基于“兩性一度”的“海洋環境”課程教學探索與實踐

楊斌 許紅林 盧宇 向祖平 蘇堪華

[摘 要] 針對“海洋環境”課程目前教學存在難以有效支撐學生解決海洋油氣復雜工程問題的能力培養，從當前“金課”建設背景出發，依據“兩性一度”課程建設標準，貫穿工程教育專業認證理念和新工科建設要求，從豐富教學內容體系、改進創新教學方法、改革考核評價方式三方面深入開展了“海洋環境”課程教學探索和實踐，結果表明學生對課程學習積極性明顯提高，課程教學總體達成度良好，課程改革較好地達到了預期效果，為支撐海洋油氣工程專業高素質人才培養打下良好基礎。

[關鍵詞] 兩性一度;海洋環境;課程教學;海洋油氣工程;復雜工程問題

[基金項目] 2020年度重慶市高等教育教學改革研究項目“‘海洋環境’課程‘兩性一度’建設研究與實踐”（203360）;2020年度重慶科技學院本科教育教學改革研究重點項目“‘海洋環境’課程‘兩性一度’建設研究與實踐”（202005）;2018年度重慶市高等教育教學改革研究重點項目“適應智能油氣田發展戰略需求的石油類專業改造升級路徑研究與實踐”（182023）

[作者簡介] 楊 斌（1979—），男，河南南陽人，博士，重慶科技學院石油與天然氣工程學院副院長，副教授，主要從事油氣井工程管柱力學和有限元分析研究。

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）14-0117-04 [收稿日期] 2021-08-26

引言

加快海洋油氣開發是“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”國家戰略的重要組成部分。當前，我國海洋油氣開發已逐漸走向深海，這必將面臨更加惡劣的海洋工程環境，需求更加高端的油氣裝備和核心技術。因此，迫切需要培養一批知識、能力、素質全面發展，具備解決海洋鉆完井、海洋采油氣、海洋油氣集輸等工程領域復雜工程問題能力的高級工程技術專門人才。“海洋環境”課程是海洋工程類專業的必修專業基礎課程[1，2]，對該門課程的學習效果將直接影響培養學生解決海洋油氣領域復雜工程問題的核心能力，它在整個課程體系中起到重要的樞紐作用。由于該課程物理概念較抽象，涉及的數學和力學知識較多，公式推導煩瑣，學生對其中的基本理論和分析方法不能很好地理解與掌握，近四年結業考試卷面不及格率偏高，反映出學生對知識的遷移能力不足、應用能力偏弱，影響后續專業課程的學習效果。因此，迫切需要加快“海洋環境”課程內涵建設，為培養高素質海洋油氣工業人才提供支撐。

2018年11月24日，在第十一屆“中國大學教學論壇”上，教育部高等教育司司長吳巖提出了“金課”標準是“兩性一度”即高階性、創新性、挑戰度[3，4]。所謂“高階性”，就是知識能力素質的有機融合，是要培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。所謂“創新性”，是指課程內容要反映前沿性和時代性，教學形式呈現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化。所謂“挑戰度”，是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，老師備課和學生課下有較高要求。因此，針對“海洋環境”課程教學存在的主要問題，從當前“金課”建設背景出發，依據“兩性一度”課程建設標準，貫穿工程教育專業認證理念和新工科建設要求，從豐富教學內容體系、改進創新教學方法、改革考核評價方式三方面深入開展了“海洋環境”課程內涵建設，為支撐海洋油氣工程高素質人才培養打下良好基礎[5-8]。

一、課程教學存在的問題

（一）教學內容體系設計高階性不足，不能充分體現知識能力素質的有機融合，難以有效支撐培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維

一是遷移基礎知識能力培養的內容環節設計不系統。“海洋環境”課程內容涉及大量復雜的理論推導，學生必須具備較強的大學物理、流體力學、高等數學和概率論等基礎知識，有時甚至還需要一定的張量代數知識，往往完成一個知識點的教學要涉及多個方面的知識點融合。然而，當前教學設計缺失了對相關物理背景和基礎知識的有機補充和邏輯整合，導致上課時學生很難順利地將所學基礎知識遷移到解決本門課程內容學習中，使得教師難以緊緊圍繞知識點邏輯主線順利開展教學，學生難以掌握知識點的本質和內涵，也不利于培養他們嚴密的邏輯思維能力、分析和解決問題能力。

