OBE教學(xué)模式下《工程物探》課程教學(xué)改革與實踐

王洪華 王敏玲 丁彥禮 張智 熊彬

摘 要：課程教學(xué)是實現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對提高本科教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)具有重要的推動作用。在工程教育改革快速發(fā)展的背景下，以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的OBE教學(xué)模式取得了很大了成效，形成了完整的體系。文章在OBE教學(xué)模式的指導(dǎo)下，構(gòu)建《工程物探》課程教學(xué)體系，對包括課程內(nèi)容、課程教學(xué)手段和考核體系進行綜合改革。旨在通過OBE教學(xué)模式在《工程物探》課程教學(xué)中的應(yīng)用，提高學(xué)生的專業(yè)實踐能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：OBE理念；課程教學(xué)體系；課程評價；工程物探

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）11-0071-03

Abstract： The curriculum teaching is the key link to achieve the goal of undergraduate training， and it plays an important role in improving the quality of undergraduate teaching and personnel training. Under the background of the rapid development of engineering education reform， the OBE teaching model guided by learning output has achieved great results and formed a complete system. This article， under the guidance of the OBE teaching model， constructs the teaching system of "Engineering Geophysics"， and reforms the curriculum objective setting， curriculum design， curriculum evaluation system and curriculum evaluation incentive mechanism. The purpose is to improve students' professional practice ability and improve teaching quality through the application of OBE teaching mode in the teaching of engineering geophysics.

Keywords： outcome-Based Education（OBE） concept； course teaching system； curriculum evaluation； Engineering geophysics

2013年6月，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》的第21個簽約成員國[1]，標(biāo)志著我國高等工程教育與國際高等工程教育先進理念接軌，這極大促進了我國工科專業(yè)的教學(xué)改革。基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教學(xué)模式（Outcome-Based Education，簡稱為OBE）是被“華盛頓協(xié)議”工程教育標(biāo)志認(rèn)證體系所認(rèn)可的教育理念，在國內(nèi)眾多高校的工科專業(yè)教育中得到廣泛應(yīng)用。在OBE教學(xué)模式引領(lǐng)工程教育改革的背景下，作為教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)對提高本科教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)具有重要的推動作用。探索基于OBE教學(xué)模式下勘查技術(shù)與工程專業(yè)《工程物探》課程目標(biāo)設(shè)置、課程設(shè)計、教學(xué)方法、課程評價體系等方面進行改革，對提高學(xué)生的工程實踐能力，綜合能力和創(chuàng)新能力具有重要意義，也將進一步發(fā)揮成果驅(qū)動教學(xué)的重要作用。

一、OBE教學(xué)模式下《工程物探》課程教學(xué)模式改革的意義

《工程物探》是桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院勘查技術(shù)與工程、地質(zhì)工程、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)等專業(yè)培養(yǎng)方案中的一門重要專業(yè)課程。該課程主要講述重力、磁法、直流電法、電磁法、放射性勘探的基本理論、測量原理、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用技術(shù)，以培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的物探方法去解決工程地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、工程質(zhì)量檢測等問題的能力。該課程具有課時短、工程實踐性強，理論知識難以理解等特點，在目前的教學(xué)過程中主要存在以下難點：

1. 先導(dǎo)基礎(chǔ)課程多，知識點相互滲透，且彼此關(guān)聯(lián)。本課程的先導(dǎo)基礎(chǔ)課程為《地球物理電磁場論》、《電法勘探》、《地震勘探》、《放射性勘探》、《地球物理概論》。這些先導(dǎo)課程側(cè)重于地球物理基本理論的講解，而本課程重點關(guān)注工程物探技術(shù)的實際應(yīng)用，兩者之間的教學(xué)內(nèi)容相互交叉，但又互為側(cè)重。為此，在授課時需要以地球物理相關(guān)原理和公式為切入點，循序漸進，逐步擴展知識點。

