CDIO+CBE理念下的“數(shù)字海洋工程”系列課程教學(xué)實(shí)踐

謝宏全，周 立，孫 華

(淮海工學(xué)院測(cè)繪與海洋信息學(xué)院, 江蘇 連云港 222005)

CDIO+CBE理念下的“數(shù)字海洋工程”系列課程教學(xué)實(shí)踐

謝宏全，周 立，孫 華

(淮海工學(xué)院測(cè)繪與海洋信息學(xué)院, 江蘇 連云港 222005)

為了不斷增加數(shù)字海洋建設(shè)的高級(jí)技術(shù)人才，開展教學(xué)研究具有重要意義。本文在簡(jiǎn)要介紹開設(shè)“數(shù)字海洋工程”課程必要性與建設(shè)進(jìn)展的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了課程性質(zhì)、學(xué)時(shí)安排與教學(xué)內(nèi)容安排，課程體系的教學(xué)內(nèi)容由課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、開發(fā)實(shí)習(xí)構(gòu)成。最后，對(duì)3門獨(dú)立課程考核方法進(jìn)行了介紹。

CDIO；CBE；數(shù)字海洋工程；教學(xué)內(nèi)容；考核方法

隨著我國(guó)數(shù)字海洋建設(shè)的快速發(fā)展，以及近年來“智慧海洋”概念的提出與建設(shè)，未來將需要大量的相關(guān)專業(yè)信息人才。海洋技術(shù)專業(yè)的本科學(xué)生開設(shè)“數(shù)字海洋工程”課程是非常必要的。目前國(guó)內(nèi)開設(shè)此課程的高校非常少，而圍繞數(shù)字海洋建設(shè)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)課程較多。筆者所在學(xué)校自2009年開始面向海洋技術(shù)專業(yè)學(xué)生作為專業(yè)選修課程開設(shè)“數(shù)字海洋工程”課程，一直延續(xù)到現(xiàn)在，已經(jīng)積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

CDIO 是一種以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的工程教育模式，是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果[1]。以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力為目的，同時(shí)還包括培養(yǎng)工程科學(xué)能力、技術(shù)實(shí)踐能力、新知識(shí)學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)交流能力等[2]。CBE(能力本位教育)在本質(zhì)上是一種以能力培養(yǎng)為中心的教育模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“做中學(xué)”，并通過學(xué)生在相關(guān)技能或活動(dòng)上的表現(xiàn)來評(píng)價(jià)教學(xué)和學(xué)習(xí)效果[3]。

本文將CDIO與CBE理論應(yīng)用于“數(shù)字海洋工程”，在簡(jiǎn)單介紹課程必要性與建設(shè)進(jìn)展的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹課程教學(xué)安排和課程考核方法。

一、課程必要性與建設(shè)進(jìn)展

1. 開設(shè)課程必要性

“數(shù)字海洋”伴隨“數(shù)字地球”理念應(yīng)運(yùn)而生,是數(shù)字地球的重要組成部分,對(duì)我國(guó)的海洋管理、調(diào)查、研究、開發(fā)、利用、保護(hù)等具有重要意義。數(shù)字海洋建設(shè)是一項(xiàng)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，也是一項(xiàng)科學(xué)工程, 具有空間性、整體性、持續(xù)性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)[4]。為在海洋競(jìng)爭(zhēng)中獲取信息優(yōu)勢(shì), 美、英等國(guó)已將科研尖端力量和大筆資金投入數(shù)字海洋工程。國(guó)家海洋信息中心于1999年首次提出了“數(shù)字海洋”的概念和中國(guó)“數(shù)字海洋”發(fā)展的基本思想[5]。我國(guó)在2001年啟動(dòng)數(shù)字海洋項(xiàng)目建設(shè)，2004年實(shí)施了近海海洋綜合調(diào)查和評(píng)價(jià)專項(xiàng)( 908專項(xiàng)),確立了建設(shè)“中國(guó)近海數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架”的目標(biāo)，并于2011年12月全面建設(shè)完成[6]。我國(guó)建成了全球第一個(gè)數(shù)字海洋系統(tǒng),并正式發(fā)布了首個(gè)數(shù)字海洋公眾服務(wù)系統(tǒng)iOcean[7]。目前國(guó)家與省級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)與應(yīng)用已經(jīng)完成，市縣級(jí)海洋管理單位結(jié)合自身實(shí)際需要，利用最新相關(guān)技術(shù)正處于關(guān)鍵的發(fā)展時(shí)期[8]。

