慕课背景下“航海仪器”课程多级授课模式设计

梁民仓，刘虎，郑海林

(浙江海洋大学 船舶与海运学院，浙江 舟山 316022)

一、引言

近年来，“互联网+教育”促进了慕课、微课以及线上线下混合式教学等教学新模式的不断涌现和快速发展，充分利用互联网平台来创建、承载和复用丰富的教育资源，将传统的线下课堂教学转移到线上，打破了知识传授的时间、空间和形式的局限，充分调动学习者的积极性，扩展了知识的深度和广度。对于教师而言，需要不断丰富教学手段，提高教学能力。而“一次建课、多次复用”的线上资源应用模式可以减少重复性工作，节省时间用于提高教学内容的质量、深度和逻辑性[1]。

航海技术专业是培养高素质的船舶驾驶员的应用型专业。一名合格的高级驾驶员不仅要有扎实的理论基础，更要有较强的实践操作能力、创新能力以及知识的综合应用能力。“航海仪器”课程作为航海技术专业的主要专业课之一，重点讲述船舶驾驶台中能为驾驶员提供导航和助航信息的各类设备，即SOLAS公约第五章航行安全中所要求的船舶必须配备的各类导航设备，包括罗经(陀螺罗经、磁罗经等)、测深仪、计程仪、自动识别系统AIS、卫星导航系统(GPS、北斗等)、航行数据记录仪VDR以及综合驾驶台系统等。传统教学中通常将涉及航海仪器的课程分为理论和实验两部分，教师在课堂上通过理论讲解让学生理解设备的系统构成、功能以及工作原理等内容，之后学生在实验室内动手操作和熟悉对应的真设备，但各个设备相互独立，缺乏信息融合和航行环境的体验。配备大型船舶操纵模拟器的高校，可以在一定程度上模拟航行环境，但该系统中引入的助航仪器设备不全，且为仿真软件，缺少物理设备的认知，同时因受限于场地和实验室管理规定等，在“航海仪器”课程教学中也很少使用。另外，学校实验室中的航海仪器设备大多为船上淘汰产品且更新不及时，不利于学生充分了解当前船载设备和船舶驾驶技术的应用情况。

本文基于慕课全面发展的教育行业背景，充分利用“互联网+教育”相关平台，针对传统的航海仪器理论和实验二级授课模式的不足，探讨和设计慕课背景下的“航海仪器”课程多级授课模式，从而能在一定程度上提高教学质量，培养适应智能船舶发展方向的航海技术专业人才。

二、“航海仪器”课程改革研究现状

航海专业学生在培养过程中需要通过“航海仪器的使用评估”实操和理论考试，整体而言，“航海仪器”课程的“教”与“学”过程的目的性过强而整体性不足，导致学生为了通过考试而死记硬背，不能将知识融会贯通。教学中应该采用以点连线、线交成面的方式开展，先介绍单一设备原理、结构和操作要点，在此基础上通过实操巩固理论知识，进一步加深、拓展和完善对理论内容的学习和理解。但是由于航海专业课程较多、设置分散，在进行独立课程讲授的同时，如果要开展综合性教学，必然涉及所有专业课包含的理论和实操内容，从课时安排和学生理解等角度都难以实施，只能基于本课程的教学目的，尽量设计仪器设备应用的整合情景来培养学生综合应用能力。

杨晓[2]将航海仪器仿真设备应用于教学，将“理论+实验室真设备操作实践”的二级教学模式，转化为“理论+仿真设备训练+实践训练”的三级授课模式，能在一定程度上提高教学效果；余枫[3]提出“航海仪器”课程引入实船教学方式，补充“理论+实验室操作”的传统教学手段，利用学生在船上认识实习开展实船航海仪器设备的教学，从而更有利于理论联系实践，提高教学效果。

实际上，在船舶智能化程度不断提高的背景下，船舶配备的传感器越来越多，多源信息融合程度越来越高，综合驾驶台或者未来远程遥控和全自动化航行下的航海仪器设备的独立性被淡化，人们很少会去操作或关注某个设备，而只需要相应设备提供的助航信息，并且船上提供助航信息的设备配备一般两套等效功能，能够保障船舶正常航行期间持续获取正确、精准和稳定的助航数据。智能航运发展背景下高素质人才的培养不仅要满足培训大纲的要求能够使用设备、通过考试，更要掌握其结构和本质原理。

叶进[4]提出了基于航海模拟器的航海仪器场景化综合训练的课程设计，归纳了当前对于航海仪器提升教学效果的两种方式：实船训练效果好，没有可供“航海仪器”教学的辅助导航台进行教学工作的实船院校，可以基于航海模拟器进行场景设计，充分利用航海仪器进行导航避碰训练；基于航海模拟器的综合实践教学在一定程度上可以解决目前航海教育中学生学习态度、实践能力培养以及教学效果等方面存在的问题，克服传统课堂教学的不足，优化航海专业教学模式，改善航海教育质量，但同时也存在缺少主要设备、场地以及实验室管理困难等方面的不足。

