李慧 余明 葉金玉

摘要：GIS教育已經(jīng)普及化，開(kāi)設(shè)該專(zhuān)業(yè)的高校和開(kāi)設(shè)相關(guān)課程的專(zhuān)業(yè)日益增多。GIS課程實(shí)驗(yàn)課在非GIS專(zhuān)業(yè)的GIS教育中承擔(dān)著非常重要的作用，但現(xiàn)有的大眾化教學(xué)模式，如投影儀演示等教學(xué)效果差強(qiáng)人意。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、MOOC等鋪天蓋地的新教學(xué)手段的啟發(fā)下，筆者嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐研究，并取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：非GIS專(zhuān)業(yè)；GIS實(shí)驗(yàn)課；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）23-0152-03

地理信息系統(tǒng)（Geographic information system），簡(jiǎn)稱(chēng)GIS，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興交叉邊緣學(xué)科，它通過(guò)采集、管理、處理、分析、建模和顯示空間數(shù)據(jù)以解決空間位置的相關(guān)問(wèn)題[1，2]。經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，GIS已經(jīng)成為當(dāng)今信息社會(huì)的重要組成部分，其應(yīng)用已經(jīng)涉及各個(gè)學(xué)科和各個(gè)領(lǐng)域，因此本科教學(xué)中，除了地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)外，很多相關(guān)專(zhuān)業(yè)，如生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理、測(cè)繪工程、城市規(guī)劃等也都開(kāi)設(shè)了GIS的相關(guān)課程，且數(shù)量在逐漸增多[3-5]。而GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)在非地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的GIS教育中往往具有重要作用，是實(shí)現(xiàn)非GIS專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)GIS應(yīng)用人才的重要載體。本文在對(duì)非GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，探討了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法在非GIS專(zhuān)業(yè)GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的適用性，并進(jìn)行了初步的實(shí)踐，取得了良好效果。

一、非GIS專(zhuān)業(yè)GIS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

在大多數(shù)高校中，非GIS專(zhuān)業(yè)的GIS教育所開(kāi)設(shè)的GIS相關(guān)課程較少，往往只開(kāi)設(shè)一門(mén)GIS導(dǎo)論課程[6-12]，而且學(xué)生普遍不具備GIS課程學(xué)習(xí)的前期課程，如地圖學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等預(yù)備知識(shí)，因此學(xué)生的“學(xué)”和教師的“教”都有著不同于GIS專(zhuān)業(yè)GIS課程的特點(diǎn)。GIS導(dǎo)論課程本身繼承了GIS既是一個(gè)交叉學(xué)科又是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，既包含知識(shí)點(diǎn)繁多的基本原理，又有著非常強(qiáng)的實(shí)踐性的技術(shù)課，因此在教學(xué)中GIS課程歷來(lái)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重。但對(duì)于不具備前期課程基礎(chǔ)的非GIS專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言，要理解GIS課程抽象的基礎(chǔ)理論和基本原理，GIS實(shí)驗(yàn)課就顯得尤為重要了。因?yàn)镚IS課程中的許多基本知識(shí)只有通過(guò)實(shí)踐才能有相應(yīng)的感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)反復(fù)實(shí)踐才能加深對(duì)GIS基本理論的理解和掌握。例如空間數(shù)據(jù)庫(kù)這一GIS課程中的重要章節(jié)，非GIS專(zhuān)業(yè)學(xué)生只有在實(shí)驗(yàn)課上親自建立數(shù)據(jù)庫(kù)并采集輸入數(shù)據(jù)才會(huì)真正理解和掌握其內(nèi)在的理論和原理。但是與課程本身強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的特點(diǎn)不符的是，長(zhǎng)期以來(lái)，非GIS專(zhuān)業(yè)GIS課程教學(xué)一直有著重理論、輕實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)短，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)性低，等等問(wèn)題[9，13，14]。大部分非GIS專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)GIS課程的學(xué)時(shí)在32—48之間，而理論課時(shí)與實(shí)驗(yàn)課時(shí)比一般為2∶1。實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，教學(xué)質(zhì)量很難得到保障。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容往往是教師精心準(zhǔn)備的為每個(gè)主題適用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與學(xué)生本專(zhuān)業(yè)相關(guān)度不大，因此學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)動(dòng)力不足，而且由于沒(méi)有前期課程的知識(shí)儲(chǔ)備，非GIS專(zhuān)業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)GIS導(dǎo)論這門(mén)知識(shí)點(diǎn)多且涉及學(xué)科多的邊緣學(xué)科時(shí)，會(huì)遇到很多困難，學(xué)生往往會(huì)表現(xiàn)出一定的畏難情緒。在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)往往出現(xiàn)按部就班地照教師演示或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書(shū)操作，一旦與預(yù)期不符，也很少積極主動(dòng)思考，而是依賴(lài)教師來(lái)解決問(wèn)題。為了改變這樣的教學(xué)局面，提高GIS實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量，有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課教學(xué)理論與方法的研究，以達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有效地保證非GIS專(zhuān)業(yè)GIS課程教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用人才的目的。

