基于螺旋式模型思想的實驗教學(xué)改革

鐘鳳媛 宋超 王澤根

摘? 要 實驗教學(xué)改革基于螺旋式模型思想，對實驗課程分階段迭代，并在這個過程中綜合運用多種現(xiàn)代教育技術(shù)方法，既抓住學(xué)科本質(zhì)特點，又在實踐中引入深度學(xué)習(xí)模式。所設(shè)計實驗教學(xué)改革方案在“遙感圖像處理課程設(shè)計”實驗課教學(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;實驗教學(xué);教學(xué)改革;深度學(xué)習(xí);對分課堂;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：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，《教育部關(guān)于進一步深化本科教學(xué)改革 全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》指出，要高度重視實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實踐能力，推進實驗內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ礁母锖蛣?chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、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)改革從簡單改革教學(xué)方式已進入深入探討學(xué)生認(rèn)知特點、學(xué)科特點和本質(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，也及時擁抱在數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動下出現(xiàn)的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂、微課、對分課堂等具有時代特色和中國特色的方法也得到廣泛的探討和應(yīng)用。基于這幾點考慮，采用基于螺旋式模型思想的改革方案，對“遙感圖像處理課程設(shè)計”實驗課教學(xué)進行改革探索。

2 改革目標(biāo)的設(shè)定

作為實驗和實習(xí)的重要環(huán)節(jié)，課程設(shè)計這類課程是大學(xué)中某一課程的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)?！斑b感圖像處理課程設(shè)計”的教學(xué)改革以學(xué)生為實驗和實習(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)生運用專業(yè)知識分析問題、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、交流啟發(fā)思維的方式轉(zhuǎn)變，向知識傳授與探索相結(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)計中幫助學(xué)生主動建立相關(guān)理論方法的有機知識體系;在課程設(shè)計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和工程實踐經(jīng)驗;在課程設(shè)計中把集體化教育和個別化教育有機結(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)計的課堂教學(xué)基于相關(guān)的先修理論和實驗課程，要求學(xué)生在已有知識和實踐認(rèn)識基礎(chǔ)上進一步綜合應(yīng)用專業(yè)知識技能，對應(yīng)用問題進行分析，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。知識的綜合應(yīng)用是一個螺旋式上升的過程，既有對基礎(chǔ)知識的回顧和理解，也是更高層次的掌握和升華，建立起有機的知識系統(tǒng)。同時，問題解決是一種深度學(xué)習(xí)的模式。強化學(xué)生深度學(xué)習(xí)而非淺層次學(xué)習(xí)，能夠推進學(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)計中，通常運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。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)計的教學(xué)結(jié)構(gòu)組織，既能幫助學(xué)生建立工程實踐經(jīng)驗，也利于教學(xué)內(nèi)容分層遞進，增加學(xué)生探索研究的體驗。螺旋模型基本思想特點在于整個開發(fā)過程是迭代的，它把基本周期的多個階段轉(zhuǎn)化到多個迭代過程中。螺旋模型基本周期分為幾大階段：需求分析—總體設(shè)計—具體設(shè)計—開發(fā)實現(xiàn)—測試。按照這種分階段迭代的思想，將課程內(nèi)容分解為相對獨立又相互聯(lián)系的幾大知識板塊，在各板塊的實踐教學(xué)中，通過迭代使得實踐方案得以改進優(yōu)化。

4 改革技術(shù)路線

在“遙感圖像處理課程設(shè)計”教學(xué)改革中，根據(jù)教育規(guī)律和學(xué)生認(rèn)知特點，一方面找準(zhǔn)學(xué)科特點和本質(zhì)，建立專業(yè)課程設(shè)計的教學(xué)方法體系;另一方面深度挖掘課程設(shè)計的綜合性實踐特點，實現(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)容和知識點梳理時，分成知識板塊，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點或方法在后續(xù)板塊中加以變化后再現(xiàn)。每個知識板塊內(nèi)部均包含獨立完整的階段目標(biāo)、解決方案分析、方案選擇與實施、階段評價。與以往照貓畫虎式的實驗問題解決不同，要求學(xué)生根據(jù)目標(biāo)進行解決方案思考和制訂，對不同的方案進行討論和選擇，實施方案后進行總結(jié)評估。在這個過程中會出現(xiàn)一些問題，如對數(shù)據(jù)預(yù)處理時缺少一些信息或處理時考慮不周全，需要返工改正，這時對原有方案進行主動的迭代修正。

從教學(xué)方法上，整個過程大量運用探究式學(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“動手做、做中學(xué)”主動地發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)查、收集與處理信息，進行實驗、操作、表達(dá)與交流等探索活動，獲得知識，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，以課后任務(wù)的形式要求學(xué)生進行個別化學(xué)習(xí)。

每個知識板塊的目標(biāo)實現(xiàn)和板塊間的聯(lián)系都需要教師進行適當(dāng)穿針引線以引導(dǎo)學(xué)生。在這一環(huán)節(jié)，對分課堂教學(xué)法的運用就非常合適：教師講完上個知識板塊，讓學(xué)生思考并討論，然后答疑并引入新知識。在各知識板塊學(xué)習(xí)完成后，開展實習(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)生選擇知識的呈現(xiàn)方式，在這個過程中實現(xiàn)知識的內(nèi)化和能力的提升。

5 改革的實施

“遙感圖像處理課程設(shè)計”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、方法、技能和發(fā)展動態(tài)，初步掌握應(yīng)用遙感信息處理技術(shù)分析和解決實際問題的能力?！斑b感圖像處理課程設(shè)計”課程的實驗上機學(xué)時總計為56學(xué)時，實驗內(nèi)容為根據(jù)應(yīng)用選題，結(jié)合遙感知識與技術(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)課程改革計劃，課程將學(xué)生分為5～8人的討論組。每次實驗課時召開分組例會，例會主要討論實驗方案、課后遇到的難題，評估之前的成果。然后由教師解答疑問，引導(dǎo)新知識板塊的學(xué)習(xí);接著讓學(xué)生分組進行上機實習(xí)，對操作中的問題進行討論解決，由教師輔導(dǎo)。課后，要求學(xué)生完成作業(yè)，并撰寫實驗日志，記錄當(dāng)日例會要點和實習(xí)進展。在成果展示板塊，抽查學(xué)生所學(xué)，要求學(xué)生對抽取到的板塊進行深入講解和成果展示，并回答同學(xué)的提問。最后，對課堂各環(huán)節(jié)的學(xué)生表現(xiàn)進行評分，并綜合實習(xí)報告評分，計算綜合成績。

課程結(jié)束時，對學(xué)生學(xué)習(xí)成果和課程評價進行抽查，從學(xué)生感受體驗上，85%的學(xué)生明顯提到比普通的實驗課有更多的收獲，或者更喜歡這種方式。從學(xué)生成績表現(xiàn)上，因為綜合了實習(xí)過程各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，整個評價更全面和客觀，利于促進學(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。

6 結(jié)語

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

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