CDIO理念下的应用型本科“测量学”实践教学模式改革

张红娟，张卓彤，朱增锋，彭军还

(1．中国地质大学 长城学院，河北 保定 071000；2．中国地质大学 土地科学技术学院，北京 100083)

测量学是一门理论与技术相结合、实践性很强的课程。测量学课程教学效果的好坏，很大程度上取决于实践教学质量的高低[1]。在我国对地方本科院校应用型本科教育目标转型大背景下，为培养具有专业技能、工程意识和学习能力等综合素质的现代测绘技术应用人才，迫切需要引入新的教育理念应用于实践性、应用能力要求高的测量学的实践教学。本文针对应用型本科人才培养目标定位[2-3]，以“测量学”实验实践课为例，研究实践教学模式的改革方案。

1 目前测量学实践教学存在的问题

1.1 学时矛盾突出，实验内容针对性不强

从目前应用型本科院校非测绘专业测量学课程的设置情况看，较突出的问题是课程总学时的大幅度减少导致课间实验随之更少[4-5]。随着现代测绘技术飞跃式发展，测绘新知识和新技术无法在有限的课时内教授给学生，学时矛盾突出。此外，目前多数应用型本科不同专业的测量学课间实验内容大致相同，无法满足各个专业学生应用测绘技术和成果解决实际问题的能力。

1.2 教学方法陈旧，课堂利用率低

随着课程改革，我校“测量学”实验实践学时仅有16学时，仍采用传统教学方法,有限的学时无法得到充分利用。而且教师主动的教和学生被动的学习，无法调动学生学习的积极性。如何提高实验课堂利用率、激发学生学习的兴趣成了实践教学面临的突出问题。

2 教学内容项目化

2.1 教学内容的更新及调整

为了缓解目前测量学学时严重压缩和教学内容不断更新的矛盾，应根据各专业的特点，围绕各专业的培养目标对测量学课程内容进行选择定位[6-9]。我教研室以工程测量相关职业活动所需要的知识、技能为导向，调整并更新了教学内容。为了兼顾基础性和专业性，课间实验分为必修和选修两部分。

表1中必修项目均为2个学时，选修项目可以安排在上课时间、实验室开放时间或是与集中实习安排在一起，视具体教学进度来定。不同专业除了要完成7项必修的课间实验项目外，还要根据自己专业的特点选择1项选修实验，确保做到针对性和专业性。不同专业选修实验项目可以参照下表2。

表1 实验内容

表2 选修实验选择方案

2.2 “任务驱动”教学法

测量学原有的实验教学方法主要以“教师演示，学生重复”，本质上仍是“集中讲授”。长期的教学实践证明，这种教学方式虽然也能达到一定的教学效果，但教学环节仍以教师为主，不能调动学生的积极性和主动性，更不能激发学生的创新思维，无法满足高质量实践教学的要求[10]。

为了实现“工学结合”，在测量学教学内容上引入了实验内容项目化的“任务驱动”教学法。即实验内容项目化，教师提前将“实验任务及要求”下发给学生。例如“全站仪坐标测量项目”的任务及要求：在校园地形图上任选已有控制点采集至少3类地物，不少于10个碎部点的角度、距离和坐标等数据。测量结束后，用30 m钢尺依次测量各地物点间的水平距离与坐标反算结果进行对比，要求误差不得大于2 cm。该项目中涉及地形图的应用、坐标测量原理和成果的检查验收等。整个实验内容的设计与工程项目的任务概况、资料收集、工程项目实施、检查验收等内容相对应，而且整个过程都由学生自己完成。此外，传统旨在教授学生“坐标测量方法”的验证型实验变成“完成小区域碎部测量”的综合性实验。

2.3 教学手段以“微课”为主

传统教学课上存在几十人观看教师1人讲解，讲解快学生无法完全吸收，教师现场一一指导浪费时间等问题。为了克服这个问题，教师将实验项目涉及到的仪器操作内容制作成“微课视频”，课前提前下发给学生。例如“水准仪的认识与使用”“闭合水准路线测量”实验项目提前录制了“水准仪各部件的名称及作用”(2～3 min)、“水准测量方法”(4～6 min)和“高差闭合差的计算与调整”(8～12 min)等微课视频，将实验项目中涉及的仪器认识、操作方法和数据处理方法等内容提前让学生掌握，学生课上也可以对照视频实施项目，大大提高了学生仪器操作的规范。

3 实验项目的实施

3.1 人员组织与安排

实验课开展以教学班为单位，分组进行，每组4～5人。为了确保实验项目的顺利实施，首先要明确分工和职责，结合企业工程项目部门的人员组织结构，制定教学小组。

每组设置项目经理1人，一般由组长承担，组织执行甲方(教师)下达的项目任务，协调安排组内各成员的任务分工；总工程师1人，一般由组内学习能力强、技术过硬的学生承担，负责实验项目实施过程中的技术问题；由于课程特点及实验场地的复杂性，特设安全总监1人，一般由组内胆大心细的学生承担，确保实验过程中仪器和人身安全；质量总监1人，一般由组内女生承担，主要负责测量数据的记录、处理等工作，确保测量数据的质量。上述人员除了兼任以上职责外，每个人也是本项目的测量工程师，确保项目的基础工作。这样能极大地调动学生参与项目的积极性，明确的分工又能确保实验项目的顺利开展。

