工程教育專業認證背景下“工程測量”課程實驗教學改革的實踐

余衛華 張 鑫 姚一飛

(西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌 712100)

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業認證的核心是要確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求，是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價。工程教育專業認證要求專業課程體系設置、師資隊伍配備、辦學條件配置等都要圍繞學生畢業能力達成任務展開，并強調建立專業持續改進機制和文化，以保證專業教育質量和專業教育活力[1-5]。

工程教育專業認證標準更加重視學生綜合運用科學知識和技術手段解決復雜工程問題的能力，注重培養學生的工程意識、協作精神以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力[6]，要求工程實踐與畢業設計(論文)教學環節至少占總學分的20%。在工程教育專業認證思想的指導下，高等院校的實驗教學應該不斷地創新、改革，以達到更好的教學效果，并有利地支撐各專業開展工程教育專業認證工作。西北農林科技大學水利與建筑工程學院多個專業參加了工程教育專業認證。其中水文與水資源工程專業從2009年起已通過了4次工程教育專業認證；農業水利工程專業從2013年起已通過2次工程教育專業認證；水利水電工程專業從2019年起通過了1次工程教育專業認證。“工程測量”課程是水文與水資源工程專業、農業水利工程專業和水利水電工程專業開設的一門重要的基礎課程，其重要的教學實踐是“工程測量”課程的實驗教學。鑒于此，西北農林科技大學“工程測量”課程組開展了工程教育專業背景下該課程的實驗教學改革，以期為地方同類院校實驗教學改革提供參考。

一、“工程測量”課程實驗教學面臨的問題

“工程測量”是水利類專業的一門工程基礎課程，具有較強的實踐性。“工程測量”課程實驗作為該課程的重要實踐教學環節，發揮著非常重要的作用。該教學環節的教學質量的好壞直接影響專業人才培養的質量。“工程測量”課程的實驗教學學時約占“工程測量”課程總學時的1/3左右。“工程測量”課程的實驗教學是學生由課堂走向實踐過程中必不可少的綜合設計性環節，是連接理論知識與生產實踐的紐帶。“工程測量”課程的實驗教學面向的是未經過專業實驗基礎訓練和實驗技能經驗較少的大學二年級學生，因此“工程測量”課程的實驗教學具有測繪技能培養、工程意識培養、團隊協作精神培養等多重作用，也是各專業工程教育專業認證標準中重要的考察內容之一。如何把“工程測量”課程的理論知識應用于實踐，解決工程實際問題，是“工程測量”課程實驗教學面臨的首要問題[7]。

(一)實驗教學內容陳舊

互聯網、人工智能等技術的不斷發展，測繪技術與方法發生了翻天覆地的變化，新一代信息技術下的測繪、遙感、導航技術體系的發展，推動了測繪生產實踐的變革，如GNSS、無人機、無人船、三維激光掃描儀等設備在測繪過程中的廣泛應用等。相對于這些先進的測繪技術和方法，原有實驗教學內容早已陳舊、落后。比如，DJ6型光學經緯儀的認識及使用、視距測量、測回法觀測水平角、電子水準測量、DS3型水準儀的檢驗與校正等，已落后于時代的發展。同時，“工程測量”實驗教學總學時一般為16個學時，而其中水準儀的認識及使用、全站儀認識及使用、GPS認識及使用等驗證性的實驗項目安排的學時較多，約占總實驗學時的40%，而綜合設計性、創新性實驗項目比重較少，這與工程教育專業認證背景下的實驗教學要求有一定差距，不利于培養學生的實踐能力和創新能力，需完善補充前沿實驗教學內容。

(二)實驗教學模式缺乏創新

“工程測量”課程的實驗教學長期采用傳統實驗教學模式，傳統實驗教學主要以教師的講解、演示為主，學生只需按部就班地操作儀器完成實驗，學生被動接受知識。另外，“工程測量”課程的實驗教學時間有限，每節實驗課的教學時間僅為40分鐘，在這有限的實驗課時內，教師的儀器操作、演示占用一部分時間，留給學生實際操作完成實驗的時間就非常的有限。因此，如果不采用新的實驗教學模式，就無法保證實驗教學任務的順利完成。

