基于新工科背景“數(shù)字測圖原理與方法”課程教學(xué)改革

朱繼文，司海燕，張為成，楊澤運(yùn)，席志龍

(黑龍江工程學(xué)院 測繪工程學(xué)院，哈爾濱 150050)

新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向。新工科的內(nèi)涵是以立徳樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、應(yīng)用型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征。新工科建設(shè)的目標(biāo)是主動布局、設(shè)置和建設(shè)服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求、面向未來發(fā)展的工程學(xué)科與專業(yè)，培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新能力、跨界整合能力、高素質(zhì)的各類交叉復(fù)合型卓越工程技術(shù)人才。新工科的“新”包含三方面含義，即“新興、新型和新生”，其中，“新型”指的是對傳統(tǒng)的、現(xiàn)有的學(xué)科進(jìn)行轉(zhuǎn)型、改造和升級，包括對內(nèi)涵的拓展、培養(yǎng)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變或提高、培養(yǎng)模式的改革和創(chuàng)新等而形成的新學(xué)科[1]。

測繪工程專業(yè)為工科類專業(yè)，以研究地球和其他實體與空間分布有關(guān)的信息采集、量測、處理、表達(dá)、管理、分析、更新和應(yīng)用的工程領(lǐng)域為主體，主要為城鄉(xiāng)基礎(chǔ)建設(shè)、資源調(diào)查利用、環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)、防災(zāi)減災(zāi)等提供工程技術(shù)和管理服務(wù)，符合新工科的各項要求，具有鮮明的理論和實際相結(jié)合的特征，要求學(xué)生在掌握理論知識的同時，須具備一定的實踐應(yīng)用能力。而“數(shù)字測圖原理與方法”是測繪工程專業(yè)的基礎(chǔ)主干課程，具有較強(qiáng)的先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性和實踐性，起到入門引領(lǐng)、為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)的作用。因此，立足高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，以新工科為背景，研究探索“數(shù)字測圖原理與方法”課程教學(xué)模式，對于測繪工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革具有重要的支撐作用[2]。

1 課程教學(xué)面臨的問題

“數(shù)字測圖原理與方法”課程內(nèi)容主要包括理論知識、實踐操作和綜合應(yīng)用三部分，基本涵蓋了傳統(tǒng)測繪與現(xiàn)代測繪的基本原理和方法,但須與實際項目結(jié)合方能為學(xué)生提供應(yīng)用場景和思考的空間。筆者以多年的測繪工程專業(yè)“數(shù)字測圖原理與方法”課程教學(xué)為基礎(chǔ)，綜合分析該課程教學(xué)所面臨的實際問題，旨在確定課程建設(shè)與教學(xué)改革的方向和切入點，提升面向新工科教學(xué)改革的實效性[3]。

1.1 教學(xué)理念須適應(yīng)專業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求

“數(shù)字測圖原理與方法”是測繪工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)和實操技能的重要基礎(chǔ)課，一般在大學(xué)一、二年級開設(shè)，此時學(xué)生對于專業(yè)發(fā)展方向和學(xué)習(xí)目標(biāo)尚不清晰。如果教師的教學(xué)只注重傳授書本知識，不能把先進(jìn)的教學(xué)理念融入教學(xué)過程，沒有把行業(yè)背景、國家戰(zhàn)略和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合，會導(dǎo)致學(xué)生在思想上重視不夠，沒有明確的學(xué)習(xí)目的和目標(biāo)，會局限學(xué)生的視野，使教育模式仍停留在應(yīng)試教育上[4]。如果課程的培養(yǎng)目標(biāo)沒有與其他專業(yè)課程緊密地聯(lián)系在一起，會導(dǎo)致知識的系統(tǒng)連接性不強(qiáng)，個人素質(zhì)、職業(yè)操守、課程思政等缺乏目的性和有效銜接。必須把新工科的“新型”理念融入教學(xué)之中，否則所培養(yǎng)的工程技術(shù)人才很難達(dá)到新工科的人才標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 課程內(nèi)容與課時不匹配，需要拓展課外學(xué)習(xí)空間

傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師按照課程教學(xué)大綱的教學(xué)內(nèi)容，注重講授教材的知識點，采用灌輸式的教學(xué)模式，學(xué)生被動地吸收知識。即使教師用多媒體教學(xué)方式提供大量的圖片和動畫，由于學(xué)時所限，仍然不能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。受總課時的限制，為了完成教學(xué)內(nèi)容,教師在授課時,不能更深入、更全面、更系統(tǒng)地去講解課程的難點和重點，教學(xué)的深度和廣度不夠，融入相關(guān)的實際案例較少,特色體現(xiàn)得不充分，影響教學(xué)效果。為此，必須拓展課外學(xué)習(xí)空間，使學(xué)生通過教師指導(dǎo)下的課外學(xué)習(xí)，吸收理解課程知識點，達(dá)到能力培養(yǎng)要求。

1.3 實踐教學(xué)手段滯后，要加快更新儀器設(shè)備

在實踐教學(xué)過程中，教師通過親自演示、講解等手段指導(dǎo)學(xué)生儀器操作練習(xí)，因不能在課堂上解決每一個學(xué)生對儀器的熟練操作問題，導(dǎo)致理論知識和實踐操作脫節(jié)[5]。實驗室設(shè)備更新速度落后于生產(chǎn)單位，無法與生產(chǎn)單位進(jìn)行無縫對接,加之課程教學(xué)資源、校內(nèi)實踐教學(xué)資源不足，不能滿足學(xué)生后續(xù)實習(xí)實踐的要求，會影響學(xué)生對課程知識的理解，制約學(xué)生參與創(chuàng)新實踐活動的主動性和積極性[6]。

1.4 課程考核單一，須加強(qiáng)對學(xué)生實踐能力的考核

傳統(tǒng)的期末成績評定是由綜合成績和考試成績兩部分組成，其中，綜合成績的評定項目包含出勤、作業(yè)、實習(xí)報告、學(xué)習(xí)態(tài)度等，沒有對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的實踐技能做出全面、客觀地評價，致使學(xué)生注重考試成績，忽視平時實踐能力的培養(yǎng)[7]。閉卷考試試題中，選擇題、判斷題居多，主觀題較少，造成學(xué)生機(jī)械記憶式學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[8]。

2 基于新工科的課程改革探索

立足“數(shù)字測圖原理與方法”課程面臨的問題，基于新工科背景，從工程教育認(rèn)證的視角，著眼于人才培養(yǎng)體系的目標(biāo)要求，突出“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的理念，從課程建設(shè)、教學(xué)改革、課程思政和學(xué)科競賽等4個方面進(jìn)行改革探索。

2.1 以產(chǎn)出為導(dǎo)向開展課程建設(shè)

根據(jù)課程的目標(biāo)要求，以新工科為引領(lǐng)，將理念與創(chuàng)新貫徹落實在課程建設(shè)中[9]。

1)構(gòu)建線上線下混合教學(xué)模式。組建教學(xué)團(tuán)隊，精選教師隊伍中具有一定實踐經(jīng)驗、理論知識雄厚、課堂吸引力較強(qiáng)的教師加入教學(xué)團(tuán)隊，以超星學(xué)習(xí)通為課程平臺，完成課程線上資源建設(shè)和線下活動設(shè)計。錄制覆蓋全部知識點的線上視頻資源，采取漸進(jìn)式的視頻學(xué)習(xí)模式。在觀看視頻的過程中，穿插問題的提問環(huán)節(jié)，考核學(xué)生對知識的掌握程度，每個知識點設(shè)置相應(yīng)的習(xí)題和作業(yè)。線下教學(xué)以翻轉(zhuǎn)課堂、工程項目化教學(xué)、案例教學(xué)為主要教學(xué)方式。通過線上線下混合教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃铀伎?，即能檢驗、鞏固和消化線上知識點的學(xué)習(xí)，又能針對各個知識點的實際應(yīng)用做出自我評價。翻轉(zhuǎn)課堂知識點選取側(cè)重實用性，對實際應(yīng)用的重點知識進(jìn)行強(qiáng)化引導(dǎo)，結(jié)合工程項目化教學(xué)中的項目設(shè)計要求，歸納知識點的應(yīng)用價值[10]。

