基于HIBL 和OBE 融合的平差金課建設研究

張秀霞，馬恩和，魏玉明，孔令杰，凌 晴

（1. 蘭州理工大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730050；2. 蘭州大學 科學技術發展研究院，甘肅 蘭州 730000）

探究式教學法（HIBL）[1]最早是由杜威提出的。它倡導學術的主動參與，在教學中創設類似于學術研究的情境，學生通過獨立自主地發現問題、實驗、操作、調查、收集與處理信息、表達與交流等探索活動獲得知識和培養能力。成果導向教育（OBE）是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式[2-4]。自美國工程認證委員會頒布和實施重視學生產出的EC2000認證標準以來，歐美各國工程教育認證組織先后改革了認證標準?！度A盛頓協議》各成員國（或地區）大多采用“成果導向”的認證標準，即將學生表現作為教學成果的評價依據，并以促進專業持續改進作為認證的最終目標。2013年6月我國被接納為《華盛頓協議》簽約成員，工程教育質量得到國際認可。OBE理念正在成為我國高校工程專業人才培養的指導理論。

隨著國內高校專業認證的逐年開展，在人才培養方案和課程教學改革中不斷引入了先進的教育理念和方法，如翻轉課堂、混合式教學模式、項目式教學模式等。HIBL 方法和OBE 理念也逐漸被接受，并貫穿于人才培養的過程中，特別是人才培養方案制定和教學改革中。目前國內外學者分別利用HIBL 方法和OBE 理念進行了教學改革，如張亞楠[5]等在基因工程實驗中引入了HIBL 方法，對教學模式進行了改革與實踐，其教學效果優于傳統教學法；白永良[6]等在《物理大地測量學》課程中引入了OBE 理念，并設計了詳細的教學過程，為測繪專業接受工程教育認證打下了良好的基礎；董杰[7]從提高網球教學效率的角度出發，在網球教學中引入了HIBL 方法，并分析了應用有效途徑；李海云[8]等在植物生理學實驗教學中引入了HIBL 方法，結果表明該方法能顯著調動學生的學習積極性，有助于培養學生的團隊意識和合作精神，同時提高了教學質量；黃喜兵[3]在土木工程專業生產實習中引入了OBE 理念，提出了更新教育理念、強化組織領導、提高教師實踐能力、完善協同育人的實踐教育機制，從而保障了實習質量；寧亞維[9]等將OBE理念引入食品安全衛生原理在線課程教學中，從而提高了學生解決復雜工程問題的能力；于延[10]等提出了基于PBL 和OBE 融合的程序設計實驗教學方案和實施方法。目前將HIBL 方法與OBE 理念相結合指導測繪專業基礎課程的教學改革還不是很多，且類似于《誤差理論與測量平差基礎》等測繪專業基礎課程的傳統教學效果還存在很多問題，應對形成原因和改革措施進行更深入的分析，以期建設金課，共促人才培養。

1 《誤差理論與測量平差基礎》課程特點分析

《誤差理論與測量平差基礎》課程是測繪工程專業二年級開設的專業基礎課程，為后續相關專業課程學習提供必要的知識儲備，也為以后實際工作中測量數據處理提供經驗和方法[11]。該課程具有知識龐雜、公式較多、內容抽象等特點。傳統教學中一般采用“預習—授課—復習—考試”的教學模式；而在教學過程中引入HIBL 方法與OBE 理念相結合的方式，則可以成果為導向，學生全程參與，通過發現問題、分析問題、解決問題的過程，深刻理解所學知識，從而激發學生的潛能，有助于培養學生的創新能力。

2 基于HIBL和OBE融合的金課建設

HIBL方法關注問題，OBE理念關注結果，這兩種教學模式非常適合實際應用較強的課程教學。在教學過程中，通過建立“問題導向—方法與措施—成果導向—過程質量評價—達成情況評價機制”的教學設計（圖1），借助評價機制反饋，提升課程的教學質量；以實際工程案例為載體，課堂中認識問題、分析問題，課后解決問題，從而靈活應用知識、升華認知。

圖1 HIBL和OBE融合指導下的教學設計

問題的主要來源包括：①實際工程案例，如在條件方程中，引入不同的三角控制網，其條件方程的列立方法；②充分利用教材或網絡資源，尋找經典案例，在網絡教學平臺提出問題，激發學生的興趣；③學生在自學中提出問題，鼓勵學生自主搜索問題，提升學生的自主學習能力。在解決上述問題時，應注重成果導向設計，關注學生的學習成果，教學全過程為達成成果服務；應以畢業要求為支撐（表1），讓學生在解決問題的同時，達到畢業要求。

表1 教學內容、能力產出目標與畢業要求的支撐

3 HIBL和OBE融合的實施方法

3.1 五段式教學模式

結合網絡平臺，利用新媒體技術改進教學方法和手段，突出以學生為本的理念，采用“課前—授課—課后—應用—考試”等教學環節，全過程以問題為向導，提出問題、認識問題、解決問題，升華認知、檢測認知，以此完成能力產出目標。

3.2 微課堂教學模式

結合學生接受新事物的潛能，利用新媒體技術改進教學方法和手段，將部分重點和難點知識引入微課堂，構建以學生為中心的教學模式。微課堂時間短，主要針對某一問題展開講解，內容是離散的，學生可根據自身情況自主選擇課程，能獨立思考感興趣的教學知識點，發展學生自身自主學習和思考能力。同時，微課堂碎片化的知識傳播方式迎合了移動學習的需求，更具有靈活性和針對性。學生也可將微課堂知識點的疑惑點和新解讀上傳至討論平臺，以供感興趣的同學共同討論學習[12]。因此，整個過程是一個互動的、參與的、創造性的過程。