2008年IBM提出了“智慧地球”的概念，目前我國(guó)已經(jīng)開始建設(shè)“智慧城市”的試點(diǎn)工作?！爸腔酆Ｑ蟆钡母拍畎殡S“智慧地球”理念應(yīng)運(yùn)而生，學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究，例如文獻(xiàn)[9]提出建設(shè)海洋牧場(chǎng) 2.0 版本—智慧型海洋牧場(chǎng)，智慧海洋建設(shè)是未來發(fā)展的新趨勢(shì)。

為推進(jìn)我國(guó)數(shù)字海洋的建設(shè)，培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人才與普及數(shù)字海洋建設(shè)的知識(shí)，在高校相關(guān)專業(yè)中開設(shè)數(shù)字海洋建設(shè)相關(guān)課程是必要的，特別是擁有海洋技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)校。

開設(shè)此門課程的目的是使學(xué)生了解數(shù)字海洋的基本內(nèi)容、我國(guó)數(shù)字海洋建設(shè)的現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展趨勢(shì)等相關(guān)內(nèi)容，樹立學(xué)習(xí)海洋技術(shù)專業(yè)的信心，為畢業(yè)后從事相關(guān)工作奠定一定的基礎(chǔ)。因此，開設(shè)“數(shù)字海洋工程”課程是非常必要的。

2. 課程建設(shè)進(jìn)展

目前我國(guó)處于數(shù)字海洋建設(shè)與應(yīng)用的初級(jí)階段，將來對(duì)各類相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才的需求是必然的。據(jù)調(diào)查目前國(guó)內(nèi)高校與數(shù)字海洋建設(shè)密切相關(guān)的本科專業(yè)開設(shè)此課程的還非常少。

筆者所在學(xué)校自2009年開始此課程的教學(xué)。在國(guó)內(nèi)無參考資料的情況下，不斷探索教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與成績(jī)?cè)u(píng)定辦法。2015年本系列課程的教學(xué)研究被確定為校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目。

海洋技術(shù)專業(yè)是筆者所在學(xué)校具有鮮明海洋特色的重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)之一，是全國(guó)第一個(gè)培養(yǎng)海洋信息技術(shù)人才的本科特色專業(yè)，2008年第一批入選校級(jí)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)，2009年被遴選為校級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，2010年入選第六批國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，2015年確定為江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程一期項(xiàng)目。

海洋技術(shù)專業(yè)自創(chuàng)辦以來，截至2016年培養(yǎng)方案已經(jīng)進(jìn)行過6次修改。本課程經(jīng)歷了3次調(diào)整：第1次是在2010級(jí)以前的3個(gè)培養(yǎng)方案中，本課程設(shè)置為專業(yè)選修課程，32學(xué)時(shí)(含4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn))，對(duì)于2004—2011級(jí)海洋技術(shù)專業(yè)學(xué)生，只有2006級(jí)在第七學(xué)期開設(shè)過一次；第二次是在2012級(jí)培養(yǎng)方案中，本課程設(shè)置為專業(yè)主干必修課程(第七學(xué)期)，32學(xué)時(shí)(含4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn))，配套有課程設(shè)計(jì)1周，開發(fā)實(shí)習(xí)2周(其中2012級(jí)已經(jīng)完成教學(xué))；第三次是在2014級(jí)培養(yǎng)方案中，本課程設(shè)置為專業(yè)教育平臺(tái)的必修課程(第七學(xué)期)，32學(xué)時(shí)(含4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn))，配套有課程設(shè)計(jì)2周，開發(fā)實(shí)習(xí)3周。在2016級(jí)培養(yǎng)方案中，與2014級(jí)的設(shè)置相同。

二、課程教學(xué)安排

1. 課程性質(zhì)與學(xué)時(shí)安排

以2012級(jí)培養(yǎng)方案為例，本課程是海洋技術(shù)專業(yè)的主干必修課程之一，先修課程是GIS原理與應(yīng)用、海洋測(cè)量學(xué)、海洋調(diào)查與觀測(cè)技術(shù)。本課程的作用是：在已學(xué)相關(guān)課程的基礎(chǔ)上，拓展專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域，了解數(shù)字海洋建設(shè)的基本理論與方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)字海洋核心系統(tǒng)和數(shù)字海洋的關(guān)鍵技術(shù)，完成在城市規(guī)劃、建設(shè)與管理等領(lǐng)域數(shù)字海洋工程設(shè)計(jì)、開發(fā)、建設(shè)、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)維護(hù)管理的能力。

本課程為專業(yè)主干必修課程，安排在第七學(xué)期開設(shè)，每周二講(每講2學(xué)時(shí))?？倢W(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)(2個(gè)學(xué)分)。課程內(nèi)容分為兩部分：第一部分是課堂理論教學(xué)，為28學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)分配見表1；第二部分是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為4學(xué)時(shí)。