2. 實踐性強。本課程的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對工程物探方法的掌握，并逐步提升學(xué)生的工程實踐能力，例如針對典型的工程探測問題，針對性的設(shè)計探測方案并完成實際探測。這些實踐性內(nèi)容一般需要在完成理論知識教學(xué)的基礎(chǔ)上，才能進一步培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。但是隨著課時量的減少，只能盡量縮短講授課時，導(dǎo)致實踐教學(xué)中學(xué)生對某些知識點的理解不夠。

3. 課程邏輯性強，知識點抽象，理論公式繁雜。工程物探作為一門理論性和實踐性都較強的專業(yè)課，有大量的理論公式，涉及知識面廣，需要通過推導(dǎo)來進行理解和記憶，理論性和邏輯性強，學(xué)生常常不易掌握。傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法會阻礙學(xué)生的思維，導(dǎo)致公式繁多的章節(jié)的教學(xué)效果不夠理想，進而學(xué)生不能用理論知識去指導(dǎo)解決工程實際問題，導(dǎo)致學(xué)生的工程實踐能力薄弱。

4. 教學(xué)任務(wù)重，教學(xué)課時短。本課程包含了重、磁、電、震、放射性等地球物理勘探方法的基本原理、測量原理和應(yīng)用方面的教學(xué)內(nèi)容，但課程設(shè)置一般為32個課時，其中實踐課時占8個課時，導(dǎo)致教學(xué)任務(wù)中，教學(xué)實踐較短和課程目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)不相匹配。

以上問題的存在，使得現(xiàn)有的《工程物探》的教學(xué)效果較差，要講好這門課程，既有一定的難度，也存在一定的挑戰(zhàn)。因此，如何構(gòu)建本課程合理的教學(xué)體系，教學(xué)方法、課程評價體系一直是我們努力實踐探索的目標(biāo)。以O(shè)BE教學(xué)模式為導(dǎo)向，圍繞畢業(yè)要求，以工程物探案例為切入口，首先明確學(xué)生的畢業(yè)能力及水平要求，其次要尋找科學(xué)的教學(xué)方法和手段保證學(xué)生畢業(yè)時能達到預(yù)期的課程目標(biāo)[2]。OBE理念主要強調(diào)四個問題：學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？為什么希望學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？如果有效幫助學(xué)生達到這些學(xué)習(xí)成果？如何測評學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？[3，4]本文采用OBE教學(xué)模式對《工程物探》從課程內(nèi)容、課程教學(xué)手段和考核體系三個方面進行教學(xué)改革，必將大大提升該門課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生的工程實踐能力。

二、OBE教學(xué)模式的《工程物探》課程教學(xué)改革內(nèi)容

（一）優(yōu)化教材，設(shè)計合理的教學(xué)內(nèi)容

按照桂林理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)適合目前工程勘查領(lǐng)域需求的，具有國際化視野和現(xiàn)代工程師素質(zhì)的應(yīng)用高級人才[5]。采用以結(jié)果為導(dǎo)向的OBE教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生解決工程勘查問題的能力為導(dǎo)向，針對性地選擇教材，制定教學(xué)內(nèi)容。由于工程物探發(fā)展較晚，目前可選用的教材有限，在這些教材中，有的只是單獨介紹某一種勘探方法在工程上的應(yīng)用，如單娜琳主編的《工程地震勘探》[6]；有的只是關(guān)于地球物理學(xué)原理的介紹，太過簡單，這些教材都不能滿足我校相關(guān)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)。目前，課程教學(xué)采用的教材主要有《工程與環(huán)境物探教程》（陳仲候，王興泰，杜世漢 主編，地質(zhì)出版社，2005年，第5版）、《環(huán)境與工程地球物理》（楊進 主編，地質(zhì)出版社，2011年，第1版）。依據(jù)本課程的教學(xué)目標(biāo)，以提升教學(xué)效果為目的，優(yōu)選《工程與環(huán)境物探教程》為教程，同時選用另一本作為參考書，著重突出工程物探實踐方面的內(nèi)容，已保證教學(xué)成果。

