劉智敏，獨知行，劉尚國，蘇 醒，于勝文

(山東科技大學(xué) 測繪與空間信息學(xué)院,山東 青島 266590)

2017年1月經(jīng)國務(wù)院同意，教育部、財政部、國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)實施辦法(暫行)》。2017年9月正式公布雙一流建設(shè)名單。2019年11月教育部印發(fā)《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》，“實施一流本科課程‘雙萬計劃’讓本科課程優(yōu)起來”。課程是高等學(xué)校教學(xué)的基本單元，是高校教學(xué)的核心內(nèi)容。學(xué)科的概念體現(xiàn)了一種知識的分類，課程存在與培養(yǎng)目標和培養(yǎng)對象的適切性問題。大學(xué)的課程是分層分類的，不同課程有不同的課程目標，按照培養(yǎng)目標和課程目標，不同的學(xué)科知識通過結(jié)構(gòu)化、邏輯化和系統(tǒng)化轉(zhuǎn)化為課程[1-2]。測繪類專業(yè)課程在強化網(wǎng)絡(luò)在線課程建設(shè)、結(jié)合測繪工程教育專業(yè)認證標準深化教學(xué)改革、提高課堂教學(xué)質(zhì)量上取得了一定成果[3-10]?！癎NSS測量與數(shù)據(jù)處理”是測繪專業(yè)的主干專業(yè)必修課，課程內(nèi)容涵蓋GNSS時空基準、信號與星歷、誤差源、定位方法、技術(shù)設(shè)計與外業(yè)實施、數(shù)據(jù)處理等理論與實踐相結(jié)合的課程[11-12]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”在線教學(xué)新常態(tài)的背景下，衛(wèi)星導(dǎo)航定位科技發(fā)展迅猛、知識更新快，“GNSS測量與數(shù)據(jù)處理”課程通過線上線下混合式教學(xué)改革研究，包括混合式教學(xué)設(shè)計、課程思政案例、過程性考核及多元化評價等，一定程度上解決了教學(xué)中存在的幾個問題，有助于達成該課程的知識、能力、素養(yǎng)等方面的教學(xué)目標，提升了學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題”的能力和工程教育專業(yè)認證的課程達成度，促進了以課程為根本載體落實立德樹人的根本任務(wù)。

1 教學(xué)中存在的問題

2020-07-31中國建成北斗三號系統(tǒng)向全球提供服務(wù)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展和提高，GPS向GNSS教學(xué)的發(fā)展[13]，課程內(nèi)容進行擴容，同時本科教育的學(xué)分改制，該課程在測繪工程專業(yè)由3學(xué)分(18學(xué)時為1學(xué)分，46學(xué)時講授+8學(xué)時實驗=54學(xué)時)減至2.5學(xué)分(16學(xué)時為1學(xué)分，36學(xué)時講授+4學(xué)時實驗=40學(xué)時)，遙感、地信等其他測繪類相關(guān)專業(yè)的該課程同樣進行了相應(yīng)課時壓縮，文中的研究成果同樣適用，不做重復(fù)討論。從知識、能力、素養(yǎng)方面在培養(yǎng)學(xué)生過程中，亟待解決以下問題：

1)由于前些年的大學(xué)道德教育與教學(xué)活動是分離的，導(dǎo)致大學(xué)生出現(xiàn)不重視道德修養(yǎng)，德與才教育不同步的情況，測繪類學(xué)生對職業(yè)規(guī)范和科學(xué)守拙的嚴謹精神要求更高，需要解決“如何將價值引領(lǐng)融入教學(xué)”的問題；

2)在教學(xué)過程中，針對課堂低頭族、知識概念化、孤立化、學(xué)不知用等現(xiàn)象，需要解決“課程學(xué)時壓縮、學(xué)生學(xué)習(xí)被動”的雙重問題；

3)在考評與反饋上，面對一考定成績與 “低頭族、抬頭率”的困境，需要解決“考評單一，改進不及時”的問題。

2 基于多維空間的線上線下混合式教學(xué)設(shè)計

從教學(xué)理念與目標、教學(xué)內(nèi)容與過程、教學(xué)設(shè)計與實施，采用線上、線下混合式教學(xué)，通過MOOC支撐對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從傳統(tǒng)的“理論教學(xué)+實踐教學(xué)”平面化教學(xué)模式，拓展為“高效課堂+線上學(xué)習(xí)+翻轉(zhuǎn)課堂+實驗教學(xué)+測繪復(fù)雜問題解析實訓(xùn)”多維教學(xué)設(shè)計，通過講座責任制[14]課堂教學(xué)討論式，思維導(dǎo)圖方法[15]作為預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)工具，案例教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生解決測繪復(fù)雜問題能力，提高課程的“兩性一度”目標。主要從混合式教學(xué)設(shè)計、課程思政案例、過程性考核及多元化評價等幾方面進行教學(xué)研究改革與實踐解決以上問題。