表1 課堂教學(xué)授課主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

2. 教學(xué)內(nèi)容安排

整個(gè)課程體系的教學(xué)內(nèi)容由課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、開發(fā)實(shí)習(xí)構(gòu)成，教學(xué)內(nèi)容的詳細(xì)安排如下。

(1) 課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

2004年開始招收海洋技術(shù)專業(yè)學(xué)生，2009年第一次開設(shè)“數(shù)字海洋工程”專業(yè)選修課程，基于當(dāng)時(shí)公開出版與數(shù)字海洋建設(shè)相關(guān)圖書非常少的情況，未給學(xué)生指定教材，任課教師主要收集了相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講授。

截至2016年，公開出版數(shù)字海洋建設(shè)比較相關(guān)的圖書非常少，主要有海洋漁業(yè)地理信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用、海洋地理信息系統(tǒng)——原理、技術(shù)與方法、數(shù)字工程的原理與方法、中國(guó)數(shù)字海洋-理論與實(shí)踐、海洋地理信息系統(tǒng)原理與實(shí)踐。以上圖書的內(nèi)容各有側(cè)重，個(gè)別圖書出版時(shí)間比較早，隨著數(shù)字海洋建設(shè)的迅速發(fā)展，新技術(shù)不能更好地體現(xiàn)，因此不適合作為教材使用。另外公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料也非常少。

基于以上相關(guān)文獻(xiàn)資料的總體情況，2014年對(duì)課程的教學(xué)大綱進(jìn)行了修訂。2015年針對(duì)海洋技術(shù)專業(yè)2012級(jí)學(xué)生第二次開設(shè)此課程，講授內(nèi)容的確定原則是：以教學(xué)大綱內(nèi)容為主線，參考相關(guān)圖書的相關(guān)內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充最新的數(shù)字海洋建設(shè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)的內(nèi)容。課堂教學(xué)授課的主要內(nèi)容見表1。理論教學(xué)內(nèi)容是CDIO第一個(gè)環(huán)節(jié)C(構(gòu)思)的理論基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)共4個(gè)學(xué)時(shí)，安排2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：一個(gè)是“海洋空間基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)”；另一個(gè)是“數(shù)字海洋工程功能開發(fā)”。每個(gè)學(xué)生在指導(dǎo)教師與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與內(nèi)容見表2。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是CDIO第一個(gè)環(huán)節(jié)C(構(gòu)思)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

(2) 課堂設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

本課程設(shè)計(jì)(1周)是學(xué)生在學(xué)習(xí)完成“數(shù)字海洋工程”等相關(guān)課程后的集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)(必修)。主要目的在于使學(xué)生更好地理論聯(lián)系實(shí)際，針對(duì)具體的問題，掌握數(shù)字海洋工程的概念與理論，設(shè)計(jì)的方法、流程和步驟。

依據(jù)學(xué)生的相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，結(jié)合本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，將海洋技術(shù)專業(yè)2012級(jí)學(xué)生分成6個(gè)小組，每個(gè)小組5～6人。在指導(dǎo)教師提供的8個(gè)與海洋管理相關(guān)的備選題目中進(jìn)行選擇。以小組為單位，每個(gè)小組收集與題目相關(guān)的文獻(xiàn)資料，完成系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，依據(jù)指導(dǎo)教師的具體要求撰寫系統(tǒng)需求分析報(bào)告。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的完成是CDIO第二個(gè)環(huán)節(jié)D(設(shè)計(jì))方面的訓(xùn)練，也是培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中獨(dú)立分析問題、解決問題的創(chuàng)新能力，也體現(xiàn)了CBE的理念。

(3) 開發(fā)實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容

本教學(xué)環(huán)節(jié)(2周)是在課程學(xué)習(xí)與課程設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)(必修)。通過實(shí)習(xí)可以讓學(xué)生深刻了解、熟悉和熟練掌握數(shù)字海洋工程開發(fā)的數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)、海洋空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和空間分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建模和功能開發(fā)；加深對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的鞏固，并把理論運(yùn)用于實(shí)踐，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，不斷完善和總結(jié)所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合分析能力，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。

為了使學(xué)生了解海洋管理部門的業(yè)務(wù)化管理系統(tǒng)，開發(fā)實(shí)習(xí)的第一步是帶領(lǐng)學(xué)生到連云港海域使用保護(hù)動(dòng)態(tài)管理中心進(jìn)行參觀，邀請(qǐng)系統(tǒng)管理人員講解國(guó)家海洋局動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、連云港海域無人機(jī)三維立體監(jiān)管平臺(tái)、連云港市海洋漁業(yè)安全信息救助指揮系統(tǒng)的主要功能。這不僅有助于進(jìn)一步理解理論知識(shí)，而且為系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

