王建梅，王衛(wèi)安

(同濟(jì)大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092)

翻轉(zhuǎn)課堂在地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)中的實(shí)踐與思考

王建梅，王衛(wèi)安

(同濟(jì)大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092)

針對教師主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式在地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的不足，提出了將翻轉(zhuǎn)課堂這一新的混合學(xué)習(xí)教學(xué)模式引入教學(xué)的想法。首先分析了地理信息系統(tǒng)課程實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的必要性和可行性，然后在綜合考慮地理信息系統(tǒng)課程特點(diǎn)與中外教育文化差異的基礎(chǔ)上進(jìn)行了課程設(shè)計(jì)和組織實(shí)施。實(shí)踐結(jié)果表明，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂確實(shí)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和教學(xué)質(zhì)量，同時也對教師的專業(yè)水平和教學(xué)能力提出了更高的要求。

翻轉(zhuǎn)課堂；混合學(xué)習(xí)；教育信息化；教學(xué)模式；地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)是一門集計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測繪遙感學(xué)、環(huán)境科學(xué)、城市科學(xué)、空間科學(xué)和管理科學(xué)等為一體的新興邊緣學(xué)科，該學(xué)科具有以下特點(diǎn)：①多學(xué)科集成、滲透性強(qiáng)；②理論性和應(yīng)用性并重；③發(fā)展速度快, 內(nèi)容更新快[1]。由于該課程知識點(diǎn)多、技術(shù)性強(qiáng)，為了保證教學(xué)進(jìn)度與教學(xué)質(zhì)量，多年來筆者所在院校一直采用教師主講這種知識傳授效率最高的教學(xué)模式，這種模式讓學(xué)生在掌握基本理論與方法、相關(guān)軟件操作方面效果顯著，但在培養(yǎng)GIS思維能力，即利用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力方面稍顯不足[2-5]。為了貫徹學(xué)校培養(yǎng)卓越工程師和工程領(lǐng)域拔尖創(chuàng)新人才的要求[6-7]，通過教育信息化帶動教育現(xiàn)代化，并借鑒前人的成功經(jīng)驗(yàn)，嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂這種新的教學(xué)模式引入地理信息系統(tǒng)本科教學(xué)。

1 地理信息系統(tǒng)課程性質(zhì)與教學(xué)內(nèi)容

筆者所在學(xué)校測繪工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案將地理信息系統(tǒng)課程安排在大二年級第二學(xué)期開設(shè)，課程定位為導(dǎo)論性質(zhì)的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過該課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握GIS的基本原理、方法與應(yīng)用，并能熟練操作GIS軟件，為后續(xù)開設(shè)的空間數(shù)據(jù)庫原理、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、GIS程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)等課程奠定基礎(chǔ)。

該課程的理論教學(xué)內(nèi)容包括概論、空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)采集與處理、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量、空間數(shù)據(jù)管理、地理信息可視化、空間分析、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、地理信息工程等，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容是以ArcGIS軟件為實(shí)驗(yàn)平臺，完成地理數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、空間數(shù)據(jù)輸入、空間數(shù)據(jù)編輯、空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查、空間數(shù)據(jù)符號化、地理編碼、矢量數(shù)據(jù)空間分析、柵格數(shù)據(jù)空間分析等?？傉n時為54學(xué)時，其中36學(xué)時為理論教學(xué)，在教室采用多媒體上課，18學(xué)時為實(shí)驗(yàn)操作，在學(xué)院機(jī)房上課。

2 目前地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題

筆者所在學(xué)校開設(shè)地理信息系統(tǒng)課程已有20多年，對于教學(xué)內(nèi)容一直堅(jiān)持理論性、實(shí)踐性與前沿性兼顧。由于內(nèi)容多、課時少，為了完成教學(xué)任務(wù)，開課以來一直采用教師主講的授課模式。這種模式雖然在知識傳授效率和效果方面都很不錯，但卻不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，除了上課時被動接受老師講授的知識點(diǎn)，學(xué)生課后很少有興趣去閱讀指定教材和參考資料之外的相關(guān)資料，更不用說關(guān)注與課程有關(guān)的新技術(shù)與新應(yīng)用。學(xué)生習(xí)慣于記住考試要點(diǎn)，卻對如何利用GIS所學(xué)知識解決生活中碰到的問題考慮較少。

與理論教學(xué)相比，傳統(tǒng)授課方式在講授演示性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時弊端更為明顯，通常都是教師操作一遍，學(xué)生機(jī)械地按照老師的操作重復(fù)一遍，由于挑戰(zhàn)性小，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。特別是地理信息系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、課時少，很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只能以作業(yè)的方式留給學(xué)生課后完成，這樣既很難考查學(xué)生的軟件操作能力，也無法避免實(shí)驗(yàn)報告抄襲的現(xiàn)象。

