CDIO理念下的應用型本科“測量學”實踐教學模式改革

張紅娟，張卓彤，朱增鋒，彭軍還

(1．中國地質大學 長城學院，河北 保定 071000；2．中國地質大學 土地科學技術學院，北京 100083)

測量學是一門理論與技術相結合、實踐性很強的課程。測量學課程教學效果的好壞，很大程度上取決于實踐教學質量的高低[1]。在我國對地方本科院校應用型本科教育目標轉型大背景下，為培養具有專業技能、工程意識和學習能力等綜合素質的現代測繪技術應用人才，迫切需要引入新的教育理念應用于實踐性、應用能力要求高的測量學的實踐教學。本文針對應用型本科人才培養目標定位[2-3]，以“測量學”實驗實踐課為例，研究實踐教學模式的改革方案。

1 目前測量學實踐教學存在的問題

1.1 學時矛盾突出，實驗內容針對性不強

從目前應用型本科院校非測繪專業測量學課程的設置情況看，較突出的問題是課程總學時的大幅度減少導致課間實驗隨之更少[4-5]。隨著現代測繪技術飛躍式發展，測繪新知識和新技術無法在有限的課時內教授給學生，學時矛盾突出。此外，目前多數應用型本科不同專業的測量學課間實驗內容大致相同，無法滿足各個專業學生應用測繪技術和成果解決實際問題的能力。

1.2 教學方法陳舊，課堂利用率低

隨著課程改革，我校“測量學”實驗實踐學時僅有16學時，仍采用傳統教學方法,有限的學時無法得到充分利用。而且教師主動的教和學生被動的學習，無法調動學生學習的積極性。如何提高實驗課堂利用率、激發學生學習的興趣成了實踐教學面臨的突出問題。

2 教學內容項目化

2.1 教學內容的更新及調整

為了緩解目前測量學學時嚴重壓縮和教學內容不斷更新的矛盾，應根據各專業的特點，圍繞各專業的培養目標對測量學課程內容進行選擇定位[6-9]。我教研室以工程測量相關職業活動所需要的知識、技能為導向，調整并更新了教學內容。為了兼顧基礎性和專業性，課間實驗分為必修和選修兩部分。

表1中必修項目均為2個學時，選修項目可以安排在上課時間、實驗室開放時間或是與集中實習安排在一起，視具體教學進度來定。不同專業除了要完成7項必修的課間實驗項目外，還要根據自己專業的特點選擇1項選修實驗，確保做到針對性和專業性。不同專業選修實驗項目可以參照下表2。

表1 實驗內容

表2 選修實驗選擇方案

2.2 “任務驅動”教學法

測量學原有的實驗教學方法主要以“教師演示，學生重復”，本質上仍是“集中講授”。長期的教學實踐證明，這種教學方式雖然也能達到一定的教學效果，但教學環節仍以教師為主，不能調動學生的積極性和主動性，更不能激發學生的創新思維，無法滿足高質量實踐教學的要求[10]。

為了實現“工學結合”，在測量學教學內容上引入了實驗內容項目化的“任務驅動”教學法。即實驗內容項目化，教師提前將“實驗任務及要求”下發給學生。例如“全站儀坐標測量項目”的任務及要求：在校園地形圖上任選已有控制點采集至少3類地物，不少于10個碎部點的角度、距離和坐標等數據。測量結束后，用30 m鋼尺依次測量各地物點間的水平距離與坐標反算結果進行對比，要求誤差不得大于2 cm。該項目中涉及地形圖的應用、坐標測量原理和成果的檢查驗收等。整個實驗內容的設計與工程項目的任務概況、資料收集、工程項目實施、檢查驗收等內容相對應，而且整個過程都由學生自己完成。此外，傳統旨在教授學生“坐標測量方法”的驗證型實驗變成“完成小區域碎部測量”的綜合性實驗。

2.3 教學手段以“微課”為主

傳統教學課上存在幾十人觀看教師1人講解，講解快學生無法完全吸收，教師現場一一指導浪費時間等問題。為了克服這個問題，教師將實驗項目涉及到的儀器操作內容制作成“微課視頻”，課前提前下發給學生。例如“水準儀的認識與使用”“閉合水準路線測量”實驗項目提前錄制了“水準儀各部件的名稱及作用”(2～3 min)、“水準測量方法”(4～6 min)和“高差閉合差的計算與調整”(8～12 min)等微課視頻，將實驗項目中涉及的儀器認識、操作方法和數據處理方法等內容提前讓學生掌握，學生課上也可以對照視頻實施項目，大大提高了學生儀器操作的規范。

3 實驗項目的實施

3.1 人員組織與安排

實驗課開展以教學班為單位，分組進行，每組4～5人。為了確保實驗項目的順利實施，首先要明確分工和職責，結合企業工程項目部門的人員組織結構，制定教學小組。

每組設置項目經理1人，一般由組長承擔，組織執行甲方(教師)下達的項目任務，協調安排組內各成員的任務分工；總工程師1人，一般由組內學習能力強、技術過硬的學生承擔，負責實驗項目實施過程中的技術問題；由于課程特點及實驗場地的復雜性，特設安全總監1人，一般由組內膽大心細的學生承擔，確保實驗過程中儀器和人身安全；質量總監1人，一般由組內女生承擔，主要負責測量數據的記錄、處理等工作，確保測量數據的質量。上述人員除了兼任以上職責外，每個人也是本項目的測量工程師，確保項目的基礎工作。這樣能極大地調動學生參與項目的積極性，明確的分工又能確保實驗項目的順利開展。

