基于一流课程建设标准的变形观测与变形分析课程建设与实践
时间：2023-06-04 20:05:18 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
郭 楠
（1.兰州交通大学 测绘与地理信息学院，兰州 730070；
2.地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心，兰州 730070；
3.甘肃省地理国情监测工程实验室，兰州 730070）
变形观测作为工程建设中非常重要的一个环节，要求从事变形监测工作人员不仅要掌握变形监测的方法，还要能熟练应用现代化测绘装备完成工程建筑物的变形监测，同时还要具备数据处理、分析能力，能够综合应用测量知识、变形监测知识、结构工程和岩土工程等学科知识处理复杂工程变形问题的能力，故变形观测与变形分析课程在融合新的监测技术的同时需兼顾变形理论与变形工程实践，还需关注多学科交叉[1]。兰州交通大学（以下简称“我校”）变形观测与变形分析课程开设在测绘工程专业四年级上学期，是一门专业主干课程。在传统授课中主要存在以下问题。
（1）传统变形观测与变形分析课程教学模式多以教师讲授为主，学生被动接受知识，缺乏对学生主动学习能力和创新能力的培养。
（2）授课内容多以经典理论、传统技术为主，实验内容多使用传统仪器完成经典变形监测内容，以验证性为主，现代化测量仪器较少涉及，缺少综合性实验，课程内容不具有时代性，学生的学习需求得不到满足。
（3）课程过程考试方式以传统的出勤、作业、实习和答疑组成，较为单一，不能满足学生多样化的学习需求。
教师在过去的授课过程选择选用“雨课堂”平台辅助课堂教学，并将新技术、方法和典型变形案例引入到了课堂中，但是传统授课模式并未发生实质性改变，新课程体系也未系统的建立，故迫切需要从变形观测与变形分析课程教学内容、方法和评价体系着手，完成该课程教学改革的探索与实践。
课程团队成员确立研究课程创新改革研究目标，分析课程创新改革需要解决的主要问题，确定具体研究思路，完成课程的改革与创新，最终将本课程建立成一门符合一流课程建设标准的变形观测与变形分析课程线上线下混合教学模式，并形成对应的实验教学模式与课程考核体系。主要完成以下工作。
（一）重置教学内容
首先，需要更新教学内容，在教学中引入激光扫描技术、摄影测量和遥感等现代测量技术，使课程内容具有前沿性；
引入变形数据处理方法的国内外最新研究动态及研究前沿，使课程高度得到提升；
引入实际工程案例，引导组织学生进行探究、分析，扩展课程的广度，由此打造具有深度、高度、广度和前沿性、时代性的变形观测与变形分析课程[2]。
团队与较多工程单位保持良好沟通、合作关系，为课程的调研、实践提供最新工程案例、重要工程资料及前沿信息，从而不断更新教学内容，在授课过程中引入GNSS 技术、三维激光扫描技术、摄影测量与遥感技术及测量机器人等内容，提高课程的前沿性，满足学生对变形监测新装备的学习需求;加入灰色理论、卡尔曼滤波和神经网络等现代数据处理方法及国内外最新研究动态并结合自己的科研课题向同学介绍当前国际学术界的研究前沿，提高课程的高度，满足学生对前沿变形问题学习的需求；
将实际工程案例引入课程，引导学生利用所学的变形监测知识对实际工程变形问题进行分析，提高课程的广度，满足学生对复杂工程问题学习的需求；
引导学生将所学内容与实际工程问题、学术问题相结合[3]。
（二）教学模式设计
在此基础之上，我们需要改变教学模式，建设变形观测与变形分析课程线上教学平台，形成“线上（课前）—线下（课堂）—线上（课后）”学习模式，教师根据线上教学环节接收学生学习反馈，及时重设线下教学环节与内容，使教学形成循环模式，而不再是传统的固定模式。
