面向OBE培养理念的《数字摄影测量》课程改革 | [PDF全文] |
自中国2016年正式加入国际工程联盟大会《华盛顿协议》以来,教育部积极推进新工科建设,并基于OBE(outcome based education)教学模式对工科专业进行工程教育认证。武汉大学遥感科学与技术专业2016年通过了工程教育认证,进入持续改进阶段。传统的课程教学往往聚焦“教”的过程及效果,考核的重点是学生对知识点熟练掌握程度。OBE教育又称成果导向教育,Spady于1981年提出了OBE理念,此后,该理念得到了美国工程与技术教育认证协会的全面认可,并继而在各国得以盛行[1, 2],它是基于学习产出的教育模式,以学生为中心的,更加着重于“学”的效果,不仅要求每个专业有明确的人才培养目标,而且要有与此相配又可以衡量的毕业要求,并且规定它应该覆盖国际工程专业认证标准中的12条毕业要求,也就是“华盛顿协议”规定了工科毕业生12点独立的、可评估的毕业生品质:工程知识、问题分析、解决方案的设计与开发、调查研究、现代工具应用、工程师与社会、环境与可持续性、职业道德、独立工作与团队工作、沟通与交流、项目管理与财务和终身学习。
2016年6月,武汉大学遥感科学与技术专业参加了教育部评估中心组织的工程专业认证。依据武汉大学的学校办学定位和人才培养总目标,根据遥感学科发展的规律和社会对遥感人才培养的需要,遥感信息工程学院制定了遥感科学与技术专业的培养目标。为了实现培养目标,必须设定一整套适应于它的课程体系,其中《数字摄影测量》课程是遥感科学与技术专业的核心课程,它开设的目的是使遥感科学与技术专业大学本科生掌握摄影测量学科3个阶段所涵盖的摄影测量基本理论、算法、主要作业方法以及发展动态。针对遥感专业工程专业认证的要求,本文首先对《数字摄影测量》教学大纲的修改进行探讨,然后为了加强对学生能力的评价,对传统的以考察学生知识点的考试方式进行修正和完善。
1 《数字摄影测量》教学大纲存在的问题传统的课程大纲主要包含以下几个部分的内容:①课程的基本信息。②教学目的:《数字摄影测量》是一门关于从影像自动、半自动提取数字信息的专业课,是遥感科学与技术专业中摄影测量与遥感方向的必修课,目的在于使学生掌握数字《摄影测量》的基本理论和方法,了解摄影测量的发展,使学生能在未来的实践中发挥作用,并适应科学技术发展的需要。③教学要求:重点掌握数字影像匹配、数字高程模型、数字微分纠正和真正射影像的概念;影像匹配同名核线确定、数字高程模型内插、数字微分纠正和真实景观图的制作的原理和方法;掌握特征匹配和等高线的跟踪方法,数字影像匹配策略和数码航空影像的成像特点及应用;熟悉数字影像概念、采样定理、点线提取算子和定位算子、数字测图的数据获取、处理和输出以及当前世界上主要数字摄影测量系统的概况以及当代摄影测量的发展动态。④考核方式:一般表述平常成绩占30%,期末成绩占70%,这是学校本科生的参考要求。
工程专业认证中毕业要求能否达成的关键是课程体系的支撑,每门课程首先要有明确的培养目标,系列课程目标的实现为毕业要求的达成奠定了坚实的基础。由此看来传统《数字摄影测量》教学大纲存在两大问题:第一,没有明确而具体的课程目标,这些目标的达成对毕业要求的支撑作用需要进一步定量化的描述;《数字摄影测量》教学大纲中的教学目的过于笼统,教学要求主要强调专业知识点的掌握情况,没有对学生工程能力以及素质做明确的要求。第二,以往的考核方式过于简单,着重考察学生知识点的掌握,对学生能力和科学研究素质没有考核。针对上述问题,结合工程专业认证的具体要求,对《数字摄影测量》教学大纲做了修订。
2 《数字摄影测量》教学大纲的修订课程教学目标是教学活动的关键要素,课程教学大纲中应该用清楚的语言表达出来,让老师们能够根据这些目标,安排整个的教学活动,同时可以选择合适的教学方法和评价模型。课程小组教师们根据遥感科学与技术专业的毕业要求,结合2018版本科人才培养方案,经过不断的讨论,确定了《数字摄影测量》课程的培养目标。
课程目标1:能够使用高等数学、数字图像处理、空间数据误差处理和解析摄影测量学课程知识理解和分析数字摄影测量中自动化数据处理的理论原理和问题。
课程目标2:了解典型数字摄影测量中影像获取技术,数字影像的特征提取技术,影像匹配技术,数字地面模型中数据获取、处理与生成技术,正射影像纠正、自动镶嵌和影像匀光匀色等技术的基本原理。
课程目标3:能够使用搜索工具访问专业国际网站,能够阅读专业网站内容,自主学习最新数字摄影测量的新技术与新方法。
课程目标4:在课程作业的研究过程中培养和锻炼学生的科研能力、表达能力和团队合作精神。
上述这4个课程目标与第二部分中传统大纲中《数字摄影测量》教学目的和要求进行比较,可以发现具有以下两个显著的特点:
