新工科教育改革背景下聲吶探測技術課程的教學改革實踐

徐劍 張學峰

摘要：結合海洋技術專業人才培養的特點和要求，以工程應用為展開背景，引導學生建立本專業宏觀思維體系為目的，對聲吶探測技術課程的教學模式進行了研究，包括工程背景化課程教學內容、自由命題化實驗內容、平衡平時/課上成績的考核方式等方面。教學改革后的課程有效提高了學生的設計能力和分析解決實際問題的能力。

關鍵詞：新工科教育改革背景;聲吶探測技術課程;工科工程能力培養

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0165-02

新工科建設思想中有一個重要的內容就是“技術發展改內容，更新工程人才知識體系”，偉大的工程實踐，往往誕生眾多的工程問題。這些工程問題的引入能夠強烈激發當代大學生的工程理論求知欲，緊密聯系理論與實踐的能力。[1-3]

聲吶探測技術課程以海洋探測、海洋開發和國防建設為主要應用背景，涉及海洋聲學原理、海洋定位技術、海洋大地測量等多個涉海技術領域的工程技術學科，重在培養學生的創新意識和科研能力[4-6]。學生通過該課程的學習，可以進一步加深對海洋科學導論、海洋技術導論等基礎課程的理解，結合所學聲學類課程知識增進對聲吶系統設計與系統實現的宏觀認識，建立工科理論聯系實際的能力，提高系統設計能力和發現、分析、解決實際工程問題的能力。如何科學地設置教學內容，合理地選擇海洋技術專業的特色教學模式，從而達到良好的教學效果，是該課程亟須解決和有待研究的重要課題。

一、課程授課情況

聲吶探測技術課程隸屬于海洋技術專業，不同于水聲工程專業的相關課程，其更加突出與海洋調查息息相關的專業特色，更加需要培養面向海洋聲吶數據獲取的專業人才，盡管前期的課程教案以及教學內容在不斷的探索和創新下已經取得了一些階段性的進展，但是與國外的一流大學課程相比，在面向工程實踐的新工科背景下，仍然存在差距，主要體現在以下三點：

（一）課程設計缺乏工程背景

以往的教學設計都是以教材章節內容為順序進行組織，忽略了實際工程應用背景中聲吶探測技術的應用與理論的聯系，脫離了專業背景。在研究生的課程中繼續以射線聲學、聲散射與折射這樣的章節題目與實際工程問題聯系較少，無法體現海洋技術專業中聲吶探測技術的特色，學生很難與聲吶在海洋探測中的應用建立起直觀的聯系。

（二）實驗過程學生被動參與

以往的教學組織形式都是采用在規定的時間、地點，以班級為單位由任課教師指導完成規定的實驗內容。這種模式極大地限制了學生主觀能動性的發揮，束縛了學生的思維，導致學生缺乏獨立進行實驗研究和學習的能力，難以激發學生對本門課程興趣，更無法培養學生的創新意識、提高學生的創新能力。

（三）課程考核標準單一

以往的教學課程都是依靠期末考核、實驗報告等書面結果作為判定依據，而工科學生關鍵的現場解決實驗中問題的能力，理論和實踐相結合的能力很難在書面結果中有完整的體現，在考核工科學生能力方面存在一定的誤判概率，缺少完備性，這樣的考核機制沒有將學生分析問題、解決問題的能力納入考核范圍，會影響部分學生的積極性。

二、教學改革實施方案

（一）課程設計緊密圍繞工程項目展開

新工科改革的核心思想就是重視工程項目與理論的結合，為此，教研組利用國家留學基金委公派出國的機會，向加拿大New Brunswick大學Ian Church教授學習國際化聲吶探測技術授課經驗，并組織人員編制教案，利用信息化手段，將虛擬仿真軟件、Flash動畫等課程教學教案，設計和優化教學過程。新版教案緊密結合相關海洋領域單位（天津市海事局、哈爾濱工程大學、中國海洋大學、武漢大學、中海達海洋科技有限公司、海卓同創科技有限公司等）的實際工程項目背景，做到一節課兩個學時，解決一個工程問題、總結兩次45分鐘課堂內容。

（二）課程實驗自主命題自由討論

在課程實驗環節，實驗題目由學生在實驗室允許的范圍內自由選題，同時，為激發學生的學習動力與激情，培養團隊意識及合作體驗，讓學生主動組隊，由“學會”向“會用”的轉變。每個小組在明確設計要求后自行查閱文獻資料，提出具體設計方案并選定合適的實驗方案。在整個設計過程中，教師不給出具體的設計方案，教師每周回答學生提出的問題或啟發學生提出問題，直至課程設計結束。

（三）課程考核多種方式結合

傳統的考核方式是由教師依據理論試卷分數與實驗報告成績確定學生的課程成績，對于理論課考試，這一考核方式是適用的，但是對于研究生新工科形式下的培養目標，這一考核方式就缺少對于工科學生解決實際問題的考察能力。為了解決這個問題，教研室將理論考試的比例從80%下調至60%，學生的平時成績所占比重增加至40%，這部分的成績由三部分組成，包括實驗報告書面成績、學生實驗中互評成績與相關教師考評成績。

三、教學改革實施效果

在本學期教學改革實施以后，課堂有了全新的變化，學生不再需要老師去提醒課上的紀律，都表現出了很強的學習熱情，助教反映，學生在聽課的時候全神貫注，極少有走神的時候。

考試的內容分布在基礎知識方面占到了60%，主要分布在客觀題中，包括選擇填空和判斷，其中判斷題全對的人數接近20人，曲線斜率相對固定，說明學生經過一學期的學習以后，在聲吶探測技術的應用上是掌握的，但是選擇全對的人數并沒有判斷那么高的比例，說明在一些問題的理解上，學生還有提高的空間，這個空間就要依靠更多的實踐來增強。

考試的內容分布在后40%中，全部為綜合應用型試題，考察學生的聲吶探測課程的應用能力，從下表中可以清晰地看出，學生對于主觀題的理解，從分數和具體試卷角度看，不論是解題的思路還是答題方法，都是非常喜人的。相較于去年的傳統的講述形式的教學方法，新穎的利用工程背景展開課堂的教學方法，無論是從基礎知識的掌握，還是主觀問題的分析，都提升了一個檔次。

結語

從實踐教學環節工作的改進與實踐可以看出，對海洋技術學科中海洋聲吶探測的專業人才的培養，在新工科的教育改革形式下不能僅局限在理論知識的傳授，應更加結合理論與實踐，注重學研的有機整合，結合國際相關學科的教學經驗對現有的教學方案、教學內容、教學考核等多方面進行全面改革，這樣才能為聲吶探測技術原理的應用培養找到正確的道路。

參考文獻：

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