在教學(xué)內(nèi)容安排方面，將本課程與先導(dǎo)課程采用融合貫通的方法，例如，本門課程中的重、磁、電、震勘探方法的基本原理在《電法勘探》、《地震勘探》和《重磁勘探》課程中學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過，因此在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上，可以多以學(xué)生回顧復(fù)習(xí)為主。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上，依據(jù)本課程的教學(xué)目標(biāo)，采用“案例法”進行教學(xué)[7]，即分別以重磁勘探問題、地震勘探問題、電法勘探問題來設(shè)置相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。按照測量方法-數(shù)據(jù)處理-成果解釋三步驟來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。以“地震勘探問題”為例，按照野外工程勘探的布置，以回答1. 如何根據(jù)目標(biāo)任務(wù)選擇合適的觀測系統(tǒng)和測量參數(shù)？2. 不同的觀測系統(tǒng)的區(qū)別和優(yōu)缺點是什么？3. 如何評價實際采集數(shù)據(jù)測量的有效性和信噪比？4. 如何對數(shù)據(jù)進行處理，并合理解釋地下介質(zhì)構(gòu)造？這4個問題來設(shè)置地震勘探章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。在這四個章節(jié)講授的同時，引入相關(guān)知識點的介紹，以加深學(xué)生對相關(guān)知識點在工程應(yīng)用中的理解。

（二）教學(xué)目標(biāo)聚焦，提升教學(xué)效果

在《工程物探》前沿部分的講授時，教師應(yīng)該詳細(xì)對工程物探方法做概述，并對其研究現(xiàn)狀及前沿進行展望，讓學(xué)生對工程物探方法具有整體認(rèn)識。然后，教師要明確學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)能獲得成果，指出需參考的書面和課后參考的相關(guān)文獻資料，讓學(xué)生能夠預(yù)期成果，產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的OBE教學(xué)模式的教學(xué)要求教師必須明確該課程預(yù)期的“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”：第一，學(xué)生根據(jù)先修課程，能掌握工程物探的基本原理、觀測方法，應(yīng)用領(lǐng)域等知識；第二，能區(qū)別各種物探方法如重力法、磁法、電法、電磁法，地震法的優(yōu)缺點；第三能夠熟練操作常用的工程物探儀器，如：探地雷達設(shè)備、高密度電法設(shè)備、EH4，管線儀、直流電法儀等，并能夠采集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)；第三，會針對不同的工程探測問題，設(shè)計合理的探測方案，并能評價方案的優(yōu)缺點；第四，具備對野外數(shù)據(jù)進行處理的能力，并能夠給出初步解釋；第五，具備利用工程物探方法解決實際工程問題的能力。

此外，針對《工程物探》課程具有課程邏輯性強，知識點抽象，理論公式復(fù)雜繁多，內(nèi)容太多等特點，在教學(xué)方法上引入“項目式教學(xué)方法”，即在每章教學(xué)中，根據(jù)課程目標(biāo)設(shè)置相應(yīng)的工程物探實例，以解決工程實踐問題為最終目的來設(shè)置教學(xué)內(nèi)容。例如，以地下管線探測為例，要求學(xué)生自主選擇合適的物探方法求出地下管線的埋深及管線的直徑大小等。對于地下管線的探測，地質(zhì)雷達和高密度電法都可以使用。但由于后者的觀測圖像更為直觀，后續(xù)的資料處理過程相比高密度電法更為簡單，而且地質(zhì)雷達的分辨率也比較高，綜合比較兩種方法的優(yōu)缺點，采用地質(zhì)雷達進行地下管線探測是最合適的。利用地質(zhì)雷達進行探測的基本原理是根據(jù)管線的材料與周圍介質(zhì)的相對介電常數(shù)差異比較大，電磁波在地下介質(zhì)傳播過程中，在不同介質(zhì)的分界面上會發(fā)生反射。在探測過程中要選擇合適頻率的雷達天線，這時候可以讓學(xué)生自主使用不同頻率的天線來進行探測，在雷達剖面圖中可以明顯看出不同頻率天線探測效果的不同，從而達到讓學(xué)生選出合適頻率最合適的天線。經(jīng)過類似這種成果導(dǎo)向的工程訓(xùn)練，在解決實際工程問題的過程中，不僅加深了學(xué)生對理論知識的掌握，培養(yǎng)了動手能力和思維能力，而且可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，達到自主學(xué)習(xí)的目的，并能強烈激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，這樣教學(xué)效果也很顯著。