3.3 啟發式教學模式

為了提高學生學習的主動性和創造性，改變過去傳統的填鴨式教學方法，將教學過程看作一個提出問題、分析問題、解決問題的過程，可將課堂內容分為教師引導、學生自學和討論總結等部分。教師在課堂中引導學生發現問題，對學生在學習中遇到的瓶頸進行答疑解惑，并對知識點進行歸納總結，是一個培養創新、創造的過程[13-14]。例如，在講解中點多邊形條件方程的列立時，可通過多媒體動畫，以中點五邊形為例（圖2），將中點五邊形分解成5個獨立的三角形，使學生能很容易地列出5個獨立的圖形條件；再以O 點為重合點，OD 邊為起始邊，重合各三角形，若L11-L14的角度測量沒有誤差，則三角形OED'的OD'邊將與起始邊OD 重合，讓學生先思考各角度滿足的關系，引導學生列出圓周條件；然后繼續引導學生思考，即使OD'邊與OD 邊重合，D'點與D 點也未必會重合，主要是由于相鄰三角形中隱含了邊長的關系，通過動畫演示，以O 點為極點，順時針為旋轉方向，由正弦定理，以OD 邊為起始邊，依次推求OC →OB →OA →OE →OD，進而將邊長的關系轉化為角度正弦比值的關系，從而列出極條件方程；最后引導學生總結中點n 邊形的條件方程，包括n 個圖形條件、一個圓周條件和一個極條件，共有n+2 個條件方程。

圖2 中點多邊形的條件方程

3.4 舉一反三、一題多解的教學模式

以問題為導向，培養學生的創造性思維，即圍繞某一問題，從不同角度側面，利用不同的解題方式獲得解決問題的多種方案[15-16]。例如，在學習了平差的四大模型后，可通過同一個例題（圖3）引導學生采用多種方式完成解答，加深學生對平差模型的理解，了解不同平差模型之間的區別與聯系，形成自主思考，在新的高度上重新認識四大平差模型的關系。

圖3 平差模型的一題多解

3.5 項目式教學模式

項目式教學法的主要內容包括選擇實際問題、確定解決目標、收集相關信息、設計合理方案、提出解決辦法、檢查實施方案和過程、對結果進行評價。該方法以教師的科研項目或大學生科技創新項目為依托，激發學生對工程問題的興趣和學習的主動性，提升學生的工程創新意識和實踐能力。例如，在學習了參數平差的知識點后，可安排參數平差的應用進行項目式教學。①以數字高程內插模型為例（圖4）提出項目，實際中經常會遇到利用DEM模型內插某點高程的情況，一般需先建立數字高程內插模型，再進行內插；②項目計劃，在局部區域內選取已知的DEM格網點或離散點，根據區域高程變化情況選擇擬合函數，求取擬合函數中的待定系數，并代入內插點坐標，求出內插點的高程；③項目的前期準備，將學生進行分組，查閱資料，了解什么是DEM模型內插以及內插方法；④方案設計，分析已知的DEM格網點，確定以多項式擬合法為內插函數，利用參數平差的方法求解多項式系數，確定內插模型，求解內差點高程；⑤具體方案實施，讓每個小組進行匯報講解，教師對整個過程進行分析和評價。

圖4 項目式教學法的教學結構

4 綜合評價體系

建立綜合評價體系，反饋教學設計，主要包括過程質量評價和達成情況評價。過程質量評價的內容涵蓋授課的整個階段，在課前預習環節，學生可通過網絡平臺完成預習效果檢測表，以檢測自己的預習效果，從而達到提高學習預習和自主查閱資料的能力；授課后，學生可在網絡平臺對本次課程進行評教，包括學習態度、快樂指數和成就感等方面，督導專家也可在網絡平臺上提交評教結果，主要包括授課質量、學生反饋調查等方面，同行也可通過網絡平臺的課程資源以及相關的作業討論等進行打分互評，從而促進教師反思教學設計、調整教學策略、優化教學過程；課后授課教師可通過學生的作業、小組討論等進行量化評價，小組組長和組員也可從組內參與度、貢獻值以及溝通與協調能力等方面進行量化評價，以督促學生提高主觀能動性，主動參與學習和解決實際問題。為了考核學生對知識點的掌握程度，可從課設內容、測繪專業技能競賽、科創課題練習和匯報等方面進行量化評價，進而鍛煉學生的綜合能力；再結合考試綜合檢測學生對知識點的掌握程度。

針對授課過程中獲取的預習反饋表、教師教學評教表、課后作業評學表、實習評學評教表以及考試試卷進行課程目標的達成情況計算分析。通過隨時掌握教學設計、實施效果以及學生的學習效果，來對未來的教學設計與授課進行反饋和持續改進。

5 結 語

在《誤差理論與測量平差基礎》課程中，將HB?LI方法與OBE理念相結合進行教學設計，以問題情境為載體，通過嚴格的實施和完善的評價體系實現金課建設。“課前—授課—課后—應用—考試”五段式教學模式是大學傳統的課程學習方法；微課堂教學模式對所有的學習疑難問題進行單獨設計，方便學生自主提高和鞏固知識；啟發式教學模式，通過不斷設定問題，使學生能在解決問題的過程中掌握知識，最大限度地參與課堂，激發學生的求知欲和潛能；舉一反三、一題多解的教學模式能充分發揮學生的主觀能動性；項目式教學模式讓學生以實際問題為背景，解決問題的同時完成了工程項目，從而更有目的的學習。最后，通過綜合評價體系全方位考查學生的能力產出和課程的教學效果，進一步改進教學設計，促進金課建設。