基于OBE理念的海洋工程地質虛實結合實訓教學探索

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2024.02.013

歡迎按以下格式引用：楊慶，孔綱強，高凌霞，等.基于OBE理念的海洋工程地質虛實結合實訓教學探索［J］.高等建筑教育，2024，33（2）：97-103.

摘要：海洋工程地質是土木工程、地質工程等本科專業基礎課，探索課程的實訓與實踐教學體系是新工科建設和“一流學科”建設的重要內涵之一。基于成果導向教育（OBE）理念，按照“學生為本、目標導向”的教學思路，開展“反向設計、正向實施”和“虛實結合”等教學模式改革與創新。以工程單位對該專業畢業生的需求為目標導向，重新設計海洋工程地質的課程目標與內容設置、教學形式與方法，以及多元化能力考核與評價等環節，校企合作、協同發展，提高教學質量、激發學生創新創業能力，共建海洋工程地質實踐基地的新模式。

關鍵詞：海洋工程地質；虛實結合；實踐教學；教學改革

中圖分類號：TU473.1 """""文獻標志碼：A """""文章編號：1005-2909（2024）02-0097-07

1989年美國、英國等6個國家的民間工程專業團隊組織發起了本科工程學歷資格互認的《華盛頓協議》，2013年中國成為預備會員，2016年成為第18個正式會員^［1］。工程教育專業認證是實現各個會員國之間學歷和工程師資格互認的基石，也是實現工程技術人才國際化的有效途徑。中國工程教育加入《華盛頓協議》專業互認對提升工程教育國際影響力、加快中國工程技術人員國際化起到積極的推動作用，同時也對工程教育課程體系、辦學軟硬件條件、制度和人才培養等方面提出更高的要求^［2］。按照通用標準和行業標準培養工程人才是《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》提出的“卓越工程師教育培養計劃”建設的主要內容之一^［3-4］。

成果導向（或稱需求導向、目標導向或能力導向）教育（outcome-based education，OBE），最早由美國學者Spady提出^［5］，以學生預期產出為合格工程師作為核心目標，制定相關教學培養方案和考核評價體系等，并在專業互認《華盛頓協議》會員國中得到推廣應用^［6］。教育的重點由傳統意義上的“教師教了什么”轉變為“學生學會了什么”。學生需要獲得怎樣的學習成果，為什么需要獲得這些學習成果，如何獲得學習成果，如何衡量已獲得該方面學習成果等四方面問題成為工程教育的重點。在新工科建設、國家創新驅動發展等大背景下，高等教育環節加強創新創業能力培養、提高實踐與操作能力、加強實訓教學等尤為迫切^［7-8］。

工程地質課程是土木工程、海洋工程、地質工程、水利工程等本科專業基礎課，海洋工程地質是工程地質課程教學中的一個重要組成部分^［9］。針對目前海洋工程地質教學中存在的一些不足，將OBE工程教育理念引入該課程教學與實踐中，以OBE理念為海洋工程地質課程教學主線，貫穿本科生在校學習的全生命周期。通過“學生為本、目標導向”的教學理念，“反向設計、正向實施”，以及“虛實結合”的新型教學形式^［10-12］，以社會和企業對畢業生的要求為目標，開展相關專業的工程教育，進一步提升學生的工程素養和創新創業能力。

一、傳統課程導向下海洋工程地質實踐教學現狀

在“卓越工程師教育培養計劃”等國家項目建設的推動下，高校在實驗室建設、實踐與實習基地培育等方面增加了投入，但是，在傳統課程導向下，海洋工程地質實踐教學仍存在以下問題。

