面向新工科的“自然地理与地貌”课程教学模式探索

梅晓丹，曲建光，王文福，梁 欣，李 丹，王 雷

(黑龙江工程学院 测绘工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

目前，中国高等教育规模继续呈现稳步发展态势，据教育部2019年2月最新发布的《2018年全国教育事业发展基本情况》数据统计,我国共有普通高校2 663所(含独立学院265所)，其中，本科院校1 245所，普通本科招生422.16万人。高等工程教育在我国高等教育中占有重要地位，高素质工程科技人才是支撑产业转型升级、实施国家重大发展战略的重要保障[1]。新工科建设是在“卓越工程师教育培养计划”的基础上，为了适应新经济的要求，服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。继2017年以来，教育部相继开启的“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”，以及“新工科研究与实践项目”等一系列新工科建设的举措，标志着目前中国高等工程教育改革已进入到了新工科建设的执行阶段[1-5]。

在新工科的背景下，地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，培养高素质工程人才[5]。新工科建设对地方高校新工科人才的培养也提出了更高的要求，课程的教学模式改革与创新，直接关系到专业人才培养目标的实现。黑龙江工程学院是一所以工为主、多学科协调发展的省属全日制普通本科院校，属于地方性本科院校。学校坚持“地方性、应用型、国际化”的办学定位，以“创新发展、开放发展、内涵发展、特色发展”新时期发展理念为引领，立足龙江，面向行业，辐射全国，培养适应经济社会发展需要的应用型、复合型和创新型人才。本文将以黑龙江工程学院的“自然地理与地貌”课程为例，探究面向新工科的地方高校专业课程新型教学模式。

1 新工科的内涵和特征，以及新工科人才应具备的核心能力

1.1 新工科的内涵

新工科的内涵是以立德树人为引领，基于国家战略发展新需求和国际竞争新形势、新要求而提出的我国工程教育改革方向[1-2]。其强调培养服务国家战略、满足产业发展需求、引领产业发展方向、适应未来科技发展所需的应用型、创新型和复合型工科人才。

1.2 新工科的特征

新工科的特征，主要包括：引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性，以及战略型、系统化和开放式等。新工科体现了工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系[1,6]。

1.3 新工科人才应具备的核心能力

新工科人才应具备的核心能力，主要包括7个方面：知识能力、技术能力、学习能力、个人素质能力、职业道德、全球思维和创新创业能力[7]。

2 “自然地理与地貌”课程的教学现状与存在主要问题

2.1 “自然地理与地貌”课程的教学现状

“自然地理与地貌”是黑龙江工程学院开设的专业特色课程，课程性质是专业必修课程，适用于测绘类专业和地理科学类专业,以及相关专业。该门课程内容既注意保持自然地理学科体系的完整性，又密切结合测绘学科的特点和需要，从应用的角度介绍地貌的基本概念、基本特征、演变和形成过程，涉及地形图、航空相片以及遥感图像的地貌判读，注重对学生自然地理学的空间思维和实践能力培养。

2.2 “自然地理与地貌”课程存在的主要问题

依据新工科的内涵和特征，以及新工科人才核心能力，从教学理念、课程内容、教学方法、实践教学和课程考核等5个方面，分析目前“自然地理与地貌”课程存在的主要问题。

2.2.1 教学理念的前瞻性不足，对新工科人才的应具备的核心能力重视失衡

教师教学理念的前瞻性不足，未紧密结合全球变化、国家战略和区域社会经济发展，导致学生思想上重视程度不足，未形成明确的认知和目标，学习目的仅满足于通过考试。课程培养目标比较简单笼统且过于重视知识能力，对技术能力、学习能力和个人素质能力重视不够，学生实践能力与工程创新创业能力培养不足，以及忽视职业道德和全球思维的培养，而对核心能力的重视失衡则使培养的工程人才难以达到新工科的人才标准。

