鐘鳳媛 宋超 王澤根

摘? 要 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革基于螺旋式模型思想，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程分階段迭代，并在這個(gè)過程中綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代教育技術(shù)方法，既抓住學(xué)科本質(zhì)特點(diǎn)，又在實(shí)踐中引入深度學(xué)習(xí)模式。所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案在“遙感圖像處理課程設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中取得良好效果。

關(guān)鍵詞 螺旋式模型思想;遙感圖像處理;課程設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革;深度學(xué)習(xí);對(duì)分課堂;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）01-0102-02

1 引言

近年來，高等教育本科教學(xué)改革已經(jīng)步入深水區(qū)，改革的深度和寬度已經(jīng)發(fā)生變化。教學(xué)質(zhì)量提高是國家戰(zhàn)略部署的重點(diǎn)，《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革 全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》指出，要高度重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實(shí)踐能力，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ礁母锖蛣?chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析問題和解決問題能力。

在深化教學(xué)改革過程中，教學(xué)改革從簡(jiǎn)單改革教學(xué)方式已進(jìn)入深入探討學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)、學(xué)科特點(diǎn)和本質(zhì)、教育規(guī)律等重要的系統(tǒng)化規(guī)律。教學(xué)質(zhì)量的提高，既重視內(nèi)容，也重視教學(xué)方法。本科教學(xué)方法改革既有對(duì)經(jīng)典教學(xué)模式如混合式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等的深入研究，也及時(shí)擁抱在數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動(dòng)下出現(xiàn)的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂、微課、對(duì)分課堂等具有時(shí)代特色和中國特色的方法也得到廣泛的探討和應(yīng)用。基于這幾點(diǎn)考慮，采用基于螺旋式模型思想的改革方案，對(duì)“遙感圖像處理課程設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)進(jìn)行改革探索。

2 改革目標(biāo)的設(shè)定

作為實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)這類課程是大學(xué)中某一課程的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)?！斑b感圖像處理課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)改革以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)教學(xué)中心，面向未來，旨在探索融合現(xiàn)代教育技術(shù)手段，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。從教學(xué)方式方面講，由單向的灌輸形式向多樣的互動(dòng)、交流啟發(fā)思維的方式轉(zhuǎn)變，向知識(shí)傳授與探索相結(jié)合、以提高創(chuàng)造性為目標(biāo)的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。

通過教學(xué)方法深化改革，達(dá)到主要目標(biāo)：在課程設(shè)計(jì)中幫助學(xué)生主動(dòng)建立相關(guān)理論方法的有機(jī)知識(shí)體系;在課程設(shè)計(jì)中通過模擬工程周期模型的過程，幫助學(xué)生建立探索研究體驗(yàn)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn);在課程設(shè)計(jì)中把集體化教育和個(gè)別化教育有機(jī)結(jié)合起來，提高學(xué)生合作、表達(dá)能力等綜合素質(zhì)。

3 基于螺旋式模型思想的改革思路

課程設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)基于相關(guān)的先修理論和實(shí)驗(yàn)課程，要求學(xué)生在已有知識(shí)和實(shí)踐認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)技能，對(duì)應(yīng)用問題進(jìn)行分析，建立解決方案，然后使用專業(yè)工具和技術(shù)，完成問題的解決方案。知識(shí)的綜合應(yīng)用是一個(gè)螺旋式上升的過程，既有對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的回顧和理解，也是更高層次的掌握和升華，建立起有機(jī)的知識(shí)系統(tǒng)。同時(shí)，問題解決是一種深度學(xué)習(xí)的模式。強(qiáng)化學(xué)生深度學(xué)習(xí)而非淺層次學(xué)習(xí)，能夠推進(jìn)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展，為學(xué)生創(chuàng)造多樣化并且具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)環(huán)境與氛圍，引導(dǎo)學(xué)生形成更加積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度。

在地理信息科學(xué)專業(yè)的課程設(shè)計(jì)中，通常運(yùn)用軟件工具和方法完成專業(yè)模型的構(gòu)建，其過程具有工程化的特點(diǎn)。螺旋模型是一種軟件工程的生命周期模型。將螺旋模型用于課程設(shè)計(jì)的教學(xué)結(jié)構(gòu)組織，既能幫助學(xué)生建立工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也利于教學(xué)內(nèi)容分層遞進(jìn)，增加學(xué)生探索研究的體驗(yàn)。螺旋模型基本思想特點(diǎn)在于整個(gè)開發(fā)過程是迭代的，它把基本周期的多個(gè)階段轉(zhuǎn)化到多個(gè)迭代過程中。螺旋模型基本周期分為幾大階段：需求分析—總體設(shè)計(jì)—具體設(shè)計(jì)—開發(fā)實(shí)現(xiàn)—測(cè)試。按照這種分階段迭代的思想，將課程內(nèi)容分解為相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的幾大知識(shí)板塊，在各板塊的實(shí)踐教學(xué)中，通過迭代使得實(shí)踐方案得以改進(jìn)優(yōu)化。

4 改革技術(shù)路線

在“遙感圖像處理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革中，根據(jù)教育規(guī)律和學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，一方面找準(zhǔn)學(xué)科特點(diǎn)和本質(zhì)，建立專業(yè)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方法體系;另一方面深度挖掘課程設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)踐特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代教育技術(shù)手段融合。改革技術(shù)路線圖如圖1所示。