（一）"實踐教學目標不夠清晰

對于學習海洋工程地質課程的相關專業（如土木工程、地質工程等）本科生而言，其目標導向是滿足從事海洋工程建設等相關行業的勘測、設計、施工及監理等需求。目前，大部分高校的培養方案與目標相對籠統（比如，了解并掌握海洋地形地貌及其形成過程、海洋沉積物特性、海床穩定性等），無法滿足相關行業對畢業生的需求。海洋工程地質原位測試難以實現且費用昂貴，采用室內土工測試方法或者虛擬仿真是個比較好的途徑。實踐教學是銜接課堂理論知識學習與工程單位實際生產工作之間的橋梁，然而，高校的實習與實踐教學經費相對有限，企業不愿承擔相關活動中可能帶來的風險，再加上實踐教學目標不夠清晰的問題，導致實踐教學效果無法達到預期目標。

（二）"實踐教學內容滯后

目前，大部分高校的實踐教學內容參照理論教學教材中的儀器、設備等介紹內容，按部就班地在實踐基地中向學生講解，對國內外工程實際發展情況的考慮相對不足。比如，近期完成的港珠澳大橋建成后可能面臨的海洋工程地質災害問題，擬規劃建設的渤海灣隧道、瓊州海峽大通道等相關海洋工程地質問題等。部分實驗平臺與實踐實習基地相對隔離，不利于學生系統訓練，實踐教學內容割裂、系統性不足等也造成實踐教學效果不盡如人意。

（三）"實踐教學方法與形式相對單一

實驗教學仍保持傳統、單一的實驗室教師操作演示和學生小組操作形式，實驗教學過程缺乏師生之間的互動性，教學過程中僅側重實驗的完成度，而缺乏對學生創新創造性的啟發培養過程。實踐教學或工程地質實習，往往是走馬觀花式的游覽參觀，由于海洋工程地質的特殊性，無法有效參觀真實海底的工程地質情況，而被實踐教學所遺忘。近年來，快速發展的計算機技術等新形態教學方法尚未真正走入海洋工程地質實驗教學環節中。

（四）"實踐教學資源及配套設施相對不足

經過多年的發展，盡管很多高校逐漸建立了工程地質實習基地，但是海洋工程地質學科發展迅速，大型工程建設項目不斷涌現，傳統實踐教學手段難以適應其需求，且針對海洋工程地質的實習基地少之又少。這嚴重限制了本科生對海洋工程地質知識點的掌握與學習，也一定程度上阻礙了海洋工程人才培養質量的提高，無法滿足海洋工程等相關行業對畢業生的要求與期許。已經建立的部分工程地質實習基地，在功能性、特色性及差異性上考慮不全面，存在一定的重復建設問題，且各個高校所建立的工程地質實習基地互相共享性低，在一定程度上也造成了實踐教學資源及配套設施的浪費。

（五）"實踐教學考核與評價機制不夠健全

實踐教學的最終成果體現，需要有效的考核與評價機制。良好的考核與評價機制，也將促進并推動實踐教學的動態發展。海洋工程地質作為專業理論課，需要提高學生的專業興趣和科研興趣，發揮學生學習的主動性，提高學生的實際動手能力。目前，在實踐教學中，往往側重操作能力，而對學生綜合專業素養的關注相對不足，僅重結果、未關注過程。在為數不多的工程地質實習與實踐基地建設中，學校與企業之間缺少互動、考核與評價機制不夠健全，阻礙了實習與實踐基地的良性發展。

二、基于OBE理念的海洋工程地質實踐教學體系構建

針對傳統課程導向下海洋工程地質實踐教學環節中存在的一些不足，積極構建基于OBE工程教育理念的實踐教學體系十分必要。

（一）"實踐教學體系構建的必要性與緊迫性

1.《華盛頓協議》工程教育專業認證的需要

根據《華盛頓協議》，土木工程、地質工程等工科專業畢業生必須達到相關行業認可的質量標準要求，因此，海洋工程地質課程教學也必須要以培養適應于行業需求的畢業生為目標導向。圍繞這個目標導向，改革實踐課程教學體系、教學內容與方法，以及考核評價制度。