二是解決復雜工程問題能力培養的內容設計不豐富。“海洋環境”課程教學主要以理論知識講解為主，而關于理論知識在工程實際中的應用相對偏少。目前課堂講授的例題和課后布置的練習題主要是針對相關知識點的直接應用，而結合專業背景的案例綜合應用偏少，特別是缺乏海洋環境與海洋裝備與平臺工程、海洋油氣鉆采輸工程結合的綜合案例，使得學生對基礎知識應用的深入理解和訓練強度不足。因此，難以有效支撐培養學生解決海洋油氣工程領域復雜工程問題基礎能力的培養。

（二）教學內容和教學方法創新性不足，不能及時反映學科前沿和時代要求，難以有效培養學生解決復雜工程問題的能動意識和探究能力

一是課程內容不能較好反映學科前沿技術。目前課程教學具體內容幾乎都來自所選用的教材，由于教材內容是有限的且更新不及時，特別是缺乏融入學科前沿的先進技術介紹，不利于學生在掌握基礎知識的同時了解當前技術動態、深刻把握當前技術發展的瓶頸、深刻理解學好本門課程的重要性，也不利于課堂學術氛圍的營造。

二是課程內容不能充分支撐課程思政目標。當前我國海洋石油開發的總體技術水平與國外相比還存在較大差距，特別是在深水油氣開發領域還存在一些卡脖子的關鍵裝備和核心技術亟待突破，由此帶來的領土爭端和海洋權益問題時刻牽動著每個中國人的心。因此，課程教學過程中可通過國內外技術對比，不斷融入滲透我國海洋石油工業技術現狀和本門課程學習的基礎性和重要性，從而增強學生愛國意識，激發學生愛國熱情，堅定學生投身海洋石油工業的決心，為將來成為海洋石油工程的合格建設者和接班人打好堅實基礎。這樣既可以使學生深刻領悟授課內容，又可以將理論知識提升到情感價值觀方面，實現愛祖國、愛石油、愛學習。

三是教學方式單一、缺乏互動性和探究性。目前“海洋環境”課程以教師課堂主動講授呈現知識、學生被動接受結論為主，學生課后完成練習、鞏固知識為輔。由于教學設計缺乏研討式教學，課堂教學互動性不夠，加之課程復雜、抽象的理論推導，部分學生反映課程學習比較枯燥、學習興趣不高，教學效果不好，也不利于培養學生的探究意識、探究精神和探究能力。同時，現有可供學生自我訓練的課程案例載體不足，學生課后訓練的強度和深度不夠，導致學生不能舉一反三，難以有效支撐培養學生解決復雜工程問題的能力培養。

（三）課程考核評價挑戰度不夠，基于課程目標實現的考核方式設計不系統，難以考查學生解決實際復雜工程問題的核心能力

課程現有考核方式主要包括平時作業、隨堂測試和期末考試，隨堂測試和平時作業主要側重考察基本概念、基本理論和知識點的基本應用，而關于解決復雜工程問題能力培養的綜合應用型題目較少。同時，期末考試記憶類知識點的考核還相對偏多，而側重綜合應用能力知識點的考核相對偏少，不利于學生在基本知識和基本理論掌握基礎上進行知識應用和舉一反三，難以考察到學生將分散的知識有機融合從而提高分析和解決實際復雜工程問題的能力。總體上，現有課程考核評價體現出重知識、弱能力的典型特征，難以實現課程目標的有效達成。

二、教學改革探索與實踐

（一）豐富教學內容體系

一是整合相關基礎知識、提升知識遷移能力。根據課程教學需要，以學生普遍反映的知識難點課堂教學為邏輯主線，補充其涉及的相關物理、數學和流體力學知識。例如，針對地轉偏向力的計算，讓學生課前復習向量積的含義和坐標運算;針對基于重現期確定設計風速，讓學生課前學習概率密度分布函數。通過將本門課程知識點內容學習向前適當擴展延伸，使學生在課前預習階段就能盡量熟悉或提前學習相關必備知識，從而大幅提升了課堂教學的流暢性，有助于幫助學生深刻理解知識的來龍去脈，培養他們對基礎知識的遷移能力、嚴密的邏輯思維能力和分析解決實際問題的能力。