2)精選教材并豐富內(nèi)容。為了更好地促進(jìn)教材內(nèi)容與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，在教材的選擇上，組織教學(xué)團(tuán)隊進(jìn)行教材評審，對適合本門課程的教材進(jìn)行盲審評分，將教材內(nèi)容與授課目的10%、后續(xù)專業(yè)內(nèi)容有效的銜接10%、立意新穎10%、知識涵蓋全面50%、廣泛實用性20%等方面作為評分項，取分?jǐn)?shù)最高的作為教材。

3)完善教學(xué)過程評價體系。由傳統(tǒng)的課堂點名、簽到等一般方法，改成實時手機(jī)簽到15%、學(xué)習(xí)平臺統(tǒng)計50%(視頻學(xué)習(xí)30%、回答問題15%、學(xué)習(xí)態(tài)度5%)、作業(yè)完成20%、能力測試15%(知識應(yīng)用能力10%、儀器操作能力5%)等多項考核，作業(yè)批改實現(xiàn)線上可視化，考核評價以數(shù)字統(tǒng)計作為依據(jù)，避免人為因素的干擾，更客觀、公正地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，能夠結(jié)合課程特點，對教學(xué)效果進(jìn)行多角度、系統(tǒng)性評價。

4)實驗室實行開放運(yùn)行模式。實驗室的儀器設(shè)備均對學(xué)生開放，在實驗室工作人員的管理和指導(dǎo)下，學(xué)生可借領(lǐng)、使用實驗室的儀器設(shè)備。實驗室實時對學(xué)生開放，學(xué)生全天都可以到實驗室做實驗，進(jìn)行測量儀器的操作使用練習(xí)和開發(fā)應(yīng)用。設(shè)立開放性實驗實習(xí)內(nèi)容，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下做設(shè)定的實驗項目或自己提出的實驗項目，突出綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目內(nèi)容[11]。真正做到一切為教學(xué)服務(wù)，一切以學(xué)生為中心。

2.2 以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)改革

完善的課程體系建設(shè)是教學(xué)改革的基礎(chǔ)，在探索中求發(fā)展，在改革中求進(jìn)步，在不斷的總結(jié)中，尋求一條適合測繪工程專業(yè)“數(shù)字測圖原理與方法”的教學(xué)模式。在新工科理念的引導(dǎo)下，結(jié)合工程教育認(rèn)證視角，對“數(shù)字測圖原理與方法”課程的學(xué)時進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，由兩個學(xué)期的教學(xué)改為一個學(xué)期的教學(xué)。面對總學(xué)時減少、內(nèi)容增多的現(xiàn)實矛盾和問題，教學(xué)團(tuán)隊積極尋找方法，在教學(xué)模式改革上做文章。采用“線上自主學(xué)習(xí)+線下翻轉(zhuǎn)課堂、工程項目化教學(xué)、案例教學(xué)+過程考核+能力考核+結(jié)果考核”為主線的線上線下混合式教學(xué)模式，以超星學(xué)習(xí)通為教學(xué)平臺，改善了傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)中存在的問題，將時間交給學(xué)生，過程的評價系統(tǒng)也會起到督促作用[12]。教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程將“以生為本、能力為重”的理念貫穿始終，把線上、線下、工程項目化和案例教學(xué)四者聯(lián)系在一起，相輔相成，互相促進(jìn)、互相推動。啟發(fā)式、提問式、互動式等多種靈活的教學(xué)方法極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與科創(chuàng)活動的熱情，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識、自我約束和規(guī)劃、交流溝通協(xié)作、實踐應(yīng)用能力、專業(yè)素養(yǎng)積淀、解決復(fù)雜工程問題的能力都得到鍛煉和提高。重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用課內(nèi)實習(xí)和課外實驗室開放時間，教師示范操作引導(dǎo)，把每一個步驟解決的是什么問題、理論的依據(jù)是什么都講解清楚，提醒學(xué)生注意每一個過程的操作細(xì)節(jié)，然后學(xué)生分組操作練習(xí)，結(jié)合實際項目開展自主實踐學(xué)習(xí)活動[13]。教學(xué)團(tuán)隊不定期對教學(xué)實施過程進(jìn)行全面、客觀地分析，發(fā)現(xiàn)問題，提出改進(jìn)方案，擬定符合實際、切實可行、具有一定前瞻性的課程目標(biāo)，促進(jìn)達(dá)成新工科教學(xué)改革的各項要求。