2.我國新工科內涵建設與發展的要求

2017年，從服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展的高度，在“卓越工程師教育培養計劃”的基礎上，提出了持續深化工程教育改革的新工科建設。土木工程等工科畢業生要滿足海洋工程產業/行業需求，適應快速發展的海洋資源開發與環境保護對相關工程技術人員的新技能與新要求，因此，海洋工程地質課程實踐教學必須面向新形勢，培養解決新問題的能力。

3.“雙一流”建設的要求

2017年，教育部、財政部和國家發改委聯合發布世界一流大學和一流學科建設高校及建設學科名單，正式拉開了“雙一流”建設的序幕。教育部鼓勵相關高校將新工科研究與實踐項目納入整體建設方案。因此，海洋工程地質課程實踐教學也必須順應我國“雙一流”建設的要求。

4.服務“一帶一路”建設的人才培養需求

隨著“一帶一路”工程建設的持續推進，為服務“一帶一路”共建國家的工程建設需求，高等教育機構圍繞目標導向開展教育活動、培養合格畢業生。“一帶一路”共建國家的海洋工程地質問題各異，更需要在實踐教學中引入OBE工程教育理念。

（二）"實踐教學體系的設計原則

區別于傳統課程先基礎后專業的教學模式，OBE理念強調以行業需求為導向，根據相關行業發展情況進行動態設計，調整培養目標和課程體系。海洋工程地質課程OBE理念設計流程如圖1所示。

1.以面向行業需求為導向

隨著海洋油氣、可燃冰等資源開發的快速發展，傳統土木工程、海洋工程等專業畢業生無法滿足新形勢下大型海洋工程建設需求，因此，海洋工程地質課程實踐教學，需要結合我國海洋工程甚至世界海洋工程發展的新動態、新特點，強化創新創業實踐能力以適應后續工作中的新發展。

2.以學生為學習的主體

改變傳統以教師“教”為主的教學模式，開展以學生為中心的學生“需要學什么”“如何學”及“怎樣學會”的教學活動，強調開放教學、互動教學，探討課程目標的制訂和課堂教學形式的改革。鼓勵學生參加國家級或省級“大學生創新創業訓練項目”，鍛煉并提高創新創業能力，讓學生走進“課堂”又走出“課堂”，面向社會與工程實際項目，實現“學會學習、學會做事、學會做人”的目標。

3.保持實踐教學的動態正向更新與可持續性

結合行業發展形勢，構建基于OBE理念的海洋工程地質實踐課程體系。除了接納行業新動態之外，尚需保持相對開放的模式接受未來行業發展變化，并持續更新實踐教學體系。高等教育系統被詬病的原因之一即是課程體系與社會行業發展的脫節，因此，海洋工程地質實踐課程教學體系必須順應時代，在海洋強國戰略、海洋資源開發大背景下，構建“基本理論知識—虛實結合實訓教學—實踐教學”三階段教學模式，并保持海洋工程地質實踐教學的動態正向更新與可持續性。

三、基于OBE理念的海洋工程地質實踐教學資源建立

（一）"教學內容與教學形式改革

面向工程實踐是開展工程教育的必然選擇。基于OBE理念，結合天然氣水合物沉積物工程特性測試儀器、透明土試驗技術平臺和土工鼓式離心機等實驗設備與科研實驗平臺，給本科生講授海洋工程地質課程中海洋工程地質勘察、海洋結構物基礎設計與施工等相關知識點，并依托國家級或省級大學生創新創業訓練項目，免費向本科生開放相關實驗平臺，提升實踐教學品質，提高學生的綜合專業素養。海洋工程地質課程實踐教學內容與教學方法見表1。