針對(duì)海洋技術(shù)專業(yè)2012級(jí)學(xué)生，在完成課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)書(包括系統(tǒng)的實(shí)際目標(biāo)分析、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)、開發(fā)環(huán)境分析、實(shí)施計(jì)劃、管理與開發(fā)人員)的撰寫，還要完成系統(tǒng)開發(fā)(包括系統(tǒng)需求分析、確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、選擇軟硬件環(huán)境、系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、系統(tǒng)集成與測(cè)試)。開發(fā)實(shí)習(xí)內(nèi)容的完成是CDIO第三與第四環(huán)節(jié)I(實(shí)現(xiàn))O(操作)方面的訓(xùn)練，也是培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中獨(dú)立分析問題、解決問題的創(chuàng)新能力，也體現(xiàn)了CBE的理念。

三、課程考核方法

依據(jù)學(xué)校課程成績(jī)?cè)u(píng)定的管理辦法，按照教學(xué)大綱的要求，3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，具體的考核方法敘述如下。

1. 課程教學(xué)成績(jī)

總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分構(gòu)成，其中平時(shí)成績(jī)占30%，期末成績(jī)占70%，以百分制進(jìn)行評(píng)定。

平時(shí)成績(jī)由作業(yè)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、考勤成績(jī)3部分構(gòu)成。平時(shí)成績(jī)=(5次作業(yè)成績(jī)加和+2次實(shí)驗(yàn)成績(jī)加和+考勤成績(jī))/8。作業(yè)題目每次1～2個(gè)，以教師講授的內(nèi)容為主，概念與簡(jiǎn)答題目，依據(jù)學(xué)生完成內(nèi)容的正確情況、字跡工整程度等以百分制評(píng)定。實(shí)驗(yàn)成績(jī)依據(jù)學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告以百分制進(jìn)行評(píng)定?？记诔煽?jī)=(100/考勤次數(shù))*考勤時(shí)的出勤次數(shù)。

期末成績(jī)以筆試閉卷形式完成，同時(shí)以相同題型與難度出A、B卷，經(jīng)過系主任與教學(xué)副院長(zhǎng)審批后選擇一個(gè)進(jìn)行考試。題型包括填空題、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、綜合題。填空題占20分(20個(gè)空)，名詞解釋占20分(4個(gè))，簡(jiǎn)答題占40分(4個(gè))，綜合題占20分(2個(gè))。

2. 課程設(shè)計(jì)成績(jī)

課程設(shè)計(jì)成績(jī)由指導(dǎo)教師根據(jù)設(shè)計(jì)表現(xiàn)(考勤和實(shí)習(xí)態(tài)度)(30%)和提交的設(shè)計(jì)書(70%)給出，最終采用優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級(jí)分制評(píng)定。

3. 開發(fā)實(shí)習(xí)成績(jī)

開發(fā)實(shí)習(xí)成績(jī)包括學(xué)生的實(shí)習(xí)態(tài)度(依據(jù)考勤)、日記、實(shí)習(xí)報(bào)告、開發(fā)能力(主要依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行和演示情況)4個(gè)方面，在實(shí)習(xí)成績(jī)中占的比例分別為10%、10%、40%、40%，實(shí)習(xí)成績(jī)按照優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級(jí)分制評(píng)定。

四、結(jié)束語

將CDIO與CBE的理念引入到數(shù)字海洋工程系列課程教學(xué)中，是對(duì)工程教育的一種探索，實(shí)踐證明本課程系列的教學(xué)改革是行之有效的，很好地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和工程素養(yǎng)。目前我國(guó)數(shù)字海洋的建設(shè)還處于發(fā)展期，在以后的教學(xué)中，要密切跟蹤數(shù)字海洋建設(shè)的最新技術(shù)進(jìn)展，不斷充實(shí)授課內(nèi)容。

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Teaching Practice of “Digital Ocean Engineering” Series Course Based on CDIO+CBE Concept

XIE Hongquan，ZHOU Li，SUN Hua

2016-08-12

江蘇省海洋技術(shù)品牌專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(PPZY2015B116)；淮海工學(xué)院2015年校級(jí)教學(xué)改革研究立項(xiàng)課題(XJG2015-2-16)

謝宏全(1964—)，男，博士，教授，主要從事數(shù)字海洋建設(shè)方面的教學(xué)工作。E-mail：ts_cheng_95@126.com

謝宏全，周立，孫華.CDIO+CBE理念下的“數(shù)字海洋工程”系列課程教學(xué)實(shí)踐[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(12)：127-130.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0418.

G64

B

0494-0911(2016)12-0127-04