基于HIBL 和OBE 融合的平差金课建设研究

张秀霞，马恩和，魏玉明，孔令杰，凌 晴

（1. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 兰州大学 科学技术发展研究院，甘肃 兰州 730000）

探究式教学法（HIBL）[1]最早是由杜威提出的。它倡导学术的主动参与，在教学中创设类似于学术研究的情境，学生通过独立自主地发现问题、实验、操作、调查、收集与处理信息、表达与交流等探索活动获得知识和培养能力。成果导向教育（OBE）是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式[2-4]。自美国工程认证委员会颁布和实施重视学生产出的EC2000认证标准以来，欧美各国工程教育认证组织先后改革了认证标准。《华盛顿协议》各成员国（或地区）大多采用“成果导向”的认证标准，即将学生表现作为教学成果的评价依据，并以促进专业持续改进作为认证的最终目标。2013年6月我国被接纳为《华盛顿协议》签约成员，工程教育质量得到国际认可。OBE理念正在成为我国高校工程专业人才培养的指导理论。

随着国内高校专业认证的逐年开展，在人才培养方案和课程教学改革中不断引入了先进的教育理念和方法，如翻转课堂、混合式教学模式、项目式教学模式等。HIBL 方法和OBE 理念也逐渐被接受，并贯穿于人才培养的过程中，特别是人才培养方案制定和教学改革中。目前国内外学者分别利用HIBL 方法和OBE 理念进行了教学改革，如张亚楠[5]等在基因工程实验中引入了HIBL 方法，对教学模式进行了改革与实践，其教学效果优于传统教学法；白永良[6]等在《物理大地测量学》课程中引入了OBE 理念，并设计了详细的教学过程，为测绘专业接受工程教育认证打下了良好的基础；董杰[7]从提高网球教学效率的角度出发，在网球教学中引入了HIBL 方法，并分析了应用有效途径；李海云[8]等在植物生理学实验教学中引入了HIBL 方法，结果表明该方法能显著调动学生的学习积极性，有助于培养学生的团队意识和合作精神，同时提高了教学质量；黄喜兵[3]在土木工程专业生产实习中引入了OBE 理念，提出了更新教育理念、强化组织领导、提高教师实践能力、完善协同育人的实践教育机制，从而保障了实习质量；宁亚维[9]等将OBE理念引入食品安全卫生原理在线课程教学中，从而提高了学生解决复杂工程问题的能力；于延[10]等提出了基于PBL 和OBE 融合的程序设计实验教学方案和实施方法。目前将HIBL 方法与OBE 理念相结合指导测绘专业基础课程的教学改革还不是很多，且类似于《误差理论与测量平差基础》等测绘专业基础课程的传统教学效果还存在很多问题，应对形成原因和改革措施进行更深入的分析，以期建设金课，共促人才培养。

1 《误差理论与测量平差基础》课程特点分析

《误差理论与测量平差基础》课程是测绘工程专业二年级开设的专业基础课程，为后续相关专业课程学习提供必要的知识储备，也为以后实际工作中测量数据处理提供经验和方法[11]。该课程具有知识庞杂、公式较多、内容抽象等特点。传统教学中一般采用“预习—授课—复习—考试”的教学模式；而在教学过程中引入HIBL 方法与OBE 理念相结合的方式，则可以成果为导向，学生全程参与，通过发现问题、分析问题、解决问题的过程，深刻理解所学知识，从而激发学生的潜能，有助于培养学生的创新能力。

2 基于HIBL和OBE融合的金课建设

HIBL方法关注问题，OBE理念关注结果，这两种教学模式非常适合实际应用较强的课程教学。在教学过程中，通过建立“问题导向—方法与措施—成果导向—过程质量评价—达成情况评价机制”的教学设计（图1），借助评价机制反馈，提升课程的教学质量；以实际工程案例为载体，课堂中认识问题、分析问题，课后解决问题，从而灵活应用知识、升华认知。

图1 HIBL和OBE融合指导下的教学设计

问题的主要来源包括：①实际工程案例，如在条件方程中，引入不同的三角控制网，其条件方程的列立方法；②充分利用教材或网络资源，寻找经典案例，在网络教学平台提出问题，激发学生的兴趣；③学生在自学中提出问题，鼓励学生自主搜索问题，提升学生的自主学习能力。在解决上述问题时，应注重成果导向设计，关注学生的学习成果，教学全过程为达成成果服务；应以毕业要求为支撑（表1），让学生在解决问题的同时，达到毕业要求。

表1 教学内容、能力产出目标与毕业要求的支撑

3 HIBL和OBE融合的实施方法

3.1 五段式教学模式

结合网络平台，利用新媒体技术改进教学方法和手段，突出以学生为本的理念，采用“课前—授课—课后—应用—考试”等教学环节，全过程以问题为向导，提出问题、认识问题、解决问题，升华认知、检测认知，以此完成能力产出目标。

3.2 微课堂教学模式

结合学生接受新事物的潜能，利用新媒体技术改进教学方法和手段，将部分重点和难点知识引入微课堂，构建以学生为中心的教学模式。微课堂时间短，主要针对某一问题展开讲解，内容是离散的，学生可根据自身情况自主选择课程，能独立思考感兴趣的教学知识点，发展学生自身自主学习和思考能力。同时，微课堂碎片化的知识传播方式迎合了移动学习的需求，更具有灵活性和针对性。学生也可将微课堂知识点的疑惑点和新解读上传至讨论平台，以供感兴趣的同学共同讨论学习[12]。因此，整个过程是一个互动的、参与的、创造性的过程。