（二）"實踐教學平臺與實驗中心搭建

以國家和教育部重點實驗室為依托平臺，在國家自然科學基金、國家重點研發計劃、國家重點實驗室開放基金等課題資助下，孵化新型海洋工程地質相關技術，將形成的優質科研成果（如模擬海相軟黏土的人工合成透明土材料、海底沉積物現場取樣技術設備等），通過再次優化與改造形成實踐教學內容，為海洋工程地質實踐教學平臺建設提供良好的教學素材，以適應實踐教學平臺，服務于教師和學生。改革室內實驗內容與教學模式，擴增地質模型實驗教學、海洋古生物化石鑒賞、區域彩色地質圖判讀等室內實驗教學環節，建立完整的工程地質室內實驗體系，即礦物-巖石-古生物化石-地質構造-地貌-地質圖等。將啟發式與互動式教學模式引入實驗教學中，以研究性思維指導實驗教學，培養學生創新思維方法。

大連理工大學成立海洋油氣工程國際合作聯合實驗室，河海大學成立能源巖土國際合作聯合研究中心，一方面服務于能源開發過程中遇到的巖土工程問題（如海洋工程地質問題、地熱能開采問題等），另一方面服務于“一帶一路”共建國家之間的合作與交流。實驗室和研究中心為實踐教學平臺制訂操作指南、安全事項和預約規則等，促進實踐教學平臺的良性循環與可持續發展。加強校內或校際之間的聯系和溝通，實現實踐教學平臺的資源共享與優勢互補，提高儀器設備的利用率，推動高校實踐教學體系改革。

（三）"虛擬仿真模擬實踐教學平臺建立

虛擬仿真模擬實踐，不僅拓展實踐教學的深度與廣度，而且提高實踐教學的效果與效率。虛擬仿真模擬實踐教學平臺可以考慮如下幾個層次：（1）以建筑信息模型（building information modeling，BIM）技術為核心，針對工程地質課程實踐教學的鮮明特色，為課程所關注的地質實習路線、各地質實習點及室內巖礦標本、地質模型等拍照攝像，制作圖-文-聲-動畫并茂的多媒體教案，并與實物、實景和影像相結合，建立適用于海洋工程地質實踐教學的BIM模型，建立海洋地貌形成過程、海底滑坡過程動畫演示等，為實踐課程講授和學生參觀學習提供支撐；（2）結合FLAC、Comsol、PFC等數值分析軟件，將海床穩定性分析過程與結果展示給學生，且布置課程分項作業，供學生自我學習與自我分析；（3）在完成BIM建模、海洋工程結構與沉積物有限元數值模擬的基礎上，結合VR、AR和MR技術，搭建模擬真實環境的實踐教學平臺，讓學生身臨其境地感受海洋工程地質相關問題。結合課程多媒體課件與國家重大工程（如海底隧道、海上橋梁、港口碼頭等），將地質歷史發展、古生物演化、地質構造形成、地表變遷、工程建設的地質環境效應等全方位展示，使學生置身于工程建設的主戰場，對復雜海洋工程地質環境更感興趣，更愿意從事相關領域的科學研究和工程實踐活動；（4）將BIM領域的相關功能（如專家咨詢、服務體驗、反饋與評價等）有機融合到海洋工程地質課程實踐教學中，調動學生的學習主動性，體現學生的學習主體性。

（四）"實習或實踐基地建設

面向國家重大工程（如南海可燃冰開采、海洋平臺與島礁工程建設等），發動學生挖掘并篩選典型海洋工程地質問題與災害的案例，提高學生的參與度。依托大連金石灘濱海國家地質公園，建立野外海洋工程地質教學實習基地。該基地集實驗、實習、創新等功能于一體，開發野外地質教學最佳實習路線和特色地質教學點，強化現場各地質點的教學實習內涵，開展第一現場教學，學生實地認識濱海地區各類地形地貌、巖層分布和產狀，理解風化作用的內涵，強化對實際斷層、褶皺、節理等地質構造的認知，加深對地下水與滑坡等不良物理地質現象及海岸侵蝕地貌的理解，并針對典型地質剖面進行地質羅盤測繪。改革海洋工程地質實驗實習用書，在傳統工程地質實驗實習用書的基礎上，增設海洋工程地質實驗實習相關內容和應用環節，主要包括海底滑坡、海底淺層氣等內容。結合項目，以小組形式完成海洋工程地質案例的調研、分析和研究，并提交調研報告、文獻綜述及學術論文等分項考核指標。

