翻轉課堂在地理信息系統(tǒng)課程教學中的實踐與思考

王建梅，王衛(wèi)安

(同濟大學測繪與地理信息學院，上海 200092)

翻轉課堂在地理信息系統(tǒng)課程教學中的實踐與思考

王建梅，王衛(wèi)安

(同濟大學測繪與地理信息學院，上海 200092)

針對教師主導的傳統(tǒng)教學模式在地理信息系統(tǒng)課程教學中存在的不足，提出了將翻轉課堂這一新的混合學習教學模式引入教學的想法。首先分析了地理信息系統(tǒng)課程實施翻轉課堂的必要性和可行性，然后在綜合考慮地理信息系統(tǒng)課程特點與中外教育文化差異的基礎上進行了課程設計和組織實施。實踐結果表明，實施翻轉課堂確實能夠提高學生學習主動性和教學質量，同時也對教師的專業(yè)水平和教學能力提出了更高的要求。

翻轉課堂；混合學習；教育信息化；教學模式；地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)是一門集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、空間科學和管理科學等為一體的新興邊緣學科，該學科具有以下特點：①多學科集成、滲透性強；②理論性和應用性并重；③發(fā)展速度快, 內容更新快[1]。由于該課程知識點多、技術性強，為了保證教學進度與教學質量，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模式，這種模式讓學生在掌握基本理論與方法、相關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]。為了貫徹學校培養(yǎng)卓越工程師和工程領域拔尖創(chuàng)新人才的要求[6-7]，通過教育信息化帶動教育現代化，并借鑒前人的成功經驗，嘗試將翻轉課堂這種新的教學模式引入地理信息系統(tǒng)本科教學。

1 地理信息系統(tǒng)課程性質與教學內容

筆者所在學校測繪工程專業(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期開設，課程定位為導論性質的專業(yè)基礎課，通過該課程的學習，讓學生掌握GIS的基本原理、方法與應用，并能熟練操作GIS軟件，為后續(xù)開設的空間數據庫原理、網絡地理信息系統(tǒng)、GIS程序設計與應用開發(fā)等課程奠定基礎。

該課程的理論教學內容包括概論、空間數據的坐標系統(tǒng)、空間數據結構、空間數據采集與處理、空間數據質量、空間數據管理、地理信息可視化、空間分析、網絡地理信息系統(tǒng)、地理信息工程等，實踐教學內容是以ArcGIS軟件為實驗平臺，完成地理數據庫的創(chuàng)建、空間數據輸入、空間數據編輯、空間數據拓撲檢查、空間數據符號化、地理編碼、矢量數據空間分析、柵格數據空間分析等?？傉n時為54學時，其中36學時為理論教學，在教室采用多媒體上課，18學時為實驗操作，在學院機房上課。

2 目前地理信息系統(tǒng)課程教學中存在的問題

筆者所在學校開設地理信息系統(tǒng)課程已有20多年，對于教學內容一直堅持理論性、實踐性與前沿性兼顧。由于內容多、課時少，為了完成教學任務，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)學生學習的主動性，除了上課時被動接受老師講授的知識點，學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資料，更不用說關注與課程有關的新技術與新應用。學生習慣于記住考試要點，卻對如何利用GIS所學知識解決生活中碰到的問題考慮較少。

與理論教學相比，傳統(tǒng)授課方式在講授演示性實驗內容時弊端更為明顯，通常都是教師操作一遍，學生機械地按照老師的操作重復一遍，由于挑戰(zhàn)性小，難以激發(fā)學生的學習熱情。特別是地理信息系統(tǒng)課程實驗內容多、課時少，很多實驗內容只能以作業(yè)的方式留給學生課后完成，這樣既很難考查學生的軟件操作能力，也無法避免實驗報告抄襲的現象。