3.3 启发式教学模式

为了提高学生学习的主动性和创造性，改变过去传统的填鸭式教学方法，将教学过程看作一个提出问题、分析问题、解决问题的过程，可将课堂内容分为教师引导、学生自学和讨论总结等部分。教师在课堂中引导学生发现问题，对学生在学习中遇到的瓶颈进行答疑解惑，并对知识点进行归纳总结，是一个培养创新、创造的过程[13-14]。例如，在讲解中点多边形条件方程的列立时，可通过多媒体动画，以中点五边形为例（图2），将中点五边形分解成5个独立的三角形，使学生能很容易地列出5个独立的图形条件；再以O 点为重合点，OD 边为起始边，重合各三角形，若L11-L14的角度测量没有误差，则三角形OED'的OD'边将与起始边OD 重合，让学生先思考各角度满足的关系，引导学生列出圆周条件；然后继续引导学生思考，即使OD'边与OD 边重合，D'点与D 点也未必会重合，主要是由于相邻三角形中隐含了边长的关系，通过动画演示，以O 点为极点，顺时针为旋转方向，由正弦定理，以OD 边为起始边，依次推求OC →OB →OA →OE →OD，进而将边长的关系转化为角度正弦比值的关系，从而列出极条件方程；最后引导学生总结中点n 边形的条件方程，包括n 个图形条件、一个圆周条件和一个极条件，共有n+2 个条件方程。

图2 中点多边形的条件方程

3.4 举一反三、一题多解的教学模式

以问题为导向，培养学生的创造性思维，即围绕某一问题，从不同角度侧面，利用不同的解题方式获得解决问题的多种方案[15-16]。例如，在学习了平差的四大模型后，可通过同一个例题（图3）引导学生采用多种方式完成解答，加深学生对平差模型的理解，了解不同平差模型之间的区别与联系，形成自主思考，在新的高度上重新认识四大平差模型的关系。

图3 平差模型的一题多解

3.5 项目式教学模式

项目式教学法的主要内容包括选择实际问题、确定解决目标、收集相关信息、设计合理方案、提出解决办法、检查实施方案和过程、对结果进行评价。该方法以教师的科研项目或大学生科技创新项目为依托，激发学生对工程问题的兴趣和学习的主动性，提升学生的工程创新意识和实践能力。例如，在学习了参数平差的知识点后，可安排参数平差的应用进行项目式教学。①以数字高程内插模型为例（图4）提出项目，实际中经常会遇到利用DEM模型内插某点高程的情况，一般需先建立数字高程内插模型，再进行内插；②项目计划，在局部区域内选取已知的DEM格网点或离散点，根据区域高程变化情况选择拟合函数，求取拟合函数中的待定系数，并代入内插点坐标，求出内插点的高程；③项目的前期准备，将学生进行分组，查阅资料，了解什么是DEM模型内插以及内插方法；④方案设计，分析已知的DEM格网点，确定以多项式拟合法为内插函数，利用参数平差的方法求解多项式系数，确定内插模型，求解内差点高程；⑤具体方案实施，让每个小组进行汇报讲解，教师对整个过程进行分析和评价。

图4 项目式教学法的教学结构

4 综合评价体系

建立综合评价体系，反馈教学设计，主要包括过程质量评价和达成情况评价。过程质量评价的内容涵盖授课的整个阶段，在课前预习环节，学生可通过网络平台完成预习效果检测表，以检测自己的预习效果，从而达到提高学习预习和自主查阅资料的能力；授课后，学生可在网络平台对本次课程进行评教，包括学习态度、快乐指数和成就感等方面，督导专家也可在网络平台上提交评教结果，主要包括授课质量、学生反馈调查等方面，同行也可通过网络平台的课程资源以及相关的作业讨论等进行打分互评，从而促进教师反思教学设计、调整教学策略、优化教学过程；课后授课教师可通过学生的作业、小组讨论等进行量化评价，小组组长和组员也可从组内参与度、贡献值以及沟通与协调能力等方面进行量化评价，以督促学生提高主观能动性，主动参与学习和解决实际问题。为了考核学生对知识点的掌握程度，可从课设内容、测绘专业技能竞赛、科创课题练习和汇报等方面进行量化评价，进而锻炼学生的综合能力；再结合考试综合检测学生对知识点的掌握程度。

针对授课过程中获取的预习反馈表、教师教学评教表、课后作业评学表、实习评学评教表以及考试试卷进行课程目标的达成情况计算分析。通过随时掌握教学设计、实施效果以及学生的学习效果，来对未来的教学设计与授课进行反馈和持续改进。

5 结 语

在《误差理论与测量平差基础》课程中，将HB⁃LI方法与OBE理念相结合进行教学设计，以问题情境为载体，通过严格的实施和完善的评价体系实现金课建设。“课前—授课—课后—应用—考试”五段式教学模式是大学传统的课程学习方法；微课堂教学模式对所有的学习疑难问题进行单独设计，方便学生自主提高和巩固知识；启发式教学模式，通过不断设定问题，使学生能在解决问题的过程中掌握知识，最大限度地参与课堂，激发学生的求知欲和潜能；举一反三、一题多解的教学模式能充分发挥学生的主观能动性；项目式教学模式让学生以实际问题为背景，解决问题的同时完成了工程项目，从而更有目的的学习。最后，通过综合评价体系全方位考查学生的能力产出和课程的教学效果，进一步改进教学设计，促进金课建设。