四、基于OBE工程教育理念的實踐教學考核與評價

基于OBE工程教育理念，建立多元化、科學化和合理化的海洋工程地質課程實踐教學考核內容與評價體系和標準化的評價模式，對學生的學習效果進行綜合評定，并結合考核與評價結果反饋，重新優化教學體系、教學內容與教學方法，使教學與評價相輔相成、互相促進，最終達到提高教學質量的目的^［13］。

1.評價方式

區別于傳統的期末考試（閉卷或開卷）和平時成績相結合的方法，基于OBE理念的評價方式強調過程評價與結果評價相結合、教師評定與學生互評相結合，關注每名學生自身的發展過程，及時進行“學習診斷”，使每名學生都有機會通過努力達到預期學習效果。

2.評價標準

首先，評價標準需有一定的挑戰性且具備可執行性，鼓勵深度學習。充分考慮學生個體差異，保證每名學生通過努力可以達成預期學習效果。針對海洋工程地質課程實踐教學，結合理論知識學習、虛擬仿真實驗、實踐或實習基地認識學習，通過社會實踐、調研報告、學術論文和答辯匯報等多個子項進行評價。

3.評價內容

評價內容包括平時成績和單項作業成績的加權累積，實踐教學的評價內容需體現回歸工程實踐的形式與體驗。團隊合作性也作為考核評價內容之一。

五、結語

面向《華盛頓協議》工程教育專業認證要求、我國新工科建設和“雙一流”建設的需求，在簡要分析傳統課程導向下海洋工程地質課程實踐教學現狀與問題的基礎上，基于OBE工程教育理念，結合海洋工程地質實踐教學案例，引入虛擬仿真實踐教學手段，探索虛擬仿真和實際操作相結合的“虛實結合”實訓實踐教學途徑。基于OBE理念的海洋工程地質虛實結合實訓教學探索，一方面提高了學生的專業綜合素養，達到社會及相關行業對畢業生的需求；另一方面對課程實踐教學進行優化與改進，使其適應新時代、新形勢，推動課程教學的可持續發展。

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Exploration of virtuality and reality combination marine engineering geology practice teaching based on OBE concept

YANG Qing¹，"KONG Gangqiang²，"GAO Lingxia³，"WANG Zhongchang⁴，"FENG Xiaojing⁴

（1.State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， P.R.China；2.Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering， Hohai University， Nanjing 210024， P.R.China；3.College of Civil Engineering， Dalian Minzu University， Dalian 116600， P.R.China；4.School of Traffic and Transportation Engineering， Dalian Jiaotong University， Dalian 116021， P.R.China）

Abstract： Marine engineering geology is one of the compulsory course of undergraduate majors in civil engineering and geological engineering. Exploring its practical training and teaching system is one of the important connotations for the new engineering project and first-class disciplines construction. Based on outcomes based education （OBE） concept， following the teaching concept of student-oriented and goal-oriented， the teaching mode reform and innovation of reverse design， positive implementation， and virtuality and reality combination are conducted. Focus on the goal of engineering units’"demand for graduates， the curriculum objectives and content settings， teaching forms and methods， diversified ability assessment and evaluation are redesigned. By school-enterprise cooperation and collaborative development， improving teaching quality and stimulating students’"innovation and entrepreneurship abilities， a new model of marine engineering geological practice base is jointly built.

Key words： marine engineering geology; virtuality and reality; practice teaching; teaching reform

（責任編輯""周沫）

作者簡介：楊慶（1964—），男，大連理工大學教授，博士，博導，主要從事海洋工程地質研究，（E-mail）qyang@dlut.edu.cn。