基于“两性一度”的“海洋环境”课程教学探索与实践

杨斌 许红林 卢宇 向祖平 苏堪华

[摘 要] 针对“海洋环境”课程目前教学存在难以有效支撑学生解决海洋油气复杂工程问题的能力培养，从当前“金课”建设背景出发，依据“两性一度”课程建设标准，贯穿工程教育专业认证理念和新工科建设要求，从丰富教学内容体系、改进创新教学方法、改革考核评价方式三方面深入开展了“海洋环境”课程教学探索和实践，结果表明學生对课程学习积极性明显提高，课程教学总体达成度良好，课程改革较好地达到了预期效果，为支撑海洋油气工程专业高素质人才培养打下良好基础。

[关键词] 两性一度;海洋环境;课程教学;海洋油气工程;复杂工程问题

[基金项目] 2020年度重庆市高等教育教学改革研究项目“‘海洋环境’课程‘两性一度’建设研究与实践”（203360）;2020年度重庆科技学院本科教育教学改革研究重点项目“‘海洋环境’课程‘两性一度’建设研究与实践”（202005）;2018年度重庆市高等教育教学改革研究重点项目“适应智能油气田发展战略需求的石油类专业改造升级路径研究与实践”（182023）

[作者简介] 杨 斌（1979—），男，河南南阳人，博士，重庆科技学院石油与天然气工程学院副院长，副教授，主要从事油气井工程管柱力学和有限元分析研究。

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）14-0117-04 [收稿日期] 2021-08-26

引言

加快海洋油气开发是“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”国家战略的重要组成部分。当前，我国海洋油气开发已逐渐走向深海，这必将面临更加恶劣的海洋工程环境，需求更加高端的油气装备和核心技术。因此，迫切需要培养一批知识、能力、素质全面发展，具备解决海洋钻完井、海洋采油气、海洋油气集输等工程领域复杂工程问题能力的高级工程技术专门人才。“海洋环境”课程是海洋工程类专业的必修专业基础课程[1，2]，对该门课程的学习效果将直接影响培养学生解决海洋油气领域复杂工程问题的核心能力，它在整个课程体系中起到重要的枢纽作用。由于该课程物理概念较抽象，涉及的数学和力学知识较多，公式推导烦琐，学生对其中的基本理论和分析方法不能很好地理解与掌握，近四年结业考试卷面不及格率偏高，反映出学生对知识的迁移能力不足、应用能力偏弱，影响后续专业课程的学习效果。因此，迫切需要加快“海洋环境”课程内涵建设，为培养高素质海洋油气工业人才提供支撑。

2018年11月24日，在第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部高等教育司司长吴岩提出了“金课”标准是“两性一度”即高阶性、创新性、挑战度[3，4]。所谓“高阶性”，就是知识能力素质的有机融合，是要培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。所谓“创新性”，是指课程内容要反映前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化。所谓“挑战度”，是指课程有一定难度，需要跳一跳才能够得着，老师备课和学生课下有较高要求。因此，针对“海洋环境”课程教学存在的主要问题，从当前“金课”建设背景出发，依据“两性一度”课程建设标准，贯穿工程教育专业认证理念和新工科建设要求，从丰富教学内容体系、改进创新教学方法、改革考核评价方式三方面深入开展了“海洋环境”课程内涵建设，为支撑海洋油气工程高素质人才培养打下良好基础[5-8]。

一、课程教学存在的问题

（一）教学内容体系设计高阶性不足，不能充分体现知识能力素质的有机融合，难以有效支撑培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维

一是迁移基础知识能力培养的内容环节设计不系统。“海洋环境”课程内容涉及大量复杂的理论推导，学生必须具备较强的大学物理、流体力学、高等数学和概率论等基础知识，有时甚至还需要一定的张量代数知识，往往完成一个知识点的教学要涉及多个方面的知识点融合。然而，当前教学设计缺失了对相关物理背景和基础知识的有机补充和逻辑整合，导致上课时学生很难顺利地将所学基础知识迁移到解决本门课程内容学习中，使得教师难以紧紧围绕知识点逻辑主线顺利开展教学，学生难以掌握知识点的本质和内涵，也不利于培养他们严密的逻辑思维能力、分析和解决问题能力。