2.3 以職業(yè)精神培養(yǎng)為核心開展課程思政

測繪工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是具有人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和社會責(zé)任感的高級應(yīng)用型人才，課程目標(biāo)要與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相對接，圍繞“精益求精、吃苦耐勞、團(tuán)結(jié)協(xié)作、追求卓越”的職業(yè)精神開展課程思政。在教學(xué)過程中融入課程思政的理念，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀，結(jié)合專業(yè)知識培養(yǎng)學(xué)生的價值取向，培養(yǎng)出政治思想過硬、專業(yè)知識扎實、能夠適應(yīng)社會的合格人才。

測繪行業(yè)的很多英雄集體、英雄事跡會鼓舞人、振奮人，能促使測繪人改變態(tài)度、喚起其對專業(yè)的了解和熱愛?！皣鴾y一大隊”就是英雄集體的典型代表，是全國測繪戰(zhàn)線思想作風(fēng)好、技術(shù)業(yè)務(wù)精、艱苦奮斗、敢打硬仗、不怕犧牲、功勛卓著、無私奉獻(xiàn)的英雄測繪大隊。師出同門的情感、專業(yè)特性的情懷、耳濡目染的熏陶、油然而生的愛國情結(jié)，能夠提升學(xué)生獻(xiàn)身專業(yè)的熱情和斗志。人生的光芒就是平凡中的偉大。平凡的人只要踏實工作，甘于默默奉獻(xiàn)，一樣可以成為對國家、對社會有用的人才。青春無悔就是學(xué)海無涯的勤奮，在艱苦中磨煉意志，在逆境中頑強(qiáng)拼搏，在新工科時代體現(xiàn)自我價值[14]。工匠精神對于工科專業(yè)尤為重要,其內(nèi)涵包括敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等方面的內(nèi)容，不僅要注重能力培養(yǎng)，也要結(jié)合專業(yè)特點進(jìn)行價值培養(yǎng)、情感培養(yǎng)和貢獻(xiàn)培養(yǎng)。社會需要高精尖的科技人才，也需要工匠，正是這些無私的工匠支撐著行業(yè)的運(yùn)行。通過以職業(yè)精神為核心的教育活動，使學(xué)生認(rèn)識到自身價值，激發(fā)學(xué)習(xí)進(jìn)取、獻(xiàn)身測繪的意識。

2.4 以專業(yè)能力訓(xùn)練為目標(biāo)開展學(xué)科競賽活動

為了使測繪工程專業(yè)大學(xué)生提高專業(yè)技能，促進(jìn)學(xué)科專業(yè)發(fā)展，國家和省級行業(yè)主管部門秉承“繼承傳統(tǒng)、面對現(xiàn)實、接納新知識”的理念，設(shè)立并定期開展以測繪專業(yè)技能為主體的學(xué)科競賽活動。水準(zhǔn)測量、導(dǎo)線測量(近幾年取消)、地形圖測繪、程序設(shè)計等競賽項目都與“數(shù)字測圖原理與方法”課程內(nèi)容息息相關(guān)，學(xué)懂弄通練精“數(shù)字測圖原理與方法”課程是學(xué)生在學(xué)科競賽中取得好成績的重要基礎(chǔ)。

學(xué)科競賽既是對學(xué)生能力的檢驗，也是對指導(dǎo)教師水平的考核，需要很強(qiáng)的責(zé)任感和使命感，更是對課程思政效果進(jìn)行檢驗和鞏固的舞臺[11-16]。教學(xué)團(tuán)隊即指導(dǎo)團(tuán)隊，以課程教學(xué)考核信息為基礎(chǔ)指導(dǎo)學(xué)生報名，講解競賽規(guī)程，遴選確定參賽選手；以競賽內(nèi)容的知識儲備、強(qiáng)化細(xì)節(jié)、實際訓(xùn)練、模擬比賽等手段提升競賽能力，形成了獨具特色的指導(dǎo)模式。選拔訓(xùn)練流程如圖1所示。

