CDIO+CBE理念下的“数字海洋工程”系列课程教学实践

2017-01-06谢宏全

测绘通报 2016年12期

关键词：海洋工程学时课程设计

谢宏全，周立，孙华

(淮海工学院测绘与海洋信息学院, 江苏连云港 222005)

CDIO+CBE理念下的“数字海洋工程”系列课程教学实践

谢宏全，周立，孙华

(淮海工学院测绘与海洋信息学院, 江苏连云港 222005)

为了不断增加数字海洋建设的高级技术人才，开展教学研究具有重要意义。本文在简要介绍开设“数字海洋工程”课程必要性与建设进展的基础上，详细阐述了课程性质、学时安排与教学内容安排，课程体系的教学内容由课程教学、课程设计、开发实习构成。最后，对3门独立课程考核方法进行了介绍。

CDIO；CBE；数字海洋工程；教学内容；考核方法

随着我国数字海洋建设的快速发展，以及近年来“智慧海洋”概念的提出与建设，未来将需要大量的相关专业信息人才。海洋技术专业的本科学生开设“数字海洋工程”课程是非常必要的。目前国内开设此课程的高校非常少，而围绕数字海洋建设的相关基础技术课程较多。笔者所在学校自2009年开始面向海洋技术专业学生作为专业选修课程开设“数字海洋工程”课程，一直延续到现在，已经积累了一定的教学经验。

CDIO 是一种以工程项目设计为导向、以工程能力培养为目标的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果[1]。以提高学生工程实践能力为目的，同时还包括培养工程科学能力、技术实践能力、新知识学习能力、团队交流能力等[2]。CBE(能力本位教育)在本质上是一种以能力培养为中心的教育模式，强调学生“做中学”，并通过学生在相关技能或活动上的表现来评价教学和学习效果[3]。

本文将CDIO与CBE理论应用于“数字海洋工程”，在简单介绍课程必要性与建设进展的基础上，详细介绍课程教学安排和课程考核方法。

一、课程必要性与建设进展

1. 开设课程必要性

“数字海洋”伴随“数字地球”理念应运而生,是数字地球的重要组成部分,对我国的海洋管理、调查、研究、开发、利用、保护等具有重要意义。数字海洋建设是一项庞大复杂的系统工程，也是一项科学工程, 具有空间性、整体性、持续性和系统性的特点[4]。为在海洋竞争中获取信息优势, 美、英等国已将科研尖端力量和大笔资金投入数字海洋工程。国家海洋信息中心于1999年首次提出了“数字海洋”的概念和中国“数字海洋”发展的基本思想[5]。我国在2001年启动数字海洋项目建设，2004年实施了近海海洋综合调查和评价专项( 908专项),确立了建设“中国近海数字海洋信息基础框架”的目标，并于2011年12月全面建设完成[6]。我国建成了全球第一个数字海洋系统,并正式发布了首个数字海洋公众服务系统iOcean[7]。目前国家与省级节点建设与应用已经完成，市县级海洋管理单位结合自身实际需要，利用最新相关技术正处于关键的发展时期[8]。

2008年IBM提出了“智慧地球”的概念，目前我国已经开始建设“智慧城市”的试点工作。“智慧海洋”的概念伴随“智慧地球”理念应运而生，学者已经进行了相关研究，例如文献[9]提出建设海洋牧场 2.0 版本—智慧型海洋牧场，智慧海洋建设是未来发展的新趋势。

为推进我国数字海洋的建设，培养相关技术人才与普及数字海洋建设的知识，在高校相关专业中开设数字海洋建设相关课程是必要的，特别是拥有海洋技术等相关专业的学校。

开设此门课程的目的是使学生了解数字海洋的基本内容、我国数字海洋建设的现状、存在问题及发展趋势等相关内容，树立学习海洋技术专业的信心，为毕业后从事相关工作奠定一定的基础。因此，开设“数字海洋工程”课程是非常必要的。

2. 课程建设进展

目前我国处于数字海洋建设与应用的初级阶段，将来对各类相关专业技术人才的需求是必然的。据调查目前国内高校与数字海洋建设密切相关的本科专业开设此课程的还非常少。

笔者所在学校自2009年开始此课程的教学。在国内无参考资料的情况下，不断探索教学内容、教学方法与成绩评定办法。2015年本系列课程的教学研究被确定为校级教学改革研究项目。

海洋技术专业是笔者所在学校具有鲜明海洋特色的重点建设专业之一，是全国第一个培养海洋信息技术人才的本科特色专业，2008年第一批入选校级人才培养模式创新实验区，2009年被遴选为校级特色专业建设点，2010年入选第六批国家级特色专业建设点，2015年确定为江苏省高校品牌专业建设工程一期项目。

