基于成果導(dǎo)向的程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)改革研究

原源 鄧居智 肖慧 趙斐宇 周聰

[摘 要] 地球物理專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程對(duì)于培養(yǎng)本科生邏輯思維能力，開(kāi)展地球物理問(wèn)題科學(xué)計(jì)算具有重要作用。針對(duì)傳統(tǒng)地球物理專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)活動(dòng)中存在的課程形式單一、教學(xué)內(nèi)容銜接差、理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)等問(wèn)題，進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)改革。通過(guò)更新教學(xué)目標(biāo)、革新教學(xué)模式、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、搭建開(kāi)放平臺(tái)、改革考核方式等舉措，探索以解決地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題為目的的程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程改革，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維及創(chuàng)新實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞] 地球物理學(xué);成果導(dǎo)向;程序設(shè)計(jì);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2019年度江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題“‘新工科背景下基于SPOC+PTA平臺(tái)的地球物理學(xué)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)改革研究”（JXJG-19-6-16，JXJG-19-6-8）;2020年度江西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“‘新工科視域下基于成果導(dǎo)向的混合式地球物理學(xué)實(shí)踐教學(xué)模式與實(shí)證研究”（20YB069）

[作者簡(jiǎn)介] 原 源（1989—），女，山西運(yùn)城人，博士，東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事地球物理正反演研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）28-0060-04 ? [收稿日期] 2020-09-04

一、引言

面對(duì)新一輪的科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和世界各國(guó)相繼出臺(tái)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀，我國(guó)明確提出實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，加強(qiáng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成為我國(guó)教育的迫切需求。在“新工科”背景下，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，引導(dǎo)學(xué)生形成創(chuàng)新思維至關(guān)重要，因此，旨在提高學(xué)生邏輯思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)改革迫在眉睫[1，2]。

“地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)—程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程”主要包括C/C++、Matlab及Fortran語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，是一類(lèi)以計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，并融合數(shù)值計(jì)算、微積分方程求解、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等，以解決實(shí)際地球物理問(wèn)題為目的的課程[3]。該類(lèi)課程是地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生開(kāi)展地球物理學(xué)新方法、新技術(shù)等科學(xué)研究的必備技能，因此探索程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程改革具有重要意義。近年來(lái)，程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程改革已取得了一定進(jìn)展，提出了重構(gòu)知識(shí)體系、改革教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)案例、革新評(píng)價(jià)體系等舉措[4-7]。但是與實(shí)現(xiàn)“新工科”背景下，應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)仍有一定差距，為此，我們將成果導(dǎo)向教育理念融入地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)中，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)具有解決地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題能力的應(yīng)用型技術(shù)人才。

二、教學(xué)中存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)反饋總結(jié)，我校地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程主要存在以下問(wèn)題：（1）教學(xué)目標(biāo)定位不準(zhǔn)，缺少統(tǒng)一的教學(xué)組織。我校地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)包含重力、磁法、電磁法、地震及放射性勘探等研究方向，而程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程一般由某一方向教師講授，由于缺乏統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容制定，導(dǎo)致不同方向教師的應(yīng)用性?xún)?nèi)容講授及實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)各不相同，影響教學(xué)活動(dòng)的完整性和系統(tǒng)性。（2）教學(xué)模式形式單一，教學(xué)效果不佳。目前我校地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程主要采用線下授課方式，一般為32或40學(xué)時(shí)的理論授課+8學(xué)時(shí)的集中實(shí)驗(yàn)授課。在現(xiàn)有的教學(xué)模式下，一方面，“以教師為中心”的“基本語(yǔ)法”講授占用了大量的理論教學(xué)課時(shí)，嚴(yán)重影響知識(shí)深化及專(zhuān)業(yè)應(yīng)用;另一方面，在有限的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生只能進(jìn)行基礎(chǔ)編程訓(xùn)練，實(shí)踐及創(chuàng)新能力無(wú)法得到充分鍛煉。（3）教學(xué)內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)知識(shí)銜接性差，缺乏地球物理學(xué)問(wèn)題描述和求解。本專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程主要采用計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)規(guī)劃教材，教學(xué)示例亦主要圍繞典型計(jì)算機(jī)編程問(wèn)題展開(kāi)，導(dǎo)致理論教學(xué)過(guò)程與實(shí)踐演練脫節(jié)，學(xué)生無(wú)法靈活使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言解決地球物理專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。（4）缺乏綜合評(píng)價(jià)體系，無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。目前，本專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程學(xué)生成績(jī)主要由三部分構(gòu)成：平時(shí)成績(jī)，即課堂表現(xiàn);實(shí)驗(yàn)成績(jī);期末成績(jī)。由于未對(duì)學(xué)生整個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)進(jìn)行及時(shí)追蹤和完整評(píng)價(jià)，致使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中消極、懶散，甚至出現(xiàn)抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告等現(xiàn)象。

