校與數字海洋建設密切相關的本科專業開設此課程的還非常少。

筆者所在學校自2009年開始此課程的教學。在國內無參考資料的情況下，不斷探索教學內容、教學方法與成績評定辦法。2015年本系列課程的教學研究被確定為校級教學改革研究項目。

海洋技術專業是筆者所在學校具有鮮明海洋特色的重點建設專業之一，是全國第一個培養海洋信息技術人才的本科特色專業，2008年第一批入選校級人才培養模式創新實驗區，2009年被遴選為校級特色專業建設點，2010年入選第六批國家級特色專業建設點，2015年確定為江蘇省高校品牌專業建設工程一期項目。

海洋技術專業自創辦以來，截至2016年培養方案已經進行過6次修改。本課程經歷了3次調整：第1次是在2010級以前的3個培養方案中，本課程設置為專業選修課程，32學時(含4學時實驗)，對于2004—2011級海洋技術專業學生，只有2006級在第七學期開設過一次；第二次是在2012級培養方案中，本課程設置為專業主干必修課程(第七學期)，32學時(含4學時實驗)，配套有課程設計1周，開發實習2周(其中2012級已經完成教學)；第三次是在2014級培養方案中，本課程設置為專業教育平臺的必修課程(第七學期)，32學時(含4學時實驗)，配套有課程設計2周，開發實習3周。在2016級培養方案中，與2014級的設置相同。

二、課程教學安排

1. 課程性質與學時安排

以2012級培養方案為例，本課程是海洋技術專業的主干必修課程之一，先修課程是GIS原理與應用、海洋測量學、海洋調查與觀測技術。本課程的作用是：在已學相關課程的基礎上，拓展專業知識的應用領域，了解數字海洋建設的基本理論與方法。通過本課程的學習，培養學生應用數字海洋核心系統和數字海洋的關鍵技術，完成在城市規劃、建設與管理等領域數字海洋工程設計、開發、建設、數據采集和系統維護管理的能力。

本課程為專業主干必修課程，安排在第七學期開設，每周二講(每講2學時)。總學時為32學時(2個學分)。課程內容分為兩部分：第一部分是課堂理論教學，為28學時，學時分配見表1；第二部分是實驗教學，為4學時。

表1 課堂教學授課主要內容及學時安排

2. 教學內容安排

整個課程體系的教學內容由課程教學、課程設計、開發實習構成，教學內容的詳細安排如下。

(1) 課堂與實驗教學內容

2004年開始招收海洋技術專業學生，2009年第一次開設“數字海洋工程”專業選修課程，基于當時公開出版與數字海洋建設相關圖書非常少的情況，未給學生指定教材，任課教師主要收集了相關內容進行講授。

截至2016年，公開出版數字海洋建設比較相關的圖書非常少，主要有海洋漁業地理信息系統研究與應用、海洋地理信息系統——原理、技術與方法、數字工程的原理與方法、中國數字海洋-理論與實踐、海洋地理信息系統原理與實踐。以上圖書的內容各有側重，個別圖書出版時間比較早，隨著數字海洋建設的迅速發展，新技術不能更好地體現，因此不適合作為教材使用。另外公開發表的文獻資料也非常少。

基于以上相關文獻資料的總體情況，2014年對課程的教學大綱進行了修訂。2015年針對海洋技術專業2012級學生第二次開設此課程，講授內容的確定原則是：以教學大綱內容為主線，參考相關圖書的相關內容，適當補充最新的數字海洋建設技術發展動態的內容。課堂教學授課的主要內容見表1。理論教學內容是CDIO第一個環節C(構思)的理論基礎。

實驗教學環節共4個學時，安排2個實驗項目：一個是“海洋空間基礎設施管理系統設計”；另一個是“數字海洋工程功能開發”。每個學生在指導教師與實驗指導書的基礎上完成，提交實驗報告。實驗教學目的與內容見表2。實驗教學內容是CDIO第一個環節C(構思)的實踐基礎。

表2 實驗教學主要內容及學時安排

(2) 課堂設計教學內容

本課程設計(1周)是學生在學習完成“數字海洋工程”等相關課程后的集中實踐教學環節(必修)。主要目的在于使學生更好地理論聯系實際，針對具體的問題，掌握數字海洋工程的概念與理論，設計的方法、流程和步驟。

依據學生的相關知識學習基礎，結合本課程設計的內容，將海洋技術專業2012級學生分成6個小組，每個小組5～6人。在指導教師提供的8個與海洋管理相關的備選題目中進行選擇。以小組為單位，每個小組收集與題目相關的文獻資料，完成系統屬性數據庫的設計，依據指導教師的具體要求撰寫系統需求分析報告。課程設計內容的完成是CDIO第二個環節D(設計)方面的訓練，也是培養學生在實踐中獨立分析問題、解決問題的創新能力，也體現了CBE的理念。

(3) 開發實習教學內容

本教學環節(2周)是在課程學習與課程設計完成的基礎上進行的集中實踐教學環節(必修)。通過實習可以讓學生深刻了解、熟悉和熟練掌握數字海洋工程開發的數據輸入子系統、海洋空間數據存儲和檢索子系統、數據處理和空間分析子系統、數據子系統的設計、建模和功能開發；加深對基礎理論知識的鞏固，并把理論運用于實踐，在實踐中發現問題，不斷完善和總結所學知識，培養學生的實踐能力和綜合分析能力，提高學生的專業素質。