海洋技术专业自创办以来，截至2016年培养方案已经进行过6次修改。本课程经历了3次调整：第1次是在2010级以前的3个培养方案中，本课程设置为专业选修课程，32学时(含4学时实验)，对于2004—2011级海洋技术专业学生，只有2006级在第七学期开设过一次；第二次是在2012级培养方案中，本课程设置为专业主干必修课程(第七学期)，32学时(含4学时实验)，配套有课程设计1周，开发实习2周(其中2012级已经完成教学)；第三次是在2014级培养方案中，本课程设置为专业教育平台的必修课程(第七学期)，32学时(含4学时实验)，配套有课程设计2周，开发实习3周。在2016级培养方案中，与2014级的设置相同。

二、课程教学安排

1. 课程性质与学时安排

以2012级培养方案为例，本课程是海洋技术专业的主干必修课程之一，先修课程是GIS原理与应用、海洋测量学、海洋调查与观测技术。本课程的作用是：在已学相关课程的基础上，拓展专业知识的应用领域，了解数字海洋建设的基本理论与方法。通过本课程的学习，培养学生应用数字海洋核心系统和数字海洋的关键技术，完成在城市规划、建设与管理等领域数字海洋工程设计、开发、建设、数据采集和系统维护管理的能力。

本课程为专业主干必修课程，安排在第七学期开设，每周二讲(每讲2学时)。总学时为32学时(2个学分)。课程内容分为两部分：第一部分是课堂理论教学，为28学时，学时分配见表1；第二部分是实验教学，为4学时。

表1 课堂教学授课主要内容及学时安排

2. 教学内容安排

整个课程体系的教学内容由课程教学、课程设计、开发实习构成，教学内容的详细安排如下。

(1) 课堂与实验教学内容

2004年开始招收海洋技术专业学生，2009年第一次开设“数字海洋工程”专业选修课程，基于当时公开出版与数字海洋建设相关图书非常少的情况，未给学生指定教材，任课教师主要收集了相关内容进行讲授。

截至2016年，公开出版数字海洋建设比较相关的图书非常少，主要有海洋渔业地理信息系统研究与应用、海洋地理信息系统——原理、技术与方法、数字工程的原理与方法、中国数字海洋-理论与实践、海洋地理信息系统原理与实践。以上图书的内容各有侧重，个别图书出版时间比较早，随着数字海洋建设的迅速发展，新技术不能更好地体现，因此不适合作为教材使用。另外公开发表的文献资料也非常少。

基于以上相关文献资料的总体情况，2014年对课程的教学大纲进行了修订。2015年针对海洋技术专业2012级学生第二次开设此课程，讲授内容的确定原则是：以教学大纲内容为主线，参考相关图书的相关内容，适当补充最新的数字海洋建设技术发展动态的内容。课堂教学授课的主要内容见表1。理论教学内容是CDIO第一个环节C(构思)的理论基础。

实验教学环节共4个学时，安排2个实验项目：一个是“海洋空间基础设施管理系统设计”；另一个是“数字海洋工程功能开发”。每个学生在指导教师与实验指导书的基础上完成，提交实验报告。实验教学目的与内容见表2。实验教学内容是CDIO第一个环节C(构思)的实践基础。

表2 实验教学主要内容及学时安排

(2) 课堂设计教学内容

本课程设计(1周)是学生在学习完成“数字海洋工程”等相关课程后的集中实践教学环节(必修)。主要目的在于使学生更好地理论联系实际，针对具体的问题，掌握数字海洋工程的概念与理论，设计的方法、流程和步骤。

依据学生的相关知识学习基础，结合本课程设计的内容，将海洋技术专业2012级学生分成6个小组，每个小组5～6人。在指导教师提供的8个与海洋管理相关的备选题目中进行选择。以小组为单位，每个小组收集与题目相关的文献资料，完成系统属性数据库的设计，依据指导教师的具体要求撰写系统需求分析报告。课程设计内容的完成是CDIO第二个环节D(设计)方面的训练，也是培养学生在实践中独立分析问题、解决问题的创新能力，也体现了CBE的理念。

(3) 开发实习教学内容

本教学环节(2周)是在课程学习与课程设计完成的基础上进行的集中实践教学环节(必修)。通过实习可以让学生深刻了解、熟悉和熟练掌握数字海洋工程开发的数据输入子系统、海洋空间数据存储和检索子系统、数据处理和空间分析子系统、数据子系统的设计、建模和功能开发；加深对基础理论知识的巩固，并把理论运用于实践，在实践中发现问题，不断完善和总结所学知识，培养学生的实践能力和综合分析能力，提高学生的专业素质。