三、教學(xué)實(shí)踐改革與創(chuàng)新

在地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)中，應(yīng)充分考慮地球物理專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)業(yè)需求，突出本課程的實(shí)用性和教學(xué)成果的重要性，聚焦基礎(chǔ)、核心的學(xué)習(xí)成果，從解決固定地球物理專(zhuān)業(yè)問(wèn)題到解決開(kāi)放式的工程實(shí)踐問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言綜合知識(shí)和應(yīng)用能力。因此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)打破原有教學(xué)模式，結(jié)合教學(xué)中存在的問(wèn)題，從革新培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容改革研究、教學(xué)模式設(shè)計(jì)和綜合教學(xué)評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)幾個(gè)方面展開(kāi)研究，制定了適用于地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)改革措施。

（一）專(zhuān)業(yè)成果導(dǎo)向，定位教學(xué)目標(biāo)

基于Outcome-Based Education（OBE）教育理念，并結(jié)合地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)需求，確立了由“知識(shí)導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺晒麑?dǎo)向”的教學(xué)目標(biāo)[8，9]。具體教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)由語(yǔ)法知識(shí)、應(yīng)用技能、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐三部分組成，確立以專(zhuān)業(yè)成果為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生程序思維為目標(biāo)，通過(guò)逐步實(shí)施各階段教學(xué)計(jì)劃，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)面向區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、解決實(shí)際地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

（二）搭建開(kāi)放平臺(tái)，革新教學(xué)模式

針對(duì)前述傳統(tǒng)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)模式的不足，本次改革通過(guò)搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)成果發(fā)布系統(tǒng)，利用翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，以教師主導(dǎo)、學(xué)生主體為準(zhǔn)則，以自主探究和合作探究為途徑，構(gòu)建“三階段六環(huán)節(jié)”教學(xué)模式（如圖1所示），具體教學(xué)過(guò)程為：（1）課前基本知識(shí)傳授階段。該階段教師在SPOC平臺(tái)和PTA平臺(tái)上準(zhǔn)備教學(xué)視頻和資源、課前自測(cè)題、知識(shí)深化訓(xùn)練及討論，特別是將與本專(zhuān)業(yè)問(wèn)題緊密相連的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)并增加相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在該階段進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和練習(xí)，并進(jìn)行師生在線互動(dòng)討論，充分認(rèn)識(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)和困惑，為課堂講授做準(zhǔn)備。（2）課堂知識(shí)完整建構(gòu)階段。本階段分為兩部分，一部分為討論重難點(diǎn)和理清知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建知識(shí)完整性;另一部分包括提出問(wèn)題、獨(dú)自思考、確定問(wèn)題、小組討論、匯報(bào)交流、教師解惑、總結(jié)評(píng)價(jià)等活動(dòng)，學(xué)生在解決綜合問(wèn)題的過(guò)程中牢牢掌握知識(shí)點(diǎn)，提高綜合運(yùn)用的能力。（3）課后鞏固及知識(shí)進(jìn)階。課后活動(dòng)設(shè)計(jì)包括兩方面內(nèi)容：一是與本課知識(shí)單元相應(yīng)的基礎(chǔ)練習(xí)和測(cè)試，該過(guò)程教師基于SPOC平臺(tái)根據(jù)重難點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際設(shè)計(jì)課后作業(yè)和單元測(cè)試題目，學(xué)生在線鞏固知識(shí)并答題，師生積極開(kāi)展互動(dòng)探討，教師以此了解大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和效果;二是知識(shí)進(jìn)階及綜合能力訓(xùn)練，該過(guò)程教師基于本課題研發(fā)的地球物理專(zhuān)業(yè)成果導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)不同學(xué)生學(xué)習(xí)層次及興趣點(diǎn)的差異，設(shè)計(jì)不同難度及研究方向的專(zhuān)業(yè)課題，同時(shí)對(duì)于專(zhuān)業(yè)綜合性強(qiáng)、難度較大的綜合工程實(shí)踐課題，給出相應(yīng)的要點(diǎn)提示、分析思路，學(xué)生通過(guò)成果導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)化前期已有成果、設(shè)計(jì)完成新的專(zhuān)業(yè)課題，訓(xùn)練綜合程序設(shè)計(jì)能力和解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力，在此過(guò)程中，教師隨時(shí)跟蹤成果導(dǎo)入系統(tǒng)，掌握學(xué)生的課題完成情況，并實(shí)時(shí)更新、調(diào)整課題，通過(guò)個(gè)性化指導(dǎo)保證學(xué)生得到有效訓(xùn)練。