本课程计划采取“线上学习（课前）—线下学习（课堂）—线上学习（课后）”模式开展教学，混合式教学模式如图1 所示，首先完成课程整体教学设计，在此基础上分步完成线上建设与线下建设。线上建设采用“兰州交通大学在线教育综合平台”完成。主要内容为线上学习单元建设、线上课程资源建设和线上“随堂教学（优慕课）”建设。线下教学选择“优慕课”，即在线综合教育平台中“随堂教学”模块展开，或利用“雨课堂”平台展开。其中“随堂教学（优慕课）”建设在线上完成，实施课前预习环节在线上完成，其余如“签到”“课堂小测”等在线下完成。线上线下课程彼此紧密联系，通过线上学习环节可将学生学习情况反馈给教师，教师根据反馈信息实时调整线下教学内容及教学活动。翻转课堂学习过程中，线上学习注重知识学习，课堂学习注重知识内化，根据我校实际情况，本课程在建设初期不完全采用这一模式，通过调整线上线下教学环节内容，完成了几轮课程的过渡以后逐渐达到翻转课堂的目的。
图1 混合式教学模式图
（三）实习模式设计
与之相对应，需建立“小组负责制”课程实习模式，实习过程不再采用传统的验证式模式进行，建立实习项目专题，由具体小组负责具体课题，学生全程完成实验方案的制订、实施及指导，使所有学生都积极、主动地参与到实习中。
实习采用“小组负责制”模式展开，如图2 所示，教师提前制定实习项目并说明实习内容，指导学生根据兴趣完成实习分组，从而形成实习项目小组，由项目小组负责具体实习内容。实习之前项目小组讨论实习原理，提前制订实习方案，并提前进行实验，实习过程中项目小组成员分别负责指导其余小组完成实习，同时解答各小组在实习过程中遇到的问题。教师在这一过程中辅助项目小组制订方案，同时在实习过程中引导学生解决实习中发现的问题，实习结束以后各小组提交实习报告，项目小组提交实习总结。
图2 实习模式图
（四）过程性评价模式设计
最后，根据新的内容与模式需要确立新的课程考核办法，改变传统的过程性考核办法，形成适用于混合式教学模式的新的考核办法。
教学模式的改变促使课程评价标准要做相应的变革，本课程在完成线上线下各教学环节的设计后，对课程的过程性评价方式进行了初步设计，图3 为混合式教学模式教学环节设计及过程性评价的初步设计，将线上学习、线下学习过程都纳入评价方式中来，比传统“考勤+作业+实习+答疑”评价模式更加细化且易于执行，每一个教学环节成绩都可以通过线上方式完成统计，并利用平台成绩分析功能完成成绩统计、分析。
图3 混合式教学模式教学环节设计图
课程团队在2018 年度完成了该课程教学大纲、实验教学大纲的撰写，根据工程认证要求在新的大纲中加入了“课程的考核及课程目标达成度自评方式”等内容，同时调整了课程期末考试内容，增加了考试难度，并在2019 年度授课过程中又根据实际情况对教学大纲进行了新的调整，2020 年继续修订该课程大纲，强化课程目标，增加课程思政内容。建立了“线上线下”混合式教学模式，并完成了线上平台建设；
利用“雨课堂”完成变形监测与变形分析课程线下教学环节。重新编写该课程的实验教学大纲，制订了新的实验教学方案，建立了“小组负责制”实验模式。2020 年获批兰州交通大学“金课”建设项目，并在2020 年12 月被认定为甘肃省一流课程，主要成果如下。
（一）确立新的变形观测与变形分析课程大纲
变形观测与变形分析课程的主要授课对象为测绘工程专业学生和在第七学期开设，支撑测绘工程专业毕业要求指标点中问题分析、研究及使用现代工具三个指标点。要求通过本课程的学习，能够针对具体的测绘工程问题建立数学模型并求解；
能够将自然科学知识和数学模型方法用于推演、分析复杂测绘工程问题；
通过文献查阅和研究，能够剖析复杂测绘工程问题，选择合适的数学模型，并进行推理和验证，得到有效结论；
能够基于专业知识对复杂测绘工程问题研究方案进行设计、论证与预测；
能够选择恰当的测绘技术与仪器，对复杂测绘工程问题进行分析、计算与优化设计。据此完成了课程内容的重新设计。
课程内容根据变形监测基本理论、变形监测技术、变形监测网的参考系和参考点的稳定性分析、变形分析与建模的基本理论与方法重新设计为14 个教学单元。单元1 为变形监测的基本知识；
