郭 楠

（1.蘭州交通大學(xué) 測繪與地理信息學(xué)院，蘭州 730070；2.地理國情監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用國家地方聯(lián)合工程研究中心，蘭州 730070；3.甘肅省地理國情監(jiān)測工程實驗室，蘭州 730070）

變形觀測作為工程建設(shè)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，要求從事變形監(jiān)測工作人員不僅要掌握變形監(jiān)測的方法，還要能熟練應(yīng)用現(xiàn)代化測繪裝備完成工程建筑物的變形監(jiān)測，同時還要具備數(shù)據(jù)處理、分析能力，能夠綜合應(yīng)用測量知識、變形監(jiān)測知識、結(jié)構(gòu)工程和巖土工程等學(xué)科知識處理復(fù)雜工程變形問題的能力，故變形觀測與變形分析課程在融合新的監(jiān)測技術(shù)的同時需兼顧變形理論與變形工程實踐，還需關(guān)注多學(xué)科交叉[1]。蘭州交通大學(xué)（以下簡稱“我校”）變形觀測與變形分析課程開設(shè)在測繪工程專業(yè)四年級上學(xué)期，是一門專業(yè)主干課程。在傳統(tǒng)授課中主要存在以下問題。

（1）傳統(tǒng)變形觀測與變形分析課程教學(xué)模式多以教師講授為主，學(xué)生被動接受知識，缺乏對學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（2）授課內(nèi)容多以經(jīng)典理論、傳統(tǒng)技術(shù)為主，實驗內(nèi)容多使用傳統(tǒng)儀器完成經(jīng)典變形監(jiān)測內(nèi)容，以驗證性為主，現(xiàn)代化測量儀器較少涉及，缺少綜合性實驗，課程內(nèi)容不具有時代性，學(xué)生的學(xué)習(xí)需求得不到滿足。

（3）課程過程考試方式以傳統(tǒng)的出勤、作業(yè)、實習(xí)和答疑組成，較為單一，不能滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求。

教師在過去的授課過程選擇選用“雨課堂”平臺輔助課堂教學(xué)，并將新技術(shù)、方法和典型變形案例引入到了課堂中，但是傳統(tǒng)授課模式并未發(fā)生實質(zhì)性改變，新課程體系也未系統(tǒng)的建立，故迫切需要從變形觀測與變形分析課程教學(xué)內(nèi)容、方法和評價體系著手，完成該課程教學(xué)改革的探索與實踐。

一、變形觀測與變形分析課程線上線下教學(xué)模式設(shè)計

課程團(tuán)隊成員確立研究課程創(chuàng)新改革研究目標(biāo)，分析課程創(chuàng)新改革需要解決的主要問題，確定具體研究思路，完成課程的改革與創(chuàng)新，最終將本課程建立成一門符合一流課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的變形觀測與變形分析課程線上線下混合教學(xué)模式，并形成對應(yīng)的實驗教學(xué)模式與課程考核體系。主要完成以下工作。

（一）重置教學(xué)內(nèi)容

首先，需要更新教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)中引入激光掃描技術(shù)、攝影測量和遙感等現(xiàn)代測量技術(shù)，使課程內(nèi)容具有前沿性；引入變形數(shù)據(jù)處理方法的國內(nèi)外最新研究動態(tài)及研究前沿，使課程高度得到提升；引入實際工程案例，引導(dǎo)組織學(xué)生進(jìn)行探究、分析，擴(kuò)展課程的廣度，由此打造具有深度、高度、廣度和前沿性、時代性的變形觀測與變形分析課程[2]。

團(tuán)隊與較多工程單位保持良好溝通、合作關(guān)系，為課程的調(diào)研、實踐提供最新工程案例、重要工程資料及前沿信息，從而不斷更新教學(xué)內(nèi)容，在授課過程中引入GNSS 技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、攝影測量與遙感技術(shù)及測量機(jī)器人等內(nèi)容，提高課程的前沿性，滿足學(xué)生對變形監(jiān)測新裝備的學(xué)習(xí)需求;加入灰色理論、卡爾曼濾波和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法及國內(nèi)外最新研究動態(tài)并結(jié)合自己的科研課題向同學(xué)介紹當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的研究前沿，提高課程的高度，滿足學(xué)生對前沿變形問題學(xué)習(xí)的需求；將實際工程案例引入課程，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的變形監(jiān)測知識對實際工程變形問題進(jìn)行分析，提高課程的廣度，滿足學(xué)生對復(fù)雜工程問題學(xué)習(xí)的需求；引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容與實際工程問題、學(xué)術(shù)問題相結(jié)合[3]。