2.1 采用講座責任制、討論式，打造線上線下混合式課堂

以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，產(chǎn)出為導(dǎo)向(Outcome-Based Education，OBE)，采用講座責任制[14]、討論式，打造線上線下混合式課堂的教學(xué)模式，其中線上學(xué)時不占課時，課外與課內(nèi)學(xué)時比接近1∶1(見表1)，解決“學(xué)習(xí)被動、學(xué)時壓縮”的雙重問題。

課程內(nèi)容上，GPS向GNSS教學(xué)的發(fā)展[13]，主要涉及到的內(nèi)容有：案例討論上，由單系統(tǒng)到多系統(tǒng)；在GNSS時空基準上，考慮多模數(shù)據(jù)處理中時空基準統(tǒng)一；衛(wèi)星位置計算上，須添加北斗系統(tǒng)3種類型衛(wèi)星的位置計算；定位技術(shù)上，有多模定位、NRTK+PPP等。

教學(xué)設(shè)計上，按照課前、課中、課后培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力：

1)課前，線上視頻、測試習(xí)題的預(yù)習(xí)，采用思維導(dǎo)圖工具對知識歸納，通過文獻查閱相關(guān)內(nèi)容，了解課上涉及的知識及應(yīng)用、奠定知識點基礎(chǔ)，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性、節(jié)省了課堂時間，實現(xiàn)學(xué)習(xí)的低階目標[16]；

2)課中，在課堂上(線下)以講座責任制為主，通過講座教師課程模塊的講座[14]，采用啟發(fā)式講授知識點的整合關(guān)聯(lián)及應(yīng)用、討論式進行案例分析和深入學(xué)習(xí)研討、階梯式引導(dǎo)應(yīng)用舉例，師生互動中進行知識的理解、應(yīng)用和分析、討論，如通過自身平臺發(fā)布討論主題，鼓勵學(xué)生積極思考、陳述小組討論結(jié)果及分析，打造高效課堂，促進自主性學(xué)習(xí)、過程性學(xué)習(xí)，同時在細節(jié)上加強對個人職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，促進了高階思維訓(xùn)練[17]；

3)課后，布置公式推導(dǎo)、主題程序設(shè)計、衛(wèi)星系統(tǒng)最新發(fā)展及應(yīng)用、文獻查閱等開放式作業(yè)，以小組為單位討論完成并進行互評，以獨立承擔GNSS項目設(shè)計實施和管理為導(dǎo)向，建立BDS/GNSS控制網(wǎng)設(shè)計案例庫，促進解決復(fù)雜測繪問題的能力和終身學(xué)習(xí)的達成。課中和課后有助于實現(xiàn)學(xué)習(xí)的高階目標[17-18]。

表1 “GNSS測量與數(shù)據(jù)處理”的線上線下混合式課程設(shè)計

2.2 課程思政和思政案例解析培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)

GNSS技術(shù)推動了大地測量與導(dǎo)航定位領(lǐng)域的全新發(fā)展，世界主要軍事大國和經(jīng)濟體都在競相發(fā)展獨立自主的GNSS，GNSS不僅是國家安全和經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施，也是體現(xiàn)現(xiàn)代化大國地位和國家綜合國力的重要標志，在政治、經(jīng)濟、軍事等方面具有重要的意義。結(jié)合中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Beidou Satellite Navigation System，BDS)發(fā)展，落實“堅持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一”，有步驟地推進“GNSS測量與數(shù)據(jù)處理”課程思政建設(shè)，圍繞立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)擔當民族復(fù)興大任的時代新人等舉措，探索實現(xiàn)專業(yè)課程思政，使“GNSS測量與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)目標與思政育人目標有機融合，以BDS思政案例設(shè)計等解決“如何將價值引領(lǐng)融入教學(xué)”的問題，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1)從課程緒論講述GNSS的發(fā)展，包括我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全面建成，成為GNSS全球服務(wù)的系統(tǒng)之一，培養(yǎng)學(xué)生作為中國人的自豪感和科技強國的責任使命感，弘揚新時代的北斗精神；

2)從衛(wèi)星定軌理論、衛(wèi)星定位原理方法的講授，在科技研究領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生具有嚴謹治學(xué)的科學(xué)態(tài)度、實事求是的科學(xué)精神；

3)從GNSS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計、測量實施及數(shù)據(jù)處理上，在工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生不斷求知、探索，精益求精的大國工匠精神；

4)外業(yè)儀器按照測量規(guī)范操作和內(nèi)業(yè)計算上，培養(yǎng)學(xué)生接受測繪職業(yè)道德教育熏陶，具備遵守職業(yè)規(guī)范職業(yè)素養(yǎng)；

5)從GNSS定位原理到數(shù)據(jù)處理的模型推導(dǎo)，從程序設(shè)計到專業(yè)軟件操作及二次開發(fā)，結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航定位科技的新發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生用專業(yè)知識進行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與BDS/GNSS應(yīng)用開發(fā)設(shè)計及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)發(fā)展。

