OBE理念框架下“测量学”的教学痛点与改革探索

王新静,胡青峰,马开锋,李珊珊

(华北水利水电大学 测绘与地理信息学院,河南 郑州 450046)

“测量学”是一门实践性强、理论和实践紧密结合的课程。通过该课程的学习,学生需掌握工程建设中测量的基本理论、基本方法和基本技能,熟练掌握常规测量仪器和工具的使用技巧,熟悉测量基本理论和技能在工程勘察、设计和施工中的应用,课程知识具有明显的普适性,因此,在应用环节根据开设专业应兼顾特殊性。学习过程需要团队协作完成,具有较为明显的角色定位差异性。此外,教师授课过程中应培养学生遵循法规和工程伦理的意识。以往的研究多集中在教学内容的更新、教学方法的变革、人才培养模式的创新等方面,然而,在OBE(Outcome-based education)理念框架下,“测量学”的目标导向、问题导向、课堂温度、闭环反馈等方面的细节问题仍有待于进一步深入探讨。鉴于此,本研究在以往研究的基础上,不断凝练课程特色,深入探索课程的教学方法,采用相应的改革措施,以期为兄弟院校“测量学”教学模式改革提供参考。

一、“测量学”的教学痛点

(一)目标导向不明确,学生的角色定位不清

联合国教科文组织对大学教学提出了“4H”目标,从how to operate、how to learn到how to cooperate、how to be逐层递进。此外,根据工程教育认证的标准,学生应满足12项毕业要求。其中,前5项为硬技能,主要针对专业知识的学习与把握能力;后7项为软技能,主要涉及学生对社会环境、个人团队以及终身学习等方面[14]。在以往教学过程中,部分教师容易忽略这些环节,缺乏对学生基本能力的了解,与工程教育认证的初衷南辕北辙。此外,“测量学”课程实验及综合实习均以小组的方式开展,需要组员之间彼此协调、步伐一致、优势互补,以解决复杂测绘工程问题。在实际教学过程中,分组相对比较随意,导致能力相同的同学过于集中,不利于实验或者实习的开展,效果往往欠佳。

(二)问题导向缺乏,教学目标与实践环节靶向不足

OBE教学理念以成果为目标导向,以学生为本,采用逆向思维进行课程体系建设,通过自主性、合作性和探究性的学习方式激发学生的学习兴趣。然而,一些教师在把握课程主线、制定教学计划的时候,多以先期经验为出发点,对重难点进行区分,并进行学时分配。

在理论教学方面,存在如下共性问题:一是以往的教学经验表明,学生对于课程目标的理解与授课教师有较多差异,学习问题清单与教学内容的重难点并非一一对应。以教学内容第三模块“水准仪及水准测量”为例,某MOOC的随堂测试结果表明,学生参与度达到100%,成绩优良的学生占比仅为55%,最低得分仅为5分(1人),处于及格线以下将近20人。这是由于尚有部分同学对水准测量的方法与数据计算的过程概念模糊。如“在A、B两点之间安置水准仪”,如何理解“两点之间”,教材的原理示意图表示多为两者连线的中间位置,容易误导学生,这种现象在课堂实验中也经常出现。二是课程内容更新速度较为缓慢,对学生培养目标的达成与专业学科办学特色支撑不足。因此,应以问题为导向,形成相应的问题清单,从而实现靶向解决。

在实践教学环节,“测量学”的内容包含水准仪、经纬仪、全站仪等测量仪器的使用,仪器操作环节的课堂面授存在如下共性问题:一是受教学时数及学校仪器管理相关规定的限制等原因,教师借助PPT等手段也会导致课堂面授与仪器具体操作相脱离,没有实质教学效果。二是即便携带仪器,但受制于教学场地的空间、地面条件等因素,学生视线离仪器较远,难以觉察很多操作细节。

(三)课程思政深度与广度不足

“为谁培养人、培养什么样的人、如何培养人”,是高等教育面临的根本问题。工科类的专业课不能局限于专业技能的传授,也需要把课程所蕴含的价值理念与精神追求等融入日常教学过程中,潜移默化地对学生进行思想政治教育。任课教师需要探索“测量学”与课程思政的契合点,增强学生学习的兴趣,激发他们学习的主观能动性,促进学生思想观念与专业技能的协调提升。课题组以中国知网为搜索引擎,以“测量学”“课程思政”为主题词,进行联合搜索,仅检索到12篇相关文献。这表明广大教师尚没有建立成熟、可推广的课程思政案例库,在一定程度上影响学生的学习效果。