为了使学生了解海洋管理部门的业务化管理系统，开发实习的第一步是带领学生到连云港海域使用保护动态管理中心进行参观，邀请系统管理人员讲解国家海洋局动态监视监测系统、连云港海域无人机三维立体监管平台、连云港市海洋渔业安全信息救助指挥系统的主要功能。这不仅有助于进一步理解理论知识，而且为系统的开发实习奠定了良好的基础。

针对海洋技术专业2012级学生，在完成课程设计的基础上，完成系统总体设计书(包括系统的实际目标分析、系统的总体结构与功能设计、开发环境分析、实施计划、管理与开发人员)的撰写，还要完成系统开发(包括系统需求分析、确定技术标准体系、选择软硬件环境、系统的详细设计、数据采集、数据库建设、系统集成与测试)。开发实习内容的完成是CDIO第三与第四环节I(实现)O(操作)方面的训练，也是培养学生在实践中独立分析问题、解决问题的创新能力，也体现了CBE的理念。

三、课程考核方法

依据学校课程成绩评定的管理办法，按照教学大纲的要求，3个教学环节分别进行成绩评定，具体的考核方法叙述如下。

1. 课程教学成绩

总成绩由平时成绩和期末成绩两部分构成，其中平时成绩占30%，期末成绩占70%，以百分制进行评定。

平时成绩由作业成绩、实验成绩、考勤成绩3部分构成。平时成绩=(5次作业成绩加和+2次实验成绩加和+考勤成绩)/8。作业题目每次1～2个，以教师讲授的内容为主，概念与简答题目，依据学生完成内容的正确情况、字迹工整程度等以百分制评定。实验成绩依据学生上交的实验报告以百分制进行评定。考勤成绩=(100/考勤次数)*考勤时的出勤次数。

期末成绩以笔试闭卷形式完成，同时以相同题型与难度出A、B卷，经过系主任与教学副院长审批后选择一个进行考试。题型包括填空题、名词解释、简答题、综合题。填空题占20分(20个空)，名词解释占20分(4个)，简答题占40分(4个)，综合题占20分(2个)。

2. 课程设计成绩

课程设计成绩由指导教师根据设计表现(考勤和实习态度)(30%)和提交的设计书(70%)给出，最终采用优秀、良好、中等、及格、不及格五级分制评定。

3. 开发实习成绩

开发实习成绩包括学生的实习态度(依据考勤)、日记、实习报告、开发能力(主要依据系统运行和演示情况)4个方面，在实习成绩中占的比例分别为10%、10%、40%、40%，实习成绩按照优秀、良好、中等、及格、不及格五级分制评定。

四、结束语

将CDIO与CBE的理念引入到数字海洋工程系列课程教学中，是对工程教育的一种探索，实践证明本课程系列的教学改革是行之有效的，很好地提高了学生的学习兴趣，激发了学生的创新意识，培养了学生的实践动手能力和工程素养。目前我国数字海洋的建设还处于发展期，在以后的教学中，要密切跟踪数字海洋建设的最新技术进展，不断充实授课内容。

[1] 张国斌,张树军,刘春城,等.基于CDIO模式的学生实践能力的培养[J].实验室科学,2014,17(1):126-127.

[2] 刘嫔,邓月明,张连明.CDIO工程教育模式下的网络安全课程教学改革探索[J].西南师范大学学报(自然科学版),2014,39(1):161-164.

[3] 任国防.CBE教育模式对普通学科教育的启示[J].河南师范大学学报(哲学社会科学版),2012,39(5):217-219.

[4] 宋喜红,宋吉德,王厚军,等. 威海市数字海洋框架建设研究[J].淮海工学院学报(社会科学版),2010,8(4):67-70.

[5] 张峰,石绥祥,李四海.数字海洋重点实验室的建设与思考[J].实验技术与管理,2011,28(10):172-174.

[6] 赵新生,李妍,杨波,等. 数字海洋信息化管理体系的构建研究[J].海洋开发与管理,2015(11):47-50.

[7] 石绥祥,雷波.中国数字海洋-理论与实践[M].北京:海洋出版社,2011.

[8] 陆育卉,赵海,张翼翔,等.绥中县数字海洋综合地理信息系统设计与实现[J].测绘科学,2014,39(5):54-56.

[9] 王恩辰,韩立民.浅析智慧海洋牧场的概念、特征及体系架构[J].中国渔业经济,2015,33(2):11-15.

Teaching Practice of “Digital Ocean Engineering” Series Course Based on CDIO+CBE Concept

XIE Hongquan，ZHOU Li，SUN Hua

2016-08-12