正是因為目前的實驗報告很難真實地反映學生的實際動手能力，因此該課程考核體系給予期末書面考試更多的權重，通常是平日成績(含出勤率、作業(yè)和實驗報告)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生不重視實踐，眼高手低，只會說、不會做的現象，與學校培養(yǎng)卓越工程師的教學理念不符。

3 地理信息系統(tǒng)課程實施翻轉課堂的必要性與可行性

翻轉課堂(flipped classroom)，是將“課上傳授知識，課后內化知識”的教學過程，轉變?yōu)椤罢n前傳授知識，課上內化知識”的教學過程。表面上看，翻轉課堂只是教學模式的改變，教師課前提供豐富的視頻資料和線上資源，讓學生自主安排學習時間，課上通過面對面討論深化學生的認知，但本質上翻轉課堂是教育理念的改變，它重塑了新型的師生關系，將教師從學習的主導者變?yōu)閷W習的引導者，讓學生由被動接受者變?yōu)橹鲃友芯空遊8-9]。目前，海內外的學者普遍認為，翻轉課堂是一種將傳統(tǒng)課堂教育與在線教育結合起來的混合學習方式，更有利于引發(fā)學生學習興趣，提高教學質量。2012年，隨著大規(guī)模開放在線課程(massive open online course，MOOC)的崛起，翻轉課堂便以SPOC(small private online course)的形式在高等教育中風靡[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，混合式學習的設計與應用是未來高等教育發(fā)展的重要趨勢之一[12]。

實施翻轉課堂，首先要翻得動。無論是MOOC還是SPOC，在線課程教學都離不開網絡和移動智能化終端設備。在線課程除了實現共享優(yōu)質教育資源的宗旨之外，其最大的優(yōu)點是學生可以利用碎片化時間，隨時隨地進行學習。目前同濟大學已經實現了校園網絡全覆蓋，智能手機和電腦也已成為當代大學生的基本裝備，這些硬件條件的完善使得在線學習成為可能。除此之外，學院機房安裝有電子教學軟件，可以實現實驗資料的在線同步發(fā)放，以及實驗報告的在線提交，這些都為開展翻轉課堂提供了保證。

實施翻轉課堂的另一個必備條件是優(yōu)質的教學視頻。MOOC在中國的快速發(fā)展為實施翻轉課堂提供了大量的優(yōu)質教學資源，特別是愛課程(www.icourses.cn)平臺提供的中國大學精品開放課程，其中文授課方式更適合國內本科教學。平臺上既有中山大學張新長教授主講的“地理信息系統(tǒng)概論”在線課程，也有南京師范大學湯國安教授主講的“地理信息系統(tǒng)”精品課程的教學錄像。與教學錄像相比，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，若不開課則學生難以進行在線學習，而教學錄像則是常年在線，可以按照教學內容和教學進度安排學生課前學習。

此外，經過50年的發(fā)展，GIS已經滲透到人們社會生活的方方面面，正因為GIS與人們的生活密切相關，網絡上有大量與GIS有關的論壇、視頻與新聞，特別是以Esri公司為代表的商業(yè)軟件網站，不但提供優(yōu)質的軟件教學視頻，更提供了大量的實驗數據和應用案例，這些都為實施翻轉課堂提供了豐富的素材。

4 基于翻轉課堂的地理信息系統(tǒng)課程設計與組織實施

4.1 課程設計宗旨

實施翻轉課堂不能機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)基礎課，在學習本課程之前，學生的專業(yè)基礎很薄弱，即便能夠展開討論，討論的內容也很難深入；最后，與國外學生的選課制度不同，國內大學生每個學期選修的課程比較多，這意味著國內學生自我支配的時間要少于國外學生，對地理信息系統(tǒng)這種導論性課程而言，若學生因各種原因沒有完成課前學習，則在課堂上既無法完成作業(yè)，也無法參與討論。無論出現以上哪種情況，久而久之，都會影響學生的學習興趣，降低教學質量?；谝陨峡紤]，設計地理信息系統(tǒng)課程改革的宗旨應是循序漸進、部分翻轉。所謂部分翻轉是指不完全實行課前“知識傳授”，課上“知識內化”的模式，而是在理論教學課堂上仍然拿出大部分時間來進行知識傳授，只是這個知識傳授不再采用教師主講的方式，而是以學生主講為主，在講解過程中教師針對主要知識點和難點與學生展開討論。這種部分翻轉的模式一方面能夠保證學生只要來上課就能得到相關知識的系統(tǒng)學習，另一方面通過學生主講，可培養(yǎng)學生主動學習的習慣。