其他学者在航海仪器理论或者实践教学方面也开展了一些有益探索，在特定的教学模式下改善了教学效果[5-8]。目前，涉及航海仪器课程方面的线上课程资源、在线仿真训练软件和系统的混合式教学模式等均比较匮乏，在教育方面同样存在先进的科学技术和产品应用于航运业较为滞后的问题，疫情影响下的线上教学使得教学过程中的不足暴露无遗。

三、“航海仪器”课程多级授课模式设计

传统的课堂理论授课和实验室操作训练的二级授课模式已不能满足新形势下的教学需求。对于理论知识的讲授，现场课堂教学永远是一种最有效的知识传播方式，但随着知识碎片化、信息海量化和人们对网络依赖性增强的教育大环境的变化，通过课堂实录、制作精品课程或微课等多种形式建立的线上视频资源，逐渐成为人们获取知识的一种重要手段。对于设备的熟悉和操作，搭建航海仪器设备在线仿真训练平台和集成全设备的在线航海模拟器，相对于传统实验室真设备或者大型船舶操纵模拟器而言，可以消除时间、空间和实验室管理等限制，反而更有利于学生认知设备。“航海仪器”课程多级授课模式如图1所示。

(一)理论知识介绍

慕课背景下的理论知识讲授，主要体现在课堂实录、精品课程教学视频制作或微课视频等线上教学视频资源的创建，利用网络课程搭建平台将课程相关的课件、教学视频和文档等资料上传，合理布置课下自主学习任务，充分调动学生积极性。学生课前或课下自主探索过程，可设置“微课”视频制作任务，针对某个具体知识点或学生自主设立的扩展知识点录制微课视频，一方面使学生掌握了“微课”视频录制技能，另一方面也可以强化学生对该知识点的理解，锻炼语言表达能力，同时可从学生录制的微课视频中选取质量较好的内容作为课程补充资料，丰富教学资源。

基于学生课下自主学习的基础，重新合理规划课堂教学过程，主要讲解对应章节内容的难点、重点和学生的疑惑，根据难度递进的原则，设置用于考查学生知识掌握情况的选择题、问答题和讨论题。客观选择题可利用网络教学平台或者专门的在线考试软件进行随机抽题测试；问答题在保证全员覆盖的前提下随机抽查；讨论题可进行分组讨论，组内选取代表阐述结论观点。主客观相结合的考查方式能够全面掌握学生对于知识的理解和内化程度，丰富课堂教学层次。

以学生为主的教学模式比较重要的环节就是课下指导，与学生交流的方式可采用微信、QQ、钉钉以及在线教学平台聊天功能等，形式不限，保证沟通效率即可。教师团队要保证学生的问题得到及时回复，侧重在如何开展内容自学、“微课”视频制作流程以及设备操作和理论关联的引导方面，教师的重点在于内容逻辑和学习方向的引导，而具体知识内容的学习则借助于教学视频和课堂讲解。

图1 “航海仪器”课程多级授课模式

(二)在线仿真训练平台练习

目前各高校实验室配备的航海仪器种类和新旧程度不一，为了满足基本的实验教学需求，陀螺罗经(安许茨、斯伯利和阿玛-伯朗三种型号)、磁罗经、GPS、AIS、测深仪、计程仪以及雷达均会配备，只是设备比较陈旧，更新不及时，比如缺少光纤陀螺罗经和卫星罗经等新型罗经、北斗卫星导航系统以及目前船用最新型号的仪器设备，硬件设备的不足将直接影响学生了解和掌握专业技能的先进性。大连海事大学航海动态仿真与控制实验室是目前国内在航海领域自主研发高科技应用产品最全面的机构，在航海仪器仿真设备方面基本涵盖了全部类型及多种型号的仿真软件，当前更多应用于大型船舶操纵模拟器或桌面版应用；同时有其他机构针对航海仪器设备开展应用研究，但目前尚缺乏航海仪器设备网页版仿真应用产品。慕课推进的未来教学模式的改变，必然要求理论和实操在一定程度上均能线上完成，并且应用程序的发展趋势也是朝着网页版应用演变。所以，各高校的教学科研人员可自主开发或相互合作实现航海仪器设备的在线仿真训练系统，并与线上课程相结合，服务于教学。