正是因?yàn)槟壳暗膶?shí)驗(yàn)報告很難真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)際動手能力，因此該課程考核體系給予期末書面考試更多的權(quán)重，通常是平日成績(含出勤率、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報告)只占總成績的30%～40%，期末考試占60%～70%。這種考核體系在一定程度上助長了學(xué)生不重視實(shí)踐，眼高手低，只會說、不會做的現(xiàn)象，與學(xué)校培養(yǎng)卓越工程師的教學(xué)理念不符。

3 地理信息系統(tǒng)課程實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的必要性與可行性

翻轉(zhuǎn)課堂(flipped classroom)，是將“課上傳授知識，課后內(nèi)化知識”的教學(xué)過程，轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢n前傳授知識，課上內(nèi)化知識”的教學(xué)過程。表面上看，翻轉(zhuǎn)課堂只是教學(xué)模式的改變，教師課前提供豐富的視頻資料和線上資源，讓學(xué)生自主安排學(xué)習(xí)時間，課上通過面對面討論深化學(xué)生的認(rèn)知，但本質(zhì)上翻轉(zhuǎn)課堂是教育理念的改變，它重塑了新型的師生關(guān)系，將教師從學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，讓學(xué)生由被動接受者變?yōu)橹鲃友芯空遊8-9]。目前，海內(nèi)外的學(xué)者普遍認(rèn)為，翻轉(zhuǎn)課堂是一種將傳統(tǒng)課堂教育與在線教育結(jié)合起來的混合學(xué)習(xí)方式，更有利于引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。2012年，隨著大規(guī)模開放在線課程(massive open online course，MOOC)的崛起，翻轉(zhuǎn)課堂便以SPOC(small private online course)的形式在高等教育中風(fēng)靡[10-11]。2016年2月，美國新媒體聯(lián)盟(New Media Consortium, NMC)推出的最新一期高等教育版《地平線報告》明確指出，混合式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用是未來高等教育發(fā)展的重要趨勢之一[12]。

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，首先要翻得動。無論是MOOC還是SPOC，在線課程教學(xué)都離不開網(wǎng)絡(luò)和移動智能化終端設(shè)備。在線課程除了實(shí)現(xiàn)共享優(yōu)質(zhì)教育資源的宗旨之外，其最大的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生可以利用碎片化時間，隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。目前同濟(jì)大學(xué)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了校園網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，智能手機(jī)和電腦也已成為當(dāng)代大學(xué)生的基本裝備，這些硬件條件的完善使得在線學(xué)習(xí)成為可能。除此之外，學(xué)院機(jī)房安裝有電子教學(xué)軟件，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資料的在線同步發(fā)放，以及實(shí)驗(yàn)報告的在線提交，這些都為開展翻轉(zhuǎn)課堂提供了保證。

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的另一個必備條件是優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻。MOOC在中國的快速發(fā)展為實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂提供了大量的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，特別是愛課程(www.icourses.cn)平臺提供的中國大學(xué)精品開放課程，其中文授課方式更適合國內(nèi)本科教學(xué)。平臺上既有中山大學(xué)張新長教授主講的“地理信息系統(tǒng)概論”在線課程，也有南京師范大學(xué)湯國安教授主講的“地理信息系統(tǒng)”精品課程的教學(xué)錄像。與教學(xué)錄像相比，在線課程的視頻制作更為精良，互動與反饋性也更好，但有開課時間限制，若不開課則學(xué)生難以進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，而教學(xué)錄像則是常年在線，可以按照教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度安排學(xué)生課前學(xué)習(xí)。

此外，經(jīng)過50年的發(fā)展，GIS已經(jīng)滲透到人們社會生活的方方面面，正因?yàn)镚IS與人們的生活密切相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)上有大量與GIS有關(guān)的論壇、視頻與新聞，特別是以Esri公司為代表的商業(yè)軟件網(wǎng)站，不但提供優(yōu)質(zhì)的軟件教學(xué)視頻，更提供了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用案例，這些都為實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂提供了豐富的素材。

4 基于翻轉(zhuǎn)課堂的地理信息系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)與組織實(shí)施