(三)實驗教學考核形式過于單一

“工程測量”課程的實驗教學考核主要依據實驗報告的撰寫情況，“工程測量”課程的實驗一般以3～4人為一組，每個學生在實驗過程中的實際表現，比如實驗儀器操作能力、實驗方案設計能力、解決問題的能力等，都無法以實驗報告的形式體現出來。同時，每組學生共用一組實驗數據完成實驗報告的撰寫工作，教師批閱實驗報告時往往只注重實驗結果是否正確，不注重實驗的過程及對結果的分析，導致教師在考核評價時帶有片面性、不合理性，學生抄襲實驗報告的現象時有發生。這種單一的實驗教學考核方式，沒有注重對學生的實驗過程考核，極大地影響了學生參與實驗的主動性和創新性[8]。

二、“工程測量”課程實驗教學改革的措施

根據工程教育專業認證的畢業要求，筆者所在的“工程測量”教學團隊增加了“工程測量”課程的實驗教學環節，將工程項目、科創項目、研究項目凝練成實驗教學素材吸引學生積極參與實驗教學活動，同時充分利用優質課程網站、慕課網絡平臺、虛擬仿真平臺開展混合式教學，以滿足工程教育專業認證的要求，具體做法如下。

(一)優化實驗教學內容，突出工程背景

原有“工程測量”課程的實驗教學內容陳舊，為了滿足工程教育專業認證的畢業要求，西北農林科技大學“工程測量”課程組對“工程測量”課程的實驗教學內容進行了優化，見表1。“工程測量”課程的實驗教學中去掉了經緯儀的相關實驗項目，增加了全站儀及GPS的相關實驗項目，與時俱進地調整和優化實驗項目和實驗內容，主要是突出了實驗項目的工程背景，進一步激發了學生的學習興趣和積極性，提高了“工程測量”課程的實驗教學效果，從而更好地滿足工程教育專業認證背景下“工程測量”課程實驗教學對學生能力達成度的要求[9]。

表1 優化后的“工程測量”課程實驗教學內容體系

(二)采用混合式教學模式，提高實驗教學效率

按照工程教育專業認證要求，筆者構建了“工程測量”課程“討論—實驗方案設計—實驗操作—問題發現—分析總結”五層次的“工程測量”課程實驗教學體系，加大了綜合性設計實驗、創新性實驗的開設力度。同時，在實驗過程中，采用了慕課、翻轉課堂、藍墨云班課、虛擬仿真教學平臺等多種現代化教學手段開展了混合式教學[10]。

教師根據實驗內容、實驗項目性質，采用不同的教學手段和平臺開展混合式教學。比如，全站儀認識、普通水準儀的認識、GPS的認識等驗證性的實驗項目，教師可利用虛擬仿真教學平臺開展虛實結合的實驗教學。學生在課前，利用虛擬仿真實驗教學平臺，進行虛擬場景下測繪儀器基本操作的反復練習。在課中，學生開展真實場景的實體實驗。課后，學生再次進入虛擬仿真實驗教學平臺，完成實驗作業的撰寫工作并提交。

對于普通水準測量、全站儀數據采集、全站儀使用等一些綜合設計性、創新性的實驗項目，教師可以利用藍墨云班課，在課前發布實驗預習要求和實驗教學內容，學生通過慕課或虛擬仿真實驗教學平臺完成課前預習，教師在這個環節的作用是引導學生在云班課上開展討論、設計實驗方案；在課中，學生根據各自組的實驗方案，選用不同的實驗方法完成實驗任務，在這個過程中學生會不斷地發現問題，教師在這個環節的作用是積極引導學生分析實驗中出現的問題；課后，學生通過分析實驗數據、總結實驗方法，完成實驗報告的撰寫工作，教師在這個環節的作用是發現學生在實驗報告撰寫過程中反映出來的問題，并及時進行糾正。采用這種混合式教學方法，不僅提高了實驗教學效率，而且實現了學生在實驗教學活動中的“主體地位”，打破了“工程測量”課程實驗教學的時間和空間限制。

