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摘 要：根据长江大学勘查技术与工程专业毕业要求指标点分解的能力要求，从计算方法课程教学中存在的问题分析入手，基于成果导向教育（OBE）理念，从计算方法的教学大纲、教学内容、实例分析、实践能力培养、教学手段等方面进行了一系列的改革设计研究，在实践中验证了改革模式的可行性，获得了更好的教学效果。
关键词：OBE 理念；计算方法；教学改革
本文引用格式：聂昕 , 张泉滢 , 宋红伟 , 等 . 基于 OBE 理念的勘查技术与工程专业计算方法课程教学改革研究与实践 [J]. 教育现代化 ,2021,8(35):73-75.
Research and Practice on Educational Reform of Computational Method Based on OBE Idea for Exploration Technology and Engineering MajorNIE Xin, ZHANG Quanying, SONG Hongwei, WAN Yu
(School of Geophysics and Petroleum Resources, Yangtze University, Wuhan Hubei)
Abstract: According to capabilities requirement from the index point decomposition in the graduation requirements of the exploration technology and engineering major in Yangtze University, we analyzed the problems existing in the teaching practice in the course computational methods based on the Outcome Based Education (OBE) idea, from the aspects of teaching content, case analysis, practice ability training, and teaching methods, etc., we designed and conducted a series of reforms. And we verified the feasibility of reform model by practicing, and obtained a better teaching effect.
Keywords: OBE idea; computational methods; educational reform
一 计算方法课程存在的问题及研究现状
现代计算能力是大学生的基本能力之一，计算方法课程业也在工科类创新型人才培养中占据着重要地位 [1]。计算方法课程作为一门理工科的基本课程，综合了分析、代数、方程等数学理论，知识丰富、理论抽象、实践性较强 [2]，是应用地球物理勘探的基础。在计算方法课程教学方面，目前普遍存在重理论、轻实践，直观性差，学时少、内容多等共性问题 [3]。对于不同的专业需求和不同类型的学生，计算方法课程存在实行分层教学的必要性 [4]。
长江大学地球物理与石油资源学院开设的勘查技术与工程专业是国家特色专业和湖北省的品牌专业，为地质类工科专业，毕业生主要从事矿藏资源地球物理勘探领域的工程设计、应用研究和生产管理等方面的工作。本专业的培养目标是“培养知识、能力、素质各方面全面发展，系统掌握勘查技术与工程的基本理论、基本方法和基本技能，获得勘查地球物理工程师的基本训练，具有创新意识、实践能力和一定国际视野的高级工程技术人才”。计算方法是勘查技术与工程专业的核心基础课。
在本次教学改革研究进行前，利用问卷调查获得了本专业学生的反馈，总结了目前的教学过程中存在的具体问题： 课时有限，教授内容多且教学强度大，学生无法及时掌握所学知识点；课堂内容偏重理论证明和公式推导，对工科专业学生数理思维要求较高，容易引发学生厌学等负面情绪；教学相关例题与本专业联系不够紧密，导致学生实际运用能力不足。对于本专业来讲，更应该注重培养学生学以致用的能力， 应该将所学知识及时融入学生的专业知识体系中。