1) 课程目标的实现是毕业要求达成的基础,新的教学大纲中明确了课程培养目标与毕业要求的关系。对于教师而言,首先是指课程教学目标。以往教学大纲中的教学目标表达存在着内容空泛、表述模糊、定位不清等问题。课程目标不仅要明确“教什么”,还要指出它与毕业要求的关系:例如:课程目标1可以支撑第一个毕业要求(工程知识:掌握扎实的数学、物理、地理等方面的基础理论及知识,掌握遥感科学与技术的基础知识,并能应用于遥感领域的复杂工程问题。课程目标2也可以支撑第四个毕业要求(研究:掌握扎实的遥感科学基础理论和研究方法,能够针对遥感领域的复杂工程问题进行研究,能够产生一些独特、新颖和有社会价值的创新思维和创新技能,具备解决空间信息分析、表达与应用问题的能力)。课程目标3主要是对学生使用线的工具和终身学习能力的培养要求(使用现代工具:能够充分运用现代通讯传输设备进行信息交流和处理,具备利用计算机、各种数字设备进行现代信息交流的能力;在传统文献资源基础上,能够充分利用图书馆资源、互联网络资源、移动终端信息资源获取遥感学科领域知识和最新研究进展;具有较强的计算机操作能力)。课程目标4针对个人与团队要求:遵守社会公德,诚信为人;思想活跃、有进取心,有健全的人格;具备良好的身体素质和心理素质;具有团队协作精神,具备领导他人以及被他人领导的能力,是对学生处理个人和团队以及沟通协作能力的培养要求。
2) 课程的教学大纲是课程教学的顶层设计,毕业要求是专业的预期效果设计,如何把专业层面的、课程层面的和课堂教学层面的效果有机的联系起来,相互依存,相互支撑,相互传递,使学生的预期学习效果与课程评价一致起来[3-8]。参考文献[2]中指出老师在设计课堂教学或单元教学目标时,要以专业层面毕业要求和课程层面的培养目标为导向,使制订出来的课堂教学目标与这些预期学习结果评价机制形成有机整体。也就是说,要顶层设计预期学习结果的传递在明确所授予课程预期学习结果对于专业预期学习结果贡献程度的同时,还要明确所授课程及所授课时或单元对整体预期学习结果的贡献程度。把专业层面的预期学习结果有机地分解到每门课和每课堂教学是实现课程目标的关键。传统的教学大纲着重于知识点的传授,通常要求学生掌握重点内容,了解一般性内容,所采用的考核方式与此一对应,基本上是知识点掌握程度的考量。而新教学大纲中不仅明确提出应该掌握的重点知识,而且也要训练学生的工程能力,这样其考核方式不应该是单一的知识点掌握程度的测试,还要对学生能力进行评价。例如:如何考察学生的口头表达和应用文献的能力?如何评价学生团队协作和终身学习能力?传统单一型考试形式不再适应新时期的教学需要了,为了确保教学评价方式与预期学习效果能够保持一致,需要对《数字摄影测量》课程考核方式进行修改和完善。
3 考核方式的修改在国外OBE工程专业认证背景下的高校教师教学发展教育模式实践中,特别重视“教学评价手段”与预期学习结果类型保持一致性[2]。安德森修订的布鲁姆教育目标分类框架,认为知识维度可以分为4种水平:陈述性知识、概念性知识、程序性知识和反省认知知识。第一种方式——作业,主要作用就是,如果某节课的预期学习结果为辨别知识点之间的区别,它处于陈述性知识与理解的覆盖交叉面上。为实现此目标,教学中就应该尽量创造各种机会和条件让学习者练习辨别的能力,在考查中主要要求学生对概念和原理的理解和掌握,而不是去背各种定义等;这个评价对课程目标的支撑关系也是明确的,对课程目标1达成贡献度为40%,对课程目标2的达成贡献度为60%。第二种方式——讨论,这种方式的会加强学生自主学习的能力,由于以学生为主体,采用多样化的教学形式,可以让学生在理解和掌握知识的基础上,训练他们的文献查阅和口头表达能力。这一阶段对课程目标3和课程目标4的达成,贡献度分别为50%。第三种方式——编程实习,应该是重要的教学环节,也是程序性知识和应用的交叉点,为了实现预期学习结果,教师就要给学生提供练习或操作公式的机会,这一阶段的分组训练对课程目标3和课程目标4中的学生团队合作能力提高有很好的帮助。第四种方式——期末考试,应该是综合评价,内容涵盖以上3方面的知识点和对平时实习中出现问题的思考和分析,同时对课程目标1和课程目标2的达成贡献度分别为60%和40%。综上所述,为了实现4个课程目标,在教学环节和评价方式上进行了一些改进。教学大纲是一门课程的顶层设计,由于国际工程认证将推动中国的工科教学由经验型转向科学型,它的作用是至关重要的。
4 结束语本文以武汉大学遥感科学与技术专业中的专业核心课程《数字摄影测量》为例,对基于OBE理念的专业核心课程建设进行了思考,针对传统的课程教学大纲、课程目标以及评价方式存在的问题上,结合以提升学生能力为导向教学理念要求,对教学大纲进行修订和完善,明确了《数字摄影测量》课程目标与遥感科学与技术专业毕业要求的相互依存和支撑的关系,详细阐述了课程的评价体系。当然在课程建设中,还存在着不少问题,特别在优化课程教学内容和建设优质实验实践环境方面,还有很大的提升空间。
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