圖1 選拔訓(xùn)練流程

牢固的理論根基、熟練和規(guī)范的專業(yè)技能是比賽從容、淡定的基礎(chǔ)，多環(huán)境的訓(xùn)練是應(yīng)對各種突發(fā)問題的保障，指導(dǎo)教師的親自示范操作能夠讓學(xué)生明確目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。從削鉛筆、寫阿拉伯?dāng)?shù)字等點滴細(xì)節(jié)入手，規(guī)范記錄，培養(yǎng)學(xué)生掌握傳統(tǒng)技能，逐步形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。家國情懷和工匠精神的培養(yǎng)，激發(fā)參賽學(xué)生的使命感，使之發(fā)自內(nèi)心地去承擔(dān)、包容、互補(bǔ)，團(tuán)隊的凝聚力會在訓(xùn)練、交流中形成。在競賽的準(zhǔn)備過程中，學(xué)生與指導(dǎo)教師利用課余時間交流競賽內(nèi)容和備戰(zhàn)問題，指導(dǎo)教師的作風(fēng)、思想、能力會感染學(xué)生，這個階段是學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是調(diào)動學(xué)生積極性、提升參賽熱情的重要部分。在失誤中找原因，在個體中找差距，在配合中找不足，使學(xué)生自我學(xué)習(xí)、獲取知識的能力得到極大地增強(qiáng)，團(tuán)隊意識、溝通交流和協(xié)作能力得到飛速提高。

3 教學(xué)效果分析

為了檢驗課程改革效果，對同一專業(yè)的不同班級進(jìn)行了雙盲教學(xué)試驗，采用相同的課程目標(biāo)、相同的考試試卷、相同的教學(xué)資源，傳統(tǒng)教學(xué)和教改教學(xué)取得了不同的教學(xué)效果。具體數(shù)據(jù)詳見表1所示。

表1 教學(xué)改革效果對比

對比分析可以看出：通過教改教學(xué)的學(xué)生實踐能力提高顯著，儀器操作能力和應(yīng)用能力大大增強(qiáng),實驗室開放取得了效果；答疑的次數(shù)明顯增加，學(xué)生的思考能力和求知欲明顯增強(qiáng)；考試及格率明顯提高，過程評價系統(tǒng)發(fā)揮了作用，教學(xué)改革效果明顯；課程對畢業(yè)要求達(dá)成度及課程目標(biāo)達(dá)成度較好，且達(dá)成度得到了很大的提升。

依托學(xué)科競賽，將課程思政融入課程教學(xué)全過程中，極大地調(diào)動了學(xué)生參賽積極性，激發(fā)榮譽(yù)感，增強(qiáng)擔(dān)當(dāng)意識，思想境界得到了提高。在國家和省級的學(xué)科競賽中，共有30人次獲得特等獎，50人次獲得一等獎，34人次獲得二等獎，8人次獲得三等獎。其中，參賽的學(xué)生90%來自教改教學(xué)的班級，教改教學(xué)收到了很好的效果。

4 結(jié)束語

新工科代表的是最新的產(chǎn)業(yè)或行業(yè)發(fā)展方向。隊伍建設(shè)是學(xué)科建設(shè)的根本，學(xué)術(shù)研究是學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)，學(xué)科專業(yè)課程體系的建設(shè)是教學(xué)的根本，完善的評價體系是客觀、公正評價的保障。測繪工程專業(yè)新工科建設(shè)是一個探索和實踐的過程，新工科的“新”需要一大批課程教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新，通過對“數(shù)字測圖原理與方法”課程的現(xiàn)狀分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題和不足；結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證思想，采用多種教學(xué)模式、融入課程思政理念、引入學(xué)科競賽促進(jìn)專業(yè)能力訓(xùn)練等一些改革和嘗試，為工科教育教學(xué)的改革與發(fā)展提供新的途徑。