（二）教學(xué)模式設(shè)計

在此基礎(chǔ)之上，我們需要改變教學(xué)模式，建設(shè)變形觀測與變形分析課程線上教學(xué)平臺，形成“線上（課前）—線下（課堂）—線上（課后）”學(xué)習(xí)模式，教師根據(jù)線上教學(xué)環(huán)節(jié)接收學(xué)生學(xué)習(xí)反饋，及時重設(shè)線下教學(xué)環(huán)節(jié)與內(nèi)容，使教學(xué)形成循環(huán)模式，而不再是傳統(tǒng)的固定模式。

本課程計劃采取“線上學(xué)習(xí)（課前）—線下學(xué)習(xí)（課堂）—線上學(xué)習(xí)（課后）”模式開展教學(xué)，混合式教學(xué)模式如圖1 所示，首先完成課程整體教學(xué)設(shè)計，在此基礎(chǔ)上分步完成線上建設(shè)與線下建設(shè)。線上建設(shè)采用“蘭州交通大學(xué)在線教育綜合平臺”完成。主要內(nèi)容為線上學(xué)習(xí)單元建設(shè)、線上課程資源建設(shè)和線上“隨堂教學(xué)（優(yōu)慕課）”建設(shè)。線下教學(xué)選擇“優(yōu)慕課”，即在線綜合教育平臺中“隨堂教學(xué)”模塊展開，或利用“雨課堂”平臺展開。其中“隨堂教學(xué)（優(yōu)慕課）”建設(shè)在線上完成，實施課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)在線上完成，其余如“簽到”“課堂小測”等在線下完成。線上線下課程彼此緊密聯(lián)系，通過線上學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)可將學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋給教師，教師根據(jù)反饋信息實時調(diào)整線下教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)活動。翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)過程中，線上學(xué)習(xí)注重知識學(xué)習(xí)，課堂學(xué)習(xí)注重知識內(nèi)化，根據(jù)我校實際情況，本課程在建設(shè)初期不完全采用這一模式，通過調(diào)整線上線下教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容，完成了幾輪課程的過渡以后逐漸達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂的目的。

圖1 混合式教學(xué)模式圖

（三）實習(xí)模式設(shè)計

與之相對應(yīng)，需建立“小組負(fù)責(zé)制”課程實習(xí)模式，實習(xí)過程不再采用傳統(tǒng)的驗證式模式進(jìn)行，建立實習(xí)項目專題，由具體小組負(fù)責(zé)具體課題，學(xué)生全程完成實驗方案的制訂、實施及指導(dǎo)，使所有學(xué)生都積極、主動地參與到實習(xí)中。

實習(xí)采用“小組負(fù)責(zé)制”模式展開，如圖2 所示，教師提前制定實習(xí)項目并說明實習(xí)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)興趣完成實習(xí)分組，從而形成實習(xí)項目小組，由項目小組負(fù)責(zé)具體實習(xí)內(nèi)容。實習(xí)之前項目小組討論實習(xí)原理，提前制訂實習(xí)方案，并提前進(jìn)行實驗，實習(xí)過程中項目小組成員分別負(fù)責(zé)指導(dǎo)其余小組完成實習(xí)，同時解答各小組在實習(xí)過程中遇到的問題。教師在這一過程中輔助項目小組制訂方案，同時在實習(xí)過程中引導(dǎo)學(xué)生解決實習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問題，實習(xí)結(jié)束以后各小組提交實習(xí)報告，項目小組提交實習(xí)總結(jié)。

圖2 實習(xí)模式圖

（四）過程性評價模式設(shè)計

最后，根據(jù)新的內(nèi)容與模式需要確立新的課程考核辦法，改變傳統(tǒng)的過程性考核辦法，形成適用于混合式教學(xué)模式的新的考核辦法。

教學(xué)模式的改變促使課程評價標(biāo)準(zhǔn)要做相應(yīng)的變革，本課程在完成線上線下各教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計后，對課程的過程性評價方式進(jìn)行了初步設(shè)計，圖3 為混合式教學(xué)模式教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計及過程性評價的初步設(shè)計，將線上學(xué)習(xí)、線下學(xué)習(xí)過程都納入評價方式中來，比傳統(tǒng)“考勤+作業(yè)+實習(xí)+答疑”評價模式更加細(xì)化且易于執(zhí)行，每一個教學(xué)環(huán)節(jié)成績都可以通過線上方式完成統(tǒng)計，并利用平臺成績分析功能完成成績統(tǒng)計、分析。