2.2.2 课程内容局限于知识点，知识外延和区域特色不明显，课程内容量与课时不匹配

在教学过程中，按照课程教学大纲制定的教学内容，教师注重教材的知识点传授，学生被动地接受知识，忽视了对知识的深入理解和探索，不能及时根据产业发展的新趋势、新特征与新需求来更新教学内容。另外，该课程所涵盖的知识面较为宽泛，重点和难点较多，但课程总学时有限，课程内容深度和广度不够，未突显区域特色，影响教学效果，不能很好地为新工科所需求的新型工程人才培养服务。

2.2.3 教学方法单一，科研反哺教学较弱，学生创新意识不足，缺乏深度学习

在教学过程中，利用科研引导教学、促进教学的意识不强，以传统授课为主，采用多媒体与板书相结合的形式，“以教师为中心”的“传道、授业、解惑”方式，缺乏学生参与的案例教学和实践环节，主动参与教师互动讨论不够，难以引导学生进行深度学习，导致学生创新实践意识不足。在科研反哺教学方面，地方院校多依赖于横向课题且对基础理论研究较少，具有工程实践特色，但将科研活动与教学结合度不够,导致学生很难运用所学知识解决新技术、新产业、新业态和新模式的实际问题。

2.2.4 重理论，轻实践，无法实现学生及时有效的野外实习实践和教师指导

由于“自然地理与地貌”课程具有多学科融合、跨学科的特征，每年面向全校理科和工科专业学生授课，学生人数约200人左右。由于地方高校课程教学资源和实践经费有限，校内实践教学资源的欠缺，地学类科学展馆和实验室不配套，以及师资力量的不足，无法满足学生野外实习实践和教师指导的需求，导致理论知识和野外实践的严重脱节，对课程知识的理解、感性认识和实践经验不足，制约了学生参与创新实践活动的主动性和积极性，以及创新实践能力的培养目标达成。

2.2.5 课程考核方式不灵活，缺乏对学生实践能力和综合素质的评价，以及学习过程性评价

目前，课程考核方式是闭卷考试，单一的考核方式，导致学生仍采用应试学习和突击复习方式进行学习，对课程内容的知识点理解不深入，对课程重视程度不够。通过课程成绩很难评估学生对该门课程内容的掌握程度，不利于学生创新意识和创新能力的发展，限制了学生工程应用能力和工程实践能力的提高，难以满足新工科背景下对人才培养的要求。

3 面向新工科的“自然地理与地貌”课程立体化教学模式探索

在“新工科”的背景下，针对目前“自然地理与地貌”课程存在的主要问题，积极探索 “自然地理与地貌”课程“项目化教学+翻转课堂+混合教学”的立体化教学模式，多视角解决课程目前存在的问题，把新工科的教学理念融入工程教育的全过程。

3.1 以新工科的教学理念为引领，加强课程内涵建设，突显地方区域特色

以新工科的教学理念为引领，坚持立德树人、德学兼修，促进学生的全面发展，把握新工科人才的核心能力。结合我国的国情和省情,从实际出发,加强课程内涵建设，同时重视专业课程中的“思政设计”，将国家战略、产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程，突显地方区域特色。以“自然地理与地貌”课程为例，引入自然地理学和测绘学科的关系、新时代生态文明视域下黑龙江省绿色发展，以及自然资源调查监测等相关知识，使学生明确党的“十九大”提出的“坚持人与自然和谐共生”思想，了解测绘地理信息产业的现状和发展，以及3S技术、虚拟现实技术、大数据、云计算等新技术，充分认识课程在专业学习中的重要地位，强化学生的家国情怀和国际视野，提升法治意识和生态意识，以及社会责任感。以综合视角观察和认识自然，培养学生地理空间思维能力、逻辑思维能力和创新思维能力, 建设有深度、有难度、有挑战度的“金课”。

