（南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院 江蘇·南京 210023）

測(cè)繪工程專業(yè)是一門(mén)實(shí)踐性要求很高的綜合學(xué)科，其培養(yǎng)的人才要能夠理解并貫通現(xiàn)代測(cè)量、遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的基本理論，要能夠掌握空間信息的獲取與處理、分析與應(yīng)用的原理與方法。為培養(yǎng)滿足此專業(yè)要求的測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用型人才，并具備良好的工程理念和學(xué)習(xí)能力，迫切需要引入新的教育模式應(yīng)用于測(cè)繪工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)。CDIO工程教育模式是2000年以來(lái)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)合作研究創(chuàng)立的。CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計(jì)）、Implement（實(shí)現(xiàn)）和Operate（運(yùn)作）四個(gè)單詞首字母的縮寫(xiě)，此教育模式以工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，以創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生解決系統(tǒng)工程的技術(shù)能力，即整個(gè)項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)、組織溝通與協(xié)調(diào)能力。

水準(zhǔn)測(cè)量用于測(cè)定地面點(diǎn)高程，是測(cè)繪工程本科生必須掌握的基本技能，是一項(xiàng)能夠直接應(yīng)用于實(shí)際工程的技術(shù)，對(duì)學(xué)生有較高的理論水平和動(dòng)手能力的要求。測(cè)繪工程專業(yè)的核心課程《測(cè)量學(xué)》、《大地測(cè)量學(xué)》、《控制測(cè)量學(xué)》和《工程測(cè)量》都設(shè)立了相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，包括：三、四等水準(zhǔn)測(cè)量和精密水準(zhǔn)測(cè)量等，占據(jù)了此專業(yè)測(cè)量類實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程近1/3的內(nèi)容。同時(shí)，作為全國(guó)高等學(xué)校大學(xué)生測(cè)繪技能大賽的指定項(xiàng)目，水準(zhǔn)測(cè)量體現(xiàn)了其在本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的重要程度。因此，探討CDIO模式下水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的改革和實(shí)踐，對(duì)培養(yǎng)測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生的工程能力有著重要意義。

1 水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)課時(shí)不足

現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)僅是理論教學(xué)相關(guān)內(nèi)容的補(bǔ)充，其強(qiáng)度和內(nèi)容往往達(dá)不到使學(xué)生掌握技能的程度。實(shí)踐教學(xué)通常采用分組操作的模式，學(xué)生輪流使用儀器，單人實(shí)踐練習(xí)的時(shí)間有限。經(jīng)過(guò)理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)之后，部分學(xué)生仍然難以熟練使用水準(zhǔn)儀，對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的方法和基本步驟也是一知半解，僅僅是機(jī)械模仿教師的儀器操作。

1.2 教學(xué)內(nèi)容滯后

實(shí)踐教學(xué)的形式與實(shí)際的行業(yè)應(yīng)用存在較大的出入，過(guò)于理論化和教科書(shū)化。學(xué)校教學(xué)儀器的先進(jìn)性常常滯后于生產(chǎn)實(shí)踐中使用的儀器，校內(nèi)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地又通常比實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)地更規(guī)整，教學(xué)內(nèi)容較真正的測(cè)量項(xiàng)目要簡(jiǎn)單。同時(shí)實(shí)踐成果的記錄和考核方式滯后，仍在大量使用紙質(zhì)記錄冊(cè)，存在學(xué)生篡改數(shù)據(jù)、拼湊觀測(cè)結(jié)果的現(xiàn)象，使得實(shí)踐教學(xué)效果大打折扣，難以提高學(xué)生的專業(yè)技術(shù)水平。

1.3 教學(xué)手段單一

實(shí)踐教學(xué)仍采用了較為傳統(tǒng)的課堂教學(xué)+室外講解的方式，但水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)值多、操作繁復(fù)、計(jì)算量大、精度要求高，不便于學(xué)生的理解和記憶。在實(shí)踐教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)“測(cè)量員邊翻書(shū)邊觀測(cè)，記錄員邊記錄邊問(wèn)觀測(cè)員”的情況，教學(xué)效果不佳。學(xué)生對(duì)于為何要進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，如何進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量缺乏獨(dú)立思考。教師對(duì)于學(xué)生的評(píng)價(jià)也局限于儀器的熟練程度和報(bào)告的完整程度，缺乏對(duì)學(xué)生更高層次的設(shè)計(jì)能力的鍛煉和考核。

2 水準(zhǔn)測(cè)量教學(xué)項(xiàng)目化

2.1 教學(xué)內(nèi)容多引導(dǎo)

