謝宏全，周 立，孫 華

(淮海工學(xué)院測繪與海洋信息學(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)實踐

謝宏全，周 立，孫 華

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

為了不斷增加數(shù)字海洋建設(shè)的高級技術(shù)人才，開展教學(xué)研究具有重要意義。本文在簡要介紹開設(shè)“數(shù)字海洋工程”課程必要性與建設(shè)進展的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了課程性質(zhì)、學(xué)時安排與教學(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、開發(fā)實習(xí)構(gòu)成。最后，對3門獨立課程考核方法進行了介紹。

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。

CDIO 是一種以工程項目設(shè)計為導(dǎo)向、以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的最新成果[1]。以提高學(xué)生工程實踐能力為目的，同時還包括培養(yǎng)工程科學(xué)能力、技術(shù)實踐能力、新知識學(xué)習(xí)能力、團隊交流能力等[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，強調(diào)學(xué)生“做中學(xué)”，并通過學(xué)生在相關(guān)技能或活動上的表現(xiàn)來評價教學(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”，在簡單介紹課程必要性與建設(shè)進展的基礎(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)運而生,是數(shù)字地球的重要組成部分,對我國的海洋管理、調(diào)查、研究、開發(fā)、利用、保護等具有重要意義。數(shù)字海洋建設(shè)是一項龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，也是一項科學(xué)工程, 具有空間性、整體性、持續(xù)性和系統(tǒng)性的特點[4]。為在海洋競爭中獲取信息優(yōu)勢, 美、英等國已將科研尖端力量和大筆資金投入數(shù)字海洋工程。國家海洋信息中心于1999年首次提出了“數(shù)字海洋”的概念和中國“數(shù)字海洋”發(fā)展的基本思想[5]。我國在2001年啟動數(shù)字海洋項目建設(shè)，2004年實施了近海海洋綜合調(diào)查和評價專項( 908專項),確立了建設(shè)“中國近海數(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]。我國建成了全球第一個數(shù)字海洋系統(tǒng),并正式發(fā)布了首個數(shù)字海洋公眾服務(wù)系統(tǒng)iOcean[7]。目前國家與省級節(jié)點建設(shè)與應(yīng)用已經(jīng)完成，市縣級海洋管理單位結(jié)合自身實際需要，利用最新相關(guān)技術(shù)正處于關(guān)鍵的發(fā)展時期[8]。

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

為推進我國數(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，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、我國數(shù)字海洋建設(shè)的現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展趨勢等相關(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)進展

目前我國處于數(shù)字海洋建設(shè)與應(yīng)用的初級階段，將來對各類相關(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)方法與成績評定辦法。2015年本系列課程的教學(xué)研究被確定為校級教學(xué)改革研究項目。

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建設(shè)專業(yè)之一，是全國第一個培養(yǎng)海洋信息技術(shù)人才的本科特色專業(yè)，2008年第一批入選校級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)，2009年被遴選為校級特色專業(yè)建設(shè)點，2010年入選第六批國家級特色專業(yè)建設(shè)點，2015年確定為江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程一期項目。

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級以前的3個培養(yǎng)方案中，本課程設(shè)置為專業(yè)選修課程，32學(xué)時(含4學(xué)時實驗)，對于2004—2011級海洋技術(shù)專業(yè)學(xué)生，只有2006級在第七學(xué)期開設(shè)過一次；第二次是在2012級培養(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(含4學(xué)時實驗)，配套有課程設(shè)計1周，開發(fā)實習(xí)2周(其中2012級已經(jīng)完成教學(xué))；第三次是在2014級培養(yǎng)方案中，本課程設(shè)置為專業(yè)教育平臺的必修課程(第七學(xué)期)，32學(xué)時(含4學(xué)時實驗)，配套有課程設(shè)計2周，開發(fā)實習(xí)3周。在2016級培養(yǎng)方案中，與2014級的設(shè)置相同。

二、課程教學(xué)安排

1. 課程性質(zhì)與學(xué)時安排

以2012級培養(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、海洋測量學(xué)、海洋調(diào)查與觀測技術(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、開發(fā)、建設(shè)、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)維護管理的能力。

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)?？倢W(xué)時為32學(xué)時(2個學(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，學(xué)時分配見表1；第二部分是實驗教學(xué)，為4學(xué)時。

表1 課堂教學(xué)授課主要內(nèi)容及學(xué)時安排

2. 教學(xué)內(nèi)容安排

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

(1) 課堂與實驗教學(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、中國數(shù)字海洋-理論與實踐、海洋地理信息系統(tǒng)原理與實踐。以上圖書的內(nèi)容各有側(cè)重，個別圖書出版時間比較早，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)表的文獻資料也非常少。