為了使學生了解海洋管理部門的業務化管理系統，開發實習的第一步是帶領學生到連云港海域使用保護動態管理中心進行參觀，邀請系統管理人員講解國家海洋局動態監視監測系統、連云港海域無人機三維立體監管平臺、連云港市海洋漁業安全信息救助指揮系統的主要功能。這不僅有助于進一步理解理論知識，而且為系統的開發實習奠定了良好的基礎。

針對海洋技術專業2012級學生，在完成課程設計的基礎上，完成系統總體設計書(包括系統的實際目標分析、系統的總體結構與功能設計、開發環境分析、實施計劃、管理與開發人員)的撰寫，還要完成系統開發(包括系統需求分析、確定技術標準體系、選擇軟硬件環境、系統的詳細設計、數據采集、數據庫建設、系統集成與測試)。開發實習內容的完成是CDIO第三與第四環節I(實現)O(操作)方面的訓練，也是培養學生在實踐中獨立分析問題、解決問題的創新能力，也體現了CBE的理念。

三、課程考核方法

依據學校課程成績評定的管理辦法，按照教學大綱的要求，3個教學環節分別進行成績評定，具體的考核方法敘述如下。

1. 課程教學成績

總成績由平時成績和期末成績兩部分構成，其中平時成績占30%，期末成績占70%，以百分制進行評定。

平時成績由作業成績、實驗成績、考勤成績3部分構成。平時成績=(5次作業成績加和+2次實驗成績加和+考勤成績)/8。作業題目每次1～2個，以教師講授的內容為主，概念與簡答題目，依據學生完成內容的正確情況、字跡工整程度等以百分制評定。實驗成績依據學生上交的實驗報告以百分制進行評定。考勤成績=(100/考勤次數)*考勤時的出勤次數。

期末成績以筆試閉卷形式完成，同時以相同題型與難度出A、B卷，經過系主任與教學副院長審批后選擇一個進行考試。題型包括填空題、名詞解釋、簡答題、綜合題。填空題占20分(20個空)，名詞解釋占20分(4個)，簡答題占40分(4個)，綜合題占20分(2個)。

2. 課程設計成績

課程設計成績由指導教師根據設計表現(考勤和實習態度)(30%)和提交的設計書(70%)給出，最終采用優秀、良好、中等、及格、不及格五級分制評定。

3. 開發實習成績

開發實習成績包括學生的實習態度(依據考勤)、日記、實習報告、開發能力(主要依據系統運行和演示情況)4個方面，在實習成績中占的比例分別為10%、10%、40%、40%，實習成績按照優秀、良好、中等、及格、不及格五級分制評定。

四、結束語

將CDIO與CBE的理念引入到數字海洋工程系列課程教學中，是對工程教育的一種探索，實踐證明本課程系列的教學改革是行之有效的，很好地提高了學生的學習興趣，激發了學生的創新意識，培養了學生的實踐動手能力和工程素養。目前我國數字海洋的建設還處于發展期，在以后的教學中，要密切跟蹤數字海洋建設的最新技術進展，不斷充實授課內容。

[1] 張國斌,張樹軍,劉春城,等.基于CDIO模式的學生實踐能力的培養[J].實驗室科學,2014,17(1):126-127.

[2] 劉嬪,鄧月明,張連明.CDIO工程教育模式下的網絡安全課程教學改革探索[J].西南師范大學學報(自然科學版),2014,39(1):161-164.

[3] 任國防.CBE教育模式對普通學科教育的啟示[J].河南師范大學學報(哲學社會科學版),2012,39(5):217-219.

[4] 宋喜紅,宋吉德,王厚軍,等. 威海市數字海洋框架建設研究[J].淮海工學院學報(社會科學版),2010,8(4):67-70.

[5] 張峰,石綏祥,李四海.數字海洋重點實驗室的建設與思考[J].實驗技術與管理,2011,28(10):172-174.

[6] 趙新生,李妍,楊波,等. 數字海洋信息化管理體系的構建研究[J].海洋開發與管理,2015(11):47-50.

[7] 石綏祥,雷波.中國數字海洋-理論與實踐[M].北京:海洋出版社,2011.

[8] 陸育卉,趙海,張翼翔,等.綏中縣數字海洋綜合地理信息系統設計與實現[J].測繪科學,2014,39(5):54-56.

[9] 王恩辰,韓立民.淺析智慧海洋牧場的概念、特征及體系架構[J].中國漁業經濟,2015,33(2):11-15.

Teaching Practice of “Digital Ocean Engineering” Series Course Based on CDIO+CBE Concept

XIE Hongquan，ZHOU Li，SUN Hua

2016-08-12

江蘇省海洋技術品牌專業建設項目(PPZY2015B116)；淮海工學院2015年校級教學改革研究立項課題(XJG2015-2-16)

謝宏全(1964—)，男，博士，教授，主要從事數字海洋建設方面的教學工作。E-mail：ts_cheng_95@126.com

謝宏全，周立，孫華.CDIO+CBE理念下的“數字海洋工程”系列課程教學實踐[J].測繪通報，2016(12)：127-130.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0418.

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0494-0911(2016)12-0127-04