二是解决复杂工程问题能力培养的内容设计不丰富。“海洋环境”课程教学主要以理论知识讲解为主，而关于理论知识在工程实际中的应用相对偏少。目前课堂讲授的例题和课后布置的练习题主要是针对相关知识点的直接应用，而结合专业背景的案例综合应用偏少，特别是缺乏海洋环境与海洋装备与平台工程、海洋油气钻采输工程结合的综合案例，使得学生对基础知识应用的深入理解和训练强度不足。因此，难以有效支撑培养学生解决海洋油气工程领域复杂工程问题基础能力的培养。

（二）教学内容和教学方法创新性不足，不能及时反映学科前沿和时代要求，难以有效培养学生解决复杂工程问题的能动意识和探究能力

一是课程内容不能较好反映学科前沿技术。目前课程教学具体内容几乎都来自所选用的教材，由于教材内容是有限的且更新不及时，特别是缺乏融入学科前沿的先进技术介绍，不利于学生在掌握基础知识的同时了解当前技术动态、深刻把握当前技术发展的瓶颈、深刻理解学好本门课程的重要性，也不利于课堂学术氛围的营造。

二是课程内容不能充分支撑课程思政目标。当前我国海洋石油开发的总体技术水平与国外相比还存在较大差距，特别是在深水油气开发领域还存在一些卡脖子的关键装备和核心技术亟待突破，由此带来的领土争端和海洋权益问题时刻牵动着每个中国人的心。因此，课程教学过程中可通过国内外技术对比，不断融入渗透我国海洋石油工业技术现状和本门课程学习的基础性和重要性，从而增强学生爱国意识，激发学生爱国热情，坚定学生投身海洋石油工业的决心，为将来成为海洋石油工程的合格建设者和接班人打好坚实基础。这样既可以使学生深刻领悟授课内容，又可以将理论知识提升到情感价值观方面，实现爱祖国、爱石油、爱学习。

三是教学方式单一、缺乏互动性和探究性。目前“海洋环境”课程以教师课堂主动讲授呈现知识、学生被动接受结论为主，学生课后完成练习、巩固知识为辅。由于教学设计缺乏研讨式教学，课堂教学互动性不够，加之课程复杂、抽象的理论推导，部分学生反映课程学习比较枯燥、学习兴趣不高，教学效果不好，也不利于培养学生的探究意识、探究精神和探究能力。同时，现有可供学生自我训练的课程案例载体不足，学生课后训练的强度和深度不够，导致学生不能举一反三，难以有效支撑培养学生解决复杂工程问题的能力培养。

（三）课程考核评价挑战度不够，基于课程目标实现的考核方式设计不系统，难以考查学生解决实际复杂工程问题的核心能力

课程现有考核方式主要包括平时作业、随堂测试和期末考试，随堂测试和平时作业主要侧重考察基本概念、基本理论和知识点的基本应用，而关于解决复杂工程问题能力培养的综合应用型题目较少。同时，期末考试记忆类知识点的考核还相对偏多，而侧重综合应用能力知识点的考核相对偏少，不利于学生在基本知识和基本理论掌握基础上进行知识应用和举一反三，难以考察到学生将分散的知识有机融合从而提高分析和解决实际复杂工程问题的能力。总体上，现有课程考核评价体现出重知识、弱能力的典型特征，难以实现课程目标的有效达成。

二、教学改革探索与实践

（一）丰富教学内容体系

一是整合相关基础知识、提升知识迁移能力。根据课程教学需要，以学生普遍反映的知识难点课堂教学为逻辑主线，补充其涉及的相关物理、数学和流体力学知识。例如，针对地转偏向力的计算，让学生课前复习向量积的含义和坐标运算;针对基于重现期确定设计风速，让学生课前学习概率密度分布函数。通过将本门课程知识点内容学习向前适当扩展延伸，使学生在课前预习阶段就能尽量熟悉或提前学习相关必备知识，从而大幅提升了课堂教学的流畅性，有助于帮助学生深刻理解知识的来龙去脉，培养他们对基础知识的迁移能力、严密的逻辑思维能力和分析解决实际问题的能力。