在线仿真训练平台需要具备独立仪器设备操作和具备海洋物理环境的网页版三维仿真系统(类似于网页版船舶操纵模拟器)，其中独立设备操作需要具备相应仪器设备结构的三维展示、剖分和交互功能，以及实际的功能操作的交互实现，为进入实验室熟悉真设备热身；具备海洋物理环境的网页版三维仿真系统需要针对初学者和练习者设置不同模块，练习模块需要综合信息运用流程动画演示和关键操作的指示(语音、文字或三维动画)功能；通过基础练习之后，可进入复杂场景模块，进行角色扮演开展多本船对抗训练，沉浸式测试助航仪器综合运用能力，为利用大型船舶操纵模拟器训练热身。该平台与线上教学结合最为紧密，能够打破实地操作的时间、空间和实验室管理方面的限制，同时也可以服务于未来无人驾驶船舶在岸基端远程遥控人员的技能培训。

(三)实验室真设备操作

仿真设备终究不能完全替代实物，实验室真设备的操作练习可以使学生的认知和技能更加立体化，消除学生使用仿真软件像玩电子游戏的随意和虚拟感，通过按设备分组交替练习的模式，在有限的课时安排情况下，尽量保证学生有足够的设备操作时长。学校也应该紧跟行业发展，适当增加当前船用助航仪器设备，切实提高学生的实操与理论结合的能力，培养适合智能船舶发展阶段需求的高素质船员。

(四)大型船舶操纵模拟器演练

大型船舶操纵模拟器作为用于学生岗前培训的虚拟仿真培训系统，能够逼真地模拟海上交通环境和船舶的运动行为，用于训练学生对于航海仪器的综合运用，是最为有效的一种工具。独立设备的结构认识和功能操作需要借助于在线仿真软件和实验室真设备，模拟器主要侧重于助航信息的综合运用，根据课程训练目标和任务，结合驾驶台资源管理实训的开展，合理设计训练脚本，重点突出船舶驾驶过程动态信息的报告和运用(包括用于支持航线设计和自动舵等的间接运用)。可按照训练脚本进行单船的操作练习，团队共同熟悉配合，然后进行多本船对抗练习下的角色扮演，切实还原和应对海上航行状况，让学生在掌握助航仪器使用的同时提高团队配合能力。

四、教学实施设计

(一)教学过程控制

强调以学生为本位的教学要充分调动学生自主学习积极性，提高学习效率和知识内化程度。传统教学过程重点在于课堂教学，课前任务和课后答疑环节几乎被忽略；而慕课背景下的教学实施需要学生课前通过教学视频和查阅资料掌握基础知识。新的教学模式下教学过程整体可分为课前、课中和课后三个阶段：课前要求任课教师准备好教学视频、知识点梳理、学习任务和目标及其他扩展资料，搭建好线上课程平台并适时对学生开放权限和设置任务；课中主要进行重点难点讲解、集中答疑、分组讨论和测试；课后在线交流实时答疑，指导学生利用在线仿真训练平台熟悉设备结构和操作，为进实验室做准备，同时关注学生自学和练习的进展情况。以陀螺罗经内容为例，课程内容梳理及教学阶段控制见表1。

表1 课程内容梳理及教学阶段控制

(二)多元评价设计

科学的课程评价体系决定了教学过程能否持续良性运转。客观公正的评价一方面能够及时反映出教学过程的优点和不足，推动教师调整和完善教学模式；另一方面可以充分调动学生积极性，不断提高学生在教与学进程中的“主体”性。在慕课背景下开展“航海仪器”课程教学，涉及理论知识讲授、在线仿真平台训练、实验室设备操作以及大型船舶操纵模拟器演练多个层级，包含出勤、随堂测试、微课任务、在线仿真平台自动评价、分组讨论及期末考试等多个环节，旨在推动学生将理论与实践相结合以提高知识内化，主客观结合、突出客观评价的全面评价方法初步设计指标和权重见表2，该指标和权重可根据具体课程开展情况适时调整。

表2 多级授课模式评价体系指标及权重

五、结语

“航海仪器”多级授课模式是一种以学生为中心的线上线下混合式教学方法，需要利用先进便捷的在线仿真训练平台和大型船舶操纵模拟器，弥补传统课堂理论讲授和实验室真设备认识操作的二级授课模式下在时间、空间和教学理念上的不足。随着慕课在高等教育中的应用，建设航海仪器课程的网络授课资源，适当采用翻转课堂教学手段，调动学生自主学习的积极性，并借助可实时互动的网络在线教学平台，及时掌握学生视频课程的学习进度、仿真设备训练情况、自主学习的关键难点以及随机测试的知识内化程度，充分考虑教学过程所有环节的评价，合理设置评价指标和权重并适时调整，制定以形成性评价和终结性评价相结合的多元评价体系，实现从“知识本位”到“能力本位”的转变。