(四)过程性考核评价标准不明确

对学生学习效果的评价改革,也是目前教学改革的重要环节与抓手,成绩的构成因素以及各因素的评定需要有明确的评价标准。其中,过程考核成绩的判定是问题相对集中的环节。学生的意愿、教师的主观意识、考核因素单一、考核过程资料不健全,是影响平时成绩判定的主要因素。如何建立科学的评价机制,使各组成因素有效参与、有章可循、有材料支撑,也是亟须解决的一个主要问题。

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二、“测量学”的教学改革举措

基于上述教学痛点,“测量学”的教学改革应聚焦于教学理念的革新、教学资源的重构与教学方法的改革、教学环境的创设及考评机制的创新等方面。

(一)以目标为导向革新教学理念

在教学环节突出“以学生为主体”“以目标为导向”的核心理念,由“教”向“学”深入转变,促使学生由机械学习向自主学习转变。开展线上线下混合教学模式的探索,使课程体系、知识点模块、线上讨论互动、线上随堂测试、平时测验等多个环节以学生主动学习、自发学好为宗旨进行系统设计,努力使线上线下混合学习向持续推进模式转变,逐步形成以“学生前置学习+线上讨论+教师实时指导讲解+线下作业批阅与发布”为主线的教学新模式,如图1所示。

同时,利用调查问卷的方式,对学生的基础能力进行评估、等级划分与赋值,对其综合能力进行判定,确定其所承担的角色,在MOOC平台上,对学生进行分组,如图2所示。各小组学生的软硬技能分配更加均衡,实现优势互补,形成更加团结、和谐的团队,使学习氛围更加浓厚。

图2 学生综合能力评定与分组

(二)以问题为导向重构教学资源,改革教学方法

在学时压缩的大背景下,为了兼顾课程内容的完整性与深度,以线上线下混合教学方式为抓手,充分利用该课程的网络学习资源,持续推进教学改革。

第一,精细梳理课程主线,以“基础知识+测量技能+测绘综合能力提升+测绘产品生产与应用”为设计框架,对教学内容进行重构,逐层递进,进行学习任务、单元模块以及课程体系设计。

第二,每个单元模块由3∽5个学习任务组成,明确线上自主学习与课堂面授的学习任务,使线上学习的环节占比保持在25%的合理区间。通过规范化的建设,该课程的线上学习资源包含各个模块的PPT、视频资料、文档说明以及测试。各章节学习结束后,布置相应的作业及单元测验,并设置讨论区,学生可针对存在的疑虑在讨论区中互动,实现学生之间、学生与教师之间的无缝对接。在重要的学习节点设置考试环节,由授课教师进行线上批阅,实现温故知新。在课程建设的过程中融入信息化技术。例如,课程进度微信提醒、学习资源扫码下载、成绩查阅等。线下教学资源包括计算题及工程实例方案设计等,作为线上教学资源的补充。

第三,提前发布教学大纲、学习任务,及时汇总线上学情,形成问题清单。动态调整课堂面授的教学内容、重难点,科学分配学时。在MOOC设置测试模块、讨论区,融入部分工程实例,探讨解决方案,达到以案促学的目标。其中,仪器操作讲授环节以观看线上视频为主、课堂面授为辅的方式完成,使学习过程更具直观性和可重复性。

第四,基于专业特色,在“测量学”共性基础知识讲授的基础上,有针对性地进行拓展模块的设计,体现专业培养的特点,如表1所示。

第五,以虚拟仿真技术为辅助手段,更新教学内容,凝练课程特色,扩充课程的实践环节,以提升学生的认知能力与解决复杂测绘工程问题的能力。从人才培养的关键环节着手,将虚拟仿真项目的研究成果与课程内容或者拓展模块相结合[15]。例如,针对水利行业高校,可将基于遥感技术的“河湖四乱”的管理全流程和关键技术等融入课堂教学中,使课程内容体现水利行业的办学特色,助力人才培养目标的达成。