4.1 課程設(shè)計(jì)宗旨

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂不能機(jī)械照搬國外成功案例，既要考慮中外教育文化的差異，也要考慮課程本身的不同。首先，從小接受中國文化和“填鴨式”教育長大的中國學(xué)生，既不喜歡發(fā)言，也不擅長討論，如果盲目地開展課堂討論，很容易出現(xiàn)冷場；然后，與SPOC成功案例“軟件工程”等課程不同，地理信息系統(tǒng)屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)很薄弱，即便能夠展開討論，討論的內(nèi)容也很難深入；最后，與國外學(xué)生的選課制度不同，國內(nèi)大學(xué)生每個學(xué)期選修的課程比較多，這意味著國內(nèi)學(xué)生自我支配的時間要少于國外學(xué)生，對地理信息系統(tǒng)這種導(dǎo)論性課程而言，若學(xué)生因各種原因沒有完成課前學(xué)習(xí)，則在課堂上既無法完成作業(yè)，也無法參與討論。無論出現(xiàn)以上哪種情況，久而久之，都會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低教學(xué)質(zhì)量?；谝陨峡紤]，設(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)課程改革的宗旨應(yīng)是循序漸進(jìn)、部分翻轉(zhuǎn)。所謂部分翻轉(zhuǎn)是指不完全實(shí)行課前“知識傳授”，課上“知識內(nèi)化”的模式，而是在理論教學(xué)課堂上仍然拿出大部分時間來進(jìn)行知識傳授，只是這個知識傳授不再采用教師主講的方式，而是以學(xué)生主講為主，在講解過程中教師針對主要知識點(diǎn)和難點(diǎn)與學(xué)生展開討論。這種部分翻轉(zhuǎn)的模式一方面能夠保證學(xué)生只要來上課就能得到相關(guān)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，另一方面通過學(xué)生主講，可培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

4.2 課程設(shè)計(jì)方案與組織實(shí)施

教學(xué)實(shí)行小班化，以30人為上限。地理信息系統(tǒng)課程按照兩次理論課，一次實(shí)驗(yàn)課，每節(jié)課2學(xué)時的方式交叉進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)的知識點(diǎn)一致，這樣有利于通過實(shí)驗(yàn)操作加深對理論知識的理解與掌握。

理論部分第一章還是教師主講，從“空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)”到“地理信息可視化”都是以介紹基本原理和方法為主，采用課前觀看教學(xué)錄像，課堂上學(xué)生主講，教師和同學(xué)提問的方式考查學(xué)生學(xué)習(xí)情況，從“空間分析”開始在每節(jié)課的后15 min加入討論環(huán)節(jié)，討論內(nèi)容可以是一個實(shí)際案例、主題演講，也可以是作業(yè)或?qū)嶒?yàn)中的共性問題。組織實(shí)施方式為提前一周通過課程平臺安排視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容，每次指定2個同學(xué)每人主講一節(jié)課，保證一個學(xué)期下來，每個學(xué)生都至少主講一次，根據(jù)講課與回答問題情況打分，到后期討論環(huán)節(jié)則加入學(xué)生發(fā)言情況評價。

實(shí)驗(yàn)部分全部采用翻轉(zhuǎn)課堂，軟件操作利用教學(xué)視頻自學(xué)，每次實(shí)驗(yàn)課程完成一個綜合性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生可以利用各種資源，包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和網(wǎng)上資料，但必須在規(guī)定時間內(nèi)獨(dú)立完成。組織實(shí)施方式為：①提前兩周通過課程平臺發(fā)放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)書上的說明觀看教學(xué)視頻，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)軟件操作；②課堂時間現(xiàn)場發(fā)放實(shí)驗(yàn)任務(wù)書和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過程中的主要操作界面通過屏幕復(fù)制添加到實(shí)驗(yàn)報告中，在下課前提交實(shí)驗(yàn)報告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果；③課后教師根據(jù)任務(wù)完成情況進(jìn)行評價，由于實(shí)驗(yàn)報告中的屏幕界面包含有系統(tǒng)時間顯示，通過對比，可有效避免實(shí)驗(yàn)作弊。

最后課程考核方式不再采用“以考代評”，而是從學(xué)習(xí)態(tài)度、理論知識掌握、動手能力和知識點(diǎn)應(yīng)用4個方面進(jìn)行學(xué)習(xí)全過程評價，具體所占比率為出勤率10%，課堂表現(xiàn)30%，實(shí)驗(yàn)成績30%，期末考試30%。

5 翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施效果與思考

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的一個明顯感覺是學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性增強(qiáng)了。對主講學(xué)生而言，要想講好一堂課，還能回答教師和同學(xué)提出的問題，只靠課前認(rèn)真學(xué)習(xí)教學(xué)視頻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須廣泛查閱相關(guān)教材與文獻(xiàn)資料，深入思考，對所講知識點(diǎn)融會貫通、理解透徹才能實(shí)現(xiàn)。對聽課學(xué)生而言，若要在課堂上提出有質(zhì)量的問題，進(jìn)行有深度的討論，只靠記住幾個知識點(diǎn)也是不夠的，也要學(xué)會思考。正是因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)過程中不是機(jī)械記憶，而且理解后的記憶，從而使知識內(nèi)化得到升華，教學(xué)效果明顯提高。