(三)注重實驗過程考核，實施多元化實驗教學考核

為了更合理地支撐工程教育專業認證對“工程測量”課程的畢業要求指標點，更好地完成課程教學目標達成度的要求，筆者增加了過程考核，建立了多元化的“工程測量”課程實驗教學考核評價體系，全面、客觀地考察學生的實際實驗水平[11]。

改革后的“工程測量”課程實驗教學的考核成績由討論參與(20%)、實驗方案設計(10%)、實驗操作(20%)、實驗記錄(10%)、實驗報告(40%)五部分構成。“討論參與”主要以小組為單位進行，小組成員要積極參與討論交流，形成討論結果，主要考查學生分析問題的能力，支撐畢業要求9(個人與團隊)和畢業要求2(問題分析)；“實驗方案設計”主要考查學生是否能積極主動地去發現問題、思考問題，支撐畢業要求3(設計/開發解決方案)；“實驗操作”主要考查學生規范操作、動手、解決問題的能力，支撐畢業要求2(問題分析)；“實驗記錄”主要考查學生記錄的測量數據是否滿足工程規范的要求，支撐畢業要求8(職業規范)；“實驗報告”主要考查學生應用課堂知識解決操作實踐問題，支撐畢業要求2(問題分析)和畢業要求5(使用現代工具)。該考核方式的每一部分都有相應的考核標準，不僅增加了學生之間的討論交流、團隊合作精神，而且為客觀公正地評價學生的實驗學習效果提供了依據[12]。

三、“工程測量”課程實驗教學改革取得的成效

通過近3年的“工程測量”課程的實驗教學改革，學生對“工程測量”課程實驗的興趣明顯提升，學生的實踐能力和綜合能力得到提高。

(一)課程教學目標達成度符合要求，實現了預期的教學目標

課程教學目標達成度是檢驗課程教學效果的一項重要指標，對課程教學目標達成情況進行計算分析，可反映教學活動對教學目標的支撐程度，即達到培養目標的程度。課程教學目標達成度的具體計算過程為：①根據課堂參與、作業、實驗報告等過程考核及權重計算學生的平時成績；②匯總每個課程教學目標對應的考試試卷題號與分數，統計試卷支撐各課程教學目標的分項總分，并求取各課程教學目標的平均分數；③計算平均分數：平均分數(百分制)=(平均分數/分項總分)×100；④計算整體教學目標達成度：達成度=[平均分數(百分制)×試卷成績占比+平時成績平均分×平時成績占比]/100[13]。將計算出的課程教學目標達成度與課程教學目標達成度平均值的閾值進行比較，如果教學目標達成度超過了課程教學目標達成度閾值，說明該課程的教學內容與授課方式支撐課程教學目標，達到了預期教學目標。筆者對西北農林科技大學2019級水文與水資源工程專業的“工程測量”課程進行了教學目標達成度計算，得到課程教學目標達成度為0.70，大于“工程測量”課程教學目標達成度閾值0.60，說明該課程教學目標達成度滿足要求。教學實踐證明，通過一系列的“工程測量”課程實驗教學的改革，該課程已達到預期的教學目標。

(二)學生參加測繪類競賽的積極性顯著提高，測繪技能得到進一步提升

學生參加測繪類競賽的積極性顯著提高，測繪技能得到進一步提升：2018—2020年，學生參加西北農林大學測繪技能大賽的人數逐年增加，由2018年的160余人增加到2020年的300余人；2021年，西北農林科技大學首次參加全國測繪類技能大賽，報名參賽的學生僅為20人，參賽項目僅有3項，而2022年報名參加全國測繪類學科競賽的學生接近100人，參賽項目增加到了7項。另外，在2021年全國測繪技能大賽中，學校水文與水資源專業和農業水利工程專業的4名學生獲得了虛擬仿真數字測圖競賽的二等獎。學生從測繪類競賽的旁觀者轉變成為參與者，在國家級獎項的獲得上實現了突破。

資助項目：2019年度陜西高等教育教學改革研究項目——“新工科”水利類專業課程體系構建，項目編號19BY015。