但是在现实中，由于本课程开设的学期为大二下学期，学生尚未进行专业课程的学习，运用数值计算方法来解决本专业问题的机会很少，导致学生在学习计算方法过程中出现不感兴趣，不重视，不知所学何用、如何用等问题。计算方法课程与专业知识体系的脱节问题，导致很大一部分学生无法将所学的数理知识与专业体系融会贯通；这不但没有达到利用计算方法加深学生对专业知识体系认知的目的， 反而成为一种学业的负担和拖累。通过调查问卷反馈信息，学生对教学改革也提出了建议，75% 的同学要求增加教学内容的实用性，60% 的同学要求采用更灵活的教学方式，90% 的同学希望能够采取翻转课堂的模式，也有 25% 的同学认为教学管理需要加强。
针对目前的计算方法课程教学情况，许多高校采取了改革措施：安徽工程大学基于成果导向教育（OBE）理念 [5]；中国矿业大学（徐州）坚持以创新实践能力培养为核心的理念，对课程体系、教材结构、教学内容、授课方式等方面进行了改革 [6]；中国矿业大学（北京）根据地球物理专业的特点 [7]，重庆科技学院结合其石油等特色专业，进行了内容的改革和实验项目建设 [8]；北京师范大学进行了上机课的翻转课堂设计 [9]；重庆工程职业技术学院针对工程地质专业特点形成了“翻转课堂”的先学后教的模式 [10]。在教学管理方面，国内部分高校已经使用基于微信平台的“微助教”“雨课堂”进行课堂管理 [11]。在本次研究中，笔者结合长江大学勘查技术与工程专业的特点，基于 OBE 的理念进行了计算方法课程的改革。
二 基于 OBE 理念的课程改革与实践
（一） 课程大纲的修订
成果导向教育（OBE）是目前国际主流的教育理念。新工科背景下，在制定专业培养方案时应遵循OBE理念，必须从专业培养的总体角度制定培养目标， 且有明确、公开的支撑培养目标达成的毕业要求。在《工程教育认证标准（2015）版》中明确了专业制定的毕业要求应覆盖工程知识、问题分析、设计 / 开发解决方案等 12 个指标内容，而毕业要求的达成需要课程体系与指标点分别对应，作为支持 [12]。
《计算方法》作为专业课程体系的一部分，应遵循 OBE 理念制定课程的教学大纲。根据长江大学勘查技术与工程专业毕业要求指标点要求，《计算方法》课程支撑勘查技术与工程专业的两个毕业要求指标点属于问题分析的指标点：(1) 掌握数学、物理、化学等自然科学基础理论知识，用于勘查地球物理领域的地球物理问题的建模与求解；(2) 能够应用数学及勘查地球物理的基本原理，识别和判断勘查地球物理领域的关键环节和参数。勘查技术与工程专业主要的研究对象是勘探地球物理，虽然需要较厚实的数学基础，但是更偏重于应用而非理论推导及证明。
学生在学习计算方法这门课时，太多的精力用在方法理论的学习，却总是存在“用在哪里”以及“怎么去用”的疑惑。为了解决此问题，针对专业特点和毕业要求指标点，对教学大纲进行了全面的修订， 对包括课程目标、学习成果、教学内容以及他们之间的关系、具体的考核方法、目标达成度评价方法等内容进行了增补，为本课程教学改革的实施提供了目标，奠定了基础。
（二） 教学内容改革
基于 OBE 理念和修订后的课程大纲，根据本专业毕业要求、课程学时设置和专业常见知识需求特点筛选教学内容。为了提高学生的用于勘查地球物理领域的地球物理问题的建模与求解的能力，让学生能够达到应用数学及勘查地球物理的基本原理， 识别和判断勘查地球物理领域的关键环节和参数的目标，应结合勘查技术与工程专业的专业特点，选择与本专业相关的实例具体问题进行引入，对所学的数值计算方法在实际工程问题中的应用开展教学讨论，激发学生对本课程的兴趣和专业认同感。
如以测井曲线的插值为例引入插值方法的讲解，以自然伽马能谱解析为例引入拟合方法的讲解，与专业相结合，对于基础相对较好的同学，可以加深其对本专业基础技术理论的认识，对于基础相对较差的学生，使其更容易理解和掌握课程中学习的基本计算方法，使他们初步具备在以后将要从事的勘查技术与工程专业的研究领域中解决实际工程问题中的数值计算问题的能力，建立的课程与专业之间的关系也为将来对计算方法更深入的学习奠定基础。