二是開發案例教學資源、強化工程應用能力。針對目前課堂講授的例題和課后布置的練習題主要是針對相關知識點的直接應用，而缺乏結合專業背景的案例綜合應用。將本門課程應用適當向后擴展，充分結合海洋油氣鉆采輸工程實際應用，開發海洋環境載荷分析和計算的案例教學資源和課后習題資源，提升學生對課程知識的應用能力，也為后續專業課程學習打下良好基礎。

三是融入學科前沿知識、營造課堂學術氛圍。海洋環境和載荷理論與應用是不斷發展的，而教材內容卻是有限的。為了實現“金課”建設標準，突出課程對海洋油氣裝備和鉆采輸工程的重要意義和樞紐支撐作用，課程教學過程中融入載人深潛技術、海洋石油鉆井平臺、生產儲油平臺、水下井口采油樹等海洋油氣開發裝備技術、深海資源開發等前沿技術，同時授課過程中將教師學科科研成果與教材內容進行融合，打造獨具特色的知識體系，從而滿足學生個性化的學習要求，使課堂更具學術性和拔高性。

四是滲透課程思政教育元素、增強協同育人效應。課程思政指以構建全員、全程、全課程育人格局的形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，把立德樹人作為教育的根本任務的一種綜合教育理念[9]。通過“海洋環境”課程的學習，著力激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。課程教學過程中，一方面通過海洋國土和海洋油氣資源開發等內容學習，激發學生海洋強國的責任感和使命擔當。另一方面，通過融入載人深潛技術、海洋石油981平臺等海洋油氣開發裝備技術、深海油氣開發等前沿技術講解，激發學生投身科技報國的家國情懷和使命擔當。

（二）改進創新教學方法

針對課程目前教學方式單一、缺乏互動性和探究性、學生積極性和參與度不高的問題，提出了基于案例式+研討式+線上線下互動式的課程教學方法[10-12]。教師選取海洋鉆采輸工程中典型海洋環境載荷分析計算工程案例，從而在教學過程中自動將學生帶入真實的工程問題環境。教學過程中，將學生分成4～6個小組，各組由1名組長、1名副組長和若干成員組成，教師根據工程案例具體教學目標和教學內容設計若干問題，各組組長組織成員展開討論，圍繞工程案例相關問題發表自己的見解，小組副組長對每個人的發言討論情況進行記錄，最后全體小組成員討論形成總結文稿。小組討論可采用線上討論、線下討論或者線上線下結合討論等多種形式。

課堂討論過程中，教師主要起到引導和糾偏作用，通過層層深入的提問方式，讓學生對知識點及其工程應用有了深刻的理解和掌握。學生在討論問題、發表見解、觀點交鋒的過程中，由原來的單純聽講、接受灌輸的被動地位，轉化為主動參與、發現、探究的主體地位，充分體現了以學生為主體的理念，提高了他們語言表達能力和思辨能力。同時，學生通過獨立思考或集體協作，基于工程案例開展深度綜合思考，增強了他們對基礎知識的遷移能力和應用能力，提升了其識別、分析和解決實際復雜工程問題的綜合能力，引導了學生變注重知識為注重能力，同時培養了他們正確的學習理念、溝通能力和協作精神。

此外，教師通過將部分教學資料和課后作業或練習上傳到學校課程與資源中心等網絡教學平臺，要求學生線上完成自主學習，課上教師重點針對學生的線上學習情況進行詳細講解，并回答學習疑問，有針對性地解決學生學習困惑，實現老師教為中心向學生學為中心的轉變，從而彌補課內學時的不足、加大學生課外學習強度和深度。

（三）改革考核評價方式

一是系統設計考核方式、全方位實現課程目標。課程考核以考核學生能力培養目標的達成為主要目的，以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內容，包括平時考核和期末考核兩個部分。平時考核采用課堂討論、回答問題、隨堂測試和平時作業等方式評定學生成績;期末考核采用紙筆考試評定學生成績。