二是开发案例教学资源、强化工程应用能力。针对目前课堂讲授的例题和课后布置的练习题主要是针对相关知识点的直接应用，而缺乏结合专业背景的案例综合应用。将本门课程应用适当向后扩展，充分结合海洋油气钻采输工程实际应用，开发海洋环境载荷分析和计算的案例教学资源和课后习题资源，提升学生对课程知识的应用能力，也为后续专业课程学习打下良好基础。

三是融入学科前沿知识、营造课堂学术氛围。海洋环境和载荷理论与应用是不断发展的，而教材内容却是有限的。为了实现“金课”建设标准，突出课程对海洋油气装备和钻采输工程的重要意义和枢纽支撑作用，课程教学过程中融入载人深潜技术、海洋石油钻井平台、生产储油平台、水下井口采油树等海洋油气开发装备技术、深海资源开发等前沿技术，同时授课过程中将教师学科科研成果与教材内容进行融合，打造独具特色的知识体系，从而满足学生个性化的学习要求，使课堂更具学术性和拔高性。

四是渗透课程思政教育元素、增强协同育人效应。课程思政指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式，将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把立德树人作为教育的根本任务的一种综合教育理念[9]。通过“海洋环境”课程的学习，着力激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。课程教学过程中，一方面通过海洋国土和海洋油气资源开发等内容学习，激发学生海洋强国的责任感和使命担当。另一方面，通过融入载人深潜技术、海洋石油981平台等海洋油气开发装备技术、深海油气开发等前沿技术讲解，激发学生投身科技报国的家国情怀和使命担当。

（二）改进创新教学方法

针对课程目前教学方式单一、缺乏互动性和探究性、学生积极性和参与度不高的问题，提出了基于案例式+研讨式+线上线下互动式的课程教学方法[10-12]。教师选取海洋钻采输工程中典型海洋环境载荷分析计算工程案例，从而在教学过程中自动将学生带入真实的工程问题环境。教学过程中，将学生分成4～6个小组，各组由1名组长、1名副组长和若干成员组成，教师根据工程案例具体教学目标和教学内容设计若干问题，各组组长组织成员展开讨论，围绕工程案例相关问题发表自己的见解，小组副组长对每个人的发言讨论情况进行记录，最后全体小组成员讨论形成总结文稿。小组讨论可采用线上讨论、线下讨论或者线上线下结合讨论等多种形式。

课堂讨论过程中，教师主要起到引导和纠偏作用，通过层层深入的提问方式，让学生对知识点及其工程应用有了深刻的理解和掌握。学生在讨论问题、发表见解、观点交锋的过程中，由原来的单纯听讲、接受灌输的被动地位，转化为主动参与、发现、探究的主体地位，充分体现了以学生为主体的理念，提高了他们语言表达能力和思辨能力。同时，学生通过独立思考或集体协作，基于工程案例开展深度综合思考，增强了他们对基础知识的迁移能力和应用能力，提升了其识别、分析和解决实际复杂工程问题的综合能力，引导了学生变注重知识为注重能力，同时培养了他们正确的学习理念、沟通能力和协作精神。

此外，教师通过将部分教学资料和课后作业或练习上传到学校课程与资源中心等网络教学平台，要求学生线上完成自主学习，课上教师重点针对学生的线上学习情况进行详细讲解，并回答学习疑问，有针对性地解决学生学习困惑，实现老师教为中心向学生学为中心的转变，从而弥补课内学时的不足、加大学生课外学习强度和深度。

（三）改革考核评价方式

一是系统设计考核方式、全方位实现课程目标。课程考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，包括平时考核和期末考核两个部分。平时考核采用課堂讨论、回答问题、随堂测试和平时作业等方式评定学生成绩;期末考核采用纸笔考试评定学生成绩。