3.2 以学生为中心，采用立体化教学模式，运用创新工程教育方式与手段，强化教学过程

在教学过程中，以学生为中心，采用“项目化教学+翻转课堂+混合教学”立体化教学模式，将现代信息技术和教育教学深度融合，运用创新工程教育方式与手段，充分利用课堂教学和在线网络教学的特点，引入在线开放课程(MOOC或SPOC)和工程实践教学共享平台，校内课堂翻转实践，开展支持学生深度学习的教学活动，增强师生交流互动,提升跨学科交叉融合，强化教学过程和教学内容的实践性和开放性，满足不同层次的学生学习需求。以“自然地理与地貌”课程为例，引入“爱课程”和“东西部高校课程共享联盟”等的优质在线开放课程，同时我校也正在进行该门课程的在线课程建设；借助“实验空间—国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台”、“一带一路”国家前沿战略支持平台、地理国情监测云平台和“地质云”国家地质大数据服务平台等，直观、动态地展示我国重大战略和地理空间大数据服务自然资源调查监测的最新应用成果。此外,依托于我校“摄影测量与遥感模拟仿真实验室”,目前正在积极构建具有地方区域特色野外实习的虚拟仿真实践平台，将有效满足在线虚拟仿真野外实践和实习活动的迫切需求。通过采用立体化教学模式，推进新型工程教育信息化，强化教学过程，以虚拟仿真技术为桥梁，将理论教学与实践教学有机结合起来,提升课程教学效果，构建以学生为中心的工程教育新生态。

3.3 以项目为载体，充分发挥教研相长的协同效应，强化学生创新创业能力培养

在教学过程中，以项目为载体，采用“项目化教学+翻转课堂+混合教学”立体化教学模式，教师充分利用承担的科研项目和工程实践项目，把产业和技术发展的最新成果、最新动态引入课堂教学，开发能满足行业发展和企业人才需求,突显地方区域特色需要的课程案例资源，重视翻转课堂的教学设计，不断地优化教学内容。利用导师制、科技竞赛、大学生创新创业项目等方式，引导学生参与到教师的教研过程中，增强师生互动，充分发挥教研相长的协同效应，强化学生创新创业能力培养。以“自然地理与地貌”课程为例，为学生提供与课程紧密相关的科研项目，引入“基于DEM的松花江流域特征提取研究”、“基于ArcGIS的长白山垂直带谱三维可视化研究”，以及“黑龙江省森林碳循环研究”等项目，按照“课程学习兴趣小组-科研预备组-科研团队组”三段式实施，激发学生学习的主动性和创新潜力，吸收优秀学生参加到研究团队。通过项目化教学，将零散无序的知识点和应用技能密切联系起来，强化自主学习、增加课堂讨论和答疑等教学环节，提高学生自主学习能力和文献检索能力，熟练掌握相关通用软件和专业软件，以及处理实际复杂问题的工程实践能力和团队协作创新能力，强化工程人才的创新创业能力培养，为培养新工科人才奠定扎实的基础。

3.4 重视教学评价，改革考核方式，注重学生学习过程和学习成果的考核

在教学评价方面，包括对学生的评价和对教师的评价，需要建立对教学活动质量的全面评价体系，并将学生的学习投入和产出作为主要的评价指标。以“自然地理与地貌”课程为例，采用“项目化教学+翻转课堂+混合教学”立体化教学模式，改革目前考核方式，注重学生学习过程和学习成果的考核，对学生实践能力和综合素质的评价。课堂教学质量评价标准，主要包括4大类评价指标：学生学习(预习、学习目标、学习态度等)、教师教学(教学目标、教学设计、教学内容、教学方法、学生指导等)、课堂文化(民主性、创新性、关爱和特色等)和教学意义(育人价值、解决复杂问题综合能力、创新精神等)。课程成绩按百分制评定，由在线课程(28%)、线下见面课(32%)和期末考核(40%)组成，按照三者权重比例3∶3∶4来给定课程的综合成绩。此外，通过每学期在线课程反馈的课程运行报告和学生满意度调查问卷等形式，对课程进行全面的教学评价，推进课程建设的可持续发展。

4 结束语

目前,全国各类高校正在积极地开展新工科建设的研究与实践，据教育部公布的2017年首批“新工科”研究与实践项目,共计612项。新一轮工程教育变革，加快工程教育进程，大力发展新工科尤其是高等工程教育发展与国家经济社会发展相融合的重要体现。地方高校要积极应对高等工程教育面临的新挑战，突出区域特色优势，达到新工科人才培养要求，从而更好地服务于地方经济发展和产业转型升级。新工科建设是一个探索和实践的过程，课程教学模式改革和创新为地方高校工程教育教学的改革与发展提供新的途径。