二是優化設計考核內容、多角度考查應用能力。為了使學生在掌握基本知識和基本理論基礎上，能將分散的知識有機融合、遷移，提高對知識的綜合應用能力以及解決實際問題的能力，課程考核內容盡量減少“記憶類”知識點，增加了多個知識點融合考核，重點增加了綜合性和應用型題目考核。一方面提高平時作業綜合性和應用題目占比，將其占平時作業考核分值比例提高為不低于60%;另一方面期末試卷命題盡量減少“記憶類”知識點考核，綜合性和應用型題目提高到70%。

（四）課程教學效果評價

基于案例式+研討式+線上線下互動式教學設計，在海洋油氣工程專業2018級、2019級學生中開展了多次教學實踐，學生對課程學習的參與度和積極性明顯提高。近兩年課程教學考核總體達成度良好，學生期末考試卷面不及格率大幅度降低，從最高22.7%降低到2%內;期末考試平均成績增至75分，增加了27%;課程考試平均成績增至88.5分，增加了28%。學生對基礎知識的遷移能力、應用能力以及系統解決實際復雜工程問題的綜合能力不斷提升，總體上課程改革較好地達到了預期效果。

參考文獻

[1]陳友媛.“雙一流”背景下跨學科海洋環境工程課程建設與教學模式初探[J].當代教育實踐與教學研究，2020（11）：38-39.

[2]鄒麗，裴玉國，孫哲，等.工程背景下“海洋工程環境學”課程教學模式研究[J].教育教學論壇，2020（13）：294-296.

[3]李孟軍，楊克巍，趙青松，等.本科教育課程質量建設的新視角：“金課”的開放性要求及閉環運行機制[J].高等教育研究學報，2019，42（3）：18-21.

[4]劉晉.基于“兩性一度”的“金課”建設[J].山東教育（高教），2019（5）：24-25.

[5]史劍，張雪艷.以“兩性一度”為標準建設海洋科學專業“金課”的思考[J].教育現代化，2019，6（A3）：142-143+150.

[6]畢楊，楊曉濛.應用型本科院校對標“金課”標準實現“數字信號處理”課程改革[J].教育現代化，2019，6（33）：43-45.

[7]李琴，曲風龍.“金課”建設研究與實踐：以概率論與數理統計為例[J].科教導刊，2021（14）：157-159.

[8]賈廣信，焦緯洲，李裕.基于“新工科+工程認證”的化工原理實驗金課建設路徑探究[J].教育理論與實踐，2021，41（9）：48-52.

[9]許屹山，吳慧，郭紀青.基于“兩性一度”的新時代高校思政“金課”構建之探索[J].長春工程學院學報（社會科學版），2021，22（1）：127-131+139.

[10]趙亞利，李亞敏.“數控技術”金課建設及線上線下混合式教學研究：基于“兩性一度”視角[J].現代信息科技，2020，4（9）：182-183+187.

[11]許丹丹，白少元，劉輝利，等.新工科背景下案例式教學法在環境工程類課程教學中的應用研究[J].科教文匯（上旬刊），2021（7）：101-103.

[12]石小亮，陳珂，何丹，等.以問題為導向的研討式教學模式[J].教書育人（高教論壇），2020（36）：94-96.

Exploration and Practice of Course Teaching of Marine Environment Based on the Standard of “Profoundness-Innovation-Challenging”

YANG Bin， XU Hong-lin， LU Yu， XIANG Zu-ping， SU Kan-hua

（School of Petroleum and Engineering， Chongqing University of Science and Technology， Chongqing 401331， China）

Abstract： Considering that the current teaching of Marine Environment course is difficult to effectively support the cultivation of students’ ability to solve the complex engineering problems of offshore oil and gas， and starting from the current background of “gold course” construction， the course construction standard of “profoundness-innovation-challenging”， the concept of engineering education professional certification and the requirements of “emerging engineering education” construction， the teaching exploration and practice of Marine Environment course has been done in the three aspects of the enrichment of teaching content system， the improvement of innovative teaching methods， and the reform of evaluation method. The results show that students’ enthusiasm for the course has been significantly improved， the teaching goal has been achieved well on the whole， and the course reform has achieved the expected results， laying a good foundation for supporting the training of high-quality talents in the offshore oil and gas engineering major.

Key words： profoundness-innovation-challenging; marine environment; course teaching; offshore oil and gas engineering; complex engineering problems