4.2 課程設計方案與組織實施

教學實行小班化，以30人為上限。地理信息系統(tǒng)課程按照兩次理論課，一次實驗課，每節(jié)課2學時的方式交叉進行。實驗內容與理論教學的知識點一致，這樣有利于通過實驗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“空間數據的坐標系統(tǒng)”到“地理信息可視化”都是以介紹基本原理和方法為主，采用課前觀看教學錄像，課堂上學生主講，教師和同學提問的方式考查學生學習情況，從“空間分析”開始在每節(jié)課的后15 min加入討論環(huán)節(jié)，討論內容可以是一個實際案例、主題演講，也可以是作業(yè)或實驗中的共性問題。組織實施方式為提前一周通過課程平臺安排視頻學習內容，每次指定2個同學每人主講一節(jié)課，保證一個學期下來，每個學生都至少主講一次，根據講課與回答問題情況打分，到后期討論環(huán)節(jié)則加入學生發(fā)言情況評價。

實驗部分全部采用翻轉課堂，軟件操作利用教學視頻自學，每次實驗課程完成一個綜合性的實驗任務，學生可以利用各種資源，包括實驗指導書和網上資料，但必須在規(guī)定時間內獨立完成。組織實施方式為：①提前兩周通過課程平臺發(fā)放實驗指導書和實驗數據，學生根據指導書上的說明觀看教學視頻，利用實驗數據學習軟件操作；②課堂時間現場發(fā)放實驗任務書和實驗數據，要求學生將實驗過程中的主要操作界面通過屏幕復制添加到實驗報告中，在下課前提交實驗報告和實驗結果；③課后教師根據任務完成情況進行評價，由于實驗報告中的屏幕界面包含有系統(tǒng)時間顯示，通過對比，可有效避免實驗作弊。

最后課程考核方式不再采用“以考代評”，而是從學習態(tài)度、理論知識掌握、動手能力和知識點應用4個方面進行學習全過程評價，具體所占比率為出勤率10%，課堂表現30%，實驗成績30%，期末考試30%。

5 翻轉課堂實施效果與思考

實施翻轉課堂的一個明顯感覺是學生的學習主動性增強了。對主講學生而言，要想講好一堂課，還能回答教師和同學提出的問題，只靠課前認真學習教學視頻是遠遠不夠的，還必須廣泛查閱相關教材與文獻資料，深入思考，對所講知識點融會貫通、理解透徹才能實現。對聽課學生而言，若要在課堂上提出有質量的問題，進行有深度的討論，只靠記住幾個知識點也是不夠的，也要學會思考。正是因為在學習過程中不是機械記憶，而且理解后的記憶，從而使知識內化得到升華，教學效果明顯提高。

實施翻轉課堂的第二個效果是學生學習興趣提高了，分析問題、解決問題的能力提升了。將軟件學習這種演示性的實驗內容全部放到課前學習，節(jié)省出更多的課上時間完成與實際問題相關的綜合性實驗任務，這種應用案例做得越多，學生對所學知識越感興趣，應用能力越強。學生們普遍反映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的有用工具。每一個實驗任務的完成，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。這種項目驅動的學習方式，在鍛煉學生實際動手能力的同時，培養(yǎng)了學生GIS思維能力。