圖3 混合式教學(xué)模式教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計圖

二、變形觀測與變形分析課程改革主要成果

課程團(tuán)隊在2018 年度完成了該課程教學(xué)大綱、實驗教學(xué)大綱的撰寫，根據(jù)工程認(rèn)證要求在新的大綱中加入了“課程的考核及課程目標(biāo)達(dá)成度自評方式”等內(nèi)容，同時調(diào)整了課程期末考試內(nèi)容，增加了考試難度，并在2019 年度授課過程中又根據(jù)實際情況對教學(xué)大綱進(jìn)行了新的調(diào)整，2020 年繼續(xù)修訂該課程大綱，強化課程目標(biāo)，增加課程思政內(nèi)容。建立了“線上線下”混合式教學(xué)模式，并完成了線上平臺建設(shè)；利用“雨課堂”完成變形監(jiān)測與變形分析課程線下教學(xué)環(huán)節(jié)。重新編寫該課程的實驗教學(xué)大綱，制訂了新的實驗教學(xué)方案，建立了“小組負(fù)責(zé)制”實驗?zāi)Ｊ健?020 年獲批蘭州交通大學(xué)“金課”建設(shè)項目，并在2020 年12 月被認(rèn)定為甘肅省一流課程，主要成果如下。

（一）確立新的變形觀測與變形分析課程大綱

變形觀測與變形分析課程的主要授課對象為測繪工程專業(yè)學(xué)生和在第七學(xué)期開設(shè)，支撐測繪工程專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點中問題分析、研究及使用現(xiàn)代工具三個指標(biāo)點。要求通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠針對具體的測繪工程問題建立數(shù)學(xué)模型并求解；能夠?qū)⒆匀豢茖W(xué)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于推演、分析復(fù)雜測繪工程問題；通過文獻(xiàn)查閱和研究，能夠剖析復(fù)雜測繪工程問題，選擇合適的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行推理和驗證，得到有效結(jié)論；能夠基于專業(yè)知識對復(fù)雜測繪工程問題研究方案進(jìn)行設(shè)計、論證與預(yù)測；能夠選擇恰當(dāng)?shù)臏y繪技術(shù)與儀器，對復(fù)雜測繪工程問題進(jìn)行分析、計算與優(yōu)化設(shè)計。據(jù)此完成了課程內(nèi)容的重新設(shè)計。

課程內(nèi)容根據(jù)變形監(jiān)測基本理論、變形監(jiān)測技術(shù)、變形監(jiān)測網(wǎng)的參考系和參考點的穩(wěn)定性分析、變形分析與建模的基本理論與方法重新設(shè)計為14 個教學(xué)單元。單元1 為變形監(jiān)測的基本知識；單元2 為概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識；單元3 為變形的確定性模型和混合模型；單元4 為變形監(jiān)測技術(shù)；單元5 為變形監(jiān)測資料的預(yù)處理；單元6 為絕對網(wǎng)和相對網(wǎng)；單元7 為監(jiān)測網(wǎng)的參考系（實習(xí)7）；單元8 為平均間隙法（實習(xí)8）；單元9 為GPS 變形監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理（實習(xí)9）；單元10 為回歸分析法；單元11 為時間序列分析模型；單元12 為灰色系統(tǒng)分析模型（實習(xí)10）；單元13 為Kalman 濾波模型；單元14 為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在此基礎(chǔ)上又分設(shè)各子單元。

（二）建立“線上線下”混合式教學(xué)模式

根據(jù)課程“線上線下”混合式教學(xué)模式設(shè)計，在“蘭州交通大學(xué)在線教育綜合平臺”初步完成變形觀測與變形分析線上課程的建設(shè)，并投入使用?；凇坝暾n堂”平臺完成了變形觀測與變形分析課程線下課程建設(shè)已投入使用，并不斷進(jìn)行完善。同時在課程課件實習(xí)期間，利用“蘭州交通大學(xué)在線教育綜合平臺”中“優(yōu)慕課”平臺快速完成課外實習(xí)的簽到。