（三）以解決實際問題為導(dǎo)向，改善課程考核評價體系

基于OBE模式下，以課程目標(biāo)為達成度的課程評價體系應(yīng)當(dāng)滿足如下要求：

1. 評價依據(jù)的合理性評價。評價考核內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動、評分標(biāo)準(zhǔn)與課程學(xué)習(xí)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)性和合理性，是確定考核結(jié)果是否作為評價達成的依據(jù)。

2. 取得實際的學(xué)習(xí)結(jié)果。主要統(tǒng)計學(xué)生在整個課程中某一細(xì)化知識點和能力的學(xué)習(xí)情況，也可以得到全體同學(xué)的平均學(xué)習(xí)情況。當(dāng)然這個過程中需要對知識點，學(xué)習(xí)任務(wù)，實施準(zhǔn)則和評價進行細(xì)化。

3. 評價課程目標(biāo)達成度。通過對所設(shè)定的各個知識目標(biāo)和能力目標(biāo)的學(xué)習(xí)結(jié)果分析，可以評價相應(yīng)課程的實際學(xué)習(xí)成果。對照相應(yīng)課程目標(biāo)，去對應(yīng)勘查技術(shù)與工程專業(yè)畢業(yè)要求的達成度評價。

依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，采取包括學(xué)生評教、同行評教、專家評教等形式評價教師的教學(xué)狀態(tài)，在建立課堂教學(xué)評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生、同行、專家從教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)效果、意見建議等五個方面進行評教。此外，加強專業(yè)教師對課程成績、評價等數(shù)據(jù)進行收集和分析，并與課程目標(biāo)進行對應(yīng)，看是否達到了畢業(yè)要求中的指標(biāo)點要求，指出存在的問題，提出整改措施，從而持續(xù)改進課程教學(xué)。另外本門課程主要采用考查的方式，從前期的考查記過來看，及格率高，但高分率低，主要表現(xiàn)在學(xué)生在處理實際工程問題是，往往不知道如何入手，根據(jù)上述OBE模式下課程目標(biāo)達成度的要求，考核體系設(shè)置如下：出勤（5%）+課堂分組討論（5%）+平時作業(yè)（20%）+實踐環(huán)節(jié)（20%）+期末考試（50%）。同時在期末考試的內(nèi)容設(shè)置上，大幅度減少理論知識點等的考核，多設(shè)置工程實例，比如：請選擇合適的勘探方法進行隧道的檢測，要求學(xué)生根據(jù)實際情況，設(shè)計具體的實施方案。

三、結(jié)束語

綜上所述，在工程教育認(rèn)證的背景下，以學(xué)生成果導(dǎo)向為目標(biāo)的人才培養(yǎng)，通過質(zhì)量監(jiān)控和反饋，可以對課程進行持續(xù)改進。本文以O(shè)BE教學(xué)模式分別對《工程物探》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核評價體系進行了改革和探討，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，選擇合適的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，并構(gòu)建科學(xué)、合理的課程評價體系，將促進專業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)出更合格的人才。該教學(xué)改革除了能有效提升學(xué)生的工程實踐能力外，也為勘查技術(shù)與工程等相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生達到畢業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)提供了有效支持，同時也為其他類似的實踐性強、理論復(fù)雜的工科性質(zhì)的課程提供一定的參考依據(jù)。

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