3.2 項目實施方案

CDIO工程教育理念是國際工程教育改革的最新成果。目前，已有幾十所世界著名大學以CDIO工程教育要求為基準，制定配套的專業課程體系，取得了良好的教學效果，培養出深受企業歡迎的學生[11]。

基于CDIO工程教育理念，結合教育規律和應用型本科學生的特點，設計構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運行(Operate)4個教學環節，制定相應的教學計劃，教學進度安排見表3。

表3 “測量學”工程項目教學環節設計

為了提高測量學實踐教學課堂利用率，將構思、設計兩個階段安排在課前來完成。即教師將實驗項目任務書，制作的微課視頻等相關資料提前下發給學生。接到任務書后，學生首先明確實驗項目的任務要求、需提交的資料及用到的儀器設備。然后，通過教材、微課視頻的學習、預留作業的完成做好相應的知識儲備。接下來小組通過分析、討論給出項目實施的具體方案。實驗課上，學生只需直接借領儀器和工具開展實驗項目，驗證自己設計方案的可行性。項目實施過程中，教師只需進行現場指導，發現問題及時糾正，適宜地引導學生自行完成實驗項目。實驗項目完成后，教師對項目實施過程中存在的問題進行分析和總結，給出合理的建議，引導學生規范地使用測量儀器、正確地處理測量數據，端正實事求是、嚴謹為學的科學態度。通過上述措施，將有限的課堂時間(90 min)最大化地利用起來，而且在師生互動過程中，學生不自覺地開始自主學習、主動探索[12]，大大激發了學生學習興趣。

4 成績評定辦法的改革

為了激發學生參與實驗項目的動力，重新調整了理論課和實驗課成績的分值比例，由原來的7∶3，改為6∶4，而期末的考試內容中也包含與實踐相關的內容，盡力做到理論與實踐并重，重在技術應用。為了更好地考查CDIO理念教學模式改革的效果，對實驗部分成績考核辦法進行了改革，具體考核辦法見表4。

表4 成績考核辦法 %

以往教師多采用抽查小組1～2名學生參與儀器操作考核，考核結果作為小組成績。由于學生學習能力和水平的差異性，這種考核辦法有失公平，不能很好地激發學生積極性。針對這個問題，改革以往考核辦法，儀器操作考核要求全員參加，考核內容為實驗用的較多的水準儀和全站儀，考核標準和過程嚴格按照測量技能大賽的標準和過程實施，做到考核標準的科學性和規范性，也有利于學生參加各類技能大賽適應能力的培養。

實驗報告考查預留作業完成情況、實驗數據合格情況、技術總結情況等。除了關注每個小組的實習成果及個人實驗報告外，指導教師還要注重過程考查，即在項目實施過程中經常進行師生交流、研討，對實驗項目中能獨立思考，提出獨特見解的學生，實驗成績給予適當的加分，并設立“創新思維”考核項目，激發學生獨立創新的思維，有利于學生綜合素質的培養。

5 教學效果的評價

基于CDIO理念的教學模式改革思想，對我校2015級工程管理、地質工程、資源勘查專業的測量學實驗進行了試點教學，其中地質、資勘專業共計4個班130人，采用傳統教學法，工程管理4個班共計166人采用新方法，采用相同的考核辦法對總計296人的期末考試成績進行了統計和對比分析，結果見表5—表6。

表5 參與教改學生成績統計 %

表6 未參與教改學生成績統計 %

圖1 參與教改學生試卷正確率

圖2 未參與教改學生試卷正確率

從圖1、圖2中可以看出，參與教改學生期末成績實踐部分的正確率明顯高于理論部分，而未參與教改學生實踐部分的正確率明顯低于理論部分，說明理論知識可以通過考試前的復習來完成，而需要通過儀器操作獲得的知識只有實驗課上來獲得，加之實驗課上學生接觸儀器時間少，不能很好掌握相關的知識。

由表5、表6知，參與教改學生的成績明顯高于未參與教改的學生，同時實踐能力的提高有利于理論知識的加深和鞏固。通過對學生平時表現和儀器操作考核結果知：CDIO教學法，在知識獲得上達到了課程教學大綱的要求，能力上鍛煉了學生主動發現、分析和解決問題的能力，提高了團隊合作協調能力，素質上增強了學生工程意識，培養了學生規范嚴謹、精益求精的精神，取得了良好的教學效果。更難能可貴得是，CDIO教學法大大激發了學生學習興趣，促使學生自動利用現代通訊終端(手機、平板)學習教學資料，增強了學生走上工作崗位應對新的挑戰的適應能力。

6 結束語

CDIO理念下的“測量學實踐課程教學模式的改革”，使得課程從突出理論知識的傳統教學方法轉變為突出能力目標和綜合素質培養的現代應用型人才培養目標。結合應用型獨立學院的特點，創新性確定以“微課教學”為手段，以“工學結合”為目標的任務驅動教學法，教學實踐表明此項教改取得了良好的教學效果，大大激發了學生學習興趣，在知識、能力和素質上都得到了提高。