二是优化设计考核内容、多角度考查应用能力。为了使学生在掌握基本知识和基本理论基础上，能将分散的知识有机融合、迁移，提高对知识的综合应用能力以及解决实际问题的能力，课程考核内容尽量减少“记忆类”知识点，增加了多个知识点融合考核，重点增加了综合性和应用型题目考核。一方面提高平时作业综合性和应用题目占比，将其占平时作业考核分值比例提高为不低于60%;另一方面期末试卷命题尽量减少“记忆类”知识点考核，综合性和应用型题目提高到70%。

（四）课程教学效果评价

基于案例式+研讨式+线上线下互动式教学设计，在海洋油气工程专业2018级、2019级学生中开展了多次教学实践，学生对课程学习的参与度和积极性明显提高。近两年课程教学考核总体达成度良好，学生期末考试卷面不及格率大幅度降低，从最高22.7%降低到2%内;期末考试平均成绩增至75分，增加了27%;课程考试平均成绩增至88.5分，增加了28%。学生对基础知识的迁移能力、应用能力以及系统解决实际复杂工程问题的综合能力不断提升，总体上课程改革较好地达到了预期效果。

参考文献

[1]陈友媛.“双一流”背景下跨学科海洋环境工程课程建设与教学模式初探[J].当代教育实践与教学研究，2020（11）：38-39.

[2]邹丽，裴玉国，孙哲，等.工程背景下“海洋工程环境学”课程教学模式研究[J].教育教学论坛，2020（13）：294-296.

[3]李孟军，杨克巍，赵青松，等.本科教育课程质量建设的新视角：“金课”的开放性要求及闭环运行机制[J].高等教育研究学报，2019，42（3）：18-21.

[4]刘晋.基于“两性一度”的“金课”建设[J].山东教育（高教），2019（5）：24-25.

[5]史剑，张雪艳.以“两性一度”为标准建设海洋科学专业“金课”的思考[J].教育现代化，2019，6（A3）：142-143+150.

[6]毕杨，杨晓濛.应用型本科院校对标“金课”标准实现“数字信号处理”课程改革[J].教育现代化，2019，6（33）：43-45.

[7]李琴，曲風龙.“金课”建设研究与实践：以概率论与数理统计为例[J].科教导刊，2021（14）：157-159.

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[9]许屹山，吴慧，郭纪青.基于“两性一度”的新时代高校思政“金课”构建之探索[J].长春工程学院学报（社会科学版），2021，22（1）：127-131+139.

[10]赵亚利，李亚敏.“数控技术”金课建设及线上线下混合式教学研究：基于“两性一度”视角[J].现代信息科技，2020，4（9）：182-183+187.

[11]许丹丹，白少元，刘辉利，等.新工科背景下案例式教学法在环境工程类课程教学中的应用研究[J].科教文汇（上旬刊），2021（7）：101-103.

[12]石小亮，陈珂，何丹，等.以问题为导向的研讨式教学模式[J].教书育人（高教论坛），2020（36）：94-96.

Exploration and Practice of Course Teaching of Marine Environment Based on the Standard of “Profoundness-Innovation-Challenging”

YANG Bin， XU Hong-lin， LU Yu， XIANG Zu-ping， SU Kan-hua

（School of Petroleum and Engineering， Chongqing University of Science and Technology， Chongqing 401331， China）

Abstract： Considering that the current teaching of Marine Environment course is difficult to effectively support the cultivation of students’ ability to solve the complex engineering problems of offshore oil and gas， and starting from the current background of “gold course” construction， the course construction standard of “profoundness-innovation-challenging”， the concept of engineering education professional certification and the requirements of “emerging engineering education” construction， the teaching exploration and practice of Marine Environment course has been done in the three aspects of the enrichment of teaching content system， the improvement of innovative teaching methods， and the reform of evaluation method. The results show that students’ enthusiasm for the course has been significantly improved， the teaching goal has been achieved well on the whole， and the course reform has achieved the expected results， laying a good foundation for supporting the training of high-quality talents in the offshore oil and gas engineering major.

Key words： profoundness-innovation-challenging; marine environment; course teaching; offshore oil and gas engineering; complex engineering problems