（三）完成課程資源建設(shè)

建成線上課程視頻資源庫10 個，時長10～15 分鐘，引入視頻資源10 個；完成了文檔資料電子講稿、電子教材的撰寫；完成了作業(yè)庫、試題庫、試卷庫及案例庫的建設(shè)；完成了實驗指導(dǎo)書的撰寫；完成了線下課程建設(shè)，選擇“雨課堂”或“優(yōu)慕課”，配合線下教學(xué)。

（四）完善課程成績評定方式

線下成績通過“蘭州交通大學(xué)在線教育綜合平臺”中“隨堂教學(xué)”欄目完成各教學(xué)環(huán)節(jié)的成績統(tǒng)計，線上成績也可通過該平臺自動統(tǒng)計，并根據(jù)課程成績考核辦法完成成績統(tǒng)計與分析。

三、變形觀測與變形分析課程改革創(chuàng)新亮點

（一）注重課程思政

將“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”“中國高鐵”和“港珠澳大橋建設(shè)”等內(nèi)容融入到日常教學(xué)中去，從而培養(yǎng)學(xué)生民族自豪感、職業(yè)榮譽感。

（二）建立前沿性、時代性的教學(xué)內(nèi)容

在授課過程中引入三維激光掃描技術(shù)、攝影測量與遙感技術(shù)、測量機(jī)器人等內(nèi)容，提高課程的前沿性;在授課過程中引入變形數(shù)據(jù)處理方法的國內(nèi)外最新研究動態(tài)并結(jié)合自己的科研課題向同學(xué)們介紹當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的研究前沿，提高課程的高度;將實際工程案例引入課程，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的變形監(jiān)測知識對實際工程中的變形問題進(jìn)行分析，提高課程的廣度[4]。

（三）建立先進(jìn)性、互動性的教學(xué)模式

教學(xué)形式采用線上線下混合式教學(xué)模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，采用新的模式授課引導(dǎo)學(xué)生積極參與到課堂中，使其學(xué)會主動思考、討論及實踐。以“雨課堂”的模式完成了線下課程的授課，得到了很多學(xué)生的認(rèn)可，有部分學(xué)生還提出了更高的學(xué)習(xí)要求，教學(xué)團(tuán)隊也通過“雨課堂”收集到了很多學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的反饋意見。

（四）建立“小組負(fù)責(zé)制”課程實習(xí)模式

實驗教學(xué)采用“小組負(fù)責(zé)制”模式展開，小組學(xué)生需要提前根據(jù)教師的要求學(xué)習(xí)實習(xí)原理，討論、制訂實習(xí)方案，甚至有的組提前進(jìn)行了實習(xí)，在全班實習(xí)過程中這些同學(xué)能夠講解、分析和解決各組在實習(xí)中遇到的問題，并引發(fā)討論，使得每一名學(xué)生都能夠積極參與到實習(xí)中來，讓學(xué)習(xí)從過去的被動學(xué)變成了現(xiàn)在的主動學(xué)。

（五）建立完整的線上線下過程性考核體系

適當(dāng)提高傳統(tǒng)課程考核的難度，對過程性考核成績進(jìn)行設(shè)計，包括：課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)和課后活動三個部分，并以“雨課堂”“優(yōu)慕課”等平臺設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，細(xì)化了考核目標(biāo)，易于執(zhí)行[5]。

四、結(jié)束語

項目實施滿足測繪工程專業(yè)學(xué)生對變形監(jiān)測新裝備、新方法，以及實際工程變形問題、前沿變形問題學(xué)習(xí)的需求，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容與實際工程問題、學(xué)術(shù)問題相結(jié)合，同時滿足就業(yè)學(xué)生和繼續(xù)讀研學(xué)生的需求，提升學(xué)生解決問題的能力與綜合素質(zhì)。將項目內(nèi)容擴(kuò)展至土木、建環(huán)和給排水等非專業(yè)學(xué)生，促進(jìn)了學(xué)科交叉與學(xué)科融合。在擴(kuò)展了非本專業(yè)學(xué)生知識面的同時，增強非本專業(yè)學(xué)生綜合解決實際工程變形問題的能力，也為非本專業(yè)學(xué)生提供新的研究方向。