實施翻轉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數，而是貫穿課程全過程的學習考核，因此學生們在平日學習過程中普遍投入了更多學習時間，有效提高了教學質量。課程考核的實踐過程中發(fā)現，期末考試仍然具有不可替代的作用。主講課程、課堂討論和實驗任務只是從單個知識點或幾個相關知識點上對學生進行了考查，但學生是否對GIS有一個系統(tǒng)認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。因為有期末考試的存在，客觀上督促學生在整個課程學習完成后進行一次系統(tǒng)深入的復習，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。

在實施翻轉課堂的實踐中，我們越來越深刻地認識到提高教學質量很大程度上不是取決于知識傳授的形式，而是知識內化與升華。要想發(fā)揮翻轉課堂的優(yōu)勢，就必須充分利用好面對面的課堂時間，通過精心設計討論主題與綜合應用案例，激發(fā)學生學習興趣，通過引導討論方向，調節(jié)討論氛圍，讓學生不但愿意講，而且講得好。而要做到這一點，對教師的專業(yè)水平和教學能力都提出了更高的要求。

6 結 語

現代社會對人才提出了更高的要求，而大學是國家培養(yǎng)人才的重要基地，因此提高大學教學質量任重道遠。為了培養(yǎng)工程領域創(chuàng)新型人才，將翻轉課堂這一新興教育模式引入地理信息系統(tǒng)課程，通過精心設計課堂內容、教學進度以及考核方式，發(fā)現這種教師引導為主的教學模式，能有效激發(fā)學生學習興趣，提高學生學習主動性，提升利用所學知識分析問題、解決問題的能力，達到了教學改革的初衷。當然在具體實踐過程中，也存在一些問題和不足，需要繼續(xù)改進和完善。

[1] 賈澤露,劉耀林,劉興全.從市場需求看我國高校GIS教學改革[J].地理空間信息,2006,4(2): 75-77.

[2] 邊馥苓.我國高等GIS教育：問題、創(chuàng)新與發(fā)展[J].地理信息世界,2007,5(2):4-8.

[3] 胡圣武,侯紅松.論GIS專業(yè)高等教育的問題及解決的方法[J].測繪科學,2009,34(1):230-232.

[4] 羅火錢.從學生角度談GIS人才培養(yǎng)[J].地理信息世界,2009,7(3):83-89.

[5] 江嶺,王春,劉璐,等.我國GIS專業(yè)高等教育發(fā)展現狀與分析[J].測繪通報，2016(7):136-141.

[6] 陳以一.協(xié)同性、開放式、立體化的卓越工程師教育培養(yǎng)體系的構建[J].高等工程教育研究，2013(6):62-67.

[7] 陳以一,李曄,陳明.新工業(yè)革命背景下國際工程教育改革發(fā)展動向[J].高程工程教育研究，2014(6):1-5,19.

[8] 宋艷玲,孟昭鵬,閆雅娟.從認知負荷視角探究翻轉課堂——兼及翻轉課堂的典型模式分析[J].遠程教育雜志，2014(1)：105-112.

[9] 何克抗.從“翻轉課堂”的本質，看“翻轉課堂”在我國的未來發(fā)展[J].電化教育研究，2014(7)：5-16.

[10] 徐葳,賈永政,阿曼多·?？怂?等.從MOOC到SPOC——基于加州大學伯克利分校和清華大學MOOC實踐的學術對話[J].現代遠程教育研究，2014(4)：13-22.

[11] 康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”——SPOC解析[J].清華大學教育研究，2014,35(1):85-93.

[12] 金慧,劉迪,高玲,等.新媒體聯(lián)盟《地平線報告》(2016高等教育版)解讀與啟示[J].遠程教育雜志,2016(2)：3-10.

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.翻轉課堂在地理信息系統(tǒng)課程教學中的實踐與思考[J].測繪通報，2017(8)：146-149.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0274.

2016-12-30；

2017-04-17

同濟大學教學改革研究與建設項目

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

G64

A

0494-0911(2017)08-0146-04