在教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)梳理時(shí)，分成知識(shí)板塊，根據(jù)板塊內(nèi)容確定板塊間的銜接方式是先后繼承關(guān)系還是并列關(guān)系，并且將前面板塊的知識(shí)點(diǎn)或方法在后續(xù)板塊中加以變化后再現(xiàn)。每個(gè)知識(shí)板塊內(nèi)部均包含獨(dú)立完整的階段目標(biāo)、解決方案分析、方案選擇與實(shí)施、階段評(píng)價(jià)。與以往照貓畫虎式的實(shí)驗(yàn)問題解決不同，要求學(xué)生根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行解決方案思考和制訂，對(duì)不同的方案進(jìn)行討論和選擇，實(shí)施方案后進(jìn)行總結(jié)評(píng)估。在這個(gè)過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題，如對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)缺少一些信息或處理時(shí)考慮不周全，需要返工改正，這時(shí)對(duì)原有方案進(jìn)行主動(dòng)的迭代修正。

從教學(xué)方法上，整個(gè)過程大量運(yùn)用探究式學(xué)習(xí)和集體化學(xué)習(xí)的方法。探究式學(xué)習(xí)（Hands-on Inquiry Based Learning），又稱為研究性學(xué)習(xí)，是指從學(xué)科領(lǐng)域或現(xiàn)實(shí)生活中選擇和確立主題，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)類似于學(xué)術(shù)研究的情境，學(xué)生通過“動(dòng)手做、做中學(xué)”主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)查、收集與處理信息，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、操作、表達(dá)與交流等探索活動(dòng)，獲得知識(shí)，培養(yǎng)能力，發(fā)展情感與態(tài)度，特別是發(fā)展探索精神與創(chuàng)新能力。同時(shí)，以課后任務(wù)的形式要求學(xué)生進(jìn)行個(gè)別化學(xué)習(xí)。

每個(gè)知識(shí)板塊的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和板塊間的聯(lián)系都需要教師進(jìn)行適當(dāng)穿針引線以引導(dǎo)學(xué)生。在這一環(huán)節(jié)，對(duì)分課堂教學(xué)法的運(yùn)用就非常合適：教師講完上個(gè)知識(shí)板塊，讓學(xué)生思考并討論，然后答疑并引入新知識(shí)。在各知識(shí)板塊學(xué)習(xí)完成后，開展實(shí)習(xí)成果展示和討論，這部分采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，把課堂的教鞭交給學(xué)生，讓學(xué)生選擇知識(shí)的呈現(xiàn)方式，在這個(gè)過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化和能力的提升。

5 改革的實(shí)施

“遙感圖像處理課程設(shè)計(jì)”是地理信息科學(xué)專業(yè)的專業(yè)選修課程，通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生了解和掌握遙感信息處理的基本知識(shí)、方法、技能和發(fā)展動(dòng)態(tài)，初步掌握應(yīng)用遙感信息處理技術(shù)分析和解決實(shí)際問題的能力?！斑b感圖像處理課程設(shè)計(jì)”課程的實(shí)驗(yàn)上機(jī)學(xué)時(shí)總計(jì)為56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為根據(jù)應(yīng)用選題，結(jié)合遙感知識(shí)與技術(shù)方法，制訂問題解決方案，建立合理的影像處理模型。

根據(jù)課程改革計(jì)劃，課程將學(xué)生分為5～8人的討論組。每次實(shí)驗(yàn)課時(shí)召開分組例會(huì)，例會(huì)主要討論實(shí)驗(yàn)方案、課后遇到的難題，評(píng)估之前的成果。然后由教師解答疑問，引導(dǎo)新知識(shí)板塊的學(xué)習(xí);接著讓學(xué)生分組進(jìn)行上機(jī)實(shí)習(xí)，對(duì)操作中的問題進(jìn)行討論解決，由教師輔導(dǎo)。課后，要求學(xué)生完成作業(yè)，并撰寫實(shí)驗(yàn)日志，記錄當(dāng)日例會(huì)要點(diǎn)和實(shí)習(xí)進(jìn)展。在成果展示板塊，抽查學(xué)生所學(xué)，要求學(xué)生對(duì)抽取到的板塊進(jìn)行深入講解和成果展示，并回答同學(xué)的提問。最后，對(duì)課堂各環(huán)節(jié)的學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分，并綜合實(shí)習(xí)報(bào)告評(píng)分，計(jì)算綜合成績(jī)。

課程結(jié)束時(shí)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果和課程評(píng)價(jià)進(jìn)行抽查，從學(xué)生感受體驗(yàn)上，85%的學(xué)生明顯提到比普通的實(shí)驗(yàn)課有更多的收獲，或者更喜歡這種方式。從學(xué)生成績(jī)表現(xiàn)上，因?yàn)榫C合了實(shí)習(xí)過程各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，整個(gè)評(píng)價(jià)更全面和客觀，利于促進(jìn)學(xué)生不斷改善表現(xiàn)，有96%的學(xué)生取得優(yōu)秀或良好的成績(jī)。

6 結(jié)語

使實(shí)踐課教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生的深層動(dòng)機(jī)和內(nèi)在動(dòng)力，有利于促進(jìn)學(xué)生的深度理解和實(shí)踐創(chuàng)新，這是教學(xué)改革思考和探索的方向。實(shí)踐表明，基于螺旋式模型思想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案綜合了學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)、實(shí)踐創(chuàng)新特點(diǎn)和現(xiàn)代教育技術(shù)手段，為地理信息科學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革開辟了一條新的路徑。

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