2.3 教學(xué)考評與反饋上，注重過程考核和評價多元化

工程教育專業(yè)認證的核心理念之一是持續(xù)改進，有效的教學(xué)考評與反饋是持續(xù)改進的前提。注重過程性考核和評價多元化，有助于學(xué)生專業(yè)知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)。本課程成績評定，通過線上、線下相結(jié)合；考評階段上，分為過程性評價占40%、終結(jié)性評價占60%：過程性考核包括線上學(xué)習(xí)、課堂討論等平時成績和實驗(如圖1所示)；終結(jié)性評價以線下結(jié)課閉卷考試為主，主要以選擇題、論述題、綜合案例為主(比例分配如圖2所示)，考核知識的深入理解、靈活運用和解決專業(yè)復(fù)雜問題能力，提升學(xué)生專業(yè)興趣及自主學(xué)習(xí)能力。

過程性考核中，以線上(課外)學(xué)習(xí)和思維導(dǎo)圖記錄的方式奠定知識點基礎(chǔ)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)的低階目標[16]；而在線下(課堂)的知識整合和問題討論的師生互動中進行知識的理解、應(yīng)用和分析、討論，有助于知識的聯(lián)系與應(yīng)用解決專業(yè)問題能力的鍛煉，同時在細節(jié)上加強對個人職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，課后小組專題討論與程序設(shè)計等環(huán)節(jié)，促進了學(xué)習(xí)的高階目標實現(xiàn)[17-18]。過程性考核與終結(jié)性評價相結(jié)合，是課程實施“課程目標-教學(xué)設(shè)計-課堂教學(xué)-全程考核-達成度評價-反饋改進”(如圖3)中反饋環(huán)節(jié)的衡量要點。有助于推動教學(xué)內(nèi)容和方法改進，解決“考評單一，改進不及時”的問題。

2.4 教學(xué)實踐與成績分析

按照以上教學(xué)設(shè)計對測繪專業(yè)的“GNSS測量與數(shù)據(jù)處理”教學(xué)改革實施，為了對比教學(xué)改革實踐成效，在測繪工程18級的4個平行班中，18-1.2班實施講座責任制混合式教學(xué)模式，18-3.4班按照傳統(tǒng)授課方式(提供了同樣的線上課程資源)；試卷統(tǒng)一出題(同樣平時成績、實驗成績等過程考核共占40%，試卷成績作為終結(jié)性考核占課程的60%)、統(tǒng)一批改。值得注意的是，考試卷面一改常規(guī)的填空、名詞解釋、簡答題等教材上的固定答案形式，而是按照能力培養(yǎng)為主，參考注冊測繪師綜合能力考試的題型，包括單選題、多選題、綜合分析解答類開放式考題，考核學(xué)生對知識的靈活運用、分析問題解決問題和邏輯思維表達等能力培養(yǎng)達成度。

圖1 課程考核評價比例

圖2 考試題型比例

圖3 課程設(shè)計實施與考核評價循環(huán)圖

為了對比不同教學(xué)模式學(xué)生的成績整體趨勢，以班級均分、五級值占比來泛化個體差異，結(jié)果對比如表2所示。

1)班級的試卷卷面成績平均分都在67～73分的范圍，平行班整體試卷成績達到期望值70分，班級內(nèi)的個人成績符合正態(tài)分布規(guī)律，表明試卷出題難度適當。

2)進一步分析平行班各班試卷成績分布，優(yōu)良率總占比上，混合式教學(xué)模式班達到43%和39%，高于傳統(tǒng)教學(xué)模式班級的19%和24%；及格和不及格率總占比上，混合教學(xué)模式班為23%和25%，低于傳統(tǒng)模式班的56%和41%。

3)通過各班的終結(jié)性考核(試卷成績)與過程性考核的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)試卷均分達到70分以上的3個班，過程性考核平均成績?yōu)閮?yōu)良；而試卷均分未到68的班級，過程性考核平均成績僅為中等，驗證了學(xué)習(xí)過程對學(xué)習(xí)結(jié)果的重要性。由此得出，線上線下混合式教學(xué)設(shè)計與教學(xué)方法改革成效顯著。

表2 混合式教學(xué)講座責任制改革與傳統(tǒng)模式的平行班成績對比

3 結(jié)束語

順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”在線教學(xué)新常態(tài)的發(fā)展要求[12]，結(jié)合衛(wèi)星導(dǎo)航定位新發(fā)展，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，建立了線上線下混合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法設(shè)計、過程考核和評價多元化實施，采用思維導(dǎo)圖工具、討論式、案例式的講座責任制等教學(xué)研究改革與實踐，結(jié)合工程教育專業(yè)認證要求，以O(shè)BE理念進行教學(xué)設(shè)計優(yōu)化，用專業(yè)知識進行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與BDS/GNSS應(yīng)用設(shè)計開發(fā)，注重產(chǎn)教融合應(yīng)用，有利于學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，提高解決復(fù)雜工程問題能力，培育學(xué)生嚴謹治學(xué)的科學(xué)態(tài)度、實事求是的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力及職業(yè)素質(zhì)，達到知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的課程目標。有效的考核評價辦法也有助于推動教學(xué)內(nèi)容和方法持續(xù)改進，提高了課程的“兩性一度”目標，并在同類專業(yè)課中應(yīng)用推廣。