单元2 为概率论与数理统计知识；
单元3 为变形的确定性模型和混合模型；
单元4 为变形监测技术；
单元5 为变形监测资料的预处理；
单元6 为绝对网和相对网；
单元7 为监测网的参考系（实习7）；
单元8 为平均间隙法（实习8）；
单元9 为GPS 变形监测网的数据处理（实习9）；
单元10 为回归分析法；
单元11 为时间序列分析模型；
单元12 为灰色系统分析模型（实习10）；
单元13 为Kalman 滤波模型；
单元14 为人工神经网络模型。在此基础上又分设各子单元。
（二）建立“线上线下”混合式教学模式
根据课程“线上线下”混合式教学模式设计，在“兰州交通大学在线教育综合平台”初步完成变形观测与变形分析线上课程的建设，并投入使用。基于“雨课堂”平台完成了变形观测与变形分析课程线下课程建设已投入使用，并不断进行完善。同时在课程课件实习期间，利用“兰州交通大学在线教育综合平台”中“优慕课”平台快速完成课外实习的签到。
（三）完成课程资源建设
建成线上课程视频资源库10 个，时长10～15 分钟，引入视频资源10 个；
完成了文档资料电子讲稿、电子教材的撰写；
完成了作业库、试题库、试卷库及案例库的建设；
完成了实验指导书的撰写；
完成了线下课程建设，选择“雨课堂”或“优慕课”，配合线下教学。
（四）完善课程成绩评定方式
线下成绩通过“兰州交通大学在线教育综合平台”中“随堂教学”栏目完成各教学环节的成绩统计，线上成绩也可通过该平台自动统计，并根据课程成绩考核办法完成成绩统计与分析。
（一）注重课程思政
将“北斗卫星导航系统”“中国高铁”和“港珠澳大桥建设”等内容融入到日常教学中去，从而培养学生民族自豪感、职业荣誉感。
（二）建立前沿性、时代性的教学内容
在授课过程中引入三维激光扫描技术、摄影测量与遥感技术、测量机器人等内容，提高课程的前沿性;在授课过程中引入变形数据处理方法的国内外最新研究动态并结合自己的科研课题向同学们介绍当前国际学术界的研究前沿，提高课程的高度;将实际工程案例引入课程，引导学生利用所学的变形监测知识对实际工程中的变形问题进行分析，提高课程的广度[4]。
（三）建立先进性、互动性的教学模式
教学形式采用线上线下混合式教学模式，提高了学生学习兴趣，采用新的模式授课引导学生积极参与到课堂中，使其学会主动思考、讨论及实践。以“雨课堂”的模式完成了线下课程的授课，得到了很多学生的认可，有部分学生还提出了更高的学习要求，教学团队也通过“雨课堂”收集到了很多学生对教学内容、教学方法等方面的反馈意见。
（四）建立“小组负责制”课程实习模式
实验教学采用“小组负责制”模式展开，小组学生需要提前根据教师的要求学习实习原理，讨论、制订实习方案，甚至有的组提前进行了实习，在全班实习过程中这些同学能够讲解、分析和解决各组在实习中遇到的问题，并引发讨论，使得每一名学生都能够积极参与到实习中来，让学习从过去的被动学变成了现在的主动学。
（五）建立完整的线上线下过程性考核体系
适当提高传统课程考核的难度，对过程性考核成绩进行设计，包括：课前预习、课堂表现和课后活动三个部分，并以“雨课堂”“优慕课”等平台设计教学环节，细化了考核目标，易于执行[5]。
项目实施满足测绘工程专业学生对变形监测新装备、新方法，以及实际工程变形问题、前沿变形问题学习的需求，引导学生将所学内容与实际工程问题、学术问题相结合，同时满足就业学生和继续读研学生的需求，提升学生解决问题的能力与综合素质。将项目内容扩展至土木、建环和给排水等非专业学生，促进了学科交叉与学科融合。在扩展了非本专业学生知识面的同时，增强非本专业学生综合解决实际工程变形问题的能力，也为非本专业学生提供新的研究方向。
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