以美國(guó)教育心理學(xué)家布魯納為代表的建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生在主動(dòng)改造和重組已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識(shí)的活動(dòng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上以任務(wù)為主線、以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的方法。為了幫助學(xué)生更好地理解水準(zhǔn)測(cè)量的意義，明確水準(zhǔn)測(cè)量是高程測(cè)量的手段之一，將如何測(cè)量高程作為一個(gè)任務(wù)整體來(lái)展開(kāi)教學(xué)。高程測(cè)量的教學(xué)內(nèi)容涵蓋了：測(cè)量方法（水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量、GNSS測(cè)量），高程系統(tǒng)（大地高、正高、正常高、力高），高程基準(zhǔn)面（大地水準(zhǔn)面、似大地水準(zhǔn)面、地球橢球面），等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量（二等、三等、四等）。教學(xué)內(nèi)容不局限于儀器操作和測(cè)量流程，而是要涵蓋水準(zhǔn)測(cè)量的意義和理論基礎(chǔ)。根據(jù)不同的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納、類比和綜合，由點(diǎn)到面串聯(lián)知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生觸類旁通的能力，加強(qiáng)思維的邏輯性和創(chuàng)新型。

通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。教師要根據(jù)實(shí)踐教學(xué)涉及的知識(shí)與技能點(diǎn)，把實(shí)踐內(nèi)容分解成一系列相關(guān)聯(lián)且逐級(jí)遞進(jìn)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在構(gòu)建出知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力。比如，面對(duì)高程測(cè)量的任務(wù)要求，如何正確選擇測(cè)量方法，水準(zhǔn)測(cè)量相對(duì)于其它測(cè)量方法，其優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)是什么？選擇水準(zhǔn)測(cè)量方法后，最終測(cè)量成果是在哪一種高程系統(tǒng)下，該高程系統(tǒng)的基準(zhǔn)面和水準(zhǔn)原點(diǎn)又是什么？如何根據(jù)項(xiàng)目的精度要求，確定水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)？不同等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量適合使用什么等級(jí)的儀器，測(cè)量流程又有何不同？通過(guò)這些問(wèn)題，讓學(xué)生明白水準(zhǔn)測(cè)量的意義，而不是簡(jiǎn)單地熟悉儀器操作，機(jī)械化地重復(fù)操作流程。面對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中的測(cè)量項(xiàng)目，能夠自行判斷去選擇適合的高程測(cè)量方法，如果選擇水準(zhǔn)測(cè)量，要能夠獨(dú)立完成測(cè)量等級(jí)、測(cè)量?jī)x器和測(cè)量流程的選擇。

2.2 教學(xué)目標(biāo)多層次

學(xué)習(xí)目標(biāo)推動(dòng)了學(xué)生進(jìn)行思維活動(dòng)，其參與的積極性越強(qiáng)，學(xué)習(xí)的推動(dòng)力越強(qiáng)，思維強(qiáng)度也就越大。因此，要梳理不同層次的目標(biāo)，做到理論性和技術(shù)性目標(biāo)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，一方面按照課程標(biāo)準(zhǔn)，完成課程知識(shí)和技能的教學(xué)，另一方面又能以思維能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)。教學(xué)過(guò)程中，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生自行將所學(xué)知識(shí)整合到一起，不僅要“知其然”，更要“知其所以然”。

1956年，美國(guó)教育心理學(xué)家本杰明·布魯姆提出了“布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類體系”，在此體系中，識(shí)記、理解、運(yùn)用、分析、綜合及評(píng)價(jià)構(gòu)成了認(rèn)知學(xué)習(xí)領(lǐng)域的目標(biāo)。隨著教學(xué)科學(xué)的發(fā)展，2001年，安德森等人提出了目標(biāo)的二位框架：知識(shí)維度和認(rèn)知過(guò)程維度，修訂了布魯姆教育目標(biāo)系統(tǒng)，認(rèn)知過(guò)程從低到高分為“識(shí)記、理解、運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新”六個(gè)層級(jí)。

識(shí)記，指對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)的基本概念的記憶，通過(guò)識(shí)記重點(diǎn)是明白水準(zhǔn)測(cè)量是測(cè)量高差實(shí)現(xiàn)的。理解，指把握知識(shí)的能力，理解不同高程系統(tǒng)的定義，將明確水準(zhǔn)測(cè)量的成果是正常高系統(tǒng)下的。運(yùn)用，指把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于解決問(wèn)題的能力，實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量的程序和成果整理，將實(shí)現(xiàn)將所學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)踐關(guān)聯(lián)起來(lái)。分析，指理解不同部分之間關(guān)聯(lián)的能力，通過(guò)對(duì)不同等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量方案的分析，可以根據(jù)任務(wù)要求選擇相應(yīng)的水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)。評(píng)價(jià)，指對(duì)材料作價(jià)值判斷的能力，通過(guò)判斷水準(zhǔn)測(cè)量方法的優(yōu)略，可以為任務(wù)選擇最適合的高程測(cè)量方法。創(chuàng)新，指對(duì)材料進(jìn)行綜合應(yīng)用和設(shè)計(jì)的工作，通過(guò)對(duì)測(cè)量知識(shí)的綜合運(yùn)用，最終完成水準(zhǔn)測(cè)量項(xiàng)目的任務(wù)書(shū)。