3.2 项目实施方案

CDIO工程教育理念是国际工程教育改革的最新成果。目前，已有几十所世界著名大学以CDIO工程教育要求为基准，制定配套的专业课程体系，取得了良好的教学效果，培养出深受企业欢迎的学生[11]。

基于CDIO工程教育理念，结合教育规律和应用型本科学生的特点，设计构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate)4个教学环节，制定相应的教学计划，教学进度安排见表3。

表3 “测量学”工程项目教学环节设计

为了提高测量学实践教学课堂利用率，将构思、设计两个阶段安排在课前来完成。即教师将实验项目任务书，制作的微课视频等相关资料提前下发给学生。接到任务书后，学生首先明确实验项目的任务要求、需提交的资料及用到的仪器设备。然后，通过教材、微课视频的学习、预留作业的完成做好相应的知识储备。接下来小组通过分析、讨论给出项目实施的具体方案。实验课上，学生只需直接借领仪器和工具开展实验项目，验证自己设计方案的可行性。项目实施过程中，教师只需进行现场指导，发现问题及时纠正，适宜地引导学生自行完成实验项目。实验项目完成后，教师对项目实施过程中存在的问题进行分析和总结，给出合理的建议，引导学生规范地使用测量仪器、正确地处理测量数据，端正实事求是、严谨为学的科学态度。通过上述措施，将有限的课堂时间(90 min)最大化地利用起来，而且在师生互动过程中，学生不自觉地开始自主学习、主动探索[12]，大大激发了学生学习兴趣。

4 成绩评定办法的改革

为了激发学生参与实验项目的动力，重新调整了理论课和实验课成绩的分值比例，由原来的7∶3，改为6∶4，而期末的考试内容中也包含与实践相关的内容，尽力做到理论与实践并重，重在技术应用。为了更好地考查CDIO理念教学模式改革的效果，对实验部分成绩考核办法进行了改革，具体考核办法见表4。

表4 成绩考核办法 %

以往教师多采用抽查小组1～2名学生参与仪器操作考核，考核结果作为小组成绩。由于学生学习能力和水平的差异性，这种考核办法有失公平，不能很好地激发学生积极性。针对这个问题，改革以往考核办法，仪器操作考核要求全员参加，考核内容为实验用的较多的水准仪和全站仪，考核标准和过程严格按照测量技能大赛的标准和过程实施，做到考核标准的科学性和规范性，也有利于学生参加各类技能大赛适应能力的培养。

实验报告考查预留作业完成情况、实验数据合格情况、技术总结情况等。除了关注每个小组的实习成果及个人实验报告外，指导教师还要注重过程考查，即在项目实施过程中经常进行师生交流、研讨，对实验项目中能独立思考，提出独特见解的学生，实验成绩给予适当的加分，并设立“创新思维”考核项目，激发学生独立创新的思维，有利于学生综合素质的培养。

5 教学效果的评价

基于CDIO理念的教学模式改革思想，对我校2015级工程管理、地质工程、资源勘查专业的测量学实验进行了试点教学，其中地质、资勘专业共计4个班130人，采用传统教学法，工程管理4个班共计166人采用新方法，采用相同的考核办法对总计296人的期末考试成绩进行了统计和对比分析，结果见表5—表6。

表5 参与教改学生成绩统计 %

表6 未参与教改学生成绩统计 %

图1 参与教改学生试卷正确率

图2 未参与教改学生试卷正确率

从图1、图2中可以看出，参与教改学生期末成绩实践部分的正确率明显高于理论部分，而未参与教改学生实践部分的正确率明显低于理论部分，说明理论知识可以通过考试前的复习来完成，而需要通过仪器操作获得的知识只有实验课上来获得，加之实验课上学生接触仪器时间少，不能很好掌握相关的知识。

由表5、表6知，参与教改学生的成绩明显高于未参与教改的学生，同时实践能力的提高有利于理论知识的加深和巩固。通过对学生平时表现和仪器操作考核结果知：CDIO教学法，在知识获得上达到了课程教学大纲的要求，能力上锻炼了学生主动发现、分析和解决问题的能力，提高了团队合作协调能力，素质上增强了学生工程意识，培养了学生规范严谨、精益求精的精神，取得了良好的教学效果。更难能可贵得是，CDIO教学法大大激发了学生学习兴趣，促使学生自动利用现代通讯终端(手机、平板)学习教学资料，增强了学生走上工作岗位应对新的挑战的适应能力。

6 结束语

CDIO理念下的“测量学实践课程教学模式的改革”，使得课程从突出理论知识的传统教学方法转变为突出能力目标和综合素质培养的现代应用型人才培养目标。结合应用型独立学院的特点，创新性确定以“微课教学”为手段，以“工学结合”为目标的任务驱动教学法，教学实践表明此项教改取得了良好的教学效果，大大激发了学生学习兴趣，在知识、能力和素质上都得到了提高。