二、翻轉(zhuǎn)課堂在非GIS專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的適用性

翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法自2007年美國(guó)林地公園中學(xué)的兩位化學(xué)教師的創(chuàng)新實(shí)踐和2011年可汗學(xué)院創(chuàng)始人在TED大會(huì)上的演講《用視頻重新創(chuàng)造教育》以來(lái)，已被全球教育工作者所關(guān)注[15，16]。翻轉(zhuǎn)課堂重塑了傳統(tǒng)教學(xué)方法的時(shí)空，改變了以往傳統(tǒng)課堂教學(xué)的固有模式，使知識(shí)傳遞在課前完成，課堂時(shí)間成為教師為學(xué)生答疑解惑、學(xué)生與學(xué)生討論實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化的時(shí)間。翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法的實(shí)施一般是教師預(yù)先精心錄制教學(xué)視頻，通過(guò)現(xiàn)今愈來(lái)愈便利的信息技術(shù)提供給學(xué)生；學(xué)生在課前主動(dòng)自學(xué)，課堂教學(xué)真正轉(zhuǎn)化為師生交流、討論、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的高效教學(xué)時(shí)間。翻轉(zhuǎn)課堂翻轉(zhuǎn)的不僅僅是教學(xué)時(shí)間和空間配置，通過(guò)提前錄制視頻和觀看視頻把教學(xué)時(shí)間延伸到課外，而是教學(xué)過(guò)程中教師和學(xué)生的地位轉(zhuǎn)換。通過(guò)觀看教學(xué)視頻，并在解決教師精心準(zhǔn)備提出的問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生的角色從原來(lái)聽(tīng)講時(shí)的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)換成真正意義上的主動(dòng)學(xué)習(xí)。這種角色的轉(zhuǎn)變剛好是非GIS專(zhuān)業(yè)地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所需要的。翻轉(zhuǎn)課堂注重學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的理念與非GIS專(zhuān)業(yè)GIS課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)不謀而合。正如前文所述，在以往的傳統(tǒng)教學(xué)方法的過(guò)程中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上處于被動(dòng)接受地位，教師演示一遍，學(xué)生按照教師的演示或者指導(dǎo)書(shū)的步驟，照貓畫(huà)虎，沒(méi)有主動(dòng)思考的動(dòng)力，只知其然而不知其所以然，而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，出現(xiàn)畏難沮喪的情緒導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，進(jìn)而嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。利用翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將學(xué)生GIS導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課上的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前的主動(dòng)學(xué)習(xí)和積極思考解決問(wèn)題，進(jìn)而課上內(nèi)化知識(shí)，享受學(xué)習(xí)樂(lè)趣，體驗(yàn)解決問(wèn)題的成就感，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

三、翻轉(zhuǎn)課堂在非GIS專(zhuān)業(yè)GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

作為非地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的GIS普及教育課程，筆者所在學(xué)院的生態(tài)學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論》共計(jì)48學(xué)時(shí)，其中理論課24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課24學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)共計(jì)9個(gè)實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容涉及GIS數(shù)據(jù)采集、處理、分析、制圖等GIS數(shù)據(jù)處理與分析的全部流程。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為當(dāng)今主流的GIS軟件平臺(tái)，即ESRI公司的ArcGIS軟件，具體實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排見(jiàn)表1。經(jīng)過(guò)認(rèn)真比較研究，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在2017年教學(xué)中初步選擇第四個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的空間內(nèi)插部分和較為綜合的第八個(gè)實(shí)驗(yàn)疊加分析作為本次翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐試點(diǎn)內(nèi)容，圖1為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)時(shí)提供給學(xué)生的課前學(xué)習(xí)視頻的兩幅截圖。選擇這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法實(shí)踐的主要原因是空間內(nèi)插的相關(guān)實(shí)驗(yàn)有多次比，如趨勢(shì)面插值、核密度插值等剛好可以進(jìn)行比較。而后一個(gè)疊加分析實(shí)驗(yàn)相對(duì)于其他驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)比較綜合，可以綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。圖2是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法和其他傳統(tǒng)教學(xué)方法學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告平均成績(jī)比較。從圖2可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)顯著高于其他傳統(tǒng)教學(xué)方法的平均成績(jī)。除了實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)顯著提高外，實(shí)驗(yàn)報(bào)告按時(shí)完成率也有了很大的提高，其他幾次實(shí)驗(yàn)報(bào)告在提交時(shí)，總有學(xué)生因?yàn)榕d趣不高、動(dòng)力不足，而拖延很久才提交。翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)提供了學(xué)生可反復(fù)觀看參考的視頻資料，極大地增強(qiáng)了學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)的信心，有效增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高了地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。在此次翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法實(shí)踐過(guò)程中，筆者能夠清楚地感受到學(xué)生從被動(dòng)聽(tīng)講到主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極思考解決問(wèn)題的轉(zhuǎn)變。

四、結(jié)語(yǔ)

地理信息系統(tǒng)已涉及社會(huì)生活的方方面面，GIS普及教育正全面發(fā)展。高校GIS應(yīng)用型人才的培養(yǎng)任重道遠(yuǎn)。雖然本次教學(xué)改革實(shí)踐有效證明了翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法對(duì)地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果提高的有效性，但筆者也清晰地認(rèn)識(shí)到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法有自己的適用性，并不是適用四海而皆準(zhǔn)的萬(wàn)能方法，且翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的實(shí)施對(duì)教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”都提出了比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更高的要求。在今后的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，如何把握翻轉(zhuǎn)教學(xué)的度，該翻則翻，不該翻則不翻以便有效地提高教學(xué)水平仍是廣大一線(xiàn)教學(xué)工作者努力的方向。

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