基于以上相關(guān)文獻資料的總體情況，2014年對課程的教學(xué)大綱進行了修訂。2015年針對海洋技術(shù)專業(yè)2012級學(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)補充最新的數(shù)字海洋建設(shè)技術(shù)發(fā)展動態(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第一個環(huán)節(jié)C(構(gòu)思)的理論基礎(chǔ)。

實驗教學(xué)環(huán)節(jié)共4個學(xué)時，安排2個實驗項目：一個是“海洋空間基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)設(shè)計”；另一個是“數(shù)字海洋工程功能開發(fā)”。每個學(xué)生在指導(dǎo)教師與實驗指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上完成，提交實驗報告。實驗教學(xué)目的與內(nèi)容見表2。實驗教學(xué)內(nèi)容是CDIO第一個環(huán)節(jié)C(構(gòu)思)的實踐基礎(chǔ)。

表2 實驗教學(xué)主要內(nèi)容及學(xué)時安排

(2) 課堂設(shè)計教學(xué)內(nèi)容

本課程設(shè)計(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)系實際，針對具體的問題，掌握數(shù)字海洋工程的概念與理論，設(shè)計的方法、流程和步驟。

依據(jù)學(xué)生的相關(guān)知識學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，結(jié)合本課程設(shè)計的內(nèi)容，將海洋技術(shù)專業(yè)2012級學(xué)生分成6個小組，每個小組5～6人。在指導(dǎo)教師提供的8個與海洋管理相關(guān)的備選題目中進行選擇。以小組為單位，每個小組收集與題目相關(guān)的文獻資料，完成系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，依據(jù)指導(dǎo)教師的具體要求撰寫系統(tǒng)需求分析報告。課程設(shè)計內(nèi)容的完成是CDIO第二個環(huán)節(jié)D(設(shè)計)方面的訓(xùn)練，也是培養(yǎng)學(xué)生在實踐中獨立分析問題、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)計完成的基礎(chǔ)上進行的集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)(必修)。通過實習(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、建模和功能開發(fā)；加深對基礎(chǔ)理論知識的鞏固，并把理論運用于實踐，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，不斷完善和總結(jié)所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的實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)實習(xí)的第一步是帶領(lǐng)學(xué)生到連云港海域使用保護動態(tài)管理中心進行參觀，邀請系統(tǒng)管理人員講解國家海洋局動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)、連云港海域無人機三維立體監(jiān)管平臺、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。這不僅有助于進一步理解理論知識，而且為系統(tǒng)的開發(fā)實習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

針對海洋技術(shù)專業(yè)2012級學(xué)生，在完成課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，完成系統(tǒng)總體設(shè)計書(包括系統(tǒng)的實際目標(biāo)分析、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計、開發(fā)環(huán)境分析、實施計劃、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、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、系統(tǒng)集成與測試)。開發(fā)實習(xí)內(nèi)容的完成是CDIO第三與第四環(huán)節(jié)I(實現(xiàn))O(操作)方面的訓(xùn)練，也是培養(yǎng)學(xué)生在實踐中獨立分析問題、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)校課程成績評定的管理辦法，按照教學(xué)大綱的要求，3個教學(xué)環(huán)節(jié)分別進行成績評定，具體的考核方法敘述如下。

1. 課程教學(xué)成績

總成績由平時成績和期末成績兩部分構(gòu)成，其中平時成績占30%，期末成績占70%，以百分制進行評定。

平時成績由作業(yè)成績、實驗成績、考勤成績3部分構(gòu)成。平時成績=(5次作業(yè)成績加和+2次實驗成績加和+考勤成績)/8。作業(yè)題目每次1～2個，以教師講授的內(nèi)容為主，概念與簡答題目，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定。實驗成績依據(jù)學(xué)生上交的實驗報告以百分制進行評定?？记诔煽?(100/考勤次數(shù))*考勤時的出勤次數(shù)。

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

2. 課程設(shè)計成績

課程設(shè)計成績由指導(dǎo)教師根據(jù)設(shè)計表現(xiàn)(考勤和實習(xí)態(tài)度)(30%)和提交的設(shè)計書(70%)給出，最終采用優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級分制評定。

3. 開發(fā)實習(xí)成績

開發(fā)實習(xí)成績包括學(xué)生的實習(xí)態(tài)度(依據(jù)考勤)、日記、實習(xí)報告、開發(fā)能力(主要依據(jù)系統(tǒng)運行和演示情況)4個方面，在實習(xí)成績中占的比例分別為10%、10%、40%、40%，實習(xí)成績按照優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級分制評定。

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，是對工程教育的一種探索，實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，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手能力和工程素養(yǎng)。目前我國數(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)進展，不斷充實授課內(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)項目(PPZY2015B116)；淮海工學(xué)院2015年校級教學(xué)改革研究立項課題(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)實踐[J].測繪通報，2016(12)：127-130.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0418.

G64

B

0494-0911(2016)12-0127-04