改革实践教学环节。
本课程共 40 学时，其中30 个理论学时，10 个上机学时。在上机实践环节， 除了完成基本的上机内容外，合理安排拓展题目， 与专业背景相结合，让学生能获得专业认同感和成就感。具体的上机和对应的专业知识如表 1 所示。
（三） 教学手段改革
计算方法这门课较为抽象，学生容易感到枯燥和难以提起兴趣，因此经常出现迟到、旷课等现象。即使来到了课堂，注意力也很容易不集中。针对此问题，应采取主客观双方面的教学管理改革手段。
主观方面，通过部分课时以及上机课的翻转课堂设计，从勘查技术与工程专业的相关问题引入，使学生主动学习，先自学后讨论。在现有的条件下，教师先进行课程导入，利用专业相关知识引入问题，再让学生利用慕课资源进行线上学习，回到课堂后让学生进行知识点的讲解，并利用教学平台对他们进行知识点的考核并实时给出评价结果，让每一位同学主动参与课程的学习和讨论，始终有紧迫感和参与感。
客观方面，利用在线教学平台进行课堂的辅助管理。“微助教”“雨课堂”等平台以其高效信息化的特点，改变了传统课堂教学过程中师生互动、课程控制与学习评价过程，使教师更为高效地管理课堂，也能轻松地将单调的讲授节奏变换为讲授结合互动的节奏。利用微助教和雨课堂进行教学管理， 可以进行实时课堂定位签到，节省课堂时间，也约束了学生的出勤；在课堂上可以随时随堂测验，提醒学生认真关注授课内容。利用在线实时习题反馈， 可以有效避免学生偷懒的侥幸心理，激发学生课堂的积极性，提高学生的参与度。
（四） 考核方式改革
学校必修课的成绩分布一般为 20% 平时成绩+80% 期末考试成绩，导致学生轻平时，重考试。甚至有些学生平时没有学习好，到期末一筹莫展，对考试也就破罐破摔，轻言放弃。计算方法是一门应用性很强的课程，因此一般必修课的考试方式不适用于此课。因此通过提升课堂测验以及上机课成绩比重来实现进行考试改革。结合勘查技术与工程专业特点，设计了合理的测验和上机考核题目。秉持以应用能力培养为主的理念，注重实操应用和解决实际问题考核的比重，可真正培养出企业所需要的应用型人才。
（五） 实践效果
经过课程改革，在 2019 及 2020 年春季学期在本专业卓越班 21801 以及 21901 班进行了实践。由于 2020 年初正值疫情期间，线上授课结合翻转课堂方式极大地提高了学生的参与度，教学手段改革的优势得以完美体现。教师授课主要采用雨课堂，在课程和每章节开始时，教师先进行引入学习，利用与专业相关的实例让学生对知识点有直观概念，然后学生利用慕课资源自学，最后教师在直播授课时主要采用答题的方式对学习效果进行考核。期末考试是检验学生知识点掌握的重要手段。
从期末考试情况来看，在考题难度没有明显变化的情况下， 2018 年的学生平均成绩仅为 67.5 分，2019 和 2020
年的平均成绩分别为 86 分以及 82.8 分，取得了较大的提升。通过结课后对学生的调查问卷和走访，学生普遍反映对知识点掌握较好，课堂改革激发了同学们的学习兴趣，翻转课堂也促进了同学们的主动学习。因此，本次课程改革研究取得了良好的效果。本研究的教学手段改革和考核方式改革同样适用于其他专业或其他课程，具有一定的推广价值。
三 结束语
计算方法课程对于工科专业来说是一门非常重要的基础课程，但教学过程中存在各种问题。针对勘查技术与工程专业特点， 从以教师为中心的理念向以学生为中心的理念转变，以应用为导向，以能力培养为目标，基于 OBE 理念进行了计算方法课程体系的优化，获得了良好的效果。对上机能力进行优化，设计大作业环节，真正使学生感到学有所用， 对提高学生的学习效率及培养学生综合分析问题和解决问题的能力方面会有积极作用。同时提升学生的实践能力和综合素质，有助于培养满足企业需求的创新型和应用型工程技术人才。教学管理模式及考核方式同样适用于其他的课程的改革，具有一定的推广价值。
参考文献
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[12]中国工程教育专业认证协会 .《工程教育认证一点通》[M]. 北京 : 教育科学出版社 ,2015.
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