2.3 教學(xué)方法多樣化

翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國(guó)，它利用豐富的信息資源，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)由教師歸還給學(xué)生，讓學(xué)生成為教與學(xué)的主角，在世界各地廣受歡迎。傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，往往存在幾十人圍觀教師講解的情況，很難照顧每個(gè)學(xué)生。將翻轉(zhuǎn)課堂引入到實(shí)踐教學(xué)中，可以通過(guò)多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及到的內(nèi)容制作成微課，加深學(xué)生理解，也提高了課堂外學(xué)習(xí)的趣味性和主動(dòng)性。微課視頻可以課前分發(fā)給學(xué)生，并要求學(xué)生提前預(yù)先，學(xué)生之間也可以互相交流、檢查和督促。例如：可用微課表現(xiàn)的水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)容為：（1）水準(zhǔn)測(cè)量的儀器和工具，了解發(fā)展歷程、廠商、型號(hào)、精度；（2）水準(zhǔn)儀的使用，掌握水準(zhǔn)儀各部件名稱、作用、操作；（3）水準(zhǔn)測(cè)量的成果整理，掌握高差閉合差的計(jì)算和調(diào)整；（4）二/四等水準(zhǔn)測(cè)量，掌握測(cè)量規(guī)范、測(cè)量程序、測(cè)量精度估計(jì)。

3 水準(zhǔn)測(cè)量的項(xiàng)目實(shí)施

為了促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索研究、相互協(xié)作，達(dá)到綜合能力培養(yǎng)的目的，教師不直接向?qū)W生布置具體任務(wù)并教授詳細(xì)步驟，而是將學(xué)生置于生產(chǎn)應(yīng)用和科學(xué)研究的場(chǎng)景中，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索?；贑DIO工程教育理念，制定構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行四個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)計(jì)劃。

3.1 構(gòu)思

學(xué)生通過(guò)微課視頻、仿真軟件、珠峰測(cè)量新聞等多種方式，了解水準(zhǔn)儀的構(gòu)造、高程測(cè)量原理、水準(zhǔn)測(cè)量方法等。該階段，教師需要設(shè)計(jì)并布置工作任務(wù)，讓學(xué)生了解項(xiàng)目實(shí)施要求。學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)教師提供的資料，還要學(xué)會(huì)自主查閱資料。學(xué)生需要明確項(xiàng)目的實(shí)施思路，知道如何選擇測(cè)量方法、測(cè)量等級(jí)和測(cè)量?jī)x器。

3.2 設(shè)計(jì)

學(xué)生進(jìn)行分組，每組5-6人，結(jié)合企業(yè)工程項(xiàng)目的人員組織結(jié)構(gòu)，每組可設(shè)置項(xiàng)目經(jīng)理1人，協(xié)調(diào)組內(nèi)分工；總工程師1人，負(fù)責(zé)技術(shù)問(wèn)題；安全總監(jiān)1人，負(fù)責(zé)儀器和人員安全；質(zhì)量總監(jiān)1人，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。每個(gè)人同時(shí)是本項(xiàng)目的測(cè)量工程師。小組內(nèi)共同討論水準(zhǔn)測(cè)量方案，編寫(xiě)測(cè)量任務(wù)書(shū)，明確測(cè)量程序、時(shí)間安排和人員分工。教師需要巡回指導(dǎo)并提出改進(jìn)建議，學(xué)生反復(fù)修改，最終確定實(shí)施方案。

3.3 實(shí)施

實(shí)施過(guò)程中，教師現(xiàn)場(chǎng)示范，讓學(xué)生加深理解。學(xué)生以小組為單位，進(jìn)行實(shí)踐。熟悉儀器操作、測(cè)量程序的同時(shí)，還要能夠及時(shí)檢核測(cè)量結(jié)果是否在限差范圍內(nèi)。教師需要及時(shí)解答學(xué)生問(wèn)題，糾正錯(cuò)誤、維護(hù)秩序。

3.4 運(yùn)行

該階段是對(duì)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，教師組織答辯、審核實(shí)踐報(bào)告、考核實(shí)際操作。采用自評(píng)、小組成員互評(píng)、組間互評(píng)以及教師評(píng)價(jià)的形式對(duì)任務(wù)的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)綜合給出學(xué)生的實(shí)踐成績(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

CDIO教學(xué)模式把傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力和提升素質(zhì)融合在一起，用于消除教育與工程實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，形成了“教、學(xué)、做一體”的系統(tǒng)化工程教育方案。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革要使學(xué)生直接面對(duì)工程中的熱點(diǎn)、難點(diǎn)和新問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。教學(xué)實(shí)踐表明，CDIO模式下水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)踐，不僅使學(xué)生掌握了基本知識(shí)，儀器操作等技能，更是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。