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的第二個效果是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高了，分析問題、解決問題的能力提升了。將軟件學(xué)習(xí)這種演示性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部放到課前學(xué)習(xí)，節(jié)省出更多的課上時間完成與實(shí)際問題相關(guān)的綜合性實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這種應(yīng)用案例做得越多，學(xué)生對所學(xué)知識越感興趣，應(yīng)用能力越強(qiáng)。學(xué)生們普遍反映GIS不再是枯燥泛味的一堆空洞概念，而是一個與人們生活緊密相關(guān)的有用工具。每一個實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成，既需要利用理論知識去分析它，也需要利用GIS軟件去解決它。這種項(xiàng)目驅(qū)動的學(xué)習(xí)方式，在鍛煉學(xué)生實(shí)際動手能力的同時，培養(yǎng)了學(xué)生GIS思維能力。

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的第三個效果是課程及格率大大提高了。由于不再完全由期末考試確定分?jǐn)?shù)，而是貫穿課程全過程的學(xué)習(xí)考核，因此學(xué)生們在平日學(xué)習(xí)過程中普遍投入了更多學(xué)習(xí)時間，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。課程考核的實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，期末考試仍然具有不可替代的作用。主講課程、課堂討論和實(shí)驗(yàn)任務(wù)只是從單個知識點(diǎn)或幾個相關(guān)知識點(diǎn)上對學(xué)生進(jìn)行了考查，但學(xué)生是否對GIS有一個系統(tǒng)認(rèn)識和整體把握還難以評價，期末考試恰好起到了這樣的作用。因?yàn)橛衅谀┛荚嚨拇嬖?，客觀上督促學(xué)生在整個課程學(xué)習(xí)完成后進(jìn)行一次系統(tǒng)深入的復(fù)習(xí)，將知識片段組合成一個整體，這個過程本身也是對知識的一次升華。

在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐中，我們越來越深刻地認(rèn)識到提高教學(xué)質(zhì)量很大程度上不是取決于知識傳授的形式，而是知識內(nèi)化與升華。要想發(fā)揮翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢，就必須充分利用好面對面的課堂時間，通過精心設(shè)計(jì)討論主題與綜合應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過引導(dǎo)討論方向，調(diào)節(jié)討論氛圍，讓學(xué)生不但愿意講，而且講得好。而要做到這一點(diǎn)，對教師的專業(yè)水平和教學(xué)能力都提出了更高的要求。

6 結(jié) 語

現(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，而大學(xué)是國家培養(yǎng)人才的重要基地，因此提高大學(xué)教學(xué)質(zhì)量任重道遠(yuǎn)。為了培養(yǎng)工程領(lǐng)域創(chuàng)新型人才，將翻轉(zhuǎn)課堂這一新興教育模式引入地理信息系統(tǒng)課程，通過精心設(shè)計(jì)課堂內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度以及考核方式，發(fā)現(xiàn)這種教師引導(dǎo)為主的教學(xué)模式，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提升利用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，達(dá)到了教學(xué)改革的初衷。當(dāng)然在具體實(shí)踐過程中，也存在一些問題和不足，需要繼續(xù)改進(jìn)和完善。

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Practice and Thinking of Flipped Classroom Teaching Mode in Geographic Information System Course

WANG Jianmei，WANG Weian

(College of Surveying and Geo-informatics, Tongji University, Shanghai 200092, China)

For the problems of the teacher-leading teaching model, flipped classroom, a new blended teaching model, has been introduced into geographic information system course. Firstly, the necessity and feasibility of this idea are clarified, then the course program is designed based on the characteristics of GIS course and the differences between Chinese and western education system. The practice shows that flipped classroom stimulates the students interest, and improves the teaching quality, but a higher requirement of teachers’ professional skills and teaching abilities.

flipped classroom; blended learning; education informatization; teaching model; geographic information system

王建梅，王衛(wèi)安.翻轉(zhuǎn)課堂在地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)中的實(shí)踐與思考[J].測繪通報，2017(8)：146-149.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0274.

2016-12-30；

2017-04-17

同濟(jì)大學(xué)教學(xué)改革研究與建設(shè)項(xiàng)目

王建梅(1971—),女，博士，講師，主要從事地理信息系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)挖掘、遙感影像分析與應(yīng)用的教學(xué)與科研工作。E-mail: jianmeiw@#edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)08-0146-04