(三)以教学环境优化为途径完善教学过程

在课程教学中,积极融入课程思政元素,提升课堂的温度,把爱国主义、民族情怀、文化自信贯穿于课堂教学,讲好中国故事,弘扬中国精神[16]。建立“地面点位信息与位置服务”“2020年珠峰高程测量与测绘强国”“全国测绘法宣传日主题与国家主权”“北斗卫星导航定位系统与国防安全”等多个主题的思政案例,以测绘科学技术在我国社会、经济与国防等领域的应用与发展为切入点,培养学生“测绘强国”的家国情怀。

(四)以闭环反馈机制强化全过程评价

线上任务发布、学生自主学习、课堂面授、线上MOOC作业测试等环节紧密相扣,真正实现学生全过程的参与。强化学习效果输出,形成学习过程的闭环反馈机制,如图3所示。

图3 学习过程的闭环反馈

提升过程考核成绩的权重,弱化期末考试的占比。可参考的评分标准如下:课程总成绩由平时成绩、课内实验和期末考试组成,总分为100分,占比分别为30%、20%和50%。为使考核过程有迹可寻、考核成绩有资料支撑,平时成绩以线上学习与考核数据为基础。各项占比如下:线上单元测试成绩占10%,学习课件个数占10%,出勤占20%,讨论占10%,答对习题数占50%。任课教师可以根据实际情况,对参与评分的因素及其所占比例进行适当调整,从而使考核评价贯穿于学习的全过程,具有客观性。

三、“测量学”的教学改革过程

基于上述改革措施,可将“测量学”的教学内容划分为“测量的基本知识”“地形图的基本知识”“水准仪与水准测量”“拓展模块”等12个知识模块,围绕“理论——基础技能——知识集成——应用成果生成——能力提升”的课程主线,组成各模块的内容,并分配线上线下学时。表2是“水准仪与水准测量”模块的教学改革示例。

表2 “水准仪与水准测量”模块的教学内容与组织形式

在教学环节设计中,强调学生的全过程参与,注重学习效果的闭环反馈。基本思路如下:

第一,以课程思政案例库中“2020年我国十大科技成果之一——珠峰高程测量”的视频为切入点,引入章节的重难点与知识构成。

第二,以问题为导向,学生自主学习各模块的知识点,授课教师将反馈结果进行梳理,对知识点进行重新分解,形成问题清单,罗列有针对性的学习任务。此环节是一个动态迭代的过程,可根据不同的问题清单,及时更新调整。

第三,进行线上线下混合教学内容的设计。在慕课中构建练习题、讨论、测验等环节,加强学习成效的输出与考核。在课堂面授时详细讲解难点重点,可以通过MOOC手机客户端,采用随机提问、测验等线上方式,穿插于课堂面授的过程中,系统自动记录师生互动与测验效果,既节约时间又使考核结果真实可见,实现了线上线下的优势互补。根据学习反馈的情况,教师有选择地在课堂教学结束后进行日常作业发布,并进行作业批阅,实现教学全过程的闭环反馈。

第四,在学习过程中,对于实验环节的理论知识,学生可以通过线上资源库中的视频进行学习,也可以借助于南方测绘等公司开发的虚拟实验仿真平台进行模拟学习。

四、结论

围绕工程教育认证标准,根据“测量学”课程的特点,针对该课程教学过程中目标导向不明确、学生的角色定位不清、问题导向缺乏、教学目标与实践环节靶向不足、课程思政深度与广度不足、过程性考核评价标准不明确等教学痛点,提出了以目标为导向革新教学理念、以问题导向重构教学资源并改革教学方法、以教学环境优化为途径完善教学过程、以闭环反馈机制强化全过程评价等改革措施,采用线上线下混合教学,利用虚拟仿真技术,改革教学内容与模式,构建一种OBE理念框架下的“测量学”教学新模式。

随着科学技术的不断发展,“测量学”教学内容会不断扩展,从传统测量技术转向利用各种测量仪器、传感器及其组合系统获取地球及其他实体时空分布有关的信息,制成各种地形图、专题图,建立地理、土地等空间信息系统,对于研究地球的自然和社会现象,解决人口、资源、环境和灾害等社会可持续发展中的重大问题,具有很强的学科融合性和扩展性。“测量学”作为诸多工科专业的基础课程之一,其教学改革是一个长期的过程,今后需要根据学科以及经济社会的发展需求,采用多种教学方式,积